一种生化耦合尾气处理系统及其使用方法与流程

1.本发明涉及尾气处理技术领域，具体涉及一种生化耦合尾气处理系统及其使用方法。


背景技术：

2.近年来，环境污染问题越来越严重，尤其是大气污染越来越严峻。许多工业生产排放的废气，如半导体行业的全氟化物气体，在大气中具有强烈的红外吸收能力，cf4吸收红外的能力是co2的5700倍，因此会加重温室效应，使全球平均温度升高，成为气候异常的主要原因；其次，煤炉燃烧产生的烟气，包含硫化物和氮氧化物，刺激人呼吸系统，损害人的身体健康，而且还会产生酸雨，破坏地球生态环境，造成光化学污染等等。
3.目前针对减小废气对环境污染的方法主要有四条途径：(1)生产工艺优化；(2)开展气体替代品合成的研究；(3)对废气循环再利用；(4)将废气分解转化为无害物质，进行末端处理。工业上对于一些气体已经采取了一定的处理措施，例如烟气的脱硫技术已经相当成熟，但是对于一些难分解的气体仍然没有很好的解决办法。综合目前的工艺状况和经济成本等条件，末端处理去除废气成为目前比较行之有效的方法。
4.对于废气的分解技术目前主要有燃烧方法，热催化氧化方法，等离子体分解方法等。燃烧工艺对于有些稳定的气体不易去除，而且可能导致出现有害的二次化合物，此外，燃料的加入以及气体洗涤系统会使成本增加。热催化氧化方法将热分解和催化分解有效的结合，可以有效的分解气体，产生的氮氧产物很少，但是对设备要求高，催化剂需要定时更换，运行成本高。
5.但是，上述提到的废气分解技术仍存在处理对象单一以及净化后的气体中仍含有较多有害物质等等。因此，亟需一种能够有效提升废气净化处理能力并且还能有效地降低运行成本的系统。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺点，解决上述背景技术中提出的问题。
7.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：一种生化耦合尾气处理系统，其特征在于：包括依次连接的一级净化组件、二级净化组件、三级净化组件和四级净化组件。
8.更进一步地，所述一级净化组件包括生物洗涤装置、第一反应箱、固体催化剂填料层和第一喷淋系统，所述生物洗涤装置的输入端、输出端分别连接有进气管、导气管，所述导气管的另一端连接在第一反应箱上，所述反应箱的内部设有悬空的第一支撑栅格板，并且所述第一支撑栅格板处于导气管在反应箱上的接口的正上方，所述第一支撑栅格板上均匀地填覆有固体催化剂填料层。
9.更进一步地，所述第一喷淋组件包括药剂罐、第一输送泵、提升泵和第一喷淋管，所述第一喷淋管的管体架设第一反应箱内且处于固体催化剂填料层的正上方，所述输送泵
的输入端、输出端通过导管分别连接药剂罐、第一喷淋管，所述提升泵的输入端、输出端通过导管分别连接第一反应箱底端的内部、第一喷淋管；所述第一反应箱的输出端设有换气管，所述换气管的另一端连接有二级净化组件。
10.更进一步地，所述二级净化组件包括第二反应箱、微生物降解的惰性填料层和第二喷淋组件，所述第二反应箱内部均匀地填充有惰性填料层，所述第一反应箱与第二反应箱之间通过换气管连通，并且所述换气管在第二反应箱上的接口高于惰性填料层。
11.更进一步地，所述第二喷淋组件包括营养剂罐、第二输送泵和第二喷淋管，所述第二喷淋管架设在第二空腔内且处于惰性填料层的正上方，所述第二输送泵的输入端、输出端通过导管分别连接营养剂罐、第二喷淋管，所述第二反应箱的输出端还设有导通第二反应箱的过滤管，所述过滤管在第二反应箱上的接口位置低于惰性填料层的上表面，并且所述过滤管内部设有孔径小于惰性填料颗粒的过滤网，所述过滤管的输出端连接有三级净化组件。
