一种生物除苯类及其衍生物的水溶吸收装置的制作方法

本实用新型涉及环保-气体净化技术领域，具体涉及一种生物除苯类及其衍生物的水溶吸收装置。

背景技术：

现阶段我国煤、生物质、生活垃圾、燃油类等有机质的热工程(气化、热解、干馏、焚烧)其气体产品或尾气中不可不免的会含有苯类及其衍生物，除此之外一些化工、油漆等行业在生产过程中也会存在苯类及其衍生物排放的风险，在环保背景如此严峻的今天，这些苯类物质的排放控制是非常必要的。

现有除苯技术主要有物理法、化学法以及生物法。

①物理法有吸附、光催化等，以活性炭吸附为主的吸附法存在需要定期更换大量耗材，并且吸附受温度湿度影响大等缺点；以光催化法为代表的类似处理方法是以氧化污染物为根本进行问题解决的，所以对还原性气氛以及惰性气氛为主要成分的气体中，其处理效果非常不好。

②化学法包括酸法脱除、碱法脱除、有机相洗脱。其中酸碱法洗涤脱除其对设备腐蚀，人员危害，以及隐患事故危害方面有很高风险；而有机相洗脱中机相本身具有很强的火灾危害性，以及污染性，其方法一般只限于化工工艺的特定场合内，并且效果不佳。

③生物方法包括微生物法和生物质垫层过滤法。现有微生物法存在微生物分解效率低，微生物洗涤塔拦截效率不够等缺陷；而生物质垫层法普遍能够保障有80％以上的拦截效率，但随着使用的进行，拦截效率会逐步降低，在最后阶段使工艺不得不停工更换垫层。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种生物除苯类及其衍生物的水溶吸收装置，用以解决现有除苯装置除苯效率低、操作繁琐、污染大等问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种生物除苯类及其衍生物的水溶吸收装置，所述装置包括：

水洗塔，所述水洗塔顶端设置有气体出口，下部设置有水洗塔液体导出口和气体进口，水洗塔内部从下至上依次设置有初级洗涤室、第一水洗塔填料层、第一喷雾室、第二水洗塔填料层、第二喷雾室、…、第n水洗塔填料层、第n喷雾室和除湿层，所述n大于等于1；所述初级洗涤室内设置有弧形挡板，所述弧形挡板与初级洗涤室内壁形成恒压喷雾室，弧形挡板上开设有喷雾口；所述初级洗涤室的顶端设置有碰撞上升口；所述气体进口对准所述初级洗涤室的底端；

还原塔，所述还原塔的下部设置有还原塔液体入口，上部设置有还原塔液体导出口，还原塔内设置有还原塔填料；所述水洗塔液体导出口通过第一辅助循环泵与还原塔液体入口导通；所述还原塔液体导出口通过第二辅助循环泵分别与恒压喷雾室、第一喷雾室、第二喷雾室、…、第n喷雾室导通。

通过上述技术方案，洗涤液中含有水、除苯类微生物、乳化剂等有效成分，其中乳化剂能有助于苯类及其衍生物溶于水，达到水洗的目的，气体在水洗塔内从下至上运动，洗涤液在水洗塔从上至下运动，使气液达到很好的接触及融合，能够有效地提高气体中的苯类及其衍生物与洗涤液组分的反应，从而达到高效的洗涤效果；经水洗塔流出的含有苯类及其衍生物的洗涤液输送至还原塔内通过除苯类微生物等有效成分的作用对苯类及其衍生物进行生物还原处理，再进入水洗塔中重新利用，达到洗涤液循环利用的效果。

在一个实施方式中，所述装置还包括缓冲箱，所述缓冲箱上设置有缓冲箱入口和缓冲箱出口，所述缓冲箱入口与还原塔液体导出口导通，所述缓冲箱出口通过第二辅助循环泵分别与恒压喷雾室、第一喷雾室、第二喷雾室、…、第n喷雾室导通。

