清洁受污染空气流的方法和装置与流程

本发明涉及清洁受污染空气流以去除气味和挥发性有机化合物(VOC)的方法。
背景技术：
：本发明适用于处理包含高浓度硫和其它有气味的化合物的废气流.受污染空气流的来源可以源自市政或工业废水的处理，或者废水处理副产物的处理过程，例如生物固体脱水、干燥、巴氏灭菌或者在消化之前的物理和化学以及热水解.这样的废空气典型地包含10％至20％的氧气.受污染空气流中的污染物可以包括还原性硫化合物、例如硫化氢(H2S)，挥发性有机化合物和/或有机硫化合物.装置1适用于从受污染空气流去除污染物，其中污染物的浓度较高，例如，硫化氢(H2S)的浓度高于200ppm、500ppm、1000ppm、2000ppm.污染物可以包括有机硫化合物，其中，有机硫化合物的浓度可高于50ppm。污染物可以包括挥发性有机化合物，其中，挥发性有机化合物的浓度可高于50mg/m3.生物废物处理系统在它们处理这些可变化负载方面的能力受到限制.生物过滤和生物洗涤消除系统被日益成功地应用，其具有低运行成本、高性能、高可靠性、低维护、不存在次生废物以及最终在可被处理的污染物范围方面的多功能性.许多现有技术生物过滤系统的主要问题之一在于在它们非常成功地去除H2S的同时，H2S的生物转化产生H2SO，致使系统的pH下降，并且如果未被控制的话，其可下降至低于4.0，继而致使绝大多数生物活性受到抑制，这通常被称为“变酸”.这些生物过滤器中的许多具有泥炭、木屑或者堆肥作为它们的介质，并且所述的变酸通过将通常呈石灰形式的含钙材料添加至有机介质，或者使用水喷洒系统洗掉过量的H2SO而被控制.虽然这些方法是相当成功的，但是过长地暴露至高于设计水平的H2S浓度下仍然会导致变酸，这通常会使pH调节成为必要.在构造生物过滤器装置时，使用海产来源的含钙材料作为介质或者填充材料是已知的.在微生物活性下，H2S转化为H2SO，其随后与CaCO3反应生成CaSO4+H2O+CO2.这确保了所产生的酸被中和.有机介质生物过滤系统的另一个问题在于，虽然他们在稳定状态负载时通常是高效的，但是效率随负载增加而降低.典型的设计限制表现为在100m3/m3介质/小时的负载下，去除20ppm量级的H2S.如果源头具有更高的浓度，那么就必须要稀释或者需要减小气流.在某些情况中，该困难通过合并来自不同位置的废气来克服，从而保持生物过滤系统的入口浓度处于可接受的水平.无需多言的是，稀释或降低流速的需要将导致生物过滤器尺寸的增大，相应地提高成本，并且在任意情况中，导致更加复杂的设备，以确保克服峰值负载的困难.使用任何生物系统的另一个主要问题在于其依赖于在所述系统中存在的微生物的活性.因此，重要的是，使用细菌对生物系统进行有效播种以确保接种体在其被有效地建立之前不会由过滤器介质洗掉.此外，必须要确保培养物在入口浓度下降时的饥饿期间存活.至关重要的是，接种细菌即便是在饥饿期间仍保持存活并且由此在其随后处于峰值时是可用的.存在对将处理高浓度和可变浓度的难闻气体并且特别是高浓度的和可变浓度的H2S的系统的需要.目的为提供气味消除系统，其将成功地处理有气味的气体，同时最小化初始资金成本和随后的运行成本.WO9635502(A1)公开了一种流出物处理系统，用于从气流去除流出物气体，所述系统包括填料，所述填料包括数个无规布置的含钙材料单元.所述单元可以是甲壳类动物的废弃壳体，特别是半蚌壳，并具有液体保持部分，取决于具有填料的单元的取向，其可以形成单独的液体储存器.合适的细菌被保持在所述储存器的至少一些中.所述系统可以作为生物过滤器或者生物洗涤器来操作.在这种系统中，碳酸钙由海洋贝壳缓慢地释放，因为其需要维持pH.介质随着时间缓慢地溶解并消耗.