组合式生物发酵废气处理装置和方法 技术领域 本发明属于环境保护技术领域， 涉及一种废气处理装置和方法， 特别涉及一种组 合式生物发酵废气处理装置和方法。
背景技术 一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快感觉及损害生活环境的气味统称为恶臭， 具有 恶臭气味的物质被称为恶臭污染物。 恶臭是大气污染的一种形式， 但由于它的特殊性， 很多 国家将它作为单列公害对待。恶臭已成为当今世界七种典型公害 ( 大气污染、 水质污染、 土 壤污染、 噪声污染、 振动、 地面下沉、 恶臭 ) 中的一种。
当今一个重要的环境问题 —— 恶臭污染已引起人们的注意。在一些发达国家 中， 人们对恶臭投诉的比例已越来越高。如在澳大利亚， 对恶臭的投诉占环境污染投诉的 91.3％ ； 在美国， 占全部空气污染投诉的 50％以上 ； 在日本为仅次于噪声污染投诉的第二 位。
生物发酵生产过程中会产生高浓度发酵废液， 目前一般采用以下方式处理该发酵 废液 ： 首先加入无毒无害高分子絮凝剂提取菌体蛋白， 接着采用蒸发器在真空状态下进行 蒸发浓缩， 最后采用喷浆造粒干燥机进行干燥造粒。 在喷浆干燥过程中， 大量的水分在高温 热风的作用下蒸发而形成水蒸气、 有机物气体和微小固体颗粒物， 与干燥机中的气体混合 形成具有恶臭的废气。
虽然通过电除尘和文丘里喷淋等方法可消除绝大多数固形物， 但是废气仍然存在 强烈的不愉快气味， 以氨基酸发酵为例， 废气中的成分除水蒸气和空气外， 主要为可挥发性 有机化合物 ( 简称 VOCs)， 包含烷烃类化合物 31 个， 烯烃类化合物 3 个， 芳香族类化合物 19 个， 酯类化合物 9 个， 酮类化合物 1 个， 醛类化合物 1 个， 醇类化合物 2 个， 有机酸类化合物 1 个， 根据化学性质， 以上组分大多具有气味。
这种生物发酵废气具有以下四个主要特点 ： 1)VOCs 含量并不高， 一般大多在 40ppm 以下 ； 2) 温度较高， 大多超过 60 度 ； 3) 废气中水蒸气和液态水含量很高 ； 4) 存在大量 气溶胶， 在视觉上易于形成烟带。因此， 对于生物发酵废气， 常规的废气处理方法不能获得 较好的效果， 例如若采用吸附法， 由于水蒸气含量高， 吸附剂迅速达到饱和， 脱吸过程能耗 巨大 ； 而采用单一生物法， 则入口气体温度高， 很难找到合适的生物菌种适合这样的温度。
发明内容 本发明针对现有技术的不足， 提供一种组合式生物发酵废气处理方法， 其先将生 物废气进行湿度、 温度调节， 然后再通过气体管道引入由生物废气处理器和 / 等离子废气 处理器组成的废气处理装置进行处理， 以有效地处理该 VOCs 低含量、 具有强烈恶臭和烟带 的生物发酵废气， 达到空气进化的目的。
为实现以上的技术目的， 本发明将采取以下的技术方案 ：
一种组合式生物发酵废气处理方法， 包括以下步骤 ： (1) 生物废气的前处理 ： 采用
前气液分离器进行生物发酵废气的除湿处理， 接着采用气体过滤器进行生物发酵废气的除 杂处理， 最后采用喷淋塔以进行该生物发酵废气的降温处理， 所述喷淋塔中喷淋液的温度 为 32 ～ 35℃， 且喷淋塔中喷淋液的初始 COD 含量小于 5mg/L， 同时喷淋塔中喷淋液的最终 COD 含量不超过 5000mg/L ； (2) 生物废气处理 ： 采用生物废气处理器和 / 或者等离子废气处 理器对经过步骤 (1) 前处理操作的生物发酵废气进行处理， 所述生物发酵废气在生物废气 处理器中的停留时间为 5 ～ 20 秒， 同时生物废气处理器内的相对湿度大于 80％， 且生物废 气处理器的 pH 值为 6 ～ 8 ； 生物发酵废气在等离子废气处理器中的停留时间则为 9 ～ 11 秒， 同时等离子废气处理器的工作电压为 80 ～ 120kV。