通过上述技术方案，缓冲箱对从还原塔流出进入水洗塔内的洗涤液进行一个缓冲作用。

在一个实施方式中，所述气体进口通过气管深入至所述水洗塔内的长度为水洗塔直径的3/4-5/6；所述弧形挡板向偏离所述气管方向凸起。

通过上述技术方案，使气体进入水洗塔底后，与喷雾口喷出的雾珠达到更好地相互碰撞，由于撞击力、溶液乳化剂成分等因素的共同作用，使苯类及其衍生物在一入塔的时候得到最大程度的吸收，提高水洗效率。

在一个实施方式中，所述碰撞上升口为初级洗涤室顶壁上开设的圆锥孔，所述圆锥孔的直径从下至上逐渐增大，圆锥孔的最小直径为所述水洗塔直径的1/5-1/3；所述碰撞上升口与气体进口相互错开。

通过上述技术方案，使气体顺利地从初级洗涤室导向第一水洗塔填料层，碰撞上升口与气体进口相互错开使气体在初级洗涤室内充分与雾口喷出的雾珠接触，发生反应，使苯类及其衍生物在一入塔的时候得到最大程度的吸收，提高水洗效率。

在一个实施方式中，所述第一喷雾室、第二喷雾室、…、第n喷雾室内分别设置有第一喷淋头、第二喷淋头、…、第n喷淋头，进入第一喷雾室、第二喷雾室、…、第n喷雾室内的液体通过第一喷淋头、第二喷淋头、…、第n喷淋头喷洒出来。

通过上述技术方案，使洗涤液均匀地喷洒出来，从而与气体达到均匀的混合目的，使苯类及其衍生物得到最大程度的吸收，提高水洗效率。

在一个实施方式中，所述第一水洗塔填料层、第二水洗塔填料层、…、第n水洗塔填料层中的填料为含5％-20％的环氧树脂的塑料填料。

通过上述技术方案，制作时需要加入5％-20％的环氧树脂更加容易使苯类物质被乳化、吸收以及降解。

在一个实施方式中，所述还原塔填料为掺有0.5-3％蒙脱石的陶瓷填料。

通过上述技术方案，利用蒙脱石表面拥有带点离子，可以吸引并拦截溶液中的苯类及其衍生物使苯类及其衍生物停留时间加长，更加容易被生物进行还原。

在一个实施方式中，所述水洗塔的侧面设置有检修口。

通过上述技术方案，可以对水洗塔进行检查和维修。

一种生物除苯类及其衍生物的水溶吸收装置的使用方法，所述使用方法包括：

将配制好的循环洗涤液通过第二辅助循环泵输送至恒压喷雾室、第一喷雾室、第二喷雾室、…、第n喷雾室喷洒出来；

气体由气体进口进入水洗塔的初级洗涤室，沿着弧形挡板曲线上升，与喷雾口喷出的循环洗涤液体珠相互碰撞发生反应完成初步洗涤；初步洗涤后的气体经过碰撞上升口进入下一段洗涤；从碰撞上升口处上升的气流依次进入第一水洗塔填料层、第一喷雾室、第二水洗塔填料层、第二喷雾室、…、第n水洗塔填料层、第n喷雾室进行反复洗涤，n的数值由气体中含有的苯类及其衍生物浓度来决定；通过反复洗涤后的气体再经过除湿层除去水气后经气体出口排出；

水洗塔中的溶液汇聚到水洗塔液体导出口导出，并借助第一辅助循环泵辅助增压后经还原塔液体入口通向还原塔中，通过还原塔填料层过滤还原后，最终由还原塔液体导出口导出，进入水洗塔中重新利用。

在一个实施方式中，所述循环洗涤液是以水、除苯类微生物、三聚磷酸钠以及与无机盐水溶液为原料配制而成；

所述除苯类微生物的选育包括以下步骤：根据待处理气体性质确定采样地类型和制备高污染水体的原料；用已经确定好的原料来制备出高污染水体，使用高污染水体和所述无机盐水溶液制备所述培养基；将从采样地采集到的菌种样品在所述培养基中进行培养得到该菌种样品的切实代谢效率，从而确定与待处理气体相对应的除苯类微生物的品种；根据该菌种样品的切实代谢效率对工程进行设计和优化。

