利用水流动床和生物反应器的废气净化装置的制作方法

本发明涉及利用水流动床(waterfluidizedbed)和生物反应器的废气净化装置。

背景技术：

在工业现场会产生多种废气。废气包括由工业现场产生的污染物及恶臭成分，因此成为了环境污染的原因。在工业现场正在努力通过设置净化设施来预防由废气引起的环境污染。废气当中包含的污染物通过利用过滤器的吸附或吸收的方法来去除或者通过高温的化学分解来去除。特别是，在工业设施所排出的废气以达到100℃至900℃的高温下进行排出。由于以上述高温排出的废气含有高浓度的污染物，因此存在促进净化设施的腐蚀，以及在排出过程中还产生诸如二噁英之类的附加的污染物的问题。现有的废气净化设施存在以下问题：对高温的废气的去污性能不太令人满意，维护费用昂贵，并且为了操作设施需要额外的人员，以及使用后，从净化设施排出的吸收/吸附过滤器及化学物质成又为了其他环境污染的原因。

韩国授权专利10-0787811中公开了利用水流动床冷却焚烧废气的方法。上述授权专利中记载了利用水流动床冷却高温的焚烧废气的同时回收废热并去除焚烧废气的污染物的方法。但是，由于上述发明在去除焚烧废气的污染物方面有局限性，存在需要使用额外的吸收/吸附过滤器及化学物质的局限性。

韩国授权专利10-2018-0029522中记载了在未使用吸收/吸附过滤器及化学物质的情况下，利用微生物生物反应器的恶臭去除装置。由于利用微生物生物反应器的恶臭去除装置通过与微生物的直接接触来去除恶臭，因此需要可以保持微生物活性的适当条件。通常，去除恶臭所使用的微生物在20℃至40℃下保持活性。但是，工业现场所产生的废气是100℃至900℃的高温，并且含有高浓度的污染物及恶臭成分。因此，当直接使用工业现场产生的废气时，由于高温及高浓度的污染物，微生物的活性就会消失，从而出现了不可能去除污染的局限性。

本说明书所提及的专利文献及参考文献，以使每篇文献通过参考与个别的、明确特定的文献相同的程度引入到本说明书中。

现有技术文献

专利文献

专利文献0001：韩国授权专利第10-0787811号

专利文献0002：韩国公开专利第10-2008-0029522号

技术实现要素：

发明所要解决的问题

本发明为了解决净化高温且含有高浓度的污染物及恶臭成分的废气的现有技术的问题，提供一种利用水流动床和生物反应器的环保废气净化装置，该废气净化装置通过利用水流动床来降低废气的温度及污染物的浓度后，利用生物反应器将废气的污染源完全去除，并且本发明目的在于，在温度降低过程中回收的热量以再利用的方式节省能量，并且减少碳的排放量和排放清洁的废气。

通过以下的发明的详细说明、权利要求及附图来更加具体地介绍本发明的其他目的及技术特征。

用于解决问题的方案

本发明提供利用水流动床和生物反应器的废气净化装置，其包括：第一废气污染削减部，使注入的高温的废气与第一洗涤冷却水接触来执行显热和潜热的一级回收及一级污染削减；废气冷却部，使通过所述第一废气污染削减部的废气与第二洗涤冷却水接触来执行显热和潜热的二级回收及二级污染削减；第二废气污染削减部，使通过所述废气冷却部的废气与活性微生物接触来执行三级污染削减；活性微生物供应部，将活性微生物周期性地供应于所述第二废气污染削减部。

上述第一废气污染削减部及废气冷却部将高温及含有高浓度污染物的废气净化为低温及含有低浓度污染物的废气。上述低温及含有低浓度污染物的废气为能够适用于第二废气污染削减部(包含使废气与活性微生物接触来执行污染削减的生物反应器)的废气的状态。上述第二废气污染削减部使上述废气与活性微生物接触而环保地完全去除污染物。

上述第一废气污染削减部及废气冷却部利用水流动床回收被丢弃的作为废热的显热和潜热，并且上述回收的废热作为热源再使用于废气冷却部、第二废气污染削减部及活性微生物供给部。

