本申请涉及有机废气处理装置技术领域，尤其涉及一种有机废气处理的微萃取回流式生物喷淋滤塔。
背景技术：
挥发性有机污染物分为四类：极易挥发性有机物(VVOCs)、挥发性有机物 (VOCs)、半挥发性有机物(SVOCs)和与颗粒物或颗粒有机物有关的有机物 (POM)。
现有技术中处理挥发性有机污染物的方法有生物过滤法，如申请号为CN 201620211396的实用新型专利公开了一种两段生物法和膜过滤组合处理 VOCs类废气的装置，气体收集单元包括气体收集管路和前置风机；生物处理单元包括生物滴滤装置和生物过滤装置,生物滴滤装置上部设有第一喷淋装置，中部设有错气介质，下部连接气体收集管路和滴滤液循环管路，滴滤液循环管路连接第一喷淋装置；生物过滤装置的上部设有第二喷淋装置，中部设有生物氧化滤球，下部连通膜过滤分离单元,膜过滤分离单元的气体滞留侧通过滞留气体管路连通前置风机前端的气体收集管路。该实用新型的有益效果：采用两段式生物处理与膜分离技术结合，可以实现VOCs废气的彻底生物降解和达标排放,本实用新型具有流程简单、VOCs去除率高、能耗低、无二次污染的优点。但是，微生物生长需要的营养物质包括碳素营养源、氮素营养源、无机盐及生长因素，通常微生物的生化反应都是在水环境下进行的，水是微生物营养物质的良好溶剂，导热性好，可维持细胞的渗透压，并可参与微生物的代谢。在采用生物法处理有机废气的过程中，由于SVOCs多为疏水性，降低了微生物代谢效率和有机废气的去除率。
技术实现要素：
有鉴于此，本申请的目的在于提供一种有机废气处理的微萃取回流式生物喷淋滤塔，该滤塔有机废气的去除效率较高。
本发明提供了一种有机废气处理的微萃取回流式生物喷淋滤塔，包括：
生物表面活性剂喷淋吸收段，所述喷淋吸收段能够吸收有机废气中多环芳香烃和杂环芳香烃，得到微萃取液；
与所述生物表面活性剂喷淋吸收段串联的生物填料段，所述生物填料段中包括具有降解功能的固定化细胞；
与所述生物填料段相通的带斜板沉降的循环水箱，循环水箱使得微萃取液和固定化细胞分层；
设置在所述生物填料段与循环水箱之间的布气装置；
与所述循环水箱分别连接的微萃取液回流泵、固定化细胞回流泵和温度控制箱；
设置在塔顶的排气口。
优选地，所述喷淋吸收段的高度为3～6m。
优选地，所述喷淋吸收段的喷头层数为2～3层，喷头层间距为1.4～2m。
优选地，所述生物填料段的层数为3～5层，每层生物填料层的厚度为 0.5～0.6m。
优选地，所述布气装置和生物填料段之间设有孔板；所述孔板上的孔的直径为15～25mm；孔的个数为15～40个。
优选地，所述无机填料段的孔隙率为70～78％。
优选地，所述带斜板沉降的循环水箱中斜板的倾斜度为55°。
优选地，所述排气口内侧设置有丝网除雾器。
本申请提供了一种有机废气处理的微萃取回流式生物喷淋滤塔，包括：生物表面活性剂喷淋吸收段，所述喷淋吸收段能够吸收有机废气中多环芳香烃和杂环芳香烃，得到微萃取液；与所述生物表面活性剂喷淋吸收段串联的生物填料段，所述生物填料段中包括具有降解功能的固定化细胞；与所述生物填料段相通的带斜板沉降的循环水箱，循环水箱使得微萃取液和固定化细胞分层；设置在所述生物填料段与循环水箱之间的布气装置；与所述循环水箱分别连接的微萃取液回流泵、固定化细胞回流泵和温度控制箱；设置在塔顶的排气口。该装置中喷淋吸收段、生物填料段、回流装置和布气装置的设置，利用自控温两段式生物喷淋滤塔，结合生物表面活性剂喷淋吸收段的增溶萃取和生物填料段的生物降解，使其处理有机废气中多环芳香烃和杂环芳香烃的去除效率较高。实验结果表明：该装置对多环芳香烃和杂环芳香烃的去除率达到80％以上。
附图说明
图1为本申请提供的有机废气处理的工艺流程图；
图2为本申请提供的小型SVOC生物喷淋滤塔处理装置图；
图3为本申请提供的大型SVOC处理设备结构图。
具体实施方式