通过上述技术方案，通过自制的循环洗涤液能消除微生物处理的适应性问题。

本实用新型具有如下优点：

本实用新型开发出了一种生物除苯类及其衍生物的水溶吸收装置及其使用方法，并通过填料设计以及循环溶液的设计使处理效率能够达到100％的效果。此外，为了应对微生物不能应对变化多样的污染物的问题，本技术还创新性的开发出一种生物除苯类及其衍生物的水溶吸收装置的使用方法，此方法不但能消除微生物处理的适应性问题，而且操作简洁、高效并且成本低。

附图说明

图1为本实用新型一种生物除苯类及其衍生物的水溶吸收装置的结构示意图。

图2为本实用新型恒压喷雾室的部分结构放大图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。

实施例1

如图1所示的一种生物除苯类及其衍生物的水溶吸收装置包括水洗塔1和还原塔2，水洗塔1和还原塔2的横截面均为圆形，水洗塔1的目的是用于气液混合以达到用洗涤液吸收气体中苯类及其衍生物的目的，使气体得到净化，还原塔2对从水洗塔1内流出的含有苯类及其衍生物的洗涤液进行生物还原降解，达到去除苯类及其衍生物的目的，并将不含苯类及其衍生物的洗涤液输送至水洗塔中重新利用，达到洗涤液循环利用的效果；

所述水洗塔顶端设置有气体出口3，底部为锥形，底端设置有水洗塔液体导出口4，下部侧面设置有气体进口5，所述气体进口5通过气管18深入至所述水洗塔1内，深入的长度为水洗塔1直径的3/4，待处理的气体经气体进口5进入塔内，经气体出口3导出，水洗塔1内的洗涤液经水洗塔液体导出口4导出；

水洗塔1内部从下至上依次设置有初级洗涤室6、第一水洗塔填料层7、第一喷雾室8、第二水洗塔填料层、第二喷雾室和除湿层9；所述初级洗涤室6内设置有弧形挡板101，所述弧形挡板101与初级洗涤室6内壁形成恒压喷雾室10，如图2所示，弧形挡板101上开设有喷雾口1011，喷雾口1011上安装有喷雾器21，喷雾器21以离喷雾口1011处2～3cm喷出水雾重合率在10％～35％为准，达到雾化液滴的大小控制为0.5～10μm的目的；所述初级洗涤室6的顶端设置有碰撞上升口11；所述气体进口5对准所述初级洗涤室6的底端；气体进入塔底后，与喷雾口1011喷出的雾珠相互碰撞，由于撞击力、洗涤液中乳化剂成分等因素的共同作用，使苯类及其衍生物在一入塔的时候得到最大程度的吸收。初步洗涤后的气体进过碰撞上升口11进入下一段洗涤，所述碰撞上升口11为初级洗涤室6顶壁上开设的圆锥孔，所述圆锥孔的直径从下至上逐渐增大，使气体顺利地从初级洗涤室6导向第一水洗塔填料层7，圆锥孔的最小直径为所述水洗塔1直径的1/5；所述碰撞上升口11与气体进口5相互错开，以使气体在初级洗涤室6内充分与喷雾口1011喷出的雾珠接触，发生反应，使苯类及其衍生物在一入塔的时候得到最大程度的吸收，提高水洗效率。弧形挡板101从碰撞上升口11起始至水洗塔1底部锥形段起点为止，为以水洗塔1的直径为半径的球面的一部分，所述弧形挡板101向偏离所述气管18方向凸起，这样的设计有利于初级洗涤室6有更大的容置气体的空间，同时也增大了气体与雾珠之间的接触面积，使苯类及其衍生物在一入塔的时候得到最大程度的吸收，提高水洗效率。

