一种利用聚氨酯材料作为填料的生物处理废气装置的制作方法

本发明属于废气处理技术领域，具体涉及一种利用聚氨酯材料作为填料的生物处理废气装置。

背景技术：

随着工业的发展和生活水平的提高，由居民生活产生的生活垃圾、废水和由工业生产产生的工业三废(废水、废气、废渣)也与日俱增，对上述废弃物的处理压力也逐渐增大，在现有的环保节能产业和废弃物处理水平有限的条件下，由自然界则承担了过大的净化压力，对自然环境的破坏和对气候的影响也到了相当严重的程度。

随着环保标准和政策的日趋严格，国家及地方政府出台了更加严格的国家和地方废气排放标准，对可挥发性有机废气vocs和臭气(硫化氢、氨气等)也做了相对严格的要求。为消除vocs和硫化氢、氨气等恶臭气味的气体，通常采用的方法有活性炭吸附法、化学洗涤法和生物净化法，其中生物净化方法，主要利用一种生物滴滤装置，因其成本低廉和处理效率高的优点而被广泛采用。它主要通过附着于滴滤塔内填料表面的微生物的代谢转化过程，把污染物降解为co2、水和无机盐等物质，并利用废气作为营养或能源生成新的微生物细胞质，形成稳定平衡的微生态环境，可以持续的代谢转化废气中的污染物质。

本发明采用孔隙率高、保水性好、传质效率高、耐腐蚀耐老化的聚氨酯泡沫板代替传统的活性炭、竹炭、树皮等填料，其整体性更好，便于拆卸，其主要的优点在于聚氨酯泡沫板不仅孔隙率高，孔隙比竹炭、活性炭的大很多，更利于废气中的污染物物质通过液膜传递到微生物；同时将传统的碎块填料水平铺筑在箱体(铺筑厚度高达1～2米)内，改为竖向整体卷制而成，可以在废气流向线性上更好的利用填料中的微生物。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述现有技术的不足，提供一种新型生物处理废气装置。该新型装置采用孔隙率高、保水性好、传质效率高、耐腐蚀耐老化的聚氨酯泡沫板为填料，其整体性更好，便于拆卸，其主要的优点在于聚氨酯泡沫板孔隙率高，可以为微生物提供稳定的代谢繁殖环境，利于微生物生长，同时聚氨酯泡沫板的孔隙很大，更利于废气中的污染物物质通过液膜传递到微生物。该新型装置采用竖向卷制的方式将聚氨酯泡沫板固定在箱体内，该方式可以增加填料和废气的初始接触面积，从而可以在废气流向线性上更好的利用填料中的微生物。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种利用聚氨酯材料作为填料的生物处理废气装置，包括箱体，所述箱体包括依次隔开的上部、中部和下部；所述箱体的上部设置有喷淋装置，箱体的中部设置有圆筒形填料结构，所述圆筒形填料结构将中部分隔成两个空间，所述箱体中部的侧壁设置有出气口，出气口与圆筒形填料结构外侧的空间连通；所述箱体的下部设置有储水池和进气口；所述箱体的下部与圆筒形填料结构以及圆筒形填料结构内侧的空间连通；所述箱体的上部与圆筒形填料结构连通。

优选地，所述圆筒形填料结构竖直设置在箱体的中部，包括填料层和填料层固定结构。

优选地，所述填料层为聚氨酯泡沫填料层；所述填料层固定结构包括内笼钢丝网和外笼钢丝网；所述内笼钢丝网设置在填料层内侧，外笼钢丝网设置在填料层外侧；所述内笼钢丝网或外笼钢丝网上设置有防腐涂层。

优选地，所述聚氨酯泡沫填料层由2～8层聚氨酯泡沫板卷制而成，每层所述聚氨酯泡沫板的厚度为15～20cm；所述填料层聚氨酯泡沫板每层厚度的设定则由装置尺寸形成的半径卷曲率确定，因此不宜太薄影响整体性效果，也不宜太厚，会对内侧孔隙形成过度挤压，以每层厚度在15～20cm为宜。