12.更进一步地，所述三级净化组件包括依次连接的半导体式除湿机和三通管，所述三通管的两个支管末端均连接有四级净化组件；所述半导体式除湿机上设有排水管，所述排水管末端连接至进气管上，所述排水管上设有排水泵；所述半导体式除湿机上还设有散热管，所述散热管上分支有第一送热管和第二送热管，所述第一送热管与第二反应箱中埋设在惰性填料层底部的供热管头连通。
13.更进一步地，所述四级净化组件包括吸附塔和活性炭填料层，所述吸附塔内部设有悬空的第二支撑栅格板，并且所述第二支撑栅格板处于支管在吸附塔上的接口的正下方，所述第二支撑栅格板上均匀地填覆有活性炭填料层，所述吸附塔处于第二栅格板正下方的侧壁上设有排气管。
14.更进一步地，所述吸附塔的数量为两个，所述吸附塔上还设有与之配合的再生组件，所述再生组件包括储液罐、阴极板、阳极板、第三输送泵、四通管、气泵、抽水泵和负压泵，所述储液罐中灌装有电解液，所述第二支撑栅格板上等间距且交错式地插接有一组阴极板和一组阳极板，所述阳极板和阴极板将活性炭填料层分隔成若干列，所述四通管的四个管口分别连接第三输送泵的输出端、气泵的输出端以及两个吸附塔，并且所述四通管在吸附塔上的连接处低于活性炭填料层，所述第三输送泵、气泵的输入端分别连接至储液罐、第二送热管，两个所述吸附塔的底部均设有抽水管，所述抽水管均连接至抽水泵的输入端，所述抽水泵的输出端连接有回水管，所述回水管的另一端连接至进气管上，两个所述吸附塔的顶部均设有抽气管，所述抽气管均连接至负压泵的输入端，所述负压泵的输出端连接有回气管，所述回气管的另一端连接至进气管上。
15.更进一步地，所述进气管、导气管、换气管、排水管、散热管、第一送热管、第二送热管、三通管的两个支管、四通管的每个连接管体、排气管、抽水管、抽气管、回水管和回气管上均设有单向的阀门；所述第一喷淋管和第二喷淋管的管体上均密布有喷淋头。
16.一种生化耦合尾气处理系统的使用方法，包括以下步骤：步骤（1），在进气管的输入端设置进气泵，在进气泵的作用下将生化尾气全部吸入进气管中；步骤（2），进气管中的生化尾气在生物洗涤装置的作用下将其中的固体杂质进行
去除；步骤（3），生物洗涤装置将洗涤后的生化尾气排入第一反应箱中；步骤（4），第一输送泵将药剂罐中的药液送入第一喷淋管中并从其上的喷淋头雾化喷出，从而让雾状的药液对生化尾气进行二次淋洗，同时药液和固体催化剂填料层还相互配合从而对生化尾气进行强制氧化，从而迫使生化尾气中的污染因子被充分分解，第一反应箱将氧化处理后的生化尾气通过换气管排入第二反应箱；步骤（5），上述步骤（4）中，提升泵与第一输送泵同步启动，从而使得提升泵将蓄积在第一反应箱底部的药液重新提升至第一喷淋管中；步骤（6），紧接上述步骤（4），第二输送泵将营养剂罐中的营养液输送至第二喷淋管中并通过其上的喷淋头雾化喷出，从而为惰性填料层中的微生物提供充足的养分，从而通过惰性填料层中的微生物来进一步捕捉并降解生化尾气中的要害成分，通过惰性填料层净化后的生化尾气通过过滤管进入半导体式除湿机；步骤（7），半导体式除湿机对生化尾气进行干燥，并且半导体式除湿机上的排水管和排水泵还将配合使得其干燥出的水分重新注入生物洗涤装置中；步骤（8），吸附塔接收来自半导体式除湿机输送的生化尾气，从而通过活性炭填料层对生化尾气进行最后的吸附，从而将尾气中残余的极微量有机废气和臭气吸除，并将净化完毕后清洁的气体通过排气管排入大气中；步骤（9），在上述步骤（8）中，两个吸附塔一个处于工作状态（即连接在该吸附塔上的支管上的阀门处于开放状态）且另一个处于闲置状态（即连接在该吸附塔上的支管上的阀门处于关闭状态），若步骤（8）中吸附塔内的活