所述生物发酵废气进入等离子废气处理器进行废气处理前， 先通过后气液分离器 进行除湿处理。
本发明的另一个发明目的是提供一种用于实现上述组合式生物发酵废气处理方 法的组合式生物发酵废气处理装置， 包括风机、 用于生物废气温度湿度除杂处理的废气前 处理装置以及废气处理装置， 所述风机的出风口依次与废气前处理装置、 废气处理装置通 过气体管道串接， 且所述废气处理装置由生物废气处理器和 / 等离子废气处理器组合而 成， 同时， 所述废气前处理装置以及废气处理装置皆分别设置有废液出口。
所述废气前处理装置包括依次通过气体管道连接的前气液分离器、 气体过滤器以 及喷淋塔， 所述喷淋塔设置有喷淋液进口和喷淋液出口， 且喷淋液进口和喷淋液出口之间 连接有喷淋液冷却循环装置， 且所述前气液分离器和喷淋塔分别设置有废液出口。
所述喷淋液冷却循环装置包括间壁换热器和冷却塔， 所述冷却塔进口、 间壁换热 器的冷侧通道以及冷却塔出口通过连接管道连通， 且所述冷却塔出口和间壁换热器冷侧通 道之间的连接管道上安装冷却水循环泵， 所述喷淋液进口、 间壁换热器的热侧通道以及喷 淋液出口通过连接管道连通， 且所述间壁换热器热侧通道与喷淋液进口之间的连接管道上 安装喷淋泵， 而所述间壁换热器热侧通道与喷淋液出口之间的连接管道上安装喷淋液过滤 器。
所述间壁换热器为列管换热器和板式换热器。
所述废气处理装置包括顺序连接的生物废气处理器、 后气液分离器以及等离子废 气处理器， 且所述后气液分离器以及等离子废气处理器分别设置有废液出口。
所述废气处理装置为生物废气处理器。
所述生物废气处理器分别通过管道与补水箱和营养液槽相连接。
所述废气处理装置包括顺序连接的等离子废气处理器和二级等离子废气处理器， 且等离子废气处理器和废气温度湿度调节装置之间的气体管道上安装后气液分离器， 且后 气液分离器、 等离子废气处理器和二级等离子废气处理器分别设置有废液出口。
根据以上的技术方案， 可以实现以下的有益效果 ：
1、 利用喷淋塔对生物发酵废气进行喷淋冷却， 由于气液直接接触， 换热效率很高， 生物发酵废气可被喷淋液有效降温， 降温后的生物发酵废气不会造成生物废气处理器中生 物菌种由于高温而死亡， 同时降温后的生物发酵废气在等离子废气处理器中的处理效率也 可增加， 可有效破坏废气中的气溶胶， 减少由于气溶胶产生的烟带而造成的视觉污染 ；
2、 升温后的喷淋液采用间壁式换热器与冷却塔产生的低温冷却水换热降温， 故 喷淋液可长期循环使用， 从而节约了水资源消耗和后续废水处理装置的负荷， 运行经济型好； 3、 可根据生物发酵废气中物质含量差异、 前序工艺差别及 VOCs 的高低， 对组合工 艺进行相应调整， 例如仅设置生物废气处理器或等离子废气处理器， 或设置两级等离子废 气处理器， 从而提高本发明的适用范围和灵活性。
附图说明
图 1 是降温、 生物和单级等离子处理组合处理装置示意图 ；
图 2 是降温和生物处理组合装置示意图 ；
图 3 是降温、 两级等离子处理组合装置示意图 ；
其中， 1 为风机 ； 2 为前气液分离器 ； 3 为气体过滤器 ； 4 为喷淋泵 ； 5 为喷淋塔 ； 6为 喷淋液过滤器 ； 7 为间壁换热器 ； 8 为冷却塔 ； 9 为冷却水循环泵 ； 10 为生物废气处理器 ； 11 为后气液分离器 ； 12 为等离子废气处理器 ； 13 为补水箱 ； 14 为营养液槽 ； 15 为第二级等离 子废气处理器。 具体实施方式 下面结合附图及实施例对本发明做进一步详细描述。