上述高温及含有高浓度污染物的废气依次通过上述第一废气污染削减部、上述废气冷却部及上述第二废气污染削减部而环保地去除粉尘及恶臭成分。

通过上述废气冷却部的废气处于粉尘及恶臭成分的含量相比最初含量分别减少80％至88％左右的状态，并且上述废气通过上述第二废气污染削减部后，粉尘及恶臭成分的含量相比最初含量减少95％至98％左右。

发明效果

本发明涉及利用水流动床和生物反应器的环保型废气净化装置。

本发明的废气净化装置对高温及含有高浓度污染物的废气的温度进行适当的冷却的同时，利用水流动床和生物反应器使污染物的浓度降低，因此，本发明完全没有使用吸收/吸附过滤器及化学物质，从而成为环保型废气净化装置。

另外，本发明的废气净化装置中，由于上述水流动床包括传热管，因此，具有通过液-液交换的方式回收废气的显热及潜热的特征。上述回收的显热及潜热作为热源使用于利用水流动床和生物反应器的环保型废气净化装置的废气冷却部、第二废气污染削减部及活性微生物供给部，因此，具有维护成本低的优点。

附图说明

图1所图示的是本发明的利用水流动床和生物反应器的废气净化装置的结构图。

附图标记说明：

100：第一废气污染削减部；110：第一水流动床；

111：第一洗涤冷却水；112：第一传热管；

120：第一循环泵；200：废气冷却部；

210：第二水流动床；211：第二洗涤冷却水；

212：第二传热管；220：冷却装置；

221：吸收式冷却机；230：废气冷却部循环泵；

300：第二废气污染削减部；310：生物反应器；

311：pac介质；320：气体排放装置；

330：生物反应器加热装置；400：活性微生物供应部；

410：活化槽；420：活化槽加热装置；

430：活性微生物供应装置。

具体实施方式

对于本发明的利用水流动床和生物反应器的废气净化装置，其包括：第一废气污染削减部100，包括将所注入的高温的废气与第一洗涤冷却水111进行接触来执行显热和潜热的一级回收及一级污染削减的水流动床110；废气冷却部200，包括将通过上述第一废气污染削减部的废气与第二洗涤冷却水211进行接触来执行显热和潜热的二级回收及二级污染削减的水流动床210；第二废气污染削减部300，包括将通过上述废气冷却部的废气与活性微生物进行接触来执行三级污染削减的生物反应器310；以及活性微生物供应部400，将活性微生物周期性地供应到上述第二废气污染削减部的生物反应器310。

上述第一废气污染削减部100包括第一水流动床110，上述第一水流动创设置为相互连接的多层，且从上述第一废气污染削减部的内部下端部以一定高度隔开的方式设置。上述多层的第一水流动床110中的两层以上的水流动床彼此连接，并以一定高度隔开的方式设置；上述第一水流动床110设置为第一洗涤冷却水111以一定高度填充在其中，并且回收显热和潜热的第一传热管112淹没在上述第一洗涤冷却水111中。另外，设置有使上述第一洗涤冷却水111进行循环的第一循环泵120，从而促进通过第一洗涤冷却水111进行的废气的冷却及显热和潜热的回收。

当高温且含有高浓度污染物的废气流入到上述第一废气污染削减部100时，通过设置于上述多层的第一水流动床110内部的第一传热管112来初步回收再利用显热和潜热，并使废气得以冷却。通过上述废气与第一水流动床110的第一洗涤冷却水111接触而直接交换热量的气-液热交换的形式、和上述第一水流动床110隔着上述第一传热管112的壁面间接地与在上述第一传热管112内部的液体进行热交换的液-液热交换的形式，实现上述显热和潜热的回收。流入到上述第一废气污染削减部100的废气中包含的像高浓度的粉尘及恶臭成分的污染物在通过上述第一水流动床110时溶解在上述第一洗涤冷却水111中，从而使其量减少。