性炭填料层的活性下降到指定值时，则该吸附塔立即退出工作并进入活性炭活性再生模式，与此同时另一吸附塔立即进入工作状态；步骤（10），紧接上述步骤（9），吸附塔进入活性炭活性再生模式，则连接在该吸附塔上支管上的阀门关闭、连接该吸附塔上的四通管的管体上的阀门开启、抽水管上的阀门关闭、四通管连接在抽气管上的阀门开启且排气管上的阀门关闭，第三输送泵将储液罐中的电解液输送至吸附塔中并完全淹没活性炭填料层，然后通过外部电源来为吸附塔中的阴极板和阳极板供电，从而通过电化学反应让活性炭上的污染物被分解而脱附，并且在此过程中，负压泵会将产生的废气重新注入生物洗涤装置中；步骤（11），紧接上述步骤（10），当活性炭上的污染物完成脱附后，抽水管上的阀门开启，抽水泵将废弃的电解液排入生物洗涤装置中；步骤（12），紧接上述步骤（11），当吸附塔中的电解液排空后，第二送热管上的阀门以及四通管与气泵连接的管体上的阀门均开启，气泵利用半导体式除湿机排出的废热空气来对潮湿的活性炭填料层进行干燥，同时负压泵会将潮湿的热空气排入生物洗涤装置中，直至活性炭填料层完全干燥。
17.与现有技术相比，本发明的优点和积极效果在于：本发明通过增加依次连接的一级净化组件、二级净化组件、三级净化组件和四级净化组件；其中，生物洗涤装置、第一反应箱、固体催化剂填料层和第一喷淋系统；其中，二级净化组件包括第二反应箱、微生物降解的惰性填料层和第二喷淋组件；其中，三级净化组件包括依次连接的半导体式除湿机和三通管；其中，吸附塔和活性炭填料层，并且吸附塔上
还设有与之配合的再生组件的设计。
18.这样可以通过生物洗涤装置对生化尾气进行淋洗从而将其中的固体杂质进行去除；然后在第一喷淋组件的作用下使得药液、固体催化剂填料层和生化尾气之间充分接触，从而对生化尾气进行强制的氧化反应，从而迫使生化尾气中的有害成分被充分分解；然后通过惰性填料层中的微生物来进一步捕捉并降解生化尾气中的要害成分；然后通过半导体式除湿机对生化尾气进行干燥；最后通过吸附塔中的活性炭填料层来对尾气中残留的极微量有害成分进行深度吸除。
19.这使得本发明较现有的技术具备更强的废气净化处理能力的效果，同时本发明中各个净化组件之间深度的耦合使得其还具备更低的运行成本。
附图说明
20.图1为本发明系统结构流程框架图。
21.图2为图1中a区域的放大图。
22.图3为图1中b区域的放大图。
23.图4为图1中c区域的放大图。
24.图5为图4中d区域的放大图。
25.图中的标号分别代表：1-生物洗涤装置；2-第一反应箱；3-固体催化剂填料层；4-进气管；5-导气管；6-第一支撑栅格板；7-药剂罐；8-第一输送泵；9-提升泵；10-第一喷淋管；11-换气管；12-第二反应箱；13-惰性填料层；14-营养剂罐；15-第二输送泵；16-第二喷淋管；17-过滤管；18-过滤网；19-半导体式除湿机；20-三通管；21-排水管；22-排水泵；23-散热管；24-第一送热管；25-第二送热管；26-供热管头；27-吸附塔；28-活性炭填料层；29-第二支撑栅格板；30-排气管；31-储液罐；32-阴极板；33-阳极板；34-第三输送泵；35-四通管；36-气泵；37-抽水泵；38-负压泵；39-回水管；40-回气管；41-喷淋头;42-阀门；43-抽气管；44-抽水管。
具体实施方式
26.为了能够更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本技术的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