贝壳介质的寿命与其堆密度以及在所述系统上负载的硫成比例.对于非常高浓度的空气流(H2S＞200ppm)来说，介质寿命(medialife)可能是相对短的(12至18个月).因此，存在着对于改善清洁受污染空气流的经济和环境可持续性方法的需要，其中，所述方法要足够灵活以处理包含不同主要化合物的复杂空气流并克服上述问题。技术实现要素：据此，本发明提供了一种清洁受污染空气流的方法，所述方法包括步骤：使受污染空气流经过多级清洁反应器，其中，所述多级清洁反应器中的至少两级包括海产贝壳材料.为了清洁具有高浓度H2S的空气，多级清洁反应器中的至少一级可以包括惰性废橡胶碎屑生物滴滤材料.所述的至少一级可以进一步包括生物单元.优选地，至少两个贝壳级中的一个包括第一尺寸的贝壳，并且所述至少两个级中的另一个包括第二尺寸的贝壳，第二尺寸不同于第一尺寸.所述方法可以包括使受污染空气流经过包含牡砺壳的级，并随后经过包含蚌壳的级.所述方法可以包括使受污染空气流经过包含美国蛤壳的级，并随后经过包含蚌壳的级.所述方法可以包括使受污染空气流经过包含牡蛎壳的级，并最后经过包含女王扇贝壳的级.所述方法可以包括使受污染空气流经过包含美国蛤壳的级，并随后经过包含女王扇贝壳的级.所述方法可以包括使受污染空气流经过包含牡蛎壳的级，并随后经过包含鸟蛤壳的级。所述方法可以包括使受污染空气流经过包含美国蛤壳的级，并随后经过包含鸟蛤壳的级.所述方法可以包括使受污染空气流经过包含女王扇贝壳的级，并随后经过包含鸟蛤壳的级。海产贝壳材料可以包括完整的或者部分完整的海洋贝壳.海产贝壳材料可以包括蚌壳材料，和/或牡蛎壳材料，和/或鸟蛤壳材料，和/或美国圆蛤类贝壳材料，和/或女王扇贝壳材料中的一种或多种.海产贝壳材料可以包括海底捕捞的蚌壳材料.所述方法可以包括使用水来冲洗每个级.所述方法可以包括连续再循环每个级的冲洗水.污染物可以是还原性硫化合物和挥发性有机化合物中的至少一种.硫化合物可以包括硫化氢，H2S.所述方法可以进一步包括冲扫冲洗水以由反应器去除污染物.本发明还提供了一种用于清洁受污染空气流的装置，所述装置包括多级清洁反应器和用于使受污染空气流经过所述多级清洁反应器的机构，其中，多级清洁反应器中的至少两级包括海产贝壳材料.多级清洁反应器中的至少一级可以包括惰性废橡胶碎屑生物滴滤材料.所述的至少一个级可以进一步包括生物单元.使受污染气体经过橡胶材料促成橡胶材料和受污染气体之间的化学和/或催化反应，从而从气体中去除硫.橡胶优选为废橡胶碎屑，并且可以粒化或者粉碎成碎片.这样的橡胶材料易于获得并且廉价，例如来自废弃机动车轮胎.由于废橡胶碎屑材料为惰性的，所以废橡胶碎屑材料提供几乎无限的介质寿命.水和气体之间的顺流式流动促成低压力降下的高冲洗速率.可以将冲洗速率提高至比现有技术中橡胶过滤系统中使用的细水雾高得多.优选地，与在现有技术中使用的小于5L/m3/分钟相比，实现了15-20L/m3/分钟范围的流速.水和气体的顺流式流动对于实现这些速率来说是必要的.所述方法可以进一步包括再循环所述水.所述方法可以进一步包括冲扫冲洗水以去除污染物.优选地，所述水被加热.优选地，所述水包括生物试剂.可将生物试剂，接种体例如兼性自养硫还原菌引入至冲洗水中.通过将生物组分添加至水，使生物反应在水中发生，并且用兼性自养硫还原菌接种废橡胶碎屑.因为将增加的冲洗和生物活性组合，所述生物活性将多部分硫转化为可溶性硫酸盐，而不是用单质硫涂覆橡胶，所以，不出现如现有技术的系统所实施的橡胶的硫代硫酸盐“涂层”，由此，不需要周期性清洁.至硫酸盐的高生物转化和高冲洗速率的结合意味着清洁橡胶的级不是必要的.优选地，所述至少两个贝壳级中的一个包括第一尺寸的贝壳，并且所述至少两个级中的另一个包含第二尺寸的贝壳，第二尺寸不同于第一尺寸.