所述第一喷雾室8、第二喷雾室内分别设置有第一喷淋头19、第二喷淋头，进入第一喷雾室8、第二喷雾室内的液体通过第一喷淋头19、第二喷淋头喷洒出来，使洗涤液均匀地喷洒出来，从而与气体达到均匀的混合目的，使苯类及其衍生物得到最大程度的吸收，提高水洗效率。

所述水洗塔1的侧面设置有检修口20，方便工作人员可以对水洗塔1进行检查和维修。

所述第一水洗塔填料层7、第二水洗塔填料层中的填料为含5％-20％的环氧树脂的塑料填料。要求其制作时需要加入5％～20％的环氧树脂，原因有二：第一，填料层如果选用陶瓷填料过于容易提供微生物的生存环境，而导致菌团增加，使气体通过时流畅性降低，而断续通气更加不容易达到良好的吸收效果；第二，环氧树脂本身具有脂类亲和性，这样会增加苯类气体经过及其衍生物的停留时间，更加容易使苯类物质被乳化、吸收以及降解。

所述装置还包括缓冲箱16，所述缓冲箱16上设置有缓冲箱入口161和缓冲箱出口162，所述缓冲箱入口161与还原塔液体导出口4导通，所述缓冲箱出口162通过第二辅助循环泵17分别与恒压喷雾室10、第一喷雾室8、第二喷雾室导通。

所述还原塔2的下部设置有还原塔液体入口12，上部设置有还原塔液体导出口13，还原塔2内设置有还原塔填料14，所述还原塔填料14为掺有0.5-3％蒙脱石的陶瓷填料；所述水洗塔液体导出口4通过第一辅助循环泵15与还原塔液体入口12导通；所述还原塔液体导出口13通过第二辅助循环泵17分别与恒压喷雾室10、第一喷雾室8、第二喷雾室、导通；水洗塔1中的洗涤液最终汇聚到水洗塔液体导出口4最终导出，并借助第一辅助循环泵15辅助增压后通向还原塔2中进行溶液还原。洗涤液由还原塔液体入口12进入还原塔2中，通过多个还原塔填料14层过滤还原后，最终由还原塔液体导出口13最终导出至缓冲箱16中。缓冲箱16中的液体通过第二辅助循环泵17增压后，通入恒压喷雾室10、第一喷雾室8和第二喷雾室，最终喷入水洗塔1中重新利用第二辅助循环泵17压力控制在0.8～3MPa。还原塔填料14选用陶瓷填料，且要求在陶瓷填料制作过程中原料掺有掺有0.5～3％的蒙脱石，其作用为利用蒙脱石表面拥有带电离子，可以吸引并拦截溶液中的苯类及其衍生物使苯类及其衍生物停留时间加长，更加容易被生物进行还原。

实施例2

一种生物除苯类及其衍生物的水溶吸收装置所述n等于5，其他技术特征与实施例1相同。

实施例3

实施例1中一种生物除苯类及其衍生物的水溶吸收装置的使用方法如下：

将配制好的循环洗涤液加入至缓冲箱16内，经过缓冲箱出口162通过第二辅助循环泵17输送至恒压喷雾室10、第一喷雾室8、第二喷雾室内，再分别经喷雾口1011的喷雾器21、第一喷淋头19、第二喷淋头喷洒出来；

气体由气体进口5进入水洗塔1的初级洗涤室6，沿着弧形挡板101曲线上升，与喷雾口1011喷出的循环洗涤液体珠相互碰撞，在撞击力、循环洗涤液成分等因素的共同作用，使苯类及其衍生物在一入塔的时候得到最大程度的吸收；初步洗涤后的气体经过碰撞上升口11进入下一段洗涤；从碰撞上升口11处上升的气流依次进入第一水洗塔填料层7、第一喷雾室8、第二水洗塔填料层、第二喷雾室进行反复洗涤；通过反复洗涤后的气体再经过除湿层9除去水气后经气体出口3排出；

