一种等离子体协同生物技术净化挥发性有机物废气的系统.pdf

本发明涉及一种等离子体协同生物技术净化挥发性有机物VOCs废气的系统及其方法，属于有机废气污染控制领域，所述装置包括有：进气口、干式过滤器、等离子体净化装置、生物滤池净化装置、补风口、检测口、排风机及排气筒；进气口收集挥发性有机物(VOCs)废气，将废气经干式过滤器过滤后输送给等离子体净化装置，由等离子体净化装置将有机物分子分解为小分子物质，分解后的气体再输送到生物滤池净化装置，由微生物将小分子有机物最终分解为CO2和H2O，最后由排风机经排气筒进行高空排放。

权利要求书
1.  一种协同净化挥发性有机物废气的系统，其特征在于：所述系统包含等离子体净化装置和生物滤池净化装置。

2.  如权利要求1所述的系统，其特征在于：所述系统还包含进气口、干式过滤器、补风口、检测口、排风机及排气筒；所述进气口收集挥发性有机物废气，经干式过滤器过滤后输送给等离子体净化装置；由等离子体净化装置将有机物分子开环、断键分解为小分子有机物；分解后的气体输送到生物滤池净化装置，由生物滤池净化装置的微生物将小分子有机物最终分解为CO2和H2O，最后由排风机经排气筒将净气进行高空排放。

3.  如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述等离子体净化装置设置两个以上，所述等离子体净化装置并联设置于干式过滤器与生物滤池净化装置之间。

4.  如权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述系统还设置有补风口，置于干式过滤器与等离子体净化装置之间。

5.  如权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述系统还设置有检测口，后接于所述等离子体净化装置。

6.  如权利要求1或2所述的系统，其特征在于，所述生物滤池净化装置包含两种生物填料：固定填料和分散填料；所述固定填料固定在所述生物滤池净化装置上部，其上层为悬浮填料，下层为火山岩；所述分散填料分散在所述生物滤池净化装置底部的循环液中，为组合填料。

7.  如权利要求1或2所述的系统，其特征在于所述生物滤池净化装置为一体化设备：顶部为喷淋装置，中部为固定生物填料，底部为分散填料和循环液，循环液通过循环水泵由底部输送到顶部的喷淋装置向下喷淋；优选，所述循环水泵，设置两台以上；优选，所述进气口、干式过滤器、补风口、等离子体净 化装置、生物滤池净化装置、循环水泵之间均通过电动和/或电磁阀门进行连接，以便于气体和液体的控制。

8.  一种协同净化挥发性有机物废气的系统，其特征在于，所述系统主要包括有：进气口1、干式过滤器2、等离子体净化装置3和4、生物滤池净化装置5、循环水箱6、循环水泵7和8、排风机9、排气筒10、排水管道11、生物滤池喷淋装置12、固定填料层13和14、分散填料15、气阀F1-F6、水阀F7-F9、补风口Q1和Q2以及检测口J1和J2；
进气口1收集VOCs废气，收集后将废输送到干式过滤器2进行过滤，使废气颗粒浓度小于15mg/m3，然后分别通过电动风阀F1和F2输送给等离子体净化装置3和4，由等离子体净化装置将VOCs分解为小分子物质，随后气体通过电动风阀F5和F6输送到生物滤池净化装置5，由微生物将所述小分子物质分解为CO2和H2O，处理后的净化气体经排风机9输出给排气筒10进行高空排放；
其中，等离子体净化装置3和4之前分别设置有补风口Q1和Q2，由电动风阀F3和F4控制；等离子体净化装置3和4后分别设置有检测口J1和J2；当使用等离子体净化装置3的时候，开启气阀F5使废气进入生物滤池净化装置5；当使用等离子体净化装置4的时候，则关闭气阀F5，开启气阀F6使废气进入生物滤池净化装置5；
经等离子体净化装置3和4预处理后的气体由底部进入生物滤池净化装置5，废气在经过固定填料层13和14时，被填料表面的微生物吸附、吸收和分解，未分解的部分则随液体下落到滤池底部由分散填料15表面的微生物进行分解；循环液经水阀F7或F8由循环水泵7或8输送到顶部的喷淋装置12向下喷淋；生物滤池5产生的剩余污泥经水阀F9由排水管道11排入到配套的水处理设备进行处理。

