专利名称：一体式复合生物反应器废气处理设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及环保技术领域，属于利用生物反应器处理废气的设备，特别涉及一种一体式复合生物反应器废气处理设备。
背景技术：
废气的生物处理是利用微生物将废气中有机污染物或恶臭物质降解或转化为无害或低害类物质的过程。与其它物理化学方法相比，用生物法处理废气投资少，运行费用低，污染物不会被转移到其它地方，不产生二次污染。以往的废气生物处理设备主要分为生物滤池、生物洗涤塔和生物滴滤池三种。它们各有特点和应用条件。
生物滤池28(见图2)由气体预湿设备21和内部充填活性填料22的固定式生物反应器构成，废气经预湿后，进入固定式生物反应器，被附着在填料22上的微生物降解为水和二氧化碳气体等，然后排出。生物滤池处理设备的特点是只有一个生物反应器，设备简单，运行费用低。适于处理浓度介于0.5-1.0g/m3、污染物主要为亲水性的及少量疏水性的废气。但占地面积较大，在生物反应器前需加气体预湿设备，不适于处理污染物浓度较高的废气。
生物洗涤塔通常由一个装有填料24的洗涤器26和一个具有活性污泥的生物反应器25构成(见图3)。洗涤器26为气体吸收装置，废气中的污染物与填料24表面的水接触，被水吸收，并随水流入生物反应器25内；在生物反应器25内被活性污泥中的微生物分解。这种设备易于控制反应条件，适于处理浓度介于1.0-5.0g/m3、污染物为亲水性的废气。但在生物反应器25前需加气体洗涤装置，设备较复杂。不适于处理疏水性污染物。
生物滴滤池只有一个内部填充填料20的固定式生物反应器(见图4)，所述的填料是长有生物膜的惰性填料。循环水不断喷洒在填料上，填料表面被微生物形成的生物膜所覆盖。废气通过反应器时，废气中的污染物被微生物降解。生物滴滤池设备较简单，废气中污染物的吸收和生物降解同时发生在一个反应装置内，它适于处理浓度低于0.5g/m3、污染物为亲水性的废气。但不能处理高浓度的污染物，也不适于处理废气中的疏水性污染物。
图2、图3、图4中，15为循环水泵，27为沉淀池，30为循环水喷嘴。
这三种废气生物处理设备共同的缺陷是对于混有水溶性差别较大、浓度不同的多种污染物的废气，依靠上述单一一种处理设备难以同时有效地去除。实际上，臭气和挥发性有机废气中所含的污染物是多样而复杂的，可分为①含硫化合物，如H2S、硫醇类、硫醚类；②含氮化合物，如胺类；③含氧化合物，如醇、酮、有机酸等。其中既有疏水性物质，也有亲水性物质。使用单一处理设备，利用单一微生物的降解作用难以同时有效地去除。将三种设备同时运行，又会带来占地面积大、设备复杂、投资多、运行费用高等问题。
常规的生物除臭反应器内，细菌和真菌是两种主要的微生物。细菌适合于在水中或潮湿的环境中生存。因此，对于水溶性好的污染物，利用细菌进行生物降解，会得到很好的去除效果。但是，对于在水中溶解度低的物质，细菌表面的水层将影响传质速率，导致处理效率降低。与细菌不同，真菌可在较干燥的环境中生长，无需连续喷洒水来维持湿润环境，这就使得水溶性差的物质能够直接与真菌接触并被降解；真菌适应的酸碱度(pH)值为3～6，处理酸性臭气或出现酸性积累时，不需要加碱调整pH值。特别是对于某些有机物，如疏水性或水溶性差的有机物，真菌的降解效率高于细菌的降解效率。这三种处理设备的生物反应器中，培养的微生物均以细菌为主，因此，适于处理的污染物多为亲水性的。
另外，生物滤池中的气体预湿设备、生物洗涤塔的气体洗涤设备以及生物滴滤池均需大量循环水，能耗较大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述的生物废气处理设备的缺陷，提供一种操作简便、能耗较低、能有效地将浓度范围大、废气中含有亲水性和疏水性物质同时去除的一体式复合生物反应器废气处理设备。
本发明的另一目的是提供一体式复合生物反应器废气处理设备的操作方法。