水洗塔1中的溶液汇聚到水洗塔液体导出口4导出，并借助第一辅助循环泵15辅助增压后经还原塔液体入口12通向还原塔2中，通过多个还原塔填料层14过滤还原后，最终由还原塔液体导出口13导出，进入水洗塔1中重新利用。

实施例4

实施例1中一种生物除苯类及其衍生物的水溶吸收装置的使用方法如下：

一、除苯类微生物的选育：

1、根据待处理气体性质确定采样地类型和制备高污染水体的原料；气体气氛为氧化型或有氧气成分时，在菌种采样时需要采集选择生活垃圾、石化工厂周围土地、火力发电厂周围土地、垃圾焚烧厂周围土地等重污染区域作为采集菌样选择地；待处理气体气氛为还原性气氛、无氧气氛或可燃气氛时，在菌种采集时需要采集污水、垃圾渗沥液、新鲜污泥(尤其是石化厂污泥)、石油采集时废水、新鲜原油样品等类型的样品作为采集菌样的选择；由于需要最大程度的契合需要处理工程，所以需要将菌体筛选时所用污染物组分最大程度的模拟待处理污染组分，即如果工程为垃圾焚烧则实验室利用垃圾来制备高污染物水体组分，如果工程为喷漆则实验室将油漆组分中的挥发物收集进行制备。

2、用已经确定好的原料来制备出高污染水体，使用高污染水体和无机盐水溶液制备培养基；培养基的制备分为三个步骤：高污染水体制备；无机盐水溶液配置；混合培养基的定容及搅拌；

高污染水体制备包括以下三种情况：1)、工程需处理气体为热工程(焚烧、干馏、热解、气化等)产气。此时需要利用实验室用管式退火炉、三角洗瓶以及其他链接管等辅助设备。在利用管式退火炉时需要注意的是，样品放入管式退火炉中后，当模拟焚烧时需要向炉内通入空气来模拟燃烧，当模拟干馏或热解是需要向炉内通入高纯氩气，当模拟气化时应向炉内通入相应的气化剂。收集管式退火炉中出来的气体，利用玻璃冷却管降温后，通入盛有纯水的三角洗瓶内进行洗涤，洗涤一定时间后，利用液相色谱仪对液体中苯类及其衍生物做测算，连续洗涤直到其污染物含量至还原塔设计能力的4倍以上时结束洗涤。2)、工程需要处理气体为可挥发性气体污染物时。此时需要三角烧瓶、三角洗瓶以及其他链接管等辅助设备。使用三角烧瓶盛入污染物源头物料(例如处理喷漆过程中污染物时将所喷油漆盛入三角瓶中)，然后将三角洗瓶中盛入纯水，将三角烧瓶与三角洗瓶链接，对三角烧瓶进行为加热(最好为80℃以下)，利用三角洗瓶将三角烧瓶中的挥发物洗涤下来，洗涤一定时间后，利用液相色谱仪对液体中苯类及其衍生物做测算，连续洗涤直到其污染物含量至还原塔设计能力的4倍以上时结束洗涤。3)、工程处理气体中污染物为已知污染物组分时，利用该组分配置还原塔设计能力4倍的溶液待用。

无机盐水溶液配置，按以下配方配置水溶液：NaNO3 6g/L,酒石酸铵2.8g/L,KH2PO42.4g/L,MgSO4·7H2O 1.0g/L,CaCl2 0.1g/L,MnSO4·H2O 0.1g/L,FeSO4 0.002g/L,ZnSO4·7H2O 0.002g/L,CuSO4·5H2O 0.002g/L,吐温80 2g/L,VB1 0.1g/L。

混合培养基的定容及搅拌分别量取1份高污染水体、2份无机盐水溶液、1份纯水，在密封搅拌器中进行搅拌，即制得除苯类微生物菌种筛选用培养基。

3、将从采样地采集到的菌种样品在所述培养基中进行培养得到该菌种样品的切实代谢效率，从而确定与待处理气体相对应的除苯类微生物的品种；根据该菌种样品的切实代谢效率对工程进行设计和优化，从而得到还原塔设计体积等一系列参数。

