CN108816035A - 微纳米氧气泡协同载体生物vocs废气处理方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及VOCS废气处理技术领域，尤其是指微纳米氧气泡协同载体生物VOCS废气处理方法及系统。本发明的方法为利用微纳米氧气泡水对VOCS废气进行喷淋并令VOCS废气通过设有菌种的生物载体，本发明的系统包括依次连接的微纳米氧气泡处理装置和生物处理装置以及用于向微纳米氧气泡处理装置内部供入微纳米氧气泡水的回旋微纳米氧气泡发生器。本发明对VOCS废气有较好的净化效果并且能够防止二次污染。
Description
技术领域
本发明涉及VOCS废气处理技术领域，尤其是指微纳米氧气泡协同载体生物的VOCS废气处理方法及系统。
背景技术
VOCS(volatile organic compounds)挥发性有机物，是指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下蒸汽压大于或者等于10Pa具有相应挥发性的全部有机化合物。
目前，工业生产、交通运输和日常生活中大量排放的有机污染物(VOCS)等威胁着人类自身健康和赖以生存的环境。传统的空气净化技术如喷淋、吸附、过滤、加药、膜分离和选择性还原技术等，存在净化效率低、净化效果差、运行费用高、易造成二次环境污染的问题。为此，寻求一种创新性的VOCS废气治理净化方法，以解决目前VOCS有机VOCS废气难以分解而导致环境污染的问题。
发明内容
本发明针对现有技术的问题提供一种净化效果好且不易造成二次环境污染的微纳米氧气泡协同载体生物的VOCS废气处理方法。
本发明采用如下技术方案：一种微纳米氧气泡协同载体生物的VOCS废气处理方法，包括依次进行的以下步骤：
A：混合水和氧气，并对水和氧气的混合物进行加压，使得水中形成直径小于30微米的氧气泡；
B:对水和氧气的混合物进行升压，使得水中产生纳米级的氧气泡，形成微纳米氧气泡水；
C：对微纳米氧气泡水进行电离，形成电离微纳米氧气泡水；
D：利用电离微纳米氧气泡水喷淋上升流动的VOCS废气，电离微纳米氧气泡水与VOCS废气接触后变为水；
E：利用步骤C中产生的电离微纳米氧气泡水喷淋经步骤D喷淋后的VOCS废气，电离微纳米氧气泡水与VOCS废气接触后变为水；
F：收集步骤D和步骤E产生的水，循环步骤A至步骤E；
G:令经过步骤E喷淋后的VOCS废气通过设置有菌群的生物载体。
作为优选，步骤G中的生物载体为聚氨酯泡沫块。
作为优选，步骤G中所用的菌群为PSB菌、B350菌以及B110菌。
作为优选，PSB菌、B350菌以及B110菌的个数比例为1:2:1.5。
本发明还提供一种用于实现上述方法的微纳米氧气泡协同载体生物的VOCS废气处理系统，包括微纳米氧气泡处理装置、生物处理装置以及回旋微纳米氧气泡发生器；所述微纳米氧气泡处理装置包括第一通道、与所述第一通道连通的第二通道、用于向所述第一通道通入VOCS废气的进气口、设置于第一通道内部的一级微纳米氧气泡释放头以及设置于第二通道内部的二级微纳米氧气泡释放头，所述进气口设有正压加压机构；所述回旋微纳米氧气泡发生器的输出口与所述一级微纳米氧气泡释放头的输入口以及所述二级微纳米氧气泡释放头的输入口均连通，所述一级微纳米氧气泡释放头位于所述进气口的上方，所述回旋微纳米氧气泡发生器的内部设有用于电离微纳米氧气泡的磁片；所述生物处理装置包括与所述第二通道连通的第三通道、位于所述第三通道内部的生物滴滤床以及用于向所述生物滴滤床喷洒营养液的营养液喷头，所述第三通道设有用于供VOCS废气流出第三通道的出气口，所述出气口设有负压加压机构。
作为优选，还包括气液混合泵，所述回旋微纳米氧气泡发生器设有旋转压缩腔、气液混合室以及由所述气液混合室延伸而成的输入管道，所述气液混合室的一端封闭，所述气液混合室的另一端与所述旋转压缩腔的一端连通，所述回旋微纳米氧气泡发生器的输出口位于所述旋转压缩腔的另一端，所述气液混合泵的输出端通过所述输入管道与所述气液混合室连通，所述磁片设置于所述旋转压缩腔的内壁。
作为优选，还包括与所述第一通道连通的微纳米氧气泡循环水池，所述微纳米氧气泡循环水池的出水口通过所述气液混合泵后与所述回旋微纳米氧气泡发生器的输入管道连通。