27.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明并不限于下面公开说明书的具体实施例的限制。
28.本实施例的一种生化耦合尾气处理系统，参照图1-5：包括依次连接的一级净化组件、二级净化组件、三级净化组件和四级净化组件。
29.（一）一级净化组件包括生物洗涤装置1、第一反应箱2、固体催化剂填料层3和第一喷淋系统，所述生物洗涤装置1的输入端、输出端分别连接有进气管4、导气管5，所述导气管5的另一端连接在第一反应箱2上，所述反应箱的内部设有悬空的第一支撑栅格板6，并且所述第一支撑栅格板6处于导气管5在反应箱上的接口的正上方，所述第一支撑栅格板6上均匀
地填覆有固体催化剂填料层3。
30.第一喷淋组件包括药剂罐7、第一输送泵8、提升泵9和第一喷淋管10，所述第一喷淋管10的管体架设第一反应箱2内且处于固体催化剂填料层3的正上方，所述输送泵的输入端、输出端通过导管分别连接药剂罐7、第一喷淋管10，所述提升泵9的输入端、输出端通过导管分别连接第一反应箱2底端的内部、第一喷淋管10；所述第一反应箱2的输出端设有换气管11，所述换气管11的另一端连接有二级净化组件。
31.其中，生物洗涤装置1中的水可以将生化尾气中那些易溶于水的有害成分吸收，并将生化尾气中的固体杂质去除，从而达到初步的净化。
32.值得注意的是：第一反应箱2内采用的是多介质催化氧化工艺。其原理是：生化尾气在引风机的作用下穿过填料层，通过特制的喷淋头41喷射出呈发散雾状的药液（液相复配氧化剂）在固体催化剂填料层3（固相填料）表面充分接触，并在多介质催化剂的催化作用下，使得生化尾气中的有害因子被充分分解。
33.值得注意的是：一级净化组件具备占地小、投资低、运行成本低、管理方便以及即开即用等优点（二）二级净化组件包括第二反应箱12、微生物降解的惰性填料层13和第二喷淋组件，所述第二反应箱12内部均匀地填充有惰性填料层13，所述第一反应箱2与第二反应箱12之间通过换气管11连通，并且所述换气管11在第二反应箱12上的接口高于惰性填料层13。
34.第二喷淋组件包括营养剂罐14、第二输送泵15和第二喷淋管16，所述第二喷淋管16架设在第二空腔内且处于惰性填料层13的正上方，所述第二输送泵15的输入端、输出端通过导管分别连接营养剂罐14、第二喷淋管16，所述第二反应箱12的输出端还设有导通第二反应箱12的过滤管17，所述过滤管17在第二反应箱12上的接口位置低于惰性填料层13的上表面，并且所述过滤管17内部设有孔径小于惰性填料颗粒的过滤网18，所述过滤管17的输出端连接有三级净化组件。
35.值得注意的是：第二反应箱12内采用微生物法来净化生化尾气，从而进一步降解生化尾气中的有害成分。在实际应用过程中，惰性填料层13中的微生物经过驯化后，对不超过极限负荷量的有害成分，去除率可达99.5%以上。
36.值得注意的是：二级净化组件同样具备占地小、投资低、运行成本低、管理方便以及即开即用等优点。
37.（三）三级净化组件包括依次连接的半导体式除湿机19和三通管20，所述三通管20的两个支管末端均连接有四级净化组件；所述半导体式除湿机19上设有排水管21，所述排水管21末端连接至进气管4上，所述排水管21上设有排水泵22；所述半导体式除湿机19上还设有散热管23，所述散热管23上分支有第一送热管24和第二送热管25，所述第一送热管24与第二反应箱12中埋设在惰性填料层13底部的供热管头26连通。
38.因为吸附塔27在处理生化尾气时，其内部的活性炭填料层28会吸收生化尾气中的水分，从而使得活性炭填料层28极易达到饱和状态，因此需要对生化尾气进行干燥处理。