9.  一种使用权利要求1-8任一项所述协同净化挥发性有机物废气的系统处理VOCs的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
A1)集气：通过进气口将挥发性有机物(VOCs)废气进行集中收集；
A2)等离子体分解：通过等离子体净化装置将有机废气开环、断键形成小分子量、水溶性好、易生物降解的物质；
A3)生物滤池分解：通过微生物的作用使有机废气完全转化为CO2和H2O并进行排放。

10.  一种使用权利要求1-8任一项所述协同净化挥发性有机物废气的系统处理VOCs的方法或权利要求9所述方法，其特征在于，所述方法通过所述等离子体净化装置和生物滤池净化装置的协同作用净化挥发性有机物废气；所述系统的净化效率达95％以上。

说明书一种等离子体协同生物技术净化挥发性有机物废气的系统
技术领域
本发明专利涉及一种等离子体协同生物技术净化挥发性有机物(VOCs)废气的系统(或装置)及其方法，属于有机废气污染控制领域。
背景技术
挥发性有机物(Volatileorganiccompounds，VOCs)通常是指在25℃时，饱和蒸汽压大于133Pa的有机化合物，其主要成分为烃类、卤代烃类、氧烃类、硫烃类、氮烃类、芳香烃和多环芳烃。VOCs是一类在石油化工行业、喷涂喷漆行业、油漆涂料生产加工行业、橡胶生产加工行业、印刷印染行业等生产过程中的常用试剂，由此产生的VOCs废气通常具有成分复杂，排放浓度变化大，不易溶于水、含酸或碱的特点而难以处理。
目前针对VOCs的常规方法及其不足之处如下：燃烧法，主要针对成分复杂的高浓度、小气量VOCs废气，其投资运行成本高、操作安全性差并且易产生二次污染；活性炭吸附法，适用于低浓度、大气量的VOCs废气，活性炭很容易吸附饱和，更换吸附剂的费用昂贵并且吸附饱和后的活性炭需作为一种危险废物处理；吸收法，适用于高浓度、温度低、溶解性好的VOCs废气，吸收剂需要回收，容易形成二次污染；冷凝法，针对高浓度、高沸点、小气量单组分的VOCs废气，其工艺复杂，对复杂组分及中等和高挥发性的组分回收率低；生物法，针对中低浓度、大气量、可生物降解的VOCs废气，该方法对高浓度和生物降解性差的废气去除率低。
发明内容
基于上述问题，本发明专利旨在提供一种针对VOCs废气的净化装置及其方法，该系统(或装置)及其方法可大幅提高对VOCs废气的净化率。
本发明专利的另一个目的是提供一种可净化大分子难生物降解VOCs废气的装置及方法，为实现该目的，本发明专利采用等离子体净化装置作为预处理设备，将大分子难降解的VOCs物质分解为易生物降解的小分子物质，采用生物滤池净化装置将生成的小分子物质分解为CO2和H2O，最终达到气体无害化排放的目的。
为达到以上目的，本发明专利是这样实现的。
一种等离子体协同生物技术净化挥发性有机物(VOCs)废气的装置，该装置包括有：进气口、干式过滤器、等离子体净化装置、生物滤池净化装置、补风口、检测口、排风机及排气筒；所述进气口收集挥发性有机物(VOCs)废气经干式过滤器过滤后输送给等离子体净化装置，由等离子体净化装置将有机物分子开环、断键分解为小分子物质，分解后的气体输送到生物滤池净化装置，由微生物将小分子有机物最终分解为CO2和H2O，最后由排风机经排气筒将净气进行高空排放；生物滤池产生的剩余污泥由循环水箱排出，由配套水处理系统进行处理。
等离子体净化原理为通过电晕放电和介质阻挡放电等方式产生高浓度、高电能的电子和活性基团，这些大量携带能量的电子轰击污染物分子，使其电离、解离和激发形成活性基团，活性基团之间通过非弹性碰撞生成稳定产物和热，使复杂大分子污染物转变为简单小分子物质，或使有毒有害物质转变为无毒无害或低毒低害的物质。生物滤池净化原理为通过与喷淋循环液在固定填料表面形成的液膜接触，使废气中的有害成分从气相转移到液相，由附着在填料上的 微生物吸收并分解成为CO2、H2O和细胞质物质，从而达到废气净化的目的。