本发明所述的组合式生物发酵废气处理方法， 包括以下步骤 ： (1) 生物废气的前 处理 ： 采用前气液分离器 2 进行生物发酵废气的除湿处理， 接着采用气体过滤器 3 进行生物 发酵废气的除杂处理， 最后采用喷淋塔 5 以进行该生物发酵废气的降温处理， 所述喷淋塔 5 中喷淋液的温度为 32 ～ 35℃， 且喷淋塔 5 中喷淋液的初始 COD 含量小于 5mg/L， 同时喷淋 塔 5 中喷淋液的最终 COD 含量不超过 5000mg/L ； (2) 生物废气处理 ： 采用生物废气处理器 10 和 / 或者等离子废气处理器 12 对经过步骤 (1) 前处理操作的生物发酵废气进行处理， 所 述生物发酵废气在生物废气处理器 10 中的停留时间为 5 ～ 20 秒， 同时生物废气处理器 10 内的相对湿度大于 80％， 且生物废气处理器 10 的 pH 值为 6 ～ 8 ； 生物发酵废气在等离子废 气处理器 12 中的停留时间则为 9 ～ 11 秒， 同时等离子废气处理器 12 的工作电压为 80 ～ 120kV ； 另外， 所述生物发酵废气进入等离子废气处理器 12 进行废气处理前， 先通过后气液 分离器 11 进行除湿处理。
本发明所提供的一种用于实现上述组合式生物发酵废气处理方法的组合式生物 发酵废气处理装置， 如图 1 至 3 所示， 包括风机 1、 用于生物废气温度湿度除杂处理的废气前 处理装置以及废气处理装置， 所述风机 1 的出风口依次与废气前处理装置、 废气处理装置 通过气体管道串接， 且所述废气处理装置由生物废气处理器 10 和 / 等离子废气处理器 12 组合而成， 同时， 所述废气前处理装置以及废气处理装置皆分别设置有废液出口。 所述废气 前处理装置包括依次通过气体管道连接的前气液分离器 2、 气体过滤器 3 以及喷淋塔 5， 所 述喷淋塔 5 设置有喷淋液进口和喷淋液出口， 且喷淋液进口和喷淋液出口之间连接有喷淋 液冷却循环装置， 且所述前气液分离器 2 和喷淋塔 5 分别设置有废液出口。所述喷淋液冷 却循环装置包括间壁换热器 7 和冷却塔 8， 所述间壁换热器 7 为列管换热器和板式换热器， 所述冷却塔 8 进口、 间壁换热器 7 的冷侧通道以及冷却塔 8 出口通过连接管道连通， 且所述 冷却塔 8 出口和间壁换热器 7 冷侧通道之间的连接管道上安装冷却水循环泵 9， 所述喷淋液 进口、 间壁换热器 7 的热侧通道以及喷淋液出口通过连接管道连通， 且所述间壁换热器 7 热
侧通道与喷淋液进口之间的连接管道上安装喷淋泵 4， 而所述间壁换热器 7 热侧通道与喷 淋液出口之间的连接管道上安装喷淋液过滤器 6。
图 1 至图 3 公开了三种不同组合形式的废气处理装置， 以下将结合附图详细地叙 述这三种实施方式 ：
实施例 1
如图 1 所示， 其公开了本实施例所述的组合式生物发酵废气处理装置为 “喷淋降 温 + 生物处理 + 等离子处理” 组合方案， 即风机 1 出口通过气体管道依次与前气液分离器 2、 气体过滤器 3、 喷淋塔 5、 生物废气处理器 10、 后气液分离器 11 及等离子废气处理器 12 串 接； 同时前气液分离器 2、 喷淋塔 5、 后气液分离器 11 及等离子废气处理器 12 底部均设置废 水出口， 并通过管道汇集在一起 ； 喷淋塔 5 上部设置喷淋液进口， 喷淋塔 5 底部设置喷淋液 出口， 并在喷淋液进口和喷淋液出口之间通过水管依次连接有喷淋液过滤器 6、 间壁换热器 7 热侧通道和喷淋泵 4 ； 冷却塔 8 下部冷却水出口至其上部冷却水入口之间通过水管依次连 接有冷却水循环泵 9 和间壁换热器 7 冷侧通道， 因此， 本实施例所述废气处理装置包括顺序 连接的生物废气处理器 10、 后气液分离器 11 以及等离子废气处理器 12。