所述聚氨酯泡沫板为软质开孔聚氨酯材料，其密度为30～40kg/m³,整体孔隙率大于70％；

所述内笼钢丝网和外笼钢丝网的厚度各为1.5～2mm，孔隙单孔面积各为4～9cm²。

优选地，所述内笼钢丝网、外笼钢丝网分别采用钢筋骨架进行固定。

优选地，所述填料层厚度不大于1.2m。所述填料层的总厚度主要由废气中污染物浓度确定，本装置适用于低浓度的vocs和硫化氢、氨气等，其中：可挥发性有机物浓度不大于1000mg/m³、硫化氢和氨气浓度不大于500mg/m³，多层聚氨酯泡沫板的总厚度不宜大于1.2m，因超过一定总厚度则会对装置造成较大的风阻。

优选地，所述圆筒形填料结构的制备方法包括以下步骤：

a1、将聚氨酯泡沫材料进行蒸汽吹扫预处理，蒸汽温度120～130℃，吹扫时间1.5～2分钟；

a2、将步骤a1处理后的聚氨酯泡沫材料切割形成聚氨酯泡沫板，然后将其延内笼钢丝网外侧卷制，卷制所需厚度后，用外笼钢丝网包覆在所得聚氨酯泡沫填料层的外侧进行固定，即可。

箱体制作好后设置内笼钢丝网的钢筋骨架，将内笼钢丝网与其固定的钢筋骨架紧密牢固的固定在一起，为减少风压对局部圆弧度的影响，焊接固定为宜，为保持聚氨酯泡沫板卷制后的圆筒形结构，钢筋骨架间隙10～20cm为宜；之后将聚氨酯泡沫板围绕内笼一层层卷制，多余部分裁减掉，不要过度挤压；之后固定外笼钢丝网和其钢筋骨架，外笼钢丝网与其相固定的钢筋骨架也需连接固定在一起，为以后检修或更换填料方便，绑扎固定为宜；然后再连接固定上隔板，之后连接装置的各组件和附件即可。聚氨酯泡沫板使用前，用低压蒸汽吹扫其微孔道，去除孔径内杂质和游离基。

优选地，所述喷淋装置设置在箱体上部的顶部，所述喷淋装置的喷淋口通过管道与储水池上的回水口连接。

优选地，所述回水口上方的管道上设置有水泵。

优选地，所述喷淋装置喷淋的喷淋液为含有微生物的无机盐溶液；

所述无机盐溶液包括以下浓度的各组分：nh4cl1.2g/l、kh2po40.6g/l、k2hpo40.6g/l、mgso4·7h2o0.2g/l、feso4·7h2o0.01g/l、cacl20.05g/l；

优选地，所述微生物为微生物粉末或菌浓度大于10⁸cfu微生物菌液，所述微生物粉末的加入量为60v/a克，其中v为填料层的总体积，a为微生物粉末中微生物菌体的干重百分比；所述微生物菌液的加入体积为填料体积的4～6‰。

优选地，所述喷淋液的制作方法为：⑴将微生物加入无机盐溶液中；⑵将上述溶液搅拌均匀活化12小时后即可。

优选地，所述进气口设置在箱体的下部的侧壁上，且设置在储水池液面以上的位置。

优选地，所述箱体由玻璃钢或内部喷涂防腐涂层的不锈钢板制成。

优选地，由于装置处理的废气多为可腐蚀性气体，所以不锈钢的箱体结构内部表面(包括钢丝网和其固定的钢筋骨架表面)要全部喷涂防腐涂层，防腐涂层可以用环氧树脂复合材料，或者热镀锌、铝等。箱体一般截面为正方形，高度为截面长和宽的1～2倍为宜。

本发明还提供了一种采用前述装置进行生物处理废气的方法，包括以下步骤：

s1、用喷淋液对填料层进行淋洗3～5天，使微生物驻留在聚氨酯泡沫材料的微孔道中，并经胞外多糖粘结形成稳固的生物膜；

s2、由风机将污染源的废气从进气口引入箱体的下部，然后进入圆筒形填料结构内侧的空间中，在一定压力作用下通过填料层进行生物处理，处理后的气体流出至圆筒形填料结构外侧的空间，再由出气口排出箱体外。