本申请提供了一种有机废气处理的微萃取回流式生物喷淋滤塔，包括：
生物表面活性剂喷淋吸收段，所述喷淋吸收段能够吸收有机废气中多环芳香烃和杂环芳香烃，得到微萃取液；
与所述生物表面活性剂喷淋吸收段串联的生物填料段，所述生物填料段中包括具有降解功能的固定化细胞；
与所述生物填料段相通的带斜板沉降的循环水箱，循环水箱使得微萃取液和固定化细胞分层；
设置在所述生物填料段与循环水箱之间的布气装置；
与所述循环水箱分别连接的微萃取液回流泵、固定化细胞回流泵和温度控制箱；
设置在塔顶的排气口。
本实用新型采用两段式工艺将废气吸收和生物降解单元进行集成，可采用不同的生物表面活性剂和微生物菌剂复合菌剂，进行不同类型SVOCs中难溶成分的增溶、吸收与降解，尤其适用于处理低浓度、大风量的挥发性有机废气。本实用新型具有结构简单、能耗低、SVOCs去除率高、无二次污染等优点。
本申请提供的微萃取回流式生物喷淋滤塔包括生物表面活性剂喷淋吸收段，所述喷淋吸收段能够吸收有机废气中多环芳香烃和杂环芳香烃，得到微萃取液。所述生物表面活性剂喷淋吸收段中生物表面活性剂能够吸收有机废气中多环芳香烃和杂环芳香烃；所述生物表面活性剂优选为鼠李糖脂；所述鼠李糖脂由铜绿假单胞菌分泌。生物表面活性剂(鼠李糖脂)乳化液通过喷淋雾化，增大液滴比表面积，可促进有机废气中的低沸点芳香烃(沸点低于 400℃的多环芳香烃和杂环芳香烃)增溶并将其吸收。小型滤塔优选分为上下两段，所述生物表面活性剂喷淋吸收段位于上段。所述具体实施例中，滤塔的直径为1000mm，高为5000mm，有效体积为4m3。在本申请中，喷淋吸收段采用多层喷头，进行生物表面活性剂微萃取液的喷淋吸收，可促进有机废气中难溶组分的增溶。本申请实施例中，所述喷淋吸收段的高度为4～6m。所述喷淋吸收段的喷头层数为2～3层，喷头层间距为1.4～2.0m；在本申请具体实施例中，大型滤塔的喷淋吸收段的喷头层数为2层或3层，喷头层间距为1.5m；吸收段的外直径为2000mm。所述有机废气与喷淋液的流向为逆流或顺流；优选为逆流。喷淋吸收段的喷嘴个数优选为10～15个，更优选为12 个，每个喷头喷淋量0.1L/s，有机废气停留时间为5～10s。
本申请提供的微萃取回流式生物喷淋滤塔包括与所述生物表面活性剂喷淋吸收段串联的生物填料段，所述生物填料段中包括具有降解功能的固定化细胞。所述生物填料段的层数优选为3～5层，每层生物填料层的厚度为优选 0.5～0.6m。在本申请中，所述生物填料段的孔隙率为70～78％；所述生物填料段为多面球与玉米芯的混合填料段；所述多面球为PP材质，所述多面球的直径为25mm，多面球的比表面积为500m2/m3；所述玉米芯的直径为10mm。在生物填料段中功能降解菌的作用下，水相中的有机物进行微生物代谢分解，从而提高多环芳香烃和杂环芳香烃等有毒物质的去除率。在本申请实施例中，生物填料段为多面球与玉米芯的混合填料段，循环泵送细胞营养液进行布水喷头回流。有机废气中的多环芳香烃经增溶后进入循环液槽，通过液相回流泵在生物填料段被固定化功能菌降解。
本申请提供的微萃取回流式生物喷淋滤塔包括与所述生物填料段相通的带斜板沉降的循环水箱，循环水箱使得微萃取液和固定化细胞分层。所述带斜板沉降的循环水箱中斜板的倾斜度为55°。在本申请中，所述循环水箱采用斜板沉降，使得微萃取液和固定化细胞进行分层，微萃取液在上层，固定化细胞在下层。循环水箱内分层后上相微萃取液经泵回流至喷淋段，经多层喷头喷淋生物表面活性剂对废气进行增溶。固定化细胞在上述生物填料段进行挂膜，对SVOCs中的多环芳香烃和杂环芳香烃等进行生物降解，经循环泵和滴滤装置进行循环液槽内的营养液和细胞回流。