本发明的一种一体式复合生物反应器废气处理设备，包括装有填料的生物反应器、循环水泵；其生物反应器为一封闭容器，由带有微生物的悬浮式生物反应区和装有填料的固定式生物反应区构成；悬浮式生物反应区下部侧壁设有一进气口和一第二出水口，在进气口的内端装有穿孔管，上部侧壁设有进水口，进水口的内端装有穿孔管，悬浮式生物反应区上方是固定式生物反应区；悬浮式生物反应区和固定式生物反应区之间水平安装有隔板，隔板上开有至少两个孔；隔板上的每个孔上固接有通气管，通气管竖直伸入固定式生物反应区内部，通气管上端设有弯头，下端与悬浮式生物反应区连通；固定式生物反应区的内部填充有填料；固定式生物反应区上部侧壁设有喷淋液进口，在喷淋液进口的内端装有穿孔管，下部侧壁开有排气口和第一出水口，第一出水口内端装有环形液体收集管。
所述的设备，其所述的悬浮式生物反应区内有悬浮生长的微生物。
所述的设备，其所述的固定式生物反应区内部填充的填料上附着生长真菌类微生物。
所述的设备，其所述的悬浮式生物反应区下部侧壁的进气口、第二出水口，其进气口的位置低于第二出水口的位置。
所述的设备，其所述的固定式生物反应区下部侧壁的排气口、第一出水口，其排气口的位置高于第一出水口的位置。
所述的设备，其所述的第一出水口和第二出水口，分别以管道与进水口相连通，在第一出水口和进水口之间的管道上设有一循环水泵，在第二出水口和进水口之间的管道上设有另一循环水泵。
所述的设备，其所述的进气口、排气口、喷淋液进口、第一出水口、进水口和第二出水口的外端，分别设有阀门。
所述的设备，其所述的隔板上的孔，其孔径为30-100mm。
所述的设备，其所述的液体收集管为环形多孔管，孔径为1-50mm。
所述的设备，其所述的穿孔管为多孔管，孔径为1-10mm。
本发明区别于其他废气处理设备的特点是带有两个生物反应区。在悬浮式生物反应区内，降解污染物的微生物是悬浮分散在水中，以细菌为主。在固定式生物反应器内部填充填料，降解污染物的微生物是附着生长在填料表面，微生物以真菌为主。因此，本发明的设备可以有效地将废气中亲水性和疏水性污染物同时去除。
两个生物反应区之间安装有隔板，隔板上开有两个或多个孔，孔径为30-100mm；固定式生物反应区的内部设有两根或多根通气管，通气管向上一端设有弯头，向下一端与隔板上的孔对接，与悬浮式生物反应区连通。
在两个生物反应区中，降解废气中污染物的微生物是不相同的，它们是依据废气中污染物的水溶性的差异，有选择地培养的。悬浮式生物反应器内的微生物以适于在水中生长的、有利于废气中亲水性污染物降解的细菌为主；固定式生物反应器培养真菌代替细菌，有利于废气中疏水性污染物的去除。真菌在空气中会生成菌丝，菌丝向四周分布形成菌丝网，有助于增大气相中污染物与菌类的接触面积，使气相中的污染物在生物反应器中直接与真菌充分接触，更好地完成传质过程。特别是对于某些有机废气，真菌的降解能力高于细菌。真菌可以在pH值较低、周围环境相对干燥的条件下生存。
悬浮式生物反应区上部侧壁设有进水口，进水口的内端处安装有穿孔管，根据需要通过循环水泵连接出水口、进水口以及穿孔管，使悬浮式生物反应区内的液体循环流动，增加液体与气体的接触面积，提高去除效果。
本发明一体式复合生物反应器废气处理设备的操作方法是废气从底部进入悬浮式生物反应区内，废气中易溶于水的物质被水中的微生物吸收降解；同时气体被预湿。未被降解的疏水性污染物从通气管从上部进入固定式生物反应区内，被附着在填料上的真菌微生物降解。净化后的气体从固定式生物反应区下部的排气口排出。
根据需要通过循环水泵连接悬浮式生物反应区内出水口、进水口以及穿孔管，使悬浮式生物反应区内的液体循环流动，增加液体与气体的接触面积，提高去除效果。
固定式生物反应区顶部的喷淋液进口以及穿孔管定期向填料喷洒无碳源营养液，过量的营养液通过液体收集管收集后，经出水口排出，或用循环水泵经悬浮式生物反应区的进水口流入悬浮式生物反应区中，为悬浮式生物反应区中的微生物提供营养，多余的液体经出水口排出。
