一種用于VOCs和惡臭氣體處理的內循環生物流化床系統的制作方法

本發明屬于含VOCs和惡臭廢氣的處理技術領域，特別涉及一種用于VOCs和惡臭氣體處理的內循環生物流化床系統。

背景技術：

大氣污染是目前最突出的環境問題之一。特別是近年來，揮發性有機物(Volatile Organic Compounds,VOCs)和惡臭廢氣的大量排放引起了城市灰霾、光化學煙霧等區域大氣環境問題，嚴重干擾了居民的日常生活，威脅人類健康與生態安全。“十三五”規劃將VOCs納入總量控制指標，到2020年排放量要下降到10％以上。2016年，上海、北京、廣東等多省市已啟動征收VOCs排放費。因此，研究工業VOCs和惡臭廢氣有效處理技術成為了目前科學研究的熱點之一。而含VOCs及惡臭廢氣因其成分復雜，濃度較低，波動較大等因素限制了常規的方法處理或降解，而廢氣生物凈化技術的應用獲得了較好的效果。

但隨著生物凈化技術的應用，其一系列弊端也逐漸暴露出來。首先，在固定化床層填料表面，微觀氣速低、氣-固-液界面較為穩定、界面更新較慢，傳質系數和傳質速率低，阻礙了污染物分子的降解。其次，由于污染物濃度沿固定填料層遞減，進氣端填料層生物量會明顯高于出氣端。即使在同一高度填料層，由于噴淋液分布不均勻，部分填料表面由于過度干燥而無法形成有效的生物膜，微生物分布不均勻的狀況會影響反應器氣流分布、降低污染物去除效率、形成堵塞并提高壓降。因此，傳質效率低和微生物分布不均勻已經成為固定填料層的兩大弊端。

技術實現要素：

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的在于提供一種用于VOCs和惡臭氣體處理的內循環生物流化床系統，傳質效率大大提高，且微生物分布均勻，從而使得處理效果提升，且運行費用降低；本發明工藝簡單，裝置輕便，經濟高效，克服了傳統廢氣生物凈化裝置存在的傳質效率低、微生物分布不均勻的弊端，可用于工業、市政、農業等領域的VOCs和惡臭氣體凈化。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：

一種用于VOCs和惡臭氣體處理的內循環生物流化床系統，包括采用內外套筒結構的生物流化床反應器，其中，內套筒用于形成流化填料的升流區，內套筒外壁與外套筒內壁之間作為流化填料的降流區，生物流化床反應器中的填料層2為高分子輕質填料，生物流化床反應器的進氣口4位于底部，與加濕單元5連接。

所述生物流化床反應器的內層套筒直徑為外層套筒直徑的0.6-0.8倍，或者內筒橫截面積是反應器橫截面積的30％-70％。

所述生物流化床反應器中設置豎直的內層套筒7作為內套筒，反應器外殼作為外套筒，進氣口4設置在內層套筒7的底部，流化填料在內層套筒7中上升至頂端后從頂部懸空處流出，再向下流動至底端后從內層套筒7底部懸空處回流，實現循環，所述內層套筒7的中部通過隔板支架8連接在生物流化床反應器的側壁上。所述內層套筒7可以有多個，均布在生物流化床反應器中。

所述生物流化床反應器的內層套筒頂部應距離反應器頂部高度差50cm以上，底部距離反應器底部高度差30cm以上，從而使在內層套筒頂端躍出的填料顆粒因重力作用而回流到外層套筒，實現內部循環。

所述生物流化床反應器的進氣口4設置帶孔隔板3，用于在反應器停止運行時防止填料進入進氣管道。進氣口4距離內層套筒底部高度差不超過10cm。

所述高分子輕質填料為泡沫聚苯乙烯或泡沫聚丙烯，堆積密度0.005～0.05kg/L，填料顆粒粒徑為0.5-5.0mm，通過接種，填料表面可附著生長微生物，微生物菌種采用對相應VOCs或惡臭物質具備強降解能力的細菌或真菌。真菌對干燥和酸性環境具有更加強的耐受能力。

通入氣流時，當內筒流速達到0.2m/s時，填料可實現流化狀態。可保持整個反應器平均空塔氣速在0.1-0.3m/s范圍內，同時壓降控制在200-500Pa/m。

所述加濕單元5采用超聲波霧化或噴霧加濕方式，通過加濕單元5向氣體中添加水分和營養鹽，加濕后氣體濕度不低于95％，其中含有微小液滴，內含無機氮、磷和微量營養元素，供微生物生長所需。

