установка для очистки и дезодорации газовоздушных выбросов ферментеров

Формула изобретения

Установка для очистки и дезодорации газовоздушных выбросов ферментеров, включающая биоскруббер с контактными устройствами, расположенными по высоте и выполненными в виде сетчатого полотна, каплеотбойник, размещенный в его верхней части, газоход очищаемых газов, циркуляционный контур орошающей жидкости, состоящий из насоса и емкости, отличающаяся тем, что установка снабжена конденсатором и каплеотделителем, установленными перед биоскруббером и соединенными в нижней части с ферментером, при этом контактное устройство выполнено с отбойной пластиной, вдоль которой размещены перфорированные трубки, установленные наклонно и расположенные равномерно по сечению устройства, причем перфорация трубок ориентирована навстречу потоку жидкости, а трубки каждого контактного устройства подключены к газоходу очищаемых газов, соединяющему верхнюю часть каплеотделителя и нижнюю часть биоскруббера.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к методам очистки и дезодорации газовоздушных выбросов (ГВВ) ферментеров и может быть использовано в микробиологической, ферментной и гидролизной промышленности.

Известны установки мокрой очистки отходящих газов ферментеров, содержащие скруббер Вентури, циклон и вентилятор. При очистке газовых выбросов в таких установках вредные компоненты, содержащиеся в газе, лишь частично улавливаются жидкостью, после чего возникает необходимость очистки жидкости. Эффективность очистки ГВВ ферментеров по органическим кислотам и углеводородам в скрубберах Вентури не превышает 50% Более совершенным является биохимический метод очистки ГВВ.

Наиболее близким техническим решением к заявленному является установка для очистки газовых выбросов, содержащая биоскруббер с контактными устройствами в виде сетчатого полотна и насадочными элементами, каплеотбойник, газоход очищаемых газов, циркуляционный контур орошающей жидкости, включающий насос и емкость.

Недостаток известной установки состоит в том, что она не позволяет провести очистку ГВВ ферментеров, состав которых чрезвычайно сложен и с учетом микропримесей многообразен. К основным значимым примесным ингредиентам ГВВ ферментеров относятся клетки штамма-продуцента 10⁶-10⁷ кл/м³, н-алканы 60-70 мг/м³, оргкислоты 10-15 мг/м³. Известная установка не улавливает клетки штамма-продуцента и не обеспечивает высокой степени очистки по н-алканам и оргкислотам.

К недостаткам известной установки следует отнести также наличие насадочных элементов из активированного угля. При длительной эксплуатации частицы покрываются толстым липким слоем, который необходимо счищать и промывать, выгружая насадку из емкости и аппарата. Насадку из активированного угля необходимо регенерировать на специальных установках.

Недостаток, присущий биоскрубберам с насадочными элементами, может быть устранен конструктивным путем применением контактных устройств специальной конструкции.

Высокая степень очистки ГВВ ферментеров может быть достигнута при двухступенчатой очистке, на первой ступени осуществляются осаждение клеток штамма-продуцента и сепарация газовоздушного потока, на второй ступени биохимическое окисление уловленных примесных компонентов активным илом.

Задача заключалась в разработке установки, позволяющей очищать ГВВ ферментеров с эффективностью 95-99%

Технический результат, получаемый от использования предлагаемой установки, заключается в повышении эффективности очистки ГВВ ферментеров и увеличении скорости биохимического окисления.

Данный технический результат достигается тем, что, установка для очистки и дезодорации газовоздушных выбросов ферментеров, включающая биоскруббер с контактными устройствами, расположенными по высоте и выполненными в виде сетчатого полотна, каплеотбойник, размещенный в его верхней части, газоход очищаемых газов, циркуляционный контур орошающей жидкости, состоящий из насоса и емкости, согласно изобретению снабжена конденсатором и каплеотделителем, установленными перед биоскруббером и соединенными в нижней части с ферментером, при этом контактное устройство выполнено с отбойной пластиной, вдоль которой размещены перфорированные трубки, установленные наклонно и расположенные равномерно по сечению устройства, причем перфорация трубок ориентирована