本发明的设备具有如下优点1.一体式复合生物反应器将两个生物反应区结合，结构紧凑、构造简洁、占地面积小，运行操作与维护简单。
2.在两个反应区中，依据废气中的污染物水溶性的差异，选择性地培养不同种类的微生物，利用真菌和细菌的协同作用，从而实现将废气中的多种污染物同时有效地去除。
3.悬浮式生物反应区中可同时实现曝气、气体预湿和易溶于水的污染物从气相到水相的转移与降解，减少辅助设备，减少能耗。
4.根据需要通过循环水泵连接悬浮式生物反应区的出水口、进水口以及穿孔管，使悬浮式生物反应区内的液体循环流动，增加液体与气体的接触面积，提高去除效果。
5.固定式生物反应区中用真菌代替细菌降解废气。一方面，使气相中的废气在生物反应器中直接与真菌充分接触，更好地完成传质过程。另一方面，真菌对湿度和pH值的适应性更强。
6.一体式复合生物反应器无需循环水，营养液是定期供给，喷淋次数少，减少能耗。
图1.本发明一体式复合生物反应器废气处理设备的示意图。
图2.现有生物滤池设备示意图。
图3.现有生物洗涤塔设备示意图。
图4.现有生物滴滤池设备示意图。
具体实施例方式
请参见图1。
本发明的一体式复合生物反应器废气处理设备是由塑料板制成，为一封闭容器，其长、宽、高分别为50cm、50cm、1500cm，总体积为0.375m3，包括装有填料的生物反应器18、循环水泵15等；生物反应器18由带有微生物的悬浮式生物反应区3和装有填料的固定式生物反应区10构成。
悬浮式生物反应区3下部侧壁开有一进气口2，在进气口2的内端处安装有穿孔管1，穿孔管1为多孔管，孔径为5-10mm，在另一侧壁设有第二出水口16，进气口2低于第二出水口16，悬浮式生物反应区3上部侧壁设有进水口14，进水口14的内端处安装有穿孔管17，穿孔管17为多孔管，孔径为2-5mm，进水口14高于第二出水口16，悬浮式生物反应区3上方是固定式生物反应区10。
在悬浮式生物反应区3与固定式生物反应区10之间水平安装有隔板11，隔板11上开有两个或多个孔，孔径为30-100mm。
固定式生物反应区10的内部设有两根或多根通气管5，通气管向上一端设有弯头7，向下一端与隔板11上的孔对接，与悬浮式生物反应区3连通。
固定式生物反应区10的内部填充有填料6，上部侧壁设有喷淋液进口9，在进口的内端处安装有穿孔管8，穿孔管8为多孔管，孔径为3-8mm；在下部的侧壁开有排气口4；在下部另一侧壁开有第一出水口13，第一出水口13内端处安装有环形液体收集管12，液体收集管12为多孔管，孔径为5-10mm，第一出水口13低于排气口4。
第一出水口13和第二出水口16，分别以管道与进水口14相连通，在第一出水口13和进水口14之间的管道上设有循环水泵19，在第二出水口16和进水口14之间的管道上设有循环水泵15。
在进气口2、排气口4、喷淋液进口9、第一出水口13、进水口14和第二出水口16的外端，分别设有阀门。
在悬浮式生物反应区3内悬浮生长的微生物以细菌为主，在固定式生物反应区10内附着生长在填料上的微生物以真菌类为主。
本发明的工艺流程是废气从底部进气口2由穿孔管1进入悬浮式生物反应区3内，此时悬浮式生物反应区3的进水口14开始淋水，废气中易溶于水的物质被水中的微生物吸收降解；同时气体被预湿。未被降解的疏水性污染气体由隔板11上的孔进入通气管5，从通气管5上部的弯头7进入固定式生物反应区10内，此时固定式生物反应区10的喷淋液进口9已经淋水，疏水性污染气体被附着在填料6上的真菌微生物降解。净化后的气体从固定式生物反应区10下部的排气口4排出。
固定式生物反应区10顶部的喷淋液进口9通过穿孔管8定期向填料6喷洒无碳源营养液，过量的营养液通过液体收集管12收集后，经第一出水口13排出，或用循环水泵19经悬浮式生物反应区3的进水口14流入悬浮式生物反应区3中，为悬浮式生物反应区3中的微生物提供营养，多余的液体经第二出水口16排出，或用循环水泵15再经进水口14循环使用。
实施例1请参见图1。
