一种人工湿地VOCs废气净化方法和系统技术方案

技术编号:17892007 阅读:40 留言:0更新日期:2018-05-10 07:00
本发明专利技术涉及一种人工湿地VOCs废气净化方法和系统,系统主功能区包括水分饱和填料层和水分非饱和填料层两部分,VOCs气体通过布气装置首先进入饱和填料层,该层填料及其表面附着的生物膜完全浸没在污水中,VOCs废气的降解机理遵循“吸收‑生物膜理论”;随后VOCs气体进入非饱和填料层,污染物的去除符合“吸附‑生物膜理论”。最后净化气体从顶部排出湿地系统。污水从布水区通过穿孔板均匀进入介质中,并水平流动,同时为填料层附着的生物膜提供营养元素,维持其健康稳定的生命活动,最后通过出水装置排出系统。本发明专利技术的方法和系统可高效净化工业生产、建筑材料以及交通运输中产生的低浓度、无回收价值而又严重污染环境的VOCs废气。

A method and system for purifying VOCs waste gas in artificial wetland

The invention relates to an artificial wetland VOCs waste gas purification method and system. The main functional area of the system consists of two parts of the water saturated packing layer and the moisture unsaturated packing layer. The VOCs gas is first entered into the saturated packing layer through a gas distribution device. The layer filling and the biofilm attached to the surface are completely immersed in the sewage, and the degradation of VOCs waste gas. The mechanism follows the theory of absorbing membrane biofilm. Subsequently, VOCs gas enters the unsaturated packing layer, and the removal of pollutants conforms to the theory of adsorption membrane biofilm. Finally, the clean gas is discharged from the top of the wetland system. Sewage from the cloth water through the perforated plate into the medium, and the horizontal flow, at the same time to provide nutrient elements for the biofilm attached to the packing layer, maintain its healthy and stable life activities, and finally discharge the system through the effluent device. The method and system of the invention can efficiently purify the VOCs waste gas, which is produced in industrial production, building materials and transportation, and has low concentration, no recovery value and seriously polluted the environment.