上述第一废气污染削减部100的多层的第一水流动床110彼此连接，并且其内部的第一洗涤冷却水111可以通过第一循环泵120来进行循环。当上述第一洗涤冷却水111循环时，提高污染物的削减效率及冷却效率。当上述第一冷却水111被污染物饱和或者温度上升太多，可以附加供应工业用水、自来水等冷水来替换。上述所替换的第一洗涤冷却水111可以转移到污染净化装置被净化而得到再利用或排放。当上述第一洗涤冷却水111没有被污染物饱和，但是当温度急剧上升导致冷却效果下降时，可以利用上述废气冷却部200的冷却装置220来进行冷却。由于上述冷却装置220利用上述回收的废热，因此可以节约维护费。

上述第一废气污染削减部100中通过上述第一传热管112回收的废热用于驱动本发明的利用水流动床和生物反应器的废气净化装置。本发明的利用水流动床和生物反应器的废气净化装置具备：冷却装置220，冷却上述废气冷却部200的第二洗涤冷却水211；生物反应器310，设置有多层的pac介质311，该pac介质包含与上述第二废气污染削减部300的废气直接接触而去除污染物的活性微生物；活化槽410，培养上述微生物供应部400的活性微生物。特别是上述回收的废热作为热源再利用于上述冷却装置220、生物反应器310、活化槽410，从而冷却第二洗涤冷却水211或保持微生物的活性。

上述废气冷却部200包含与上述第一废气污染削减部100的第一水流动床110以一定高度隔开设置的第二水流动床210。上述第二水流动床210中填充有一定高度的第二洗涤冷却水211，并且回收显热及潜热的第二传热管212淹没在第二洗涤冷却水211中。上述废气冷却部200的上述第二水流动床210以一定高度隔开进行设置，且形成为彼此连接的多层。另外，上述废气冷却部200中设置有冷却上述第二洗涤冷却水211的冷却装置220及使上述第二洗涤冷却水211进行循环的废气冷却部循环泵230。

上述废气冷却部200起到降低上述第一废气污染削减部100中被冷却的废气的温度，并进一步削减污染物的作用。为此，上述废气冷却部200中附加地设置上述冷却装置220及废气冷却循环泵230，从而还提高了上述第二洗涤冷却水211的冷却效率。当第一洗涤冷却水或第二洗涤冷却水的温度高时，有利于去除污染物，但是不利于通过回收显热和潜热来进行的冷却。因此，上述废气冷却部200的第二水流动床210相比于第一废气污染削减部100的第一水流动床，虽然对于上述废气的污染物削减效率有所减少，但是具有冷却效率更加优秀的特征。

上述废气依次通过上述第一废气污染削减部100和上述废气冷却部200的第一水流动床110或第二水流动床210时，大部分粉尘被去除，只剩余一部分恶臭成分。通过上述废气冷却部200的废气会被注入到第二废气污染削减部300。上述第二废气污染削减部300用于去除包含在废气中的恶臭成分。

上述第二废气污染削减部300包含：生物反应器310，其设置有多层的pac介质311，该pac介质311包含与通过上述废气冷却部200的废气直接接触而去除污染物的活性微生物；气体排放装置320，将上述生物反应器310中削减污染后的废气排出到外部；及生物反应器加热装置330，利用从上述第一水流动床110或第二流动床210回收的热源来保持上述生物反应器的温度。

上述第二废气污染削减部300设置有生物反应器310。上述生物反应器310设置有多层的pac介质311，该pac介质包含与废气直接接触而去除污染物的活性微生物。上述微生物的活性对于废气污染物的去除有着直接的关联。因此，需要管理通过上述废气冷却部200的废气具备适当的温度及污染物的浓度，使得上述活性微生物的活性不会急剧下降。

通过上述冷却部200的废气处于25℃至40℃的温度范围内，并且所包含的污染物削减至最初废气水平的十分之一。特别是包含在上述废气中的粉尘在通过上述废气冷却部200时，被去除95％以上，并且恶臭成分被去除85％以上。因此，就算将通过上述废气冷却部200的废气注入到上述第二废气污染削减部300，也不会使活性微生物的活性急剧下降。