浓度为1152mg/m3邻-二甲苯废气，从进气口2进入一体式复合生物反应器18，停留时间为1-3mins。室温条件下操作。排气口4的邻-二甲苯浓度为98.6mg/m3，低于国家制定的车间空气中有害物质的最大容许浓度，去除率达91.4％。
实施例2请参见图1。
浓度为837mg/m3苯乙烯类废气，从进气口2进入一体式复合生物反应器18，停留时间为1-3mins。室温条件下操作。出气口4的苯乙烯浓度为50.2mg/m3，去除率达94％。
实施例3请参见图1。
含有乙酸、氨、硫化氢、乙硫醇、乙硫醚以及苯乙烯的混合废气，从进气口2进入一体式复合生物反应器18，气体的进气量为23m3·h-1，乙酸、氨、硫化氢、乙硫醇、乙硫醚以及苯乙烯的进气浓度分别为8.88，8.93，0.025，0.18，0.081和36.69mg·m-3，出气口4的浓度分别为0.26，0.30，0.0011，0.0132，0.178和6.24mg·m-3，去除率分别达到97.1％，96.7％，96.6％，92.7％，78％和83％。
权利要求
1.一种一体式复合生物反应器废气处理设备，包括装有填料的生物反应器、循环水泵；其特征是生物反应器为一封闭容器，由带有微生物的悬浮式生物反应区和装有填料的固定式生物反应区构成；悬浮式生物反应区下部侧壁设有一进气口和一第二出水口，在进气口的内端装有穿孔管，上部侧壁设有进水口，进水口的内端装有穿孔管，悬浮式生物反应区上方是固定式生物反应区；悬浮式生物反应区和固定式生物反应区之间水平安装有隔板，隔板上开有至少两个孔；隔板上的每个孔上固接有通气管，通气管竖直伸入固定式生物反应区内部，通气管上端设有弯头，下端与悬浮式生物反应区连通；固定式生物反应区的内部填充有填料；固定式生物反应区上部侧壁设有喷淋液进口，在喷淋液进口的内端装有穿孔管，下部侧壁开有排气口和第一出水口，第一出水口内端装有环形液体收集管。
2.如权利要求1所述的设备，其特征是所述的悬浮式生物反应区内有悬浮生长的微生物。
3.如权利要求1所述的设备，其特征是所述的固定式生物反应区内部填充的填料上附着生长真菌类微生物。
4.如权利要求1所述的设备，其特征是所述的悬浮式生物反应区下部侧壁的进气口、第二出水口，其进气口的位置低于第二出水口的位置。
5.如权利要求1所述的设备，其特征是所述的固定式生物反应区下部侧壁的排气口、第一出水口，其排气口的位置高于第一出水口的位置。
6.如权利要求1所述的设备，其特征是所述的第一出水口和第二出水口，分别以管道与进水口相连通，在第一出水口和进水口之间的管道上设有一循环水泵，在第二出水口和进水口之间的管道上设有另一循环水泵。
7.如权利要求1所述的设备，其特征是所述的进气口、排气口、喷淋液进口、第一出水口、进水口和第二出水口的外端，分别设有阀门。
8.如权利要求1所述的设备，其特征是所述的隔板上的孔，其孔径为30-100mm。
9.如权利要求1所述的设备，其特征是所述的液体收集管为环形多孔管，孔径为1-50mm。
10.如权利要求1所述的设备，其特征是所述的穿孔管为多孔管，孔径为1-10mm。
全文摘要
本发明涉及环保技术领域，是利用生物反应器处理废气的设备。该设备由悬浮式生物反应区和固定式生物反应区构成；悬浮式生物反应区下部侧壁开有进气口和出水口，进气口低于出水口，上部侧壁设有进水口，在进气口和进水口的内端装有穿孔管，上方是固定式生物反应区；两个生物反应区之间装有隔板，隔板有多个孔；孔上固接有通气管，通气管在固定式生物反应区内，其上端有弯头，下端与悬浮式生物反应区连通；在固定式生物反应区内部有填料，上部侧壁设有喷淋液进口，进口内端装有穿孔管；下部的侧壁开有出水口和排气口，出水口内端装有环形液体收集管；排气口高于出水口。本发明利用真菌和细菌协同作用，有效地将废气中亲水性和疏水性污染物同时去除。
文档编号B01D53/84GK1704148SQ20041004274
公开日2005年12月7日 申请日期2004年5月25日 优先权日2004年5月25日
发明者李琳, 刘俊新 申请人:中国科学院生态环境研究中心