本实施例的工作原理如下 ： 风机 1 将氨基酸发酵产生的废气引入后， 废气温度为 55 度， 废气流量为 8000m3/ h( 工况 )， 废气 VOCs 为 30ppm， 首先通过前气液分离器 2 将废气中的液态水分脱除， 然后通 过气体过滤器 3 将废气中的固体杂质清除后通入喷淋塔 5 下部气体入口， 与喷淋塔 5 中自 上而下的 35 度的冷喷淋液逆向接触从而降低废气的温度， 喷淋液流量为 680m3/h， 降温后的 废气温度为 37 度， 并从喷淋塔 5 上部引出， 接着通过气体管道进入生物废气处理器 10， 废 气在生物废气处理器 10 中停留 6 秒后， 并进行生化反应后， 进入后气液分离器 11 脱除液态 水， 从后气液分离器 11 离开的废气进入等离子废气处理器 12， 在等离子废气处理器 12 中 停留时间大于 12 秒， 等离子废气处理器 12 工作电压为 90kV ； 喷淋塔 5 中喷淋升温后的热 喷淋液温度为 40 度， 并从喷淋塔 5 底部引出， 流入喷淋液过滤器 6， 去除固体杂质后流入间 壁换热器 7 热侧通道， 与流过间壁换热器 7 冷侧通道的冷却水换热降温至 37 度后， 通过喷 淋泵 4 加压后， 再次进入喷淋塔 5 上部， 用于冷却废气 ； 流出间壁换热器 7 冷侧通道的冷却 水温度为 37 度， 进入冷却塔 8 后， 与外界空气直接接触， 部分冷却水蒸发吸热， 使离开冷却 塔 8 下部的冷却水温度降低至 32 度， 然后在冷却水循环泵 9 的作用下， 再次流入间壁换热 器 7 冷侧通道， 用于对流经间壁换热器 7 热侧通道的热喷淋液降温， 冷却水流量也为 680m3/ h； 前气液分离器 2、 后气液分离器 11 和等离子废气处理器 12 中产生的液态水， 均通过管道 收集后进入后续的废水处理装置 ； 当喷淋塔 5 下部热喷淋液的 COD 为 10000mg/L 后， 则喷淋 塔 5 中所有喷淋液均通过废水出口排出， 并更换 COD 含量小于 5mg/L 的喷淋液。
废气通过喷淋塔 5 降温后， 在生物废气处理器 10 中可使生化反应正常进行， 所 培养的菌种可产生有氧反应， 将废气中的有机物转化为二氧化碳和水， 从而降低废气中的 VOCs， 进入等离子废气处理器 12 中后， 在高压电场作用下， 部分在生物废气处理器 10 中未 转化的有机物进一步被分解， 同时气溶胶被电场破坏。离开等离子废气处理器 12 后的废气 VOCs 降低为 10ppm。
实施例 2
如图 2 所示， 其公开了本发明另一种废气处理装置的组合模式， 为 “喷淋降温 + 生
物处理” 组合方案， 其中， 生物发酵废气前处理装置与实施例 1 中所公开的一致， 而所述废气 处理装置则为生物废气处理器 10， 且所述生物废气处理器 10 分别通过管道与补水箱 13 和 营养液槽 14 相连接。
因此， 本实施例的工作原理如下 ：
