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CN114870616B - 一种处理挥发性有机废气的电生物-类芬顿一体式反应器 - Google Patents

一种处理挥发性有机废气的电生物-类芬顿一体式反应器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种处理挥发性有机废气的电生物‑类芬顿一体式反应器，属于有机废气处理技术领域。包括进气系统和反应器主体，反应器主体内部从下往上依次设置有预处理腔室、微生物电解室和生物填料电强化室，进气系统与预处理室的进气口管路连接，预处理室与微生物电解室管路连接，微生物电解室与生物填料电强化室相连通，生物填料电强化室的顶端设置有出气口，预处理腔室的内部设置有改性填料，预处理腔室的底端设置有H2O2液槽，预处理腔室与H2O2液槽管路连接，H2O2液槽管路依次连接有蠕动泵及H2O2喷淋头，H2O2喷淋头设置在预处理腔室内部的顶端。本发明的降解效率高，能够有效对有机废气进行去除。

Description

一种处理挥发性有机废气的电生物-类芬顿一体式反应器
技术领域
本发明涉及有机废气处理技术领域，具体为一种处理挥发性有机废气的电生物-类芬顿一体式反应器。
背景技术
目前，轻重工业发展迅速，带来了一系列的大气污染问题，其中就包括与挥发性有机物(VOCs)相关的大气污染。挥发性有机物(VOCs)具有毒性、致癌性、致畸性以及致突变性，长期存在于环境中会严重危害人类的身体健康和生态环境。因此，挥发性有机物(VOCs)是我国目前大气污染控制的重点防治对象。
生物电强化技术是电化学和生物化学相结合的一种新型污染物处理技术，在生物电化学系统中占很大比例。近年来，生物电强化技术在外加较小的电压条件下，通过改变微生物细胞膜的渗透性、微生物生长和代谢活性、微生物群落结构以及其所在的微生态环境等，以提高难生物降解有机物的去除效果。虽然有机污染物可以被还原或生物转化，但是距离其彻底矿化还是存在一定距离。
类芬顿技术是水处理中的一种快速高效的技术，它利用强氧化性自由基氧化去除污染物。类芬顿反应的发生必须借助Fe2+等金属离子才能完成，如果直接添加Fe2+，不但会对环境造成二次污染，而且其运行成本也将上升。
因此，如何提供一种不会对环境造成二次污染，且具有良好降解效果的处理挥发性有机废气的电生物-类芬顿一体式反应器，成为本领域人员需要考虑的问题。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种将生物电强化和高级氧化技术结合，具有良好降解效果的生物电强化耦合类芬顿处理挥发性有机废气的反应器。
本发明为解决上述技术问题，采用了以下的技术方案：
一种处理挥发性有机废气的电生物-类芬顿一体式反应器，包括进气系统和反应器主体，所述反应器主体内部从下往上依次设置有预处理腔室、微生物电解室和生物填料电强化室，所述进气系统与预处理室的进气口管路连接，所述预处理室与微生物电解室管路连接，所述微生物电解室与生物填料电强化室相连通，所述生物填料电强化室的顶端设置有出气口，所述预处理腔室的内部设置有改性填料，所述预处理腔室的底端设置有H2O2液槽，所述预处理腔室与H2O2液槽管路连接，所述H2O2液槽管路依次连接有蠕动泵及H2O2喷淋头，所述H2O2喷淋头设置在预处理腔室内部的顶端。
进一步的，所述进气系统包括气体加压泵、缓冲罐和气体流量计，所述缓冲罐的顶端设置有气体采样口，所述气体加压泵依次与缓冲罐、气体流量计管路连接，所述气体流量计与预处理室的进气口管路连接。