【技术实现步骤摘要】
一种人工湿地VOCs废气净化方法和系统
本专利技术属于环保
,具体涉及一种可以处理挥发性有机物(VOCs)的生物生态处理技术——人工湿地VOCs废气处理工艺,该方法是针对工业生产、建筑材料以及交通运输中产生的低浓度、无回收价值而又严重污染环境的有机废气而开发出的一种新型废气处理方法。
技术介绍
随着经济的快速发展,挥发性有机物(VOCs)的污染问题日益严重,不仅种类繁多,而且多数有毒,并具有致癌、致畸、致突变作用,特别是苯、甲苯及二甲苯对人体健康会造成很大的伤害。VOCs除了本身的危害外,还容易引发二次污染。在城市或者工业密集区,通过紫外线的照射VOCs和空气中氮氧化物以及大气游离态的O、O3、OH和HO2等发生光化学反应,产生光化学烟雾。VOCs在特定的条件下能够和空气中的颗粒物反应形成二次有机气溶胶,其中含有大量三致效应的有机化合物,如多氯联苯、多环芳烃和其他卤代有机物等,同时还可长距离传输,影响全球环境。挥发性有机物(VOCs)可以破坏臭氧层,引起雾霾天气,产生光化学烟雾,对人体健康十分有害,特别是低浓度VOCs不易引起注意,导致人产生慢性中毒、癌变危及生命。世界各国通过立法形式严格控制排放,同时不断研发新的VOCs处理技术。目前VOCs处理技术种类繁多,根据其基本原理主要分为化学氧化法、物理分离法、光解法、低温等离子体法以及生物法等。(1)化学氧化法应用较多的是燃烧法,对于高浓度、难以回收利用的挥发性有机废气适宜采用此法,但如果废气不能与空气充分混合、燃烧,产物中含有二噁英等有害成分,将造成二次污染,而对于低浓度有机废气无法直接燃烧,需进行浓缩预处理。在此基础上增加少量燃烧辅助剂使蓄热燃烧法逐渐成熟,能耗低,处理效率达99%,但是处理成分复杂的有机废气时,易造成催化剂中毒,降低处理效果,而且催化剂一般为贵金属,成本更高。(2)物理分离法能够回收利用分离出来的有机物,然而其中的冷凝法处理低浓度有机废气时需要先浓缩处理,膜分离法的制造和运行成本较高,吸附法需要不断更换吸附剂,增加运行成本,解析脱附过程也容易造成二次污染。吸收法的吸收剂大部分具有一定毒性和污染性的有机溶剂,在吸收后续工艺产生二次污染。(3)光解法是处理多种难降解、低浓度有机化合物的新技术,但并不适用大规模的工业应用,因为催化剂表面有机物累积过高时,会造成催化剂失去活性。(4)低温等离子体法的脱硫、脱硝反应可避免终产物SO2、NO2的二次污染。但是条件控制不好时,则相应的产物不稳定。本专利技术将VOCs通过人工湿地饱和/非饱和的附有生物膜的滤料介质,有机物作为能源物质参与微生物的新陈代谢被分解成CO2和H2O等,从而实现净化废气的目的。本专利技术所述的人工湿地废气处理系统属于一种环保友好技术,相对于传统方法,更加适用于处理低浓度VOCs废气,且具有投资运行费用省、维护管理简单、不产生二次污染等特点。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种能够处理低浓度VOCs废气的改进型人工湿地处理技术,主要污染物包括总烃、苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯酚等,旨在改善大气环境质量,保护人体健康。人工湿地不仅能够净化低浓度VOCs废气,同时具有一定的生态景观功能,能够为人们提供休闲和娱乐的场所。为实现上述技术目的,本专利技术采用如下技术方案:一种人工湿地VOCs废气净化系统,包括人工湿地池体、填料、进水装置、出水装置、布气装置和水生植物;所述人工湿地池体水平方向划分为填料区和布水区,填料区和布水区间通过穿孔板分隔开,布水区设有进水装置;所述填料区内有填料,填料区垂直方向上从下至上依次为水分饱和填料层和水分非饱和填料层,其中浸没在水中的填料层为水分饱和填料层,孔隙中没有充满水的为水分非饱和填料层;所述水分非饱和填料层上方种植水生植物;所述填料区设有第一出水装置和第二出水装置,所述第一出水装置设置于水分非饱和填料层顶部,所述第二出水装置设置于水分饱和填料层顶部;所述填料区水分饱和填料层底部铺设布气装置,VOCs废气通过布气装置进入水分饱和填料层底部,经过填料区净化后,净化气体从填料区顶部排出。本专利技术的系统主功能区包括水分饱和填料层和水分非饱和填料层两部分,VOCs气体通过布气装置首先进入饱和填料层,该层填料及其表面附着的生物膜完全浸没在污水中,VOCs废气的降解机理遵循“吸收-生物膜理论”;随后VOCs气体进入非饱和填料层,污染物的去除符合“吸附-生物膜理论”。最后净化气体从顶部排出湿地系统。污水从布水区通过穿孔板均匀进入介质中,并水平流动,同时为填料层附着的生物膜提供营养元素,维持其健康稳定的生命活动,最后通过出水装置排出系统。进一步的,所述布气装置包括布气干管、布气支管、和管堵;所述布气干管在水分饱和填料层底部延伸,用于进气;所述若干布气支管对称分布于布气干管管体两边,一端垂直连接布气干管管体,另一端设置管堵。进一步的,所述布气支管由支撑管、橡胶布气膜管和抱箍组成;所述支撑管垂直连接布气干管管体,支撑管外表面包裹橡胶布气膜管,包裹着橡胶布气膜管的支撑管两端用抱箍锁紧;所述支撑管管体上设有凹槽;所述橡胶布气膜管表面设有微孔,所述微孔在气体压力的作用下张开。通过改进支撑管的表面结构,在支撑管管体表面沿支撑管纵轴方向设置凹槽,气体可直接从布气主管进入支撑管表面凹槽的空气通道,从而可大大降低空气的阻力损失。膜管表面的微孔可实现均匀布气。工作时,橡胶布气膜管的微孔在空气压力下会自动张开,VOCs废气就进入人工湿地;停止布气时,在污水压力的作用下,微孔闭合,避免污水进入布气装置,堵塞孔眼,因此,不产生孔眼堵塞、沾污等弊病。同时,进入布气装置的VOCs废气不需进行除尘净化,当进气停止时,污水也不会倒灌。进一步的,所述第一出水装置、第二出水装置和进水装置选用水管;所述第一出水装置、第二出水装置、进水装置和布气干管位于同一垂直平面。进一步的,所述填料选用火山渣。填料是生物膜的载体,也起截留、吸附VOCs作用,是人工湿地系统的关键部位,直接影响处理效果。同时,它的费用在改进型人工湿地系统的建设中占有的比重较大,所以选择适宜的填料关系到改进型人工湿地技术的经济合理性。本专利技术选择的填料是火山渣,火山渣表面多孔,比表面积大,水流流态好,利于发挥传质效应,有一定的生物附着力,化学与物理性能稳定,经久耐用,货源充足,价格便宜,运输和施工安装方便,其化学组成详见表1。表1火山渣的化学成分及百分比含量进一步的,所述人工湿地池体为在地面以下挖掘土方而成,并在内壁夯实黏土作为防渗层。进一步的,所述水生植物选用花叶芦苇,种植密度为20株/m2。本专利技术的另一目的在于提供上述系统的使用方法,包括如下步骤:(1)将接种污泥注入人工湿地池体(1),并通过进水装置(31)向人工湿地池体(1)注入人工配置的营养液和磷酸盐缓冲溶液混合的;(2)将生活污水泵入人工湿地池体(1)中,再注入自来水,调节人工湿地池体(1)内水体pH值在6.5-7.5之间,温度在15-40℃;向人工湿地池体(1)注入空气;通过检测水体COD变化和人工观测挂膜情况,完成挂膜过程;(3)正常运行过程中VOCs废气从系统的布气干管(51)输入,进入布气支管(52),并通过布气支管(52)进入水分饱和填料层(22),同时生活污水从进水装置(3本文档来自技高网
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一种人工湿地VOCs废气净化方法和系统

