等离子体-生物转鼓耦合反应器及其处理VOCs的方法技术

本发明专利技术公开了一种等离子体

【技术实现步骤摘要】
等离子体
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生物转鼓耦合反应器及其处理VOCs的方法


[0001]本专利技术属于挥发性有机物(VOCs)处理
，具体涉及一种等离子体
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生物转鼓 耦合反应器处理VOCs的方法及装置。

技术介绍

[0002]工业和农业排放的挥发性有机物(VOCs)是空气污染的重要来源。VOCs是强挥发、 有刺激性气味、有毒的有机气体，部分已被列为致癌物。人们关注的VOCs主要来自人为 排放源，这些工业主要包括石油化工行业、制药行业、涂装行业以及印刷行业等。VOCs 不仅是气溶胶、光化学烟雾以及臭氧的前体；同时也会对人体产生极大的危害，长期接触 会导致许多人类疾病，包括癌症、心血管疾病和其他一些潜在的疾病。近几年，我国对于 挥发性有机物的治理工作越发重视，由于这一类化合物的成分复杂，排放量极大，因此， 处理难度比较高。目前VOCs治理因技术受限仍存在大量VOCs排放超标、处理能耗大 和运行成本高的情况，从碳足迹、碳减排角度来说不符合未来低碳社会的要求。
[0003]目前，VOCs处理技术主要分为两大类：回收技术和销毁技术。对于较高浓度或具有 较大回收价值的VOCs通常采用回收技术加以循环利用，回收技术主要包括吸收法、吸附 法、冷凝法以及膜分离；而中低浓度、气体组分复杂、利用价值低的VOCs气体则通常采 用销毁技术来进行破坏性消除，如燃烧法、催化氧化、生物降解以及等离子体法等。在实 际应用中，每种处理技术都有其优缺点，且不同行业产生的VOCs成分、浓度、气量存在 差异，故不存在通用的末端处理技术，而应根据实际情况来选择一种或多种合适的处理技 术应用，以此来达到最佳的VOCs去除效果及最高的能效利用率。此外，人们发现单一的 治理技术难以满足日渐严格的VOCs排放法规，因此联合治理技术逐渐走入人们的视线。 开发有效、经济的VOCs减排技术势在必行。
[0004]生物降解技术最早应用于脱臭，近年来逐渐发展成为VOCs的新型污染控制技术。生 物降解技术利用微生物的代谢作用将污染物降解转化为无毒无害的最终物质，为废气的高 效净化提供了绿色可行的途径。在废气生物处理过程中，根据VOCs成分、浓度及气量的 不同，选择其适合的有效生物净化系统来进行工业有机废气的处理是至关重要的。可将生 物法工艺分为生物洗涤塔，生物滴滤塔，生物过滤塔三种类型。对于可生物降解的有机气 体来说要选择合适的生物工艺进行处理。当前，污染负荷、养分和生物量等分布不均问题 一直困扰着生物处理系统的稳定运行。为解决此类问题，生物转盘技术作为一种生物反应 器最早出现于1900年，并于1954年应用于废水处理领域，我国于1972年开始对生物转盘 进行研究。2002年，辛辛那提大学首次提出“生物转鼓”的新概念，将生物滤床的填料固 定在转盘上，轴向两端封闭，构成一个“转鼓”，废水用营养液替代，气态污染物从转鼓 的外面透过填料层，进入内轴空间，由轴向排气管排出，完成一次气态污染物的净化。转 鼓每转一圈，填料层经历一次与营养液充分接触的机会，以维持“固定生物”高效分解污 染物的“生物活性”。通过查阅文献资料，我国将生物转盘技术应用于净化VOCs的研究 起步较晚，技术基础薄弱，还存在技术瓶颈，尚不能满足企业目前的治理需求。等离子体 法去除VOCs具有
装置简单、可在常温常压下运行等优点。因此，本装置将等离子体法处 理VOCs作为生物转鼓法处理VOCs的预处理步骤。
[0005]本装置以介质阻挡放电等离子体(DBD)反应器作为转鼓生物反应器预处理单元，开 展等离子体诊断研究，提升DBD
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RDB反应器耦合性能。为了攻克传统生物反应器中VOCs 低水溶性及低传质效率等缺陷，通过反向传播人工神经网络(BP
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ANN)模型调控等离子 体放电产生的高能活性物质，优化等离子体与生物转鼓的匹配，提高等离子体
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生物转鼓集 成技术对目标污染物的可生化性和气液传质效率。采用BIOLOGECO平板技术分析微生物 在DBD单元产物的生物毒性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于提供一种结构简单、操作方便、VOCs处理效率高的等离子体
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生物 转鼓耦合反应器，本装置基于反向传播人工神经网络(BP
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ANN)模型调控DBD单元参数， 为后续生物转鼓处理VOCs优化条件。本专利技术还提供了利用上述装置进行废气处理的工艺。
[0007]本专利技术一种等离子体
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生物转鼓耦合反应器，包括依次相邻的进气模块、等离子电降解 模块和生物处理模块。进气模块用于向等离子电降解模块输入被处理气体。所述的等离子 电降解模块包括介质阻挡放电反应器。介质阻挡放电反应器具有一个或多个放电通道。放 电通道包括高压电极，以及同轴套置在一起的内石英管和外石英管。高压电极位于内石英 管的内侧，并与电源连接。内石英管与外石英管之间形成放电间隙。