本发明中使用pac介质311来代替现有的多孔性介质(media)。上述pac培养基311相比于现有的多孔性介质，不发生因废气的通过而导致的管道堵塞，因此有利于保持微生物的活性。如果出现管道堵塞，则微生物容易积聚，并且使培养条件恶化，从而容易导致死亡。微生物的死亡会成为进一步产生恶臭的原因。上述pac介质311相比现有的多孔性介质，具有能进一步扩大废气接触面的优点。上述pac介质311通过利用凝聚体来培养微生物。因此，如果使用均匀分布有微生物的pac介质311，则使与注入的废气的接触面增加，从而具有提高废气净化效率的的效果。只有使上述第二废气污染削减部300的生物反应器310保持微生物可以生长的环境，才能预防由于微生物死亡导致的恶臭成分去除效率降低及进一步产生的恶臭。为此，本发明中包括生物反应器加热装置330，其利用从上述第一水流动床110或第二水流动床210回收的热源，来保持上述生物反应器310的温度。另外，将上述回收的热源作为能量来使用并连续供应空气(氧气)于上述活化槽中，从而促进微生物的生长，由此预防由于微生物死亡导致的恶臭的产生。

本发明的废气净化装置具有从外部周期性地供应活性微生物而保持上述生物反应器310的恶臭成分去除效率的特征。为此，本发明提供活性微生物供应部400。

上述活性微生物供应部400包括：活化槽410，其培养活性微生物；活化槽加热装置420，通过利用从上述第一流动床110或第二流动床210回收的热源来保持上述活化槽410的温度；活性微生物供应装置430，将上述活化槽410中培养的活性微生物周期性地供应至上述第二废气污染削减部300的生物反应器310。上述活性微生物供应部400与上述第二废气污染削减部300的生物反应器310一样，是培养活性微生物的活化槽410。尤其，活性微生物供应部400为了保持上述活性微生物的培养条件而提供活化槽加热装置420，由于上述活化槽加热装置420利用从上述第一水流动床110或第二水流动床210回收的热源，因此，具有维护费用低廉的优点。上述活化槽410中培养的活性微生物在适当的时期通过活性微生物供应装置430周期性地供应于上述第二废气污染削减部300的生物反应器310。

总之，当高温的废气注入到本发明的利用水流动床和生物反应器的净化装置时，依次通过上述第一废气污染削减部100、上述废气冷却部200及上述第二废气污染削减部300。通过上述过程，高温的热量被回收并再利用，并且废气变为不使活性微生物死亡的温度的废气的同时，大部分粉尘及恶臭成分被去除。这样变化的废气再次注入到包含生物反应器的第二废气污染削减部300，从而使残留的污染成分完全去除。

如果上述废气通过上述废气冷却部200，则粉尘及恶臭成分的含量相比最初含量分别减少80％至88％左右，如果上述废气通过上述第二废气污染削减部300，则粉尘及恶臭成分的含量相比最初含量分别减少95％至98％左右。

通过下述实验例对本发明的利用水流动床和生物反应器的废气净化装置的废气净化效果进行详细说明。

实验例

实验例：污水污泥干燥废气的净化

通过利用本发明的利用水流动床和生物反应器的废气净化装置来净化污水污泥干燥废气。首先，为了确认本发明的废气净化装置的水流动床的净化性能，而在污水污泥的干燥过程中产生的废气注入到本发明的废气净化装置，并且对注入的废气及排出的废气的灰尘浓度(mg/sm³)和恶臭成分(恶臭氨)浓度进行分析并对其进行了比较。采用了圆筒滤纸法、气相色谱法(gaschromatography)及液相色谱法分析上述灰尘及恶臭成分。下述表1显示上述分析结果。

表1

将污水污泥的干燥过程中产生的废气通过水流动床的结果证实，如上述表1，在入口处测定的废气中含有的灰尘及恶臭氨成分的88.3％及82.8％已被去除。

实验例：锅炉废气的净化

通过利用本发明的利用水流动床和生物反应器废气净化装置来净化燃油锅炉(bunker-cboiler)及木片锅炉(woodchipboiler)的废气。

将燃油锅炉及木片锅炉的运转过程中产生的废气注入到本发明的废气净化装置，并且对注入的废气及排出的废气的灰尘浓度(mg/sm³)和恶臭成分(硫氧化物、氯化氢)浓度(ppm)进行分析并将其进行了比较。采用了圆筒滤纸法、气相色谱法(gaschromatography)及液相色谱法分析上述灰尘及恶臭成分。