本发明的工作原理为：

由风机将污染源的废气从进气口引入箱体的下部，然后进入圆筒形填料结构内侧的空间中，在一定压力作用下，通过内笼和外笼之间的聚氨酯泡沫板填料层，处理后的气体流出至圆筒形填料结构外侧的空间，再由出气口排出箱体外；废气中的污染物分子在经过填料层时被填料层中液膜吸收并传递给微生物，被微生物吸收代谢后，转化为无害化或污染程度小的物质排出，达到废气净化的作用；喷淋装置每隔一定时间喷洒一次，喷淋液只流经圆筒形填料结构，再由圆筒形填料结构下方流出至箱体下部的储水池。而储水池中的喷淋液可通过回水口泵入喷淋装置，从而实现喷淋液的循环使用；喷淋的作用主要有两个，保持填料湿润形成液膜和为微生物提供水和无机盐。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

1、本发明用聚氨酯泡沫板作为生物处理废气装置的填料，代替传统的竹炭、陶粒、树皮、活性炭等填料，其优点在于成本低、孔隙大易于形成的液膜稳固、易于微生物生长和对污染物的吸收、耐老化耐腐蚀的惰性材料有利于装置长期稳定的运行。

2、本发明改变传统填料的堆叠铺筑方式，相较于传统的竹炭、陶粒、树皮、活性炭等填料的装填方式，本生物处理废气装置采用聚氨酯泡沫板竖向卷制的方式能够更好的增加填料与污染物的初始接触面积，从而更好利用微生物的效率，对气体流经方向线性上的微生物利用率提高明显。

3、本发明的装置较之前的颗粒填料堆叠型式和规整填料的平铺型式的装置，占地面积小，不受场地条件的约束；就内部结构而言，可以有效降低风压损失，不易造成不均匀区域，对填料微孔结构的利用率更高。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明生物废气处理装置结构示意图；

图2为生物废气处理装置中填料固定系统的结构示意图；

其中：1-喷淋装置；2-填料层；3-内笼钢丝网；4-外笼钢丝网；5-出气口；6-储水池；7-进气口；8-回水口；9-水泵。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

以下实施例提供了一种生物处理废气装置，如图1和图2所示，包括箱体，所述箱体包括依次隔开的上部、中部和下部；所述箱体的上部设置有喷淋装置1，箱体的中部设置有圆筒形填料结构，所述圆筒形填料结构将中部分隔成两个空间，所述箱体中部的侧壁设置有出气口5，出气口5与圆筒形填料结构外侧的空间连通；所述箱体的下部设置有储水池6和进气口7；所述箱体的下部与圆筒形填料结构以及圆筒形填料结构内侧的空间连通；所述箱体的上部与圆筒形填料结构连通。

所述圆筒形填料结构竖直设置在箱体的中部，包括填料层2和填料层固定结构。

所述填料层2为聚氨酯泡沫填料层。

所述聚氨酯泡沫填料层由2～8层聚氨酯泡沫板卷制而成，每层所述聚氨酯泡沫板的厚度为15～20cm。

所述填料层2厚度不大于1.2m。

所述聚氨酯泡沫板为软质开孔聚氨酯材料，其密度为30～40kg/m³,整体孔隙率大于70％。

所述填料层固定结构包括内笼钢丝网3和外笼钢丝网4；所述内笼钢丝网3设置在填料层2内侧，外笼钢丝网4设置在填料层2外侧；所述内笼钢丝网3或外笼钢丝网4上设置有防腐涂层。所述防腐涂层采用喷涂或电镀方式形成。

所述内笼钢丝网3和外笼钢丝网4的厚度各为1.5～2mm，孔隙单孔面积各为4～9cm²。

所述圆筒形填料结构的制备方法包括以下步骤：

a1、将聚氨酯泡沫材料进行蒸汽吹扫预处理，蒸汽温度120～130℃，吹扫时间1.5～2分钟；

a2、将步骤a1处理后的聚氨酯泡沫材料切割形成聚氨酯泡沫板，然后将其延内笼钢丝网外侧卷制，卷制所需厚度后，用外笼钢丝网包覆在所得聚氨酯泡沫填料层的外侧进行固定，即可。

所述喷淋装置1设置在箱体上部的顶部，所述喷淋装置1的喷淋口通过管道与储水池6上的回水口8连接。

所述回水口8上方的管道上设置有水泵9。

所述喷淋装置1喷淋的喷淋液为含有微生物的无机盐溶液。所述无机盐溶液的组成为nh4cl1.2g/l、kh2po40.6g/l、k2hpo40.6g/l、mgso4·7h2o0.2g/l、feso4·7h2o0.01g/l、cacl20.05g/l。