作为优选，所述营养液喷头设有雾化器。
作为优选，所述生物滴滤床设有聚氨酯泡沫块，所述聚氨酯泡沫块设有PSB菌、B350菌以及B110菌。
作为优选，还包括增压泵以及与所述第三通道连通的营养液循环池，所述营养液循环池的出水口通过所述增压泵后与所述营养液喷头的输入端连通。
本发明的有益效果：通过利用微纳米氧气泡协同生物载体对VOCS废气进行净化处理，不但有较好的净化效果并且能够防止二次污染。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的回旋微纳米氧气泡发生器的俯视图。
图3为本发明的回旋微纳米氧气泡发生器的内部结构图。
附图标记为：1—微纳米氧气泡处理装置，11—第一通道，12—第二通道，13—进气口，14—正压加压机构，15—一级微纳米氧气泡释放头，16—二级微纳米氧气泡释放头，2—生物处理装置，21—第三通道，22—生物滴滤床，23—营养液喷头，231—雾化器，24—出气口，25—负压加压机构，3—回旋微纳米氧气泡发生器，31—磁片，32—气液混合泵，33—旋转压缩腔，34—气液混合室，35—输入管道，4—微纳米氧气泡循环水池，5—增压泵，6—营养液循环池。
具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施例与附图对本发明作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本发明的限定。以下结合附图对本发明进行详细的描述。
实施例一
一种微纳米氧气泡协同载体生物的VOCS废气处理方法，包括依次进行的以下步骤：
A：混合水和氧气，并对水和氧气的混合物进行加压，使得水中形成直径小于30微米的氧气泡；
B:对水和氧气的混合物进行升压，使得水中产生纳米级的氧气泡，形成微纳米氧气泡水；
C：对微纳米氧气泡水进行电离，形成电离微纳米氧气泡水；
D：利用电离微纳米氧气泡水喷淋上升流动的VOCS废气，电离微纳米氧气泡水与VOCS废气接触后变为水；
E：利用步骤C中产生的电离微纳米氧气泡水喷淋经步骤D喷淋后的VOCS废气，电离微纳米氧气泡水与VOCS废气接触后变为水；
F：收集步骤D和步骤E产生的水，循环步骤A至步骤E；
G:令经过步骤E喷淋后的VOCS废气通过设置有菌群的生物载体。
微纳米氧气泡表面带正负电荷，而且相对于普通气泡，其所带正负电荷比较高，利用微纳米氧气泡的带正负电性，可以吸附带正负电的物质。VOCS废气与电离微纳米氧气泡水接触后，VOCS废气中所有疏水性小颗粒物质会被吸附于微纳米氧气泡的表面，吸附聚合后形成的大分子树脂不溶于水，因此会沉淀下落并与VOCS废气分离。使用者定期回收下落的大分子树脂即可。
10um以下的微纳米氧气泡在不断收缩的情况下，双电层的电荷的密度会迅速增高，直到气泡破裂时，已经达到极高浓度的正负电荷瞬间放电将积蓄的能量释放，产生大量的自由基离子，如氧离子、氢离子、氢氧离子等。而其中的羟基自由基具有很强的氧化作用，可以氧化分解一些难以降解的有机污染物，起到很好的净化还原效果。微纳米氧气泡破裂时，气泡壁的张力作用将释放巨大的爆炸能量、超声波能量，这种超声波具有很强的杀菌作用，可以产生大量的负离子，破坏污染物共价键连接，也可以破坏污染物内部的化学键连接，完成氧化降解污染物。当VOCS废气继续流动并受到电离微纳米氧气泡水的第二次喷淋时，VOCS废气中的VOCS物质被微纳米氧气泡不断氧化分解成小分子或单分子物质，同时微纳米氧气泡破裂产生的超声波能对VOCS废气进行杀菌，从而实现净化。此时VOCS废气中仍有部分VOCS物质未被分解，因此将令VOCS废气通过生物载体，利用生物载体上的菌群对VOCS进行吸附、硝化和反硝化，最终95％以上的VOCS物质被氧化还原为二氧化碳、水、氧气、氢气，实现VOCS废气净化处理达标排放，并能防止二次污染。
在处理过程中，利用鼓风机等正压加压装置使得VOCS废气上升流动，相比VOCS废气自然下降流动，VOCS废气的流速更慢，与微纳米氧气泡水的接触时间亦更长，有效提高净化效果。