所述装置还包含有除尘过滤装置(干式过滤器)，该装置设置于进气口排风主管道和等离子体净化装置之间，所收集的VOCs废气经过干式过滤器除去粉尘，使VOCs废气的颗粒浓度降低到15mg/m3以下；
所述等离子体净化装置可设置两台或两台以上(作为预留备份，交替使用)，当其中一台设备需要更换或检修的时候，使用另一台设备进行工作以保证系统的连续运作。也可同时使用，其净化效率效率更高。
所述装置还设置有补风口和检测口，补风口置于干式过滤器与等离子体净化装置之间，用于防止极限超高浓度有机废气的出现；检测口后接于等离子体净化装置，用于检测经等离子体分解后的出气成分及浓度。
所述生物滤池净化装置为一体化设备：顶部为喷淋装置，中部为固定生物填料，底部为分散填料和循环液，循环液通过循环水泵由底部输送到顶部的喷淋装置向下喷淋。
所述进气口、干式过滤器、补风口、等离子体净化装置、生物滤池净化装置、循环水泵之间均通过电动或电磁阀门进行连接，以便于气体和液体的控制。所述生物滤池净化装置包含两种填料：固定填料，固定在生物滤池净化装置上部，上层为悬浮填料，下层为火山岩；分散填料，分散在生物滤池净化装置底部的循环液中，为组合填料。两种类型的填料可有效分散微生物对VOCs降解的负荷，保证生物滤池的高效稳定运行。
一种等离子体协同生物技术净化挥发性有机物(VOCs)废气的方法，其特征在于该方法包括如下步骤：
A1)集气：通过进气口将挥发性有机物(VOCs)废气进行集中收集；
在该步骤中，所收集的挥发性有机物(VOCs)废气将经过干式过滤装置除 去粉尘，使挥发性有机物(VOCs)废气的颗粒浓度降低到15mg/m3以下。
A2)等离子体分解：通过等离子体净化装置将大分子量或非水溶性的有机废气开环、断键形成小分子量、水溶性好、易生物降解的物质；
在该步骤中，等离子体净化装置可设置两台或以上循环备用，可同时使用或单独使用。单独使用状态，如其中一台设备需要更换或检修的时候，使用另一台设备进行工作以保证系统的连续运作；如同时使用，其净化效率效率更高。
A3)生物滤池分解：通过微生物的作用使有机废气完全转化为CO2和H2O并进行排放。
在该步骤中，控制VOCs废气在填料层中的流速为0.5m/s，停留时间为3～4s，使生物滤池的运行效率达到最优；同时，循环液中的分散填料可降低固定填料的负荷，提高废气净化效率；循环液经过循环水泵(设置备份)由装置底部输送到顶部的喷淋装置进行喷淋，使有机废气从气相转移到液相，也为固定填料中的微生物补充营养成分；生物滤池产生的剩余污泥由水箱排出，由配套水处理系统进行处理。
本发明专利的有益效果如下：
(1)能高效稳定的净化各类工厂产生的VOCs工业废气；
(2)可适用不同成分、种类及浓度的VOCs工业废气，尤其对于含苯环或长链的大分子物质；
(3)本发明专利所述系统可将挥发性有机废气的净化效率提高到95％以上。而单独使用等离子体净化法的净化率仅为40％左右；单独使用生物法也仅为60％左右。由此可知，本发明专利采用等离子体净化装置和生物滤池净化装置产生了良好的协同作用，相对于单独使用其中一种装置，其取得了预料不到的技术效果。
(4)等离子体降解的过程中，无需添加任何化学物质，只需要消耗一定的电能便可实现VOCs分子降解为小分子物质，提高可生物降解性，其优越性在于设备安全可靠，使用寿命长，对环境不会造成二次污染；
(5)生物降解的过程中可使进气完全降解为无害的CO2和H2O进行排放，生物滤池采用一体化设计，可减小占地面积，固定填料和分散填料的结合可有效均衡分配微生物的运行负荷；