所述装置可以包括至少一个包含牡蛎壳的级，和至少一个包含蚌壳的级.所述装置可以包括至少一个包含美国蛤壳的级，和至少一个包含蚌壳的级.所述装置可以包括至少一个包含牡蛎壳的级，和至少一个包含女王扇贝壳的级.所述装置可以包括至少一个包含美国蛤壳的级，和至少一个包含女王扇贝壳的级.所述装置可以包括至少一个包含牡蛎壳的级，和至少一个包含鸟蛤壳的级.所述装置可以包括至少一个包含美国蛤壳的级，和至少一个包含鸟蛤壳的级.所述装置可以包括至少一个包含女王扇贝壳的级，和至少一个包含鸟蛤壳的级.所述装置可以包括使用水来冲洗每个级的机构。所述装置可以包括连续再循环每个级的冲洗水的机构.污染物可以包括还原性硫化合物和挥发性有机化合物中的至少一种.硫化合物可以包括硫化氢，H2S.所述装置可以进一步包括冲扫冲洗水以从反应器去除污染物的机构.还可以提供用于控制水的冲扫的机构.在水的提供和处理成本方面，耗水量是显著的.如果其可被最小化，那么就可以显著节省运行成本。对于贝壳级，关键参数为传导性，因为pH由所述贝壳保持.传导性探针被安装于再循环冲洗水中，并被用于将传导性典型地保持在低于3000微西门子每厘米，通过添加最小的冲洗水体积.这些测量的组合允许以改善的性能和降低的运行成本安装更小的、更加有效的过滤器.所述装置可以进一步包括用于加热冲洗水的机构.生物活性在25至35℃之间是最佳的，每升高十度生物活性就加倍.因此，以尽可能最低的成本保持最佳的温度提供了显著的性能优势.由于非常高的能量负载和相关的成本，预加热空气流通常是不可行的.根据本发明的一个方面，水被连续地再循环，所以加热用以冲洗过滤器材料的水是一种经济得多和成本更低的选择.为了进一步降低运行成本，引入至系统内的新鲜水可以使用由系统通过间接热交换器释放的水来预加热.理想地，污染物通过吸收、吸附和化学吸收、随后通过在水相中在反应器材料表面上的生物降解的组合而被去除.本发明还提供了一种具有计算机可执行指令的计算机可读介质，其适用于使计算机系统执行如上所述的方法.水相中的降解副产物可以包括可溶和不可溶形式的硫酸盐和单质硫.本发明实现了特别高速率的受污染空气流的清洁，即便是对于具有高浓度污染物的受污染空气流.使用本发明的方法可以从受污染空气流去除95％至99％的污染物.废橡胶碎屑作为预过滤生物滴滤介质的使用与现有技术使用的火山石相比，去除高浓度的H2S要有效得多.多级系统优选使受污染空气再循环经过单一过滤器，因为可以使用更小的风扇.与在EP1383591(A1)中描述的现有技术系统相比，多级多室方法提高了空气经过过滤器的表面速度，其实现了与再循环相同的效果，由此改善了效率和清除能力.此外，更重介质的使用对于在第一级中更大、更重的贝壳的最终效果被改善，这延长了在最末级中更具反应性的精制贝壳的寿命.附图说明本发明将根据下文仅以实施例的方式给出的实施方式的说明参考附图而更加清楚地理解，其中：图1为根据本发明的一种实施方式的用于清洁受污染空气流的装置，图2为使用图1装置的结果图.具体实施方式参见附图，描述了根据本发明用于清洁受污染空气流的装置的一种实施方式.所述装置适用于并且可被用于清洁源自废水处理过程或者用于废水处理副产物的处理过程的受污染空气流，其例如为生物固体脱水、干燥、巴氏灭菌或者在消化之前的物理和化学以及热水解.装置1包括多级反应器，在这种实施方式中示出三级1、2和3.对于反应器来说唯一的要求是包括至少两个级，最大级数没有限制.反应器的每一级均包括过滤材料，待清洁的空气通过过滤材料.至少两个反应器罐装载有海产贝壳材料，用以过滤空气.海产贝壳材料可来源于源自食品工业的次生副产物，并且可以包括完整的或者部分完整的海洋贝壳.