微纳米氧气泡在水中直线上升后会使氧气从水面上散失，从而导致水中的微纳米氧气泡含量少，继而导致净化不充分。本发明中的微纳米氧气泡水进行喷淋前经过磁场的电离，因此形成的微纳米氧气泡带有电离产生的离子，使得微纳米氧气泡形成了离子气团。在这些离子的作用下，气泡表面张力逐步增高，使气泡的直径越来越小，并随着离子的溶解而逐步溶解在水中，且这种离子作用力和表面张力全部或部分抵制了液体对气泡产生的浮力作用，使气泡能够稳定地停留于液体中，有效保证微纳米氧气泡水中有较高的微纳米氧气泡含量，从而提高净化效率和净化效果。
进一步地，步骤G中的生物载体为聚氨酯泡沫块。聚氨酯泡沫块外形类似海绵，孔穴比表面积达到250平方米/克以上，给微生物提供1：250的巨大生长繁殖的栖息地。由生物载体形成的载体生物膜能进行生物过滤，分解和转化VOCS废气中的有害物质。
进一步地，步骤G中所用的菌群为PSB菌、B350菌以及B110菌。PSB菌为兼氧型菌类：如沼泽红假单孢菌、绿假单孢菌、红球菌，能利用与分解氨、硫化氢、硫醇。B350菌为兼氧型菌类：如诺卡氏菌、粪产碱杆菌、黑曲霉，能利用与分解苯、醛、三甲基胺、糠醛。B110菌为好氧型菌类：如枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、酿酒酵母，能利用与分解饱和烃、环烃、醚、酮、酯、酚化合物。
进一步地，PSB菌、B350菌以及B110菌的个数比例为1:2:1.5。能够有效防止菌群之间互相吞噬，保证PSB菌、B350菌以及B110菌能够在生物载体上稳定地共存。
下表以四组VOCS废气处理前的成份与处理后的成份进行对比，可见VOCS中的各种有机VOCS废气成分去除率达到90—99％，平均去除率在95％以上，而常规生物液喷淋处理去除率通常<50％，自来水喷淋去除率通常<45％，可见本发明提供的方法处理效果更好且处理效率更高。
实施例二
本实施例基于实施例一所述的方法，提供一种微纳米氧气泡协同载体生物的VOCS废气处理系统。
如图1所示，本发明包括微纳米氧气泡处理装置1、生物处理装置2以及回旋微纳米氧气泡发生器3；所述微纳米氧气泡处理装置1包括第一通道11、与所述第一通道11连通的第二通道12、用于向所述第一通道11通入VOCS废气的进气口13、设置于第一通道11内部的一级微纳米氧气泡释放头15以及设置于第二通道12内部的二级微纳米氧气泡释放头16，所述进气口13设有正压加压机构14；所述回旋微纳米氧气泡发生器3的输出口与所述一级微纳米氧气泡释放头15的输入口以及所述二级微纳米氧气泡释放头16的输入口均连通，所述一级微纳米氧气泡释放头15位于所述进气口13的上方，所述回旋微纳米氧气泡发生器3的内部设有用于电离微纳米氧气泡的磁片31；所述生物处理装置2包括与所述第二通道12连通的第三通道21、位于所述第三通道21内部的生物滴滤床22以及用于向所述生物滴滤床22喷洒营养液的营养液喷头23，所述第三通道21设有用于供VOCS废气流出第三通道21的出气口24，所述出气口24设有负压加压机构25。
VOCS废气由进气口13进入第一通道11后，第一通道11内的一级微纳米氧气泡释放头15对VOCS废气进行喷淋，VOCS废气与微纳米氧气泡水接触后，VOCS废气中所有疏水性小颗粒物质会被吸附于微纳米氧气泡的表面，吸附聚合后形成的大分子树脂不溶于水，因此会沉淀下落并与VOCS废气分离。VOCS废气继续流动并进入第二通道12并受到二级气泡释放头16释放的微纳米氧气泡水的喷淋，VOCS废气中的VOCS物质被微纳米氧气泡不断氧化分解成小分子或单分子物质，同时微纳米氧气泡破裂产生的超声波能对VOCS废气进行消毒，从而实现VOCS废气的净化。此时VOCS废气中仍有部分VOCS物质未被分解，因此将令VOCS废气通过生物滴滤床22，利用生物滴滤床22上的微生物对VOCS进行吸附、硝化和反硝化，最终95％以上的VOCS物质被氧化还原为二氧化碳、水、氧气、氢气，实现VOCS废气净化处理达标排放，并能防止二次污染。
一级微纳米氧气泡释放头15和二级微纳米氧气泡释放头16均为涡旋释放喷头。