下述表2显示关于燃油锅炉废气的净化结果。

表2

上述燃油锅炉使用了容量为5t/h的燃油锅炉，并且作为原料的c重油中含有的硫为1％水平。实验结果确认为通过水流动床的燃油锅炉的废气温度降低50％左右。可以判断出，如果上述冷却的废气经过进一步的冷却过程，则上述冷却的废气能够变成可投入到后续的生物反应器的适当的温度(40℃左右)。

实验结果，确认了通过本发明的废气净化装置的废气去除了81％至99％的灰尘浓度，并且确认为去除了平均61％的硫氧化物(sox)。

下面表3是显示对于木片锅炉废气的净化结果。

表3

上述结果为进一步对通过水流动床的废气进行冷却的结果。实验结果，确认灰尘显示出约83％的去除效率，并且硫氧化物(sox)被去除约61％。另外，确认氯化氢被去除10％。在不进行进一步冷却的条件下，确认上述去除效率的结果显示，相比冷却的条件，去除效率有所下降。

实验例：酒精工艺的污泥干燥废气的净化

通过利用本发明的利用水流动床和生物反应器的废气净化装置来净化污泥干燥废气。将上述酒精工艺的污泥干燥废气通过水流动床后，通过生物反应器来进行净化。上述酒精工艺是由准备原料(mashing)、发酵(fermenting)、蒸馏(distilling)及处理酒精的步骤来组成。由于上述酒精工艺中产生的废气含有准备原料过程中产生的灰尘以及发酵和蒸馏工程中产生的各种化学物质，需要经过适当的净化后才能排出。特别是酒精工艺中产生的污泥在干燥过程当中含有许多粉尘及各种化学物质。本实验例当中，将上述酒精工艺中产生的污泥干燥废气适用于本发明的利用水流动床和生物反应器的废气净化装置上，并且通过实验分析对上述废气含有的各种污染物的浓度进行分析。

通过上述实验例，已确认，即使废气通过水流动床而温度下降后注入到生物反应器，微生物也不会死亡。为了更加确保这一点，将注入到生物反应器的、通过水流动床的上述废气的温度调到40℃以下，并且根据需要通过增加附加的冷却装置来进行实验。排放废气的试验方法是按照韩国环境科学院公布的恶臭工程试验标准来进行，并且使用了圆筒滤纸法、电感耦合等离子体原子发射光谱法、滴定法、紫外可见吸收光谱法、气相色谱法、液相色谱法等方法。采集样本条件是从排出口采集废气，并且采集现场的天气晴朗，气温15℃、湿度64％、气压766mmhg。

下面表4显示通过本发明的利用水流动床和生物反应器的废气净化装置来净化的酒精工艺的污泥干燥废气相关的试验分析结果。

表4

实验结果，确认检测到远低于50mg/sm³的排放标准的1.4mg/sm³的灰尘，并且铬和镍也分别仅检测到0.0096mg/sm³和0.049mg/sm³，远低于0.5mg/sm³及2mg/sm³的排放标准，因此符合排放标准。另外，对于成为复合恶臭原因的具有环状结构的化学物质，未检测到除了苯类(苯、乙苯)之外的所有化学物质。上述苯类的排放标准分别为10ppm。通过本发明的废气净化装置净化的废气中仅检测到远低于上述排放标准的0.04ppm至0.01ppm的上述苯类。

因此，可以判断本发明的利用水流动床和生物反应器的净化装置可以去除大部分包括灰尘在内的成为复合恶臭的原因的化学物质。

在本说明中说明的具体实施例旨在表示本发明的优选体现例或示例，由此本发明的范围不受限制。对于本领域技术人员显而易见的是，本发明的变形和其他用途不脱离权利要求书中记载的本发明的范围。