本申请提供的微萃取回流式生物喷淋滤塔包括设置在所述生物填料段与循环水箱之间的布气装置。有机废气通过布气装置进入到滤塔装置中；所述布气装置为布气管，布气管的直径为2mm。所述布气管为单管或十字型。在本申请中，半挥发性有机废气风量为2000～30000m3/h，经过布袋除尘等前处理、换热降温到50～60℃，风机增压到1.1～1.2KPa进入本申请提供的废气处理装置。所述半挥发性有机废气(SVOCs)包括多环芳香烃和杂环芳香烃；所述多环芳烃的沸点低于400℃；芳香烃包括菲、蒽、芘、吲哚和萘。含有多环芳香烃和杂环芳香烃的半挥发性有机废气的温度≥40℃；所述含有多环芳烃的半挥发性有机废气中总有机碳(TOC)的含量小于1500mg/m3。
在本申请中，所述布气装置和生物填料段之间优选设有孔板；所述孔板使得有机废气有稳定的方向和恒定流速。所述孔板上的孔的直径为15～25 mm；孔的个数为15～40个。
本申请提供的微萃取回流式生物喷淋滤塔包括与所述循环水箱分别连接的微萃取液回流泵、固定化细胞回流泵和温度控制箱。在本申请中，所述微萃取液回流泵将上层的微萃取液回流至塔器的喷淋吸收段，经过多层喷头雾化，可充分吸收SVOC中的难溶芳香烃。下层的固定化细胞通过循环泵可回流到塔器的生物填料段，经过填料挂膜和生物过滤，可对有机废气中难溶的芳香烃类有害物质进行充分降解。在本申请中，所述温度控制箱用于在线检测喷淋段和循环水箱的温度，根据具体废气温度和工艺需要可采用夹套或蛇管冷却，通过电磁阀自动控制加热和冷却装置，并结合生物工艺进行温度分段控制，可将喷淋增溶吸收温度和微生物降解控制在最佳值。本申请采用温度控制箱检测并调控生物淋滤循环装置运行温度，使喷淋液及滤塔温度保持在所需温度，保证喷淋液所含成分的生化活性及理化性质，及微生物的最佳生长条件。
本申请提供的微萃取回流式生物喷淋滤塔包括设置在塔顶的排气口。
在本申请中，所述排气口内侧设置有丝网除雾器。
参见图1，图1为本申请提供的有机废气处理的工艺流程图。
集气罐中挥发性有机废气风量2000～30000m3/h，经过布袋除尘、换热降温到50～60℃，风机增压到1.1～1.2KPa进入上述有机废气处理装置，有机废气逆流或顺流通过喷淋吸收段和生物填料段进行处理，低沸点有机物(沸点低于400℃)可在喷淋吸收段进行吸收，在生物填料段得到降解；循环液水箱中采用斜板沉降，使得微萃取乳化液和固定化细胞进行分层；采用循环泵将上层的微萃取液回流至塔器的喷淋吸收段，经过多层喷头雾化，可充分吸收 SVOCs中的难溶芳香烃，下层的固定化细胞通过循环泵可回流到塔器的生物填料段，经过填料挂膜和生物过滤，可对有机废气中难溶的芳香烃类有害物质进行充分降解，最后经过丝网分离除雾器达标后再通过排气口排放至高空。
为了进一步说明本申请，下面结合实施例对本申请提供的一种有机废气处理的微萃取回流式生物喷淋滤塔进行详细地描述，但不能将它们理解为对本申请保护范围的限定。
实施例1吲哚有机废气的处理
吲哚(粪臭素)为杂环化合物，常见于焦化废气、禽畜恶臭养殖场等。本实施例1对管式电炉加热产生的吲哚有机废气进行处理，有机废气进气风量为2500m3/h，进气吲哚浓度为350mg/m3，气流速度0.9m/s，塔内废气停留时间为5s。
图2为本申请提供的小型SVOC生物喷淋滤塔处理装置图，采用图2所示废气处理装置，PVC材料，结构分为上下两段(直径1000mm，高5000mm，有效体积4m3)。喷淋段和多层雾化喷头(3)位于上段，孔板(8)上有直径20mm 的小孔共计15个。有机废气经2KW风机增压后，通过废气处理装置下段的生物填料段底部的布气装置(9)进气，转子流量计可测定进气流量。布气管道为直径30mm的PVC管道，开口直径为2mm的布气孔。生物填料段位于下段，填充比为80％，多孔球形填料(7)由高密度聚乙烯制成，具有微生物挂膜快，老化的生物膜易脱落，材质稳定，耐酸碱，耐老化，长期不需要更换，耐生物降解等优点。滤塔下端排水管底部浸入循环液槽(10)液面，水封密闭可防止气体溢出。处理后废气经装置顶部的丝网除雾后排放，排气口(14)设置于滤塔顶端，排气筒高度不低于15m。