海产贝壳材料可以是蚌壳材料，和/或牡蛎壳材料，和/或鸟蛤壳材料，和/或美国圆蛤类贝壳材料(美国蛤壳，通常发现于美国东海岸)，和/或女王扇贝壳材料.这些海产贝壳材料易于获得的并且廉价.海底捕捞的蚌壳由于它们大的尺寸、密度和重量而可被使用，其典型地比绳养蚌类年长.不同植物学种类的贝壳材料可被用于相同的系统中.使用水生贝壳类动物的废弃贝壳具有大量的优势.首先，其为多种食品加工副产物，牡蛎、海螺、蚌类、蛤等在工厂的加工产生大量的废弃贝壳，其随后不得不被弃置，导致污染.在任意情况中，这些贝壳的弃置是高成本的.排除在弃置贝壳方面所必要的花费，而额外地使它们成为有价值的商品的任何事都是明显的极其有利的.长久以来一直都认识到，水生贝壳类动物的废弃贝壳为钙物质的主要来源.许多水生贝壳类动物加工商对弃置问题的低估都将是错误的.使用废弃贝壳的另一个优点在于它们具有特别适用的形状，其中，某些贝壳将被破碎，其它的则具有完全的结构完整性，等等，从而使得通过使用废弃贝壳所形成的床将会是能够确保气体充分流动的床，并且通过提供足够数量的将形成单独液体储存器的贝壳来确保恰当的保持力和水分.已经发现，蚌壳或者更加正确地半蚌壳是特别有利的，因为在工厂加工后可获得大量的蚌壳.使用这样的贝壳是特别合适的，因为其不仅仅在使用时是有效的，而且同样需要定期弃置.由此，对于系统填料的初始制备以及当所使用的贝壳已经超过了使用寿命时的替换，原材料易于获得并且廉价.此外，蚌壳在结构上是特别刚性的.已经发现蚌壳为提供极高效率和清除性能的最具反应性介质之一.然而，蚌壳具有相对低的堆密度，因此，高效率和低堆密度的组合提供极佳的处理，但是对高H2S应用来说缩短的介质寿命.在另一方面，牡蛎壳和美国蛤壳为更大的贝壳，具有更小的表面积和更高的堆密度.这些贝壳反应性不如蚌壳，并且去除效率和清除性能趋于比蚌壳更低.然而，降低的效率和更高堆密度贝壳的组合提供了长得多的介质寿命.在反应器罐中使用海产贝壳材料促成物理和化学/催化反应以及生物反应，其对于在海产贝壳材料和受污染空气流之间的中性pH是有利的.贝壳介质特别适用于去除有机硫化合物，挥发性有机化合物和有机硫化合物.贝壳介质包括高含量的碳酸钙，所述碳酸钙中和由硫化合物的生物氧化所产生的酸副产物.在使用两个贝壳材料级时，有利的是，在一个级中使用更大、更重的贝壳材料，随后在下一个级中使用更小、更具活性的贝壳材料.第二贝壳级可以是精制级，其中贝壳缓冲并保持中性pH，所述中性pH是捕集并降解挥发性有机化合物和挥发性有机硅氧烷所需要的.对于高浓度H2S应用来说可能有益的是，在第一贝壳级之前合并废橡胶碎屑级.生物单元可被添加至废橡胶碎屑级.废橡胶碎屑用作预过滤介质，用于通过在低pH环境中物理和化学/催化/生物机构的组合来去除高浓度的H2S.橡胶材料可以是机动车来源的，并且易于获得且廉价.当使用废橡胶碎屑时，其被粒化或粉碎成小碎片.因为废橡胶碎屑材料是惰性的，所以废橡胶碎屑材料提供几乎无限的介质寿命.已经发现使受污染空气流经过橡胶材料和两级海产贝壳材料的组合会导致高度有效改善的受污染空气流的清洁，特别是在受污染空气流中存在高浓度硫化氢(H2S)和/或有机硫、或者VOC的情况中.类似于贝壳材料，橡胶材料为易于获得且低成本的回收材料.每一级均包括封装过滤材料的反应器室，和泵送再循环罐10，其作用为储存用于冲洗过滤介质的水的储存器.在图1中所示的再循环罐包括冲洗泵12和用于加热再循环水的加热器14.每一级均包括至少一个喷嘴16，用于将水喷至过滤材料上以对其冲洗.每个喷嘴通过管道18供给来自储存器的水，储存器的水在再循环罐10中形成.在管道18内还提供有滤网、隔膜阀和压力计.反应器室在再循环罐上的布置促进了冲洗水的再循环以及水封的形成，从而防止空气从所述系统泄露.