回旋微纳米氧气泡发生器3设有磁片31，利用外置电源对磁片31进行通电后，磁片31产生的磁场能对微纳米氧气泡进行电离。电离后的微纳米氧气泡带有电离产生的离子，使得微纳米氧气泡形成了离子气团。在这些离子的作用下，气泡表面张力逐步增高，使气泡的直径越来越小，并随着离子的溶解而逐步溶解在水中，且这种离子作用力和表面张力全部或部分抵制了液体对气泡产生的浮力作用，使气泡能够稳定地停留于液体中，有效保证微纳米氧气泡水中有较高的微纳米氧气泡含量，从而提高净化效率和净化效果。
正压加压机构14具体为鼓风机，能够对气体进行加压，使得气体在进入微纳米氧气泡处理装置1后能够上升流动。相比VOCS废气自然下降流动，VOCS废气的流速更慢，与微纳米氧气泡水的接触时间亦更长，有效提高净化效果。
负压加压机构25具体为引风机，能够吸引VOCS废气使得VOCS废气顺利通过生物滴滤床22并排出第三管道的外部。
利用营养液喷头23向生物滴滤床22喷洒营养液，能够保持生物滴滤床22表面湿润且富有营养，便于微生物生长。
如图1至图3所示，本发明还包括气液混合泵32，所述回旋微纳米氧气泡发生器3设有旋转压缩腔33、气液混合室34以及由所述气液混合室34延伸而成的输入管道35，所述气液混合室34的一端封闭，所述气液混合室34的另一端与所述旋转压缩腔33的一端连通，所述回旋微纳米氧气泡发生器3的输出口位于所述旋转压缩腔33的另一端，所述气液混合泵32的输出端通过所述输入管道35与所述气液混合室34连通，所述磁片31设置于所述旋转压缩腔33的内壁。
气液混合泵32对水和氧气进行混合和加压，并令带压的水气混合物通过输入管道35进入气液混合室34。由于水气混合物带有压强且沿气液混合室34的切线进入气液混合室34，因此水气混合物会以高速涡旋状态旋升，并由旋转压缩腔33的输出口喷出，在保持恒定压力和流量的条件下，由于旋转压缩腔33腔体的腔体直径沿水气混合物的流动方向逐渐减小，因此水气混合物会在旋转压缩腔33中被加速并且随着加速过程的推进，液体内部压力逐渐增高，气泡被极限压缩，形成高能带电的纳米级气泡。
如图1所示，本发明还包括与所述第一通道11连通的微纳米氧气泡循环水池4，所述微纳米氧气泡循环水池4的出水口通过所述气液混合泵32后与所述回旋微纳米氧气泡发生器3的输入管道35连通。通过微纳米氧气泡循环水池4将水循环使用，有效减少处理成本。
如图1所示，所述营养液喷头23设有雾化器231。通过雾化器231使得营养液呈雾状喷出，以利用较小的水量润湿生物滴滤床22的整个表面。
所述生物滴滤床22设有聚氨酯泡沫块，所述聚氨酯泡沫块设有PSB菌、B350菌以及B110菌。聚氨酯泡沫块为生物载体。聚氨酯泡沫块外形类似海绵，孔穴比表面积达到250平方米/克以上，给微生物提供1：250的巨大生长繁殖的栖息地。生物载体上的菌群形成的生物膜能进行生物过滤，分解和转化VOCS废气中的有害物质。PSB菌为兼氧型菌类：如沼泽红假单孢菌、绿假单孢菌、红球菌，能利用与分解氨、硫化氢、硫醇。B350菌为兼氧型菌类：如诺卡氏菌、粪产碱杆菌、黑曲霉，能利用与分解苯、醛、三甲基胺、糠醛。B110菌为好氧型菌类：如枯草芽孢杆菌、巨大芽孢杆菌、酿酒酵母，能利用与分解饱和烃、环烃、醚、酮、酯、酚化合物。
如图1所示，还包括增压泵5以及与所述第三通道21连通的营养液循环池6，所述营养液循环池6的出水口通过所述增压泵5后与所述营养液喷头23的输入端连通。对营养液进行循环利用，以降低处理成本。
以上所述，仅是本发明较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明以较佳实施例公开如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当利用上述揭示的技术内容作出些许变更或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明技术是指对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。
Claims (10)
1.一种微纳米氧气泡协同载体生物的VOCS废气处理方法，其特征在于：包括依次进行的以下步骤：
A：混合水和氧气，并对水和氧气的混合物进行加压，使得水中形成直径小于30微米的氧气泡；