表1 2500Nm3/h恶臭废气处理装置主要部件一览表
运行时先打开循环液温度控制箱(13)，可自动检测和反馈控制循环液槽内温度。在循环液槽(10)内添加改进的LB培养基营养液，铜绿假单胞菌(Pseudomonas aeruginosa)接种量为1％，活性炭吸附法固定化细胞(皮特不动杆菌Acinetobacter pittii)接种量为2％。控制循环水箱温度为40℃，每个喷头喷淋量8L/min的条件下稳定运行72h后，鼠李糖脂大于500mg/L的条件下进气。液相在循环液槽(10)内经斜管沉降分层后，上层为表面活性剂乳化液，下层为固定化细胞。通过循环泵将上层微萃取液回流到装置上段进行多层喷淋，另一循环泵将下层固定化细胞回流到生物填料段挂膜进行生物降解。液体流量可由转子流量计测定，回流循环泵功率0.75KW，25L/min，循环周期1h。
有机废气经由引风机(1)增压后通过布气管(9)在装置底部均匀分布后，经孔板(8)以稳定的方向和恒定流速继续向上流动，循环液开始对有机废气中的目标污染物溶解吸收，与填料(7)上的微生物接触进行生物降解，液体在重力作用下进入循环液槽(10)。SVOCs中的吲哚经生物填料段微生物降解，再经多层雾化喷头(3)的表面活性剂洗涤后，经丝网除雾器(2)除雾后排出达到除臭效果。
采用大气采样器在进出口(4)、(14)采样，紫外分光光度法和液相色谱仪检测气体浓度，测得本废气处理系统对吲哚的去除率达到95％，净化后出口吲哚浓度≤17.5mg/Nm3。
实施例2印染污泥干化废气的处理
含水量40％的某印染厂污泥，采用流化床焚烧后排放的尾气中含有烟尘和菲，蒽，荧蒽，芴，芘等多环芳烃，废气进气量为12000m3/h，流速1.1m/s， TOC浓度为650mg/m3。有机废气经过布袋除尘后进入生物喷淋滤塔装置进行深度处理，采用图3所示废气处理装置，图3为本申请提供的大型SVOCs处理设备结构图；控制进气侧生物喷淋塔内温度为55℃，喷淋段喷嘴个数12个，每个喷头喷淋量0.1L/s，废气停留时间为10s。
生物填料段温度40℃，压力损失550Pa，循环液池采用铜绿假单胞菌 (Pseudomonas aeruginosa)扩培种液，接种量为5％(v/v)，活性炭吸附不动杆菌(Acinetobacter)进行细胞固定化，控制细胞循环液流量为2000L/h，废气处理系统稳定运行72h后，对有机废气中TOC的去除率达到85.7％。
表2 12000Nm3/h有机废气处理设备主体系统
由以上实施例可知，本申请提供了一种有机废气处理的微萃取回流式生物喷淋滤塔，包括：生物表面活性剂喷淋吸收段，所述喷淋吸收段能够吸收有机废气中多环芳香烃和杂环芳香烃，得到微萃取液；与所述生物表面活性剂喷淋吸收段串联的生物填料段，所述生物填料段中包括具有降解功能的固定化细胞；与所述生物填料段相通的带斜板沉降的循环水箱，循环水箱使得微萃取液和固定化细胞分层；设置在所述生物填料段与循环水箱之间的布气装置；与所述循环水箱分别连接的微萃取液回流泵、固定化细胞回流泵和温度控制箱；设置在塔顶的排气口。该装置中喷淋吸收段、生物填料段、回流装置和布气装置的设置，利用自控温两段式生物喷淋滤塔，结合生物表面活性剂喷淋吸收段的增溶萃取和生物填料段的生物降解，使其处理有机废气中多环芳香烃和杂环芳香烃的去除效率较高。实验结果表明：该装置对多环芳香烃和杂环芳香烃的去除率达到80％以上。
当废气流量小于10000Nm3/h时采用图2所示装置进行废气处理，当废气流量大于10000Nm3/h时可采用图3所示∩形结构进行喷淋段和生物填料段布局，以提高废气处理量。该装置的降低运行费用和成本投入，工艺能耗低，循环液寿命长，有毒物质去除效果高效稳定，结构简单。
以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。