所述微生物为微生物粉末或菌浓度大于10⁸cfu微生物菌液，所述微生物粉末的加入量为60v/a克，其中v为填料层的总体积，a为微生物粉末中微生物菌体的干重百分比；所述微生物菌液的加入体积为填料体积的4～6‰。

所述喷淋液的制作方法为：⑴将微生物加入无机盐溶液中；⑵上述溶液搅拌均匀活化12小时后即可。

所述进气口7设置在箱体的下部的侧壁上，且设置在储水池6液面以上的位置。

本发明的工作原理为：

由风机将污染源的废气从进气口7引入箱体的下部，然后进入圆筒形填料结构内侧的空间中，在一定压力作用下，通过内笼和外笼之间的聚氨酯泡沫板填料层，处理后的气体流出至圆筒形填料结构外侧的空间，再由出气口5排出箱体外；废气中的污染物分子在经过填料层2时被填料层2中液膜吸收并传递给微生物，被微生物吸收代谢后，转化为无害化或污染程度小的物质排出，达到废气净化的作用；喷淋装置1每隔一定时间喷洒一次，喷淋液只流经圆筒形填料结构，再由圆筒形填料结构下方流出至箱体下部的储水池6。而储水池6中的喷淋液可通过回水口8泵入喷淋装置1，从而实现喷淋液的循环使用；喷淋的作用主要有两个，保持填料湿润形成液膜和为微生物提供水和无机盐。

实施例1

本实施例提供了一种生物处理废气装置，包括箱体，所述箱体包括依次隔开的上部、中部和下部；所述箱体的上部设置有喷淋装置，箱体的中部设置有圆筒形填料结构，所述圆筒形填料结构将中部分隔成两个空间，所述箱体中部的侧壁设置有出气口，出气口与圆筒形填料结构外侧的空间连通；所述箱体的下部设置有储水池和进气口；所述箱体的下部与圆筒形填料结构以及圆筒形填料结构内侧的空间连通；所述箱体的上部与圆筒形填料结构连通。

所述箱体有玻璃钢制成，外部尺寸为长和宽各2.5m，高3m；

所述圆筒形填料结构竖直设置在箱体的中部，包括填料层和填料层固定结构。

所述填料层为聚氨酯泡沫填料层。

所述聚氨酯泡沫填料层由8层聚氨酯泡沫板卷制而成，每层所述聚氨酯泡沫板的厚度为15cm，所述填料层厚度1.2m，填料总体积约为4.5m³。

所述填料层固定结构包括内笼钢丝网和外笼钢丝网；所述内笼钢丝网设置在填料层内侧，外笼钢丝网设置在填料层外侧；所述内笼钢丝网或外笼钢丝网上设置有防腐涂层。所述防腐涂层采用喷涂或电镀方式形成。所述内笼钢丝网的直径为0.6m、外笼钢丝网的直径为1.8m、高度均为2m。

所述内笼钢丝网和外笼钢丝网的厚度各为1.5～2mm，孔隙单孔面积各为4～9cm²。

所述喷淋装置设置在箱体上部的顶部，所述喷淋装置的喷淋口通过管道与储水池上的回水口连接。

所述回水口上方的管道上设置有水泵。

所述喷淋装置喷淋的喷淋液为含有微生物的无机盐溶液。

所述进气口设置在箱体的下部的侧壁上，且设置在储水池液面以上的位置。

装置处理效果检测：

1)h2s气体处理

将制备的硫杆菌菌液，加入到无机盐溶液中，搅拌均匀后，在25～35℃条件下静止活化12小时；之后将活化好的菌液导入该处理装置底部储水池，通过喷淋装置对聚氨酯泡沫填料层进行淋洗，循环淋洗的时间为3天。

然后向本处理装置中通入约200mg/m³的h2s气体，通气一周后达到平稳运行状态，此时检测出气口的h2s气体浓度，计算后h2s气体的去除率达到99％以上。

2)nh3气体处理

将制备的硝化细菌菌液，加入到无机盐溶液中，搅拌均匀后，在25～35℃条件下静止活化12小时；之后将活化好的菌液导入该处理装置底部储水池，通过喷淋装置对聚氨酯泡沫填料层进行淋洗，循环淋洗的时间为3天。