B:对水和氧气的混合物进行升压，使得水中产生纳米级的氧气泡，形成微纳米氧气泡水；
C：对微纳米氧气泡水进行电离，形成电离微纳米氧气泡水；
D：利用电离微纳米氧气泡水喷淋上升流动的VOCS废气，电离微纳米氧气泡水与VOCS废气接触后变为水；
E：利用步骤C中产生的电离微纳米氧气泡水喷淋经步骤D喷淋后的VOCS废气，电离微纳米氧气泡水与VOCS废气接触后变为水；
F：收集步骤D和步骤E产生的水，循环步骤A至步骤E；
G:令经过步骤E喷淋后的VOCS废气通过设置有菌群的生物载体。
2.根据权利要求1所述的一种微纳米氧气泡协同载体生物的VOCS废气处理方法，其特征在于：步骤G中的生物载体为聚氨酯泡沫块。
3.根据权利要求1所述的一种微纳米氧气泡协同载体生物的VOCS废气处理方法，其特征在于：步骤G中所用的菌群为PSB菌、B350菌以及B110菌。
4.根据权利要求3所述的一种微纳米氧气泡协同载体生物的VOCS废气处理方法，其特征在于：PSB菌、B350菌以及B110菌的个数比例为1:2:1.5。
5.一种用于实现权利要求1至权利要求4中任一权利要求所述的方法的微纳米氧气泡协同载体生物的VOCS废气处理系统，其特征在于：包括微纳米氧气泡处理装置(1)、生物处理装置(2)以及回旋微纳米氧气泡发生器(3)；
所述微纳米氧气泡处理装置(1)包括第一通道(11)、与所述第一通道(11)连通的第二通道(12)、用于向所述第一通道(11)通入VOCS废气的进气口(13)、设置于第一通道(11)内部的一级微纳米氧气泡释放头(15)以及设置于第二通道(12)内部的二级微纳米氧气泡释放头(16)，所述进气口(13)设有正压加压机构(14)；
所述回旋微纳米氧气泡发生器(3)的输出口与所述一级微纳米氧气泡释放头(15)的输入口以及所述二级微纳米氧气泡释放头(16)的输入口均连通，所述一级微纳米氧气泡释放头(15)位于所述进气口(13)的上方，所述回旋微纳米氧气泡发生器(3)的内部设有用于电离微纳米氧气泡的磁片(31)；
所述生物处理装置(2)包括与所述第二通道(12)连通的第三通道(21)、位于所述第三通道(21)内部的生物滴滤床(22)以及用于向所述生物滴滤床(22)喷洒营养液的营养液喷头(23)，所述第三通道(21)设有用于供VOCS废气流出第三通道(21)的出气口(24)，所述出气口(24)设有负压加压机构(25)。
6.根据权利要求5所述的一种微纳米氧气泡协同载体生物的VOCS废气处理系统，其特征在于：还包括气液混合泵(32)，所述回旋微纳米氧气泡发生器(3)设有旋转压缩腔(33)、气液混合室(34)以及由所述气液混合室(34)延伸而成的输入管道(35)，所述气液混合室(34)的一端封闭，所述气液混合室(34)的另一端与旋转压缩腔(33的一端连通，所述回旋微纳米氧气泡发生器(3)的输出口位于旋转压缩腔(33)另一端，所述气液混合泵(32)的输出端通过所述输入管道(35)与所述气液混合室(34)连通，所述磁片(31)设置于所述旋转压缩腔(33)的内壁。
7.根据权利要求6所述的一种微纳米氧气泡协同载体生物的VOCS废气处理系统，其特征在于：还包括与所述第一通道(11)连通的微纳米氧气泡循环水池(4)，所述微纳米氧气泡循环水池(4)的出水口通过所述气液混合泵(32)后与所述回旋微纳米氧气泡发生器(3)的输入管道(35)连通。
8.根据权利要求5所述的一种微纳米氧气泡协同载体生物的VOCS废气处理系统，其特征在于：所述营养液喷头(23)设有雾化器(231)。
9.根据权利要求5所述的一种微纳米氧气泡协同载体生物的VOCS废气处理系统，其特征在于：所述生物滴滤床(22)设有聚氨酯泡沫块，所述聚氨酯泡沫块设有PSB菌、B350菌以及B110菌。
10.根据权利要求5所述的一种微纳米氧气泡协同载体生物的VOCS废气处理系统，其特征在于：还包括增压泵(5)以及与所述第三通道(21)连通的营养液循环池(6)，所述营养液循环池(6)的出水口通过所述增压泵(5)后与所述营养液喷头(23)的输入端连通。
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