39.（四）四级净化组件包括吸附塔27和活性炭填料层28，所述吸附塔27内部设有悬空的第二支撑栅格板29，并且所述第二支撑栅格板29处于支管在吸附塔27上的接口的正下方，所述第二支撑栅格板29上均匀地填覆有活性炭填料层28，所述吸附塔27处于第二栅格板正下方的侧壁上设有排气管30。
40.其中，活性炭能够有效地处理生化尾气中的有机废气、臭气。因为活性炭能有效吸附臭气、天然和合成有机物、微污染物质等。大部分比较大的有机物分子能牢固的被吸附在活性炭表面或空隙中，并对合成有机物和低分子有机物有明显的去除效果。
41.（五）吸附塔27的数量为两个，所述吸附塔27上还设有与之配合的再生组件，所述再生组件包括储液罐31、阴极板32、阳极板33、第三输送泵34、四通管35、气泵36、抽水泵37和负压泵38，所述储液罐31中灌装有电解液，所述第二支撑栅格板29上等间距且交错式地插接有一组阴极板32和一组阳极板33，所述阳极板33和阴极板32将活性炭填料层28分隔成若干列，所述四通管35的四个管口分别连接第三输送泵34的输出端、气泵36的输出端以及两个吸附塔27，并且所述四通管35在吸附塔27上的连接处低于活性炭填料层28，所述第三输送泵34、气泵36的输入端分别连接至储液罐31、第二送热管25，两个所述吸附塔27的底部均设有抽水管44，所述抽水管44均连接至抽水泵37的输入端，所述抽水泵37的输出端连接有回水管39，所述回水管39的另一端连接至进气管4上，两个所述吸附塔27的顶部均设有抽气管43，所述抽气管43均连接至负压泵38的输入端，所述负压泵38的输出端连接有回气管40，所述回气管40的另一端连接至进气管4上。
42.这样当吸附塔27中的活性炭填料层28达到饱和时，就可以通过再生组件对活性炭填料层28进行还原；从而保证四级净化组件能够连续工作，且降低运行成本。
43.其中，再生组件采用的是电化学法来还原活性炭的活性。其工作原理为：将活性炭填充在两个主电极之间，在电解液中，加以直流电场，活性炭在电场作用下极化，一端成阳极，另一端呈阴极，形成微电解槽，在活性炭的阴极部位和阳极部位可分别发生还原反应和氧化反应，吸附在活性炭上的污染物大部分因此而分解，小部分因电泳力作用发生脱附。该方法操作方便且效率高、能耗低，其处理对象所受局限性较小，且可以避免二次污染。
44.（六）进气管4、导气管5、换气管11、排水管21、散热管23、第一送热管24、第二送热管25、三通管20的两个支管、四通管35的每个连接管体、排气管30、抽水管44、抽气管43、回水管39和回气管40上均设有单向的阀门42；所述第一喷淋管10和第二喷淋管16的管体上均密布有喷淋头41。
45.一种生化耦合尾气处理系统的使用方法，包括以下步骤：步骤（1），在进气管4的输入端设置进气泵36，在进气泵36的作用下将生化尾气全部吸入进气管4中。
46.步骤（2），进气管4中的生化尾气在生物洗涤装置1的作用下将其中的固体杂质进行去除。
47.步骤（3），生物洗涤装置1将洗涤后的生化尾气排入第一反应箱2中。
48.步骤（4），第一输送泵8将药剂罐7中的药液送入第一喷淋管10中并从其上的喷淋
头41雾化喷出，从而让雾状的药液对生化尾气进行二次淋洗，同时药液和固体催化剂填料层3还相互配合从而对生化尾气进行强制氧化，从而迫使生化尾气中的污染因子被充分分解，第一反应箱2将氧化处理后的生化尾气通过换气管11排入第二反应箱12。
49.步骤（5），上述步骤（4）中，提升泵9与第一输送泵8同步启动，从而使得提升泵9将蓄积在第一反应箱2底部的药液重新提升至第一喷淋管10中，这样可以使得药液能够得到循环使用，从而降低成本。