进一步的，所述微生物电解室设置有阴极、阳极、直流稳压电源和气体喷头，所述气体喷头为微孔曝气盘，所述直流稳压电源设置在微生物电解室的外侧，所述阴极和阳极设置在微生物电解室中，所述直流稳压电源分别与阴极、阳极相连通，所述气体喷头设置在微生物电解室的底端，所述气体喷头与预处理室的出气口相连通。
进一步的，所述微生物电解室中的阴极为碳刷，阳极为不锈钢网。
进一步的，所述生物填料电强化室设置有阴极、阳极、导电填料以及直流稳压电源，所述直流稳压电源设置在微生物电解室的外侧，所述阴极和阳极设置在微生物电解室中，所述阴极和阳极被导电填料包围，所述直流稳压电源分别与阴极、阳极相连通。
进一步的，所述生物填料电强化室中的阴极为碳刷，阳极为不锈钢网，所述导电填料为焦炭。
进一步的，所述微生物电解室与生物填料电强化室设有独立的营养液喷淋装置，所述营养液喷淋装置的进液管设置在微生物电解室的底端，所述营养液喷淋装置的喷淋头设置在生物填料电强化室内侧的顶端，所述营养液喷淋装置的管路上设置有蠕动泵。
进一步的，还包括温度压力调控系统，所述温度压力调控系统包括调温加热装置和压力计，所述调温加热装置设置在微生物电解室和生物填料电强化室的外壁，所述压力计设置在微生物电解室和生物填料电强化室中。
进一步的，所述改性填料包括重量份为60-70份活性炭粉和30-40份铁粉混合制成的直径15-20mm的铁碳混合颗粒。
进一步的，所述预处理腔室的外壁及生物填料电强化室的外壁均设置有观察采样口。
与现有技术相比，本发明所述的生物滴滤塔式电-类芬顿反应器具有的有益效果为：
1.本发明通过铁粉和活性炭粉制成改性填料，一来可以增大污染物与填料的接触面积，提高污染物的去除率；其次，改性填料中的Fe2+与循环液中的H2O2构成芬顿试剂，其强氧化性可以使难降解的有机污染物降解为易被微生物吸收降解的小分子物质，提高传质及去除率。
2.本发明选用焦炭作为生物填料电强化室的导电填料，焦炭不但可以更好的富集微生物，而且可以降低内阻，达到节约能源的目的。
3.本发明通过直流稳压电源提供的电刺激提高微生物的活性，改变其降解效率，提升反应器性能。
4.本发明通过设置独立的营养液喷淋装置和H2O2喷淋装置，达到了避免H2O2进入营养液，从而对微生物的活性产生抑制的目的。
5.本发明通过类芬顿与生物电强化耦合制成生物滴滤塔式反应器，提升降解效率的同时，还达到了集成生物滴滤塔的优点、减小占地面积和便于运行管理的目的。
附图说明
图1为本发明结构示意图。
其中，1、进气口；2、气体加压泵；3、气体采样口；4、气体流量计；5、缓冲罐；6、H2O2液槽；7、蠕动泵；8、承板；9、改性填料；10、阳极；11、观察采样口；12、阴极；13、H2O2喷淋头；14、直流稳压电源；15、阴极导线；16、调温加热装置；17、出气口；18、导电填料；19、阳极导线；20、气体喷头；21、压力计。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
如图1所示，本发明公开了一种处理挥发性有机废气的电生物-类芬顿一体式反应器，包括进气系统和反应器主体，进气系统包括气体加压泵2、缓冲罐5和气体流量计4，缓冲罐5的顶端设置有气体采样口3，气体加压泵2依次与缓冲罐5、气体流量计4管路连接，气体流量计4与反应器主体管路连接，气体通过进气口1进入气体加压泵2，加压的进气经过气体流量计4调节进入反应器主体中。
反应器主体为空心圆柱结构，反应器主体内部从下往上依次设置有预处理腔室、微生物电解室和生物填料电强化室，气体流量计4与预处理室的进气口管路连接，预处理室与微生物电解室管路连接，微生物电解室与生物填料电强化室相连通，生物填料电强化室的顶端设置有出气口17。