(6)等离子体装置和生物滤池装置的联用可有效解决单独使用等离子体降解VOCs不够完全，以及单独使用生物滤池不能有效降解大分子和可生物降解性差的VOCs物质的问题，联用装置还可将废气在生物滤池的停留时间缩短为3-4s，提高净化VOCs废气的速率；
(7)整个净化系统运行连续性强，可实现24小时不间断稳定运行，且保证稳定的净化效率；
(8)本发明专利应用广泛，可应用于包括石油化工、喷涂喷漆、印刷印染等多种行业。
附图说明
附图为本发明专利所述净化系统的示意图
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，对本发明专利作进一步说明，但本发明专利保护范围并不限于所述内容。
实施例一
如图所示，本发明专利用以净化挥发性有机物(VOCs)的装置，主要包括 有：进气口1、干式过滤器2、等离子体净化装置3和4、生物滤池净化装置5、循环水箱6、循环水泵7和8、排风机9、排气筒10、排水管道11、生物滤池喷淋装置12、固定填料层13(悬浮填料)和14(火山岩)、分散填料15、气阀F1-F6、水阀F7-F9、补风口Q1和Q2以及检测口J1和J2。
本发明专利所能够净化的VOCs包括苯及苯系物、醇类、醛类、酯类、酮类等，特别是对大分子、结构复杂、可生物降解性较差的VOCs物质去除上具有传统生物法所不能相比的优势。
进气口1收集VOCs废气，收集后将废输送到干式过滤器2进行过滤，使废气颗粒浓度小于15mg/m3，然后分别通过电动风阀F1和F2输送给等离子体净化装置3和4(可同时启用，也可交替使用)，由等离子体净化装置将大分子VOCs分解为小分子物质，随后气体通过电动风阀F5和F6输送到生物滤池净化装置5，由微生物将小分子有害物质分解为CO2和H2O，处理后的净化气体经排风机9输出给排气筒10进行高空排放。
其中，等离子体净化装置3和4之前分别设置有补风口Q1和Q2，由电动风阀F3和F4控制，目的是为了防止极限超高浓度有机废气的出现。等离子体净化装置3和4后分别设置有检测口J1和J2，用于检测经等离子体分解后的气体成分和浓度。当使用等离子体净化装置3的时候，开启气阀F5使废气进入生物滤池净化装置5；当使用等离子体净化装置4的时候，则关闭气阀F5，开启气阀F6使废气进入生物滤池净化装置5。
经等离子体净化装置3和4预处理后的气体由底部进入生物滤池净化装置5，废气在经过固定填料层13(悬浮填料)和14(火山岩)时，被填料表面的微生物吸附、吸收和分解，未分解的部分则随液体下落到滤池底部由分散填料15表面的微生物进行分解。循环液经水阀F7或F8由循环水泵7或8输送到顶 部的喷淋装置12向下喷淋，其目的在于(1)为固定填料层上的微生物提供水分和营养物质，保持其活性；(2)在微生物表面形成液膜，在与废气的接触过程中使气体中的有害物质从气相转到液相中。生物滤池5产生的剩余污泥经水阀F9由排水管道11排入到配套的水处理设备进行处理。
经测试，当仅使用一个等离子体净化装置3或4时，所述系统的净化效率为95.5％；当同时使用等离子体净化装置3、4时，所述系统的净化效率为98.5％。
比较例一
仅使用等离子体净化装置而不使用生物滤池净化装置，其他设备与本申请实施例相同，系统的净化效率为43％。
比较例二
仅使用生物滤池净化装置而不使用等离子体净化装置，其他设备与本申请实施例相同，系统的净化效率为62％。
由此可知，本发明专利采用等离子体净化装置和生物滤池净化装置产生了良好的协同作用。相对于单独使用其中一种装置，两者共同作用将系统的净化效率大幅提升，其取得了预料不到的技术效果，该效果超出了本领域技术人员的预期。
本发明专利适用于石油化工、喷涂喷漆、印刷印染等多种行业。
以上所述仅为本发明专利较佳实施例之一，并不用以限制本发明专利，凡在本发明专利的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明专利的保护范围之内。