反应器室具有空气和水可渗透底面以将过滤介质保持在恰当位置.水入口20将水供给至每个再循环罐内.还提供有溢流管22.图1还示出热交换器，其与溢流出口管相邻.提供至少一个通风扇24，其与最末级出口连通，从而将经处理的空气输送至环境或者用于进一步处理.每个反应器室具有入口端口4和出口端口6.在图1所示的实施方式中，第一清洁级的反应器室的出口端口6a与第二清洁级2的反应器室的入口端口4b空气流连通.第二清洁级2的反应器室的出口端口6b与第三清洁级3的反应器室5的入口端口4c空气流连通.第1级和第3级的出口6位于再循环罐10内，而中间级2的出口6b位于反应器室内.如在图1中所示的，受污染空气流进入第一清洁级1的反应器室的入口端口4，并且已清洁的空气流可以通过第三清洁级3的反应器罐的出口端口6c排出.箭头描述了空气流经系统的多个级的方向。在第一级中，空气流向下流动，并且在第二级中向上流动，在第三级中向下流动.系统取决于水的连续再循环，其中至少95％的水被再循环.冲扫5％的水是必须的，然而，冲扫水的实际百分比将依赖于再循环水的传导性/pH.如果包括废橡胶碎屑级，那么由于在所述级中所得到的低pH，该级将具有高冲扫水速率.将会理解的是，如果在上游级中使用废橡胶碎屑并且在下游级中使用海产贝壳的话，那么所述装置可以借助物理吸附和化学吸收相结合，随后通过生物氧化和分解来操作。图1的装置提供了使用废橡胶碎屑和海产贝壳技术的多级清洁.所述多级通过由更高的表面速度导致的与表面积加强的接触和由在提高的表面速度下升高的背压导致的气相至液相和固相加强的质量传递的组合来改善清洁过程的效率.所述装置对于从受污染空气流去除大百分比例的污染物是有效的，例如从受污染空气流去除95％至99％的污染物.在一个测试中，图1的装置从包含约2000-2800ppmH2S的气流实现95％至99％H2S的去除.H2S通过在包含海产贝壳材料的每一级中的吸附和化学吸收，随后通过生物降解而被去除.图2描述了使用这些不同类型的海产贝壳材料相比单独的废橡胶碎屑材料来进行这种测试的结果.平均去除效率为62.5-70.8％.平均清除能力为12.8-14.8(g/m3/h).鸟蛤/蚌混合物与100％鸟蛤混合物相比，改善了去除效率和清除能力.去除效率为50-70％.清除能力为12-21.7(g/m3/h).对于H2S，女王扇贝提供成功的处理，并且总体性能层级将达到第三，在蚌和圆蛤之后并且在鸟蛤和牡蛎之前.废橡胶碎屑效率和清除性能的显著改善通过引入海产贝壳材料的生物成分并进行原位清洁来实现.实施例2下表列出了使用不同的海产贝壳材料混合物来进行的测试结果.介质平均去除％平均负载m3/m3/h平均清除能力g/m3/h蚌/女王扇贝72.6777.117.40蚌/鸟蛤64.8085.817.10蚌/半破碎圆蛤71.0068.614.85蚌/女王扇贝混合物给出最高的清除能力，随后是蚌/鸟蛤和蚌/圆蛤.多程或分层方法优于混合介质.性能通过使用更高效率的螺旋喷嘴而被改善.本发明并不限于如上所述参考附图的实施方式，其可以在结构和细节上产生变化.应理解的是，为了清楚起见而在单独的实施方式的上下文中所描述的本发明的特定技术特征还可以以单个实施方式的组合提供.相反地，出于简要目的而在单个实施方式的上下文中所描述的本发明的不同特征还可以单独地提供或者以任意合适的子组合的方式来提供.参见本发明，当在本文中使用术语“包含”以及术语“具有/包括”时，其被用于表示所指定特征、整数、步骤或组分的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、组分或组的存在或加入。当前第1页1 2 3