预处理腔室的内部设置有改性填料9，改性填料9放置在预处理腔室底端带有孔洞的承板8上，改性填料9为重量份为60-70份活性炭粉和30-40份铁粉混合制成的直径15-20mm的铁碳混合颗粒，既能为类芬顿反应的发生提供Fe2+，同时也能起到吸附污染物的作用，增大了污染物与填料的接触面积，提高污染物的去除率，预处理腔室的底端设置有H2O2液槽6，预处理腔室与H2O2液槽6管路连接，H2O2液槽6的管路依次连接有蠕动泵7及H2O2喷淋头，H2O2喷淋头设置在预处理腔室内部的顶端，H2O2液槽6中的液体经蠕动泵7抽取从H2O2喷淋头13落下，液体与改性填料9发生类芬顿反应，其强氧化性可以使难降解的有机污染物降解为易被微生物吸收降解的小分子物质，提高传质及去除率。
微生物电解室设置有阴极、阳极、直流稳压电源和气体喷头20，直流稳压电源设置在微生物电解室的外侧，阴极和阳极设置在微生物电解室中，直流稳压电源分别与阴极、阳极相连通，直流稳压电源施加0.9V的外加电压，气体喷头20设置在微生物电解室的底端，气体喷头20与预处理室的出气口相连通，直流稳压电源提供的电刺激提高微生物的活性，改变其降解效率，提升反应器性能，本发明中气体喷头14为微孔曝气盘，气体经过预处理腔室后，通过气体喷头20形成细小气泡进入微生物电解室，细小气泡有利于气液之间的传质，溶解在营养液中的污染物首先被微生物电解室进行生物降解。
微生物电解室的上方设置有生物填料电强化室，微生物电解室与生物填料电强化室相连通，微生物电解室与生物填料电强化室设有独立的营养液喷淋装置，营养液喷淋装置的进液管设置在微生物电解室的底端，营养液喷淋装置的喷淋头设置在生物填料电强化室内侧的顶端，营养液喷淋装置的管路上设置有蠕动泵，微生物电解室中的营养液经蠕动泵抽取从喷淋头落下，为生物填料电强化室中的微生物生长提供良好生长环境，本发明通过设置独立的营养液喷淋装置和H2O2喷淋装置，达到了避免H2O2进入营养液，从而对微生物的活性产生抑制的目的。生物填料电强化室设置有阴极12、阳极10、导电填料18以及直流稳压电源14，直流稳压电源14设置在微生物电解室的外侧，阴极12和阳极10设置在生物填料电强化室中，阴极12和阳极10被导电填料18包围，直流稳压电源14分别通过阴极导线15、阳极导线19与阴极12、阳极10相连通，直流稳压电源14施加0.9V的外加电压，本实施例的阴极12为碳刷，阳极10为不锈钢网，阴极导线15和阳极导线19可采用钛丝，导电填料18为焦炭，焦炭不但可以更好的富集微生物，为微生物的附着提供载体，而且可以降低内阻，节约能源，在微生物电解室未能降解的污染物可随循环营养液或气体进入生物填料电强化部分进一步降解，经过预处理的污染物在微生物的作用下进一步矿化为CO2和H2O，处理过后的废气经出气口排出。
本发明还包括温度压力调控系统，温度压力调控系统包括调温加热装置16和压力计21，调温加热装置16设置在微生物电解室和生物填料电强化室的外壁，压力计21设置在微生物电解室和生物填料电强化室中，通过对温度的调控为微生物提供一个良好的生长环境，压力计21则起到监测反应器内压降，维持反应器性能稳定的作用。
本实施例预处理腔室的外壁及生物填料电强化室的外壁均设置有观察采样口11，方便观察反应器本体内部的反应情况。