利用采集到的菌种样品在上述培养基中进行培养，利用显微镜和细胞计数器综合判断其涨势。在培养一段时间后(一般指3～7天)，确定有活菌存在的后，取其样品继续在上述培养基中培养使其能够达到专性适应的效果，按照此步骤重复4～9次，以确定该菌株或菌群完全能够适应此种环境，则按照微生物学基础方法对其进行保存操作。

利用得到的菌种或菌株，对高污染水体进行梯度浓度的净化处理处理。梯度选取0.1倍、0.2倍、0.4倍、0.8倍、1.2倍、1.6倍、2.0倍、4.0倍进行处理，并且每日采取水样利用液相色谱仪对液体中苯类及其衍生物做测算，直至完全降解完为止，此时就得到了该菌株或菌群的切实代谢效率。

利用菌株或菌群的切实代谢效率则可对工程进行设计、优化等工作，从而得到还原塔设计体积等一系列参数，并且选育过程中，如果发现有有利变异菌种，也可以优化设计设备的尺寸,还原塔的设计容量应遵循以下公式：塔容量＝0.8*(气体苯类及衍生物预估量*气体流量)/(5000*菌种降解效率)*(0.8-1.3)。

二、循环洗涤液的配制：以水、除苯类微生物、三聚磷酸钠以及与所述无机盐水溶液为原料配制而成；

除苯类微生物菌体细胞浓度以OD值为参考，不得小于0.4。用OD值作为菌体细胞浓度进行测量是因为，洗涤所要求的菌体细胞浓度是利用菌体细胞本身、胞外酶或破损细胞以及胞内物均是苯类及其衍生物良好的乳化剂，并且死细胞比活菌体效果更加，所以利用OD值作为参考标准即可。

三聚磷酸钠磷酸钠的含量控制在15-80g/l，添加三聚磷酸钠有以下几方面原因：1.具有促进苯类及其衍生物乳化的作用；2.对细胞无毒性，不会影响微生物生长；3.不容易被苯类及其衍生物降解型微生物降解，所以不用重复添加；4.本身可以起到软化水体的作用，减小管道的堵塞的可能性。

无机盐水溶液根据自身选育的微生物的不同其微生物也应有不同组分。需要注意的是在气体中苯类及其衍生物处于少量较长时间时，应向还原塔中投放极少量的比例为苯甲酸：苯甲醇：吖啶＝5:3:0.01的营养剂，但需注意单次添加量不得超过设计4小时处理能力的10％，并且需要选择还原塔入口进行添加。

三、将配制好的循环洗涤液加入至缓冲箱16内，经过缓冲箱出口162通过第二辅助循环泵17输送至恒压喷雾室10、第一喷雾室8、第二喷雾室内，再分别经喷雾口1011的喷雾器21、第一喷淋头19、第二喷淋头喷洒出来；

气体由气体进口5进入水洗塔1的初级洗涤室6，沿着弧形挡板101曲线上升，与喷雾口1011喷出的循环洗涤液体珠相互碰撞，在撞击力、循环洗涤液成分等因素的共同作用，使苯类及其衍生物在一入塔的时候得到最大程度的吸收；初步洗涤后的气体经过碰撞上升口11进入下一段洗涤；从碰撞上升口11处上升的气流依次进入第一水洗塔填料层7、第一喷雾室8、第二水洗塔填料层、第二喷雾室进行反复洗涤；通过反复洗涤后的气体再经过除湿层9除去水气后经气体出口3排出；

水洗塔1中的溶液汇聚到水洗塔液体导出口4导出，并借助第一辅助循环泵15辅助增压后经还原塔液体入口12通向还原塔2中，通过多个还原塔填料层14过滤还原后，最终由还原塔液体导出口13导出，进入水洗塔1中重新利用。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本实用新型作了详尽的描述，但在本实用新型基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本实用新型精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本实用新型要求保护的范围。