温度为 60 度、 流量为 10000m3/h( 工况 )、 VOCs 为 40ppm 的酒精发酵废气由风机 11 引入， 首先通过前气液分离器 2 将废气中的液态水分脱除， 然后通过气体过滤器 3 将废气中 的固体杂质清除后通入喷淋塔 5 下部气体入口， 与喷淋塔 5 中自上而下的 37 度的冷喷淋液 逆向接触从而降低废气的温度， 喷淋液流量为 100m3/h， 降温后的废气温度为 40 度， 并从喷 淋塔 5 上部引出， 直接进入生物废气处理器 10， 废气在生物废气处理器 10 中停留 10 秒后， 并进行生化反应后排出装置， 生化反应中， 生物废气处理器 10 中的 pH 为 7.5， 其值由营养液 槽 14 中的营养液调整， 生物废气处理器 10 中的相对湿度为 120％ ( 含有少量液态水 )， 其 3 通过将补水箱 13 中的水喷入生物废气处理器 10 实现， 补水箱 13 喷水的流量为 1m /h ； 喷淋 塔 5 中喷淋升温后的热喷淋液温度为 38 度， 并从喷淋塔 5 底部引出， 流入喷淋液过滤器 6， 去除固体杂质后流入间壁换热器 7 热侧通道， 与流过间壁换热器 7 冷侧通道的冷却水换热 降温至 37 度后， 通过喷淋泵 4 加压后， 再次进入喷淋塔 5 上部， 用于冷却废气 ； 流出间壁换 热器 7 冷侧通道的冷却水温度为 37 度， 进入冷却塔 8 后， 与外界空气直接接触， 部分冷却水 蒸发吸热， 使离开冷却塔 8 下部的冷却水温度降低至 32 度， 然后在冷却水循环泵 9 的作用 下， 再次流入间壁换热器 7 冷侧通道， 用于对流经间壁换热器 7 热侧通道的热喷淋液降温， 3 冷却水流量为 80m /h ； 当喷淋塔 5 下部热喷淋液的 COD 为 5000mg/L 后， 则喷淋塔 5 中所有 喷淋液均通过废水出口排出， 并更换 COD 含量小于 5mg/L 的喷淋液。离开生物废气处理器 10 后的废气 VOCs 降低为 15ppm。
实施例 3
如图 3 所示， 其公开了本发明再一种废气处理装置的组合模式， 为 “喷淋降温 + 两 级等离子处理” 组合方案， 其中， 生物发酵废气前处理装置与实施例 1 中所公开的一致， 而所 述废气处理装置包括顺序连接的等离子废气处理器 12 和二级等离子废气处理器 15， 且等 离子废气处理器 12 和废气温度湿度调节装置之间的气体管道上安装后气液分离器 11， 且 后气液分离器 11、 等离子废气处理器 12 和二级等离子废气处理器 15 分别设置有废液出口。
因此， 本实施例的工作原理如下 ：
温度为 75 度， 流量为 10000m3/h( 工况 )， VOCs 为 35ppm， 相对湿度为 150％的谷氨 酸发酵废气由风机 1 引入， 首先通过前气液分离器 2 将废气中的液态水分脱除， 然后通过气 体过滤器 3 将废气中的固体杂质清除后通入喷淋塔 5 下部气体入口， 与喷淋塔 5 中自上而 下的 33 度的冷喷淋液逆向接触从而降低废气的温度， 喷淋液流量为 280m3/h， 降温后的废气 温度为 35 度， 并从喷淋塔 5 上部引出进入等离子废气处理器 12， 停留 20 秒后进入第二级等 离子废气处理器 15， 停留 15 秒后排出， 等离子废气处理器 12 工作电压为 110kV， 第二级等 离子废气处理器 15 工作电压为 85kV。离开第二级等离子废气处理器 15 后的废气 VOCs 降 低为 11.5ppm， 且不存在明显可视烟带。
上面结合附图所描述的本发明优选具体实施例仅用于说明本发明的实施方式， 而 不是作为对前述发明目的和所附权利要求书内容和范围的限制， 凡是依据本发明的技术实 质对以上实施例所做的任何简单修改、 等同变化与修饰， 均仍属本发明技术和权利保护范畴。