具体使用时，待处理的挥发性有机废气经气体压缩机加压后进入缓冲罐5，经气体流量计4调成需要的流量后，进入反应器本体的预处理腔室。当气体扩散至预处理腔室时，有机污染物在该系统发生类芬顿反应，将难降解的有机污染物降解为小分子的物质，进而经过气体喷头20形成细小气泡进入微生物电解室。细小气泡有利于气液之间的传质，溶解在营养液中污染物首先被微生物电解室进行生物降解，未能降解的污染物可随循环营养液或气体进入生物填料电强化部分进一步降解，在生物填料电强化室，经过预处理的污染物在微生物的作用下进一步矿化为CO2和H2O，处理过后的废气经出气口排出。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明的技术范围作任何限制，故凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何细微修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种处理挥发性有机废气的电生物-类芬顿一体式反应器，其特征在于：包括进气系统和反应器主体，所述反应器主体内部从下往上依次设置有预处理腔室、微生物电解室和生物填料电强化室，所述进气系统与预处理室的进气口管路连接，所述预处理室与微生物电解室管路连接，所述微生物电解室与生物填料电强化室相连通，所述生物填料电强化室的顶端设置有出气口，所述预处理腔室的内部设置有改性填料，所述改性填料包括重量份为60-70份活性炭粉和30-40份铁粉混合制成的直径15-20mm的铁碳混合颗粒，所述预处理腔室的底端设置有H2O2液槽，所述预处理腔室与H2O2液槽管路连接，所述H2O2液槽管路依次连接有蠕动泵及H2O2喷淋头，所述H2O2喷淋头设置在预处理腔室内部的顶端；
所述微生物电解室设置有阴极、阳极、直流稳压电源和气体喷头，所述气体喷头为微孔曝气盘，所述直流稳压电源设置在微生物电解室的外侧，所述阴极和阳极设置在微生物电解室中，所述直流稳压电源分别与阴极、阳极相连通，所述气体喷头设置在微生物电解室的底端，所述气体喷头与预处理室的出气口相连通。
2.根据权利要求1所述的一种处理挥发性有机废气的电生物-类芬顿一体式反应器，其特征在于，所述进气系统包括气体加压泵、缓冲罐和气体流量计，所述缓冲罐的顶端设置有气体采样口，所述气体加压泵依次与缓冲罐、气体流量计管路连接，所述气体流量计与预处理室的进气口管路连接。
3.根据权利要求1所述的一种处理挥发性有机废气的电生物-类芬顿一体式反应器，其特征在于，所述微生物电解室中的阴极为碳刷，阳极为不锈钢网。
4.根据权利要求1所述的一种处理挥发性有机废气的电生物-类芬顿一体式反应器，其特征在于，所述生物填料电强化室设置有阴极、阳极、导电填料以及直流稳压电源，所述直流稳压电源设置在微生物电解室的外侧，所述阴极和阳极设置在微生物电解室中，所述阴极和阳极被导电填料包围，所述直流稳压电源分别与阴极、阳极相连通。
5.根据权利要求4所述的一种处理挥发性有机废气的电生物-类芬顿一体式反应器，其特征在于：所述生物填料电强化室中的阴极为碳刷，阳极为不锈钢网，所述导电填料为焦炭。
6.根据权利要求1所述的一种处理挥发性有机废气的电生物-类芬顿一体式反应器，其特征在于：所述微生物电解室与生物填料电强化室设有独立的营养液喷淋装置，所述营养液喷淋装置的进液管设置在微生物电解室的底端，所述营养液喷淋装置的喷淋头设置在生物填料电强化室内侧的顶端，所述营养液喷淋装置的管路上设置有蠕动泵。
7.根据权利要求1所述的一种处理挥发性有机废气的电生物-类芬顿一体式反应器，其特征在于，还包括温度压力调控系统，所述温度压力调控系统包括调温加热装置和压力计，所述调温加热装置设置在微生物电解室和生物填料电强化室的外壁，所述压力计设置在微生物电解室和生物填料电强化室中。
8.根据权利要求1所述的一种处理挥发性有机废气的电生物-类芬顿一体式反应器，其特征在于，所述预处理腔室的外壁及生物填料电强化室的外壁均设置有观察采样口。
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