【技术保护点】
一种人工湿地VOCs废气净化系统,包括人工湿地池体(1)、填料、进水装置、出水装置、布气装置(5)和水生植物(6);其特征在于,所述人工湿地池体(1)水平方向划分为填料区(2)和布水区(3),填料区(2)和布水区(3)间通过穿孔板(7)分隔开,布水区(3)设有进水装置(31);所述填料区(2)内有填料,填料区(2)垂直方向上从下至上依次为水分饱和填料层(22)和水分非饱和填料层(21);所述填料层(21、22)上方种植水生植物(6);所述填料区设有第一出水装置(41)和第二出水装置(42),所述第一出水装置(41)设置于水分非饱和填料层(21)顶部,所述第二出水装置(42)设置于水分饱和填料层(22)顶部;所述填料区水分饱和填料层(21)底部铺设布气装置(5),VOCs废气通过布气装置(5)进入水分饱和填料层(22)底部,经过填料区(2)净化后,净化气体从填料区(2)顶部排出。

【技术特征摘要】
1.一种人工湿地VOCs废气净化系统,包括人工湿地池体(1)、填料、进水装置、出水装置、布气装置(5)和水生植物(6);其特征在于,所述人工湿地池体(1)水平方向划分为填料区(2)和布水区(3),填料区(2)和布水区(3)间通过穿孔板(7)分隔开,布水区(3)设有进水装置(31);所述填料区(2)内有填料,填料区(2)垂直方向上从下至上依次为水分饱和填料层(22)和水分非饱和填料层(21);所述填料层(21、22)上方种植水生植物(6);所述填料区设有第一出水装置(41)和第二出水装置(42),所述第一出水装置(41)设置于水分非饱和填料层(21)顶部,所述第二出水装置(42)设置于水分饱和填料层(22)顶部;所述填料区水分饱和填料层(21)底部铺设布气装置(5),VOCs废气通过布气装置(5)进入水分饱和填料层(22)底部,经过填料区(2)净化后,净化气体从填料区(2)顶部排出。2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述布气装置(5)包括布气干管(51)、布气支管(52)和管堵(53);所述布气干管(51)在水分饱和填料层(21)底部延伸,用于进气;所述若干布气支管(52)对称分布于布气干管(51)管体两边,一端垂直连接布气干管(51)管体,另一端设置管堵(53)。3.根据权利要求2所述的系统,其特征在于,所述布气支管(52)由支撑管(521)、橡胶布气膜管(522)和抱箍(523)组成;所述支撑管(521)垂直连接布气干管(51)管体,支撑管(521)外表面包裹橡胶布气膜管(522),两端用抱箍(523)将橡胶布气膜管(522)和支撑管(521)锁紧;所述支撑管(521)管体上设有凹槽;所述橡胶布气膜管(522)表面设有微孔,所述微孔在气体压力的作用下张开,实现均匀布气。4.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述第一出水装置(41)、第二出水装置(42)和进水装置(31)选用水管;所述第一出水装置(41)、第二出水装置(42)、进水装置(31)和布气干管(51)位于同一垂直平面。5.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述填料选用火山渣;所述火山渣组分包括64.77%SiO2...

【专利技术属性】
技术研发人员:董婵
申请(专利权)人:南京科技职业学院
类型:发明
国别省市:江苏,32

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