所述加濕單元5采用連續運行或間歇運行方式，間歇運行的時間用時間控制器6加以控制。

與現有技術相比，本發明的采用了高分子輕質填料，生物流化床反應器內部附著有微生物的填料處于流化狀態，且在反應器內部循環，使氣-固-液界面不斷更新，微觀表面氣速加大，顆粒之間接觸和碰撞幾率增加，有利于污染物的傳質和微生物的擴散，加快生化反應和污染物的降解與去除。同時，由于填料的流化實現了微生物分布均勻度提高，有效避免了生物量過于集中導致的氣流不均勻、填料層堵塞與壓降升高等現象，克服了現有生物處理方法的缺陷。所采用的超聲波或噴霧加濕方法可以向氣體中均勻添加水分、營養鹽，支持微生物的生長和代謝。與傳統生物固定床反應器相比，生物流化床的VOCs和惡臭處理效率高、穩定運行時間長、壓降和運行費用低。

附圖說明

圖1是本發明結構示意圖(側視圖)。

圖2是圖1中虛線處的截面圖。

圖3是有多個進氣口的生物流化床示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例詳細說明本發明的實施方式。

如圖1和圖2所示，本發明為一種用于VOCs和惡臭氣體處理的內循環生物流化床系統，生物流化床反應器采用內外套筒結構，其中，內層套筒7用于形成流化填料的升流區，套筒外層作為流化填料的降流區，生物流化床反應器中的填料層2為高分子輕質填料，生物流化床反應器的進氣口4位于底部，與加濕單元5連接，出氣口1位于頂部，與進氣口4對應。

其中，生物流化床反應器的內層套筒頂部應距離反應器頂部高度差50cm以上，底部距離反應器底部高度差30cm以上，從而使在內層套筒頂端躍出的填料顆粒因重力作用而回流到外層套筒，實現內部循環，內層套筒直徑為外層套筒直徑的0.6-0.8倍。

具體地，生物流化床反應器中設置豎直的內層套筒7，將反應器內部分為套筒內、外區域，進氣口4設置在內層套筒的底部，流化填料在內層套筒7中上升至頂端后從頂部懸空處流出套筒，再向下從底部懸空處回流至內層套筒7，實現循環，所述內層套筒7的中部通過隔板支架8連接在生物流化床反應器的側壁上。

在生物流化床反應器的進氣口4設置帶孔隔板3，用于在反應器停止運行時防止填料進入進氣管道。進氣口4距離內層套筒底部高度差不超過10cm。

本發明中，選擇高分子輕質填料(泡沫聚苯乙烯、泡沫聚丙烯等)為輕質易流化材料，堆積密度0.005～0.05kg/L，填料顆粒粒徑為0.5-5.0mm，通過接種，填料表面可附著生長微生物，微生物菌種采用對相應VOCs或惡臭物質具備強降解能力的真菌。真菌對干燥和酸性環境具有更加強的耐受能力。

通入氣流時，當內層套筒流速達到0.2m/s時，填料可實現流化狀態。可保持整個反應器平均空塔氣速在0.1-0.3m/s范圍內，同時壓降控制在200-500Pa/m。

加濕單元5采用超聲波霧化或噴霧加濕方式，通過加濕單元5向氣體中添加水分和營養鹽，加濕后氣體濕度不低于95％，其中含有微小液滴，內含無機氮、磷和微量營養元素，供微生物生長所需。加濕單元5采用連續運行或間歇運行方式，間歇運行的時間用時間控制器6加以控制。可通過進水口9和出水口10對加濕單元5內營養液進行添加和更換。

本發明中，內層套筒7可以有多個，均布在生物流化床反應器中，此時，加濕單元5通過多個并聯的進氣口4分別向各個內層套筒7進行加濕。

本發明VOCs氣體生物流化床處理工藝的啟動流程如下：

1)將填料裝入反應器。

2)接種。將真菌孢子懸濁液、水、營養鹽加入加濕單元。

3)啟動。通入含VOCs和惡臭物質氣體，使填料床成功流化。開啟加濕單元。經過1-3天，微生物在填料表面附著并生長。完成啟動。

在本發明的一個實施例中，構建了以泡沫聚苯乙烯(粒徑1-2mm)為填料的生物流化床，接種真菌，流化床內平均空塔氣速0.2m/s，氣體停留時間為5s，采用超聲波加濕方式，加濕系統每10分鐘進行加濕25秒，以保證微生物生長所需水分和無機鹽。進氣中含有500～700mg/m³的乙醇，經生物流化床處理后，出口濃度低于50mg/m³，去除率大于90％。填料層壓降不超過300Pa/m。