[0008]所述的生物处理模块包括喷淋吸收塔、生物转鼓反应池、营养液储罐。喷淋吸收塔的 进气口与介质阻挡放电反应器的输出口连接。营养液储罐与喷淋吸收塔之间形成第一营养 液循环回路，使得营养液储罐中的营养液能够在喷淋吸收塔中进行喷淋。生物转鼓反应池 上的生物处理进气口与喷淋吸收塔的出气口连接。生物转鼓反应池的内腔中支承有生物转 鼓。生物转鼓由动力元件驱动旋转。营养液储罐与生物转鼓反应池之间形成第二营养液循 环回路，进行生物转鼓反应池中营养液的循环更新。
[0009]作为优选，所述的进气模块包括进气泵、湿度罐和混气罐。进气泵共有三个。第一个 进气泵的进气口与氧气提供设备连接。第二、三个进气泵的进气口与外界环境连接。第一 个进气泵的出气口直接连接到混气罐。第二、三个进气泵的出气口各自通过一个湿度罐连 接到混气罐。两个湿度罐中分别存储有被处理污染物、水。空气通入装有被处理污染物的 湿度罐后，携带VOCs气体进入混气罐。空气通入装有水的湿度罐后，携带水蒸气进入混 气罐中。三个进气泵与混气罐之间均设置有质量流量计。
[0010]作为优选，所述的放电通道共有四个。四个放电通道并排设置。所述的高压电极采用 不锈钢铁棒。内石英管与外石英管之间的放电间隙的宽度为2mm。
[0011]作为优选，所述等离子电降解模块在工作过程中的四个工作参数通过神经网络模型进 行调控，该四个放电参数分别为输入污染物浓度、气体流速、相对湿度和放电电压。该调 控的具体过程如下：首先，将等离子电降解模块调节至不同大小的工作参数，并分别进行 VOCs降解，记录不同工作参数下的三个输出参数。三个输出参数分别为VOCs降解率、 臭氧浓度以及CO2转化率。构建以四个放电参数为输入变量，三个输出参数为输出变量的 神经网络。以三个输出变量作为期望，对四个输入变量进行网格搜索，预测出在不同的四 个放电参数下对应的VOCs降解率、臭氧浓度和CO2转化率，选取最符合期望的VOCs转 化率、臭
氧浓度和CO2转化率，及其对应的四个放电参数。
[0012]作为优选，VOC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种等离子体
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生物转鼓耦合反应器，其特征在于：包括依次相邻的进气模块、等离子电降解模块和生物处理模块；进气模块用于向等离子电降解模块输入被处理气体；所述的等离子电降解模块包括介质阻挡放电反应器(3)；介质阻挡放电反应器(3)具有一个或多个放电通道；放电通道包括高压电极，以及同轴套置在一起的内石英管和外石英管；高压电极位于内石英管的内侧，并与电源连接；内石英管与外石英管之间形成放电间隙；所述的生物处理模块包括喷淋吸收塔(5)、生物转鼓反应池(6)、营养液储罐(11)；喷淋吸收塔(5)的进气口与介质阻挡放电反应器(3)的输出口连接；营养液储罐(11)与喷淋吸收塔(5)之间形成第一营养液循环回路，使得营养液储罐(11)中的营养液能够在喷淋吸收塔(5)中进行喷淋；生物转鼓反应池(6)上的生物处理进气口(16)与喷淋吸收塔(5)的出气口连接；生物转鼓反应池(6)的内腔中支承有生物转鼓(20)；生物转鼓(20)由动力元件驱动旋转；营养液储罐(11)与生物转鼓反应池(6)之间形成第二营养液循环回路，进行生物转鼓反应池(6)中营养液的循环更新。2.根据权利要求1所述的一种等离子体
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生物转鼓耦合反应器，其特征在于：所述的进气模块包括进气泵、湿度罐(1)和混气罐(2)；进气泵共有三个；第一个进气泵的进气口与氧气提供设备连接；第二、三个进气泵的进气口与外界环境连接；第一个进气泵的出气口直接连接到混气罐(2)；第二、三个进气泵的出气口各自通过一个湿度罐(1)连接到混气罐(2)；两个湿度罐(1)中分别存储有被处理污染物、水；空气通入装有被处理污染物的湿度罐(1)后，携带VOCs气体进入混气罐(2)；空气通入装有水的湿度罐(1)后，携带水蒸气进入混气罐(2)中；三个进气泵与混气罐之间均设置有质量流量计。3.根据权利要求1所述的一种等离子体
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生物转鼓耦合反应器，其特征在于：所述的放电通道共有四个；四个放电通道并排设置；所述的高压电极采用不锈钢铁棒；内石英管与外石英管之间的放电间隙的宽度为2mm。4.根据权利要求1所述的一种等离子体
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生物转鼓耦合反应器，其特征在于：所述等离子电降解模块在工作过程中的四个工作参数通过神经网络模型进行调控，该四个放电参数分别为输入污染物浓度、气体流速、相对湿度和放电电压；该调控的具体过程如下：首先，将等离子电降解模块调节至不同大小的工作参数，并分别进行VOCs降解，记录不同工作参数下的三个输出参数；三个输出参数分别为VOCs降解率、臭氧浓度以及CO2转化率；构建以四个放电参数为输入变量，三个输出参数为输出变量的神经网络；以三个输出变量作为期望，对四个输入变量进行网格搜索，预测出在不同的四个放电参数下对应的VOCs降解率、臭氧浓度和CO2转化率，选取最符合期望的VOCs转化率、臭氧浓度和CO2转化率，及其对应的四个放电参数。5.根据权利要求4所述的一种等离子体
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【专利技术属性】
技术研发人员：陈浚，张修文，叶志平，潘华，
申请(专利权)人：浙江工业大学，
类型：发明
国别省市：