然后向本处理装置中通入约150mg/m³的nh3气体，通气一周后达到平稳运行状态，此时检测出气口的nh3气体浓度，计算后nh3气体的去除率达到95％以上。

3)甲苯气体处理

将制备的经驯化的假单胞杆菌菌液，加入到无机盐溶液中，搅拌均匀后，在25～35℃条件下静止活化12小时；之后将活化好的菌液导入该处理装置底部储水池，通过喷淋装置对聚氨酯泡沫填料层进行淋洗，循环淋洗的时间为3天。

然后向本处理装置中通入约500mg/m³的甲苯气体，通气一周后达到平稳运行状态，此时检测出气口的甲苯气体浓度，计算后甲苯气体的去除率达到95％以上。

4)甲苯气体处理

将制备的经驯化的假单胞杆菌菌液，加入到无机盐溶液中，搅拌均匀后，在25～35℃条件下静止活化12小时；之后将活化好的菌液导入该处理装置底部储水池，通过喷淋装置对聚氨酯泡沫填料层进行淋洗，循环淋洗的时间为3天。

然后向本处理装置中通入约500mg/m³的二甲苯气体，通气一周后达到平稳运行状态，此时检测出气口的二甲苯气体浓度，计算后二甲苯气体的去除率达到95％以上。

对比例1

本对比例为传统的生物滴滤装置，玻璃钢箱体结构，尺寸为长和宽各2m高2.5m，其中填料采用聚氨酯泡沫板平铺于箱体底面格栅网上，填料层总高度1.12m，采用7层厚度为0.16m的聚氨酯泡沫板堆叠而成，填料总体积约4.5m³。外设循环水箱，并通过循环水泵与喷淋系统连接。

装置处理效果检测：

1)h2s气体处理

将制备的硫杆菌菌液，加入到无机盐溶液中，搅拌均匀后，在25～35℃条件下静止活化12小时；之后将活化好的菌液导入循环水箱，通过喷淋装置对聚氨酯泡沫填料层进行淋洗，循环淋洗的时间为3天。

然后向本处理装置中通入约200mg/m³的h2s气体，通气一周后达到平稳运行状态，此时检测出气口的h2s气体浓度，计算后h2s气体的去除率为90％。

2)nh3气体处理

将制备的硝化细菌菌液，加入到无机盐溶液中，搅拌均匀后，在25～35℃条件下静止活化12小时；之后将活化好的菌液导入循环水箱，通过喷淋装置对聚氨酯泡沫填料层进行淋洗，循环淋洗的时间为3天。

然后向本处理装置中通入约150mg/m³的nh3气体，通气一周后达到平稳运行状态，此时检测出气口的nh3气体浓度，计算后nh3气体的去除率为90-92％。

对比例2

本对比例为传统的生物滴滤装置，玻璃钢箱体结构，尺寸为长和宽各2m高2.5m，其中填料采用颗粒状竹炭填铺于箱体底面细格栅板上，填料层总高度1.12m，填料总体积约4.5m³。外设循环水箱，并通过循环水泵与喷淋系统连接。

装置处理效果检测：

1)h2s气体处理

将制备的硫杆菌菌液，加入到无机盐溶液中，搅拌均匀后，在25～35℃条件下静止活化12小时；之后将活化好的菌液导入循环水箱，通过喷淋装置对聚氨酯泡沫填料层进行淋洗，循环淋洗的时间为3天。

然后向本处理装置中通入约200mg/m³的h2s气体，通气一周后达到平稳运行状态，此时检测出气口的h2s气体浓度，计算后h2s气体的去除率为86-90％。

2)nh3气体处理

将制备的硝化细菌菌液，加入到无机盐溶液中，搅拌均匀后，在25～35℃条件下静止活化12小时；之后将活化好的菌液导入循环水箱，通过喷淋装置对聚氨酯泡沫填料层进行淋洗，循环淋洗的时间为3天。

然后向本处理装置中通入约150mg/m³的nh3气体，通气一周后达到平稳运行状态，此时检测出气口的nh3气体浓度，计算后nh3气体的去除率为85-88％。

综上所述，本发明利用聚氨酯泡沫材料孔隙率高、保水性好、传质效率高、耐腐蚀耐老化等优点，为微生物构筑良好的微生态环境，以提高微生物处理废气的效率；通过改变传统填料层水平铺设为竖直卷制，改善了净化过程中在线性上对填料载体中微生物利用不足的缺点。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。