50.步骤（6），紧接上述步骤（4），第二输送泵15将营养剂罐14中的营养液输送至第二喷淋管16中并通过其上的喷淋头41雾化喷出，从而为惰性填料层13中的微生物提供充足的养分，从而通过惰性填料层13中的微生物来进一步捕捉并降解生化尾气中的要害成分，通过惰性填料层13净化后的生化尾气通过过滤管17进入半导体式除湿机19。
51.同时，第一送热管24将半导体式除湿机19散出的部分热量引入供热管头26，从而使得惰性填料层13始终维持在适宜的温度，这样可以使得惰性填料层13中的微生物始终处于最佳的活跃状态。
52.值得注意的是，第二喷淋组件向惰性填料喷淋营养液的判断依据来自埋设在惰性填料层13中的湿度传感器。
53.步骤（7），半导体式除湿机19对生化尾气进行干燥，并且半导体式除湿机19上的排水管21和排水泵22还将配合使得其干燥出的水分重新注入生物洗涤装置1中。
54.步骤（8），吸附塔27接收来自半导体式除湿机19输送的生化尾气，从而通过活性炭填料层28对生化尾气进行最后的吸附，从而将尾气中残余的极微量有机废气和臭气吸除，并将净化完毕后清洁的气体通过排气管30排入大气中。
55.步骤（9），在上述步骤（8）中，两个吸附塔27一个处于工作状态（即连接在该吸附塔27上的支管上的阀门42处于开放状态）且另一个处于闲置状态（即连接在该吸附塔27上的支管上的阀门42处于关闭状态），若步骤（8）中吸附塔27内的活性炭填料层28的活性下降到指定值时，则该吸附塔27立即退出工作并进入活性炭活性再生模式，与此同时另一吸附塔27立即进入工作状态。
56.值得注意的是：判断活性炭填料层28活性是否达到饱和的依据来自安装在第二支撑栅格板29上的压力传感器。
57.步骤（10），紧接上述步骤（9），吸附塔27进入活性炭活性再生模式，则连接在该吸附塔27上支管上的阀门42关闭、连接该吸附塔27上的四通管35的管体上的阀门42开启、抽水管44上的阀门42关闭、四通管35连接在抽气管43上的阀门42开启且排气管30上的阀门42关闭，第三输送泵34将储液罐31中的电解液输送至吸附塔27中并完全淹没活性炭填料层28，然后通过外部电源来为吸附塔27中的阴极板32和阳极板33供电，从而通过电化学反应让活性炭上的污染物被分解而脱附，并且在此过程中，负压泵38会将产生的废气重新注入生物洗涤装置1中。
58.值得注意的是：判断活性炭填料层28是否被电解液淹没的依据来自安装在吸附塔27内壁上的液位传感器。
59.步骤（11），紧接上述步骤（10），当活性炭上的污染物完成脱附后，抽水管44上的阀门42开启，抽水泵37将废弃的电解液排入生物洗涤装置1中。
60.步骤（12），紧接上述步骤（11），当吸附塔27中的电解液排空后，第二送热管25上的
阀门42以及四通管35与气泵36连接的管体上的阀门42均开启，气泵36利用半导体式除湿机19排出的废热空气来对潮湿的活性炭填料层28进行干燥，同时负压泵38会将潮湿的热空气排入生物洗涤装置1中，直至活性炭填料层28完全干燥。
61.值得注意的是：判断活性炭填料层28是否完全干燥的依据来自安装在吸附塔27内壁上的湿度传感器值得注意的是：排水管21、回水管39和回气管40将水分、气体回送至生物洗涤装置1中，是因为其内部仍然含有微量的有害因子，这样就可以让这些有害因子重新进入本发明系统的净化循环中，从而有效地提升本发明系统最终排放气体的清洁等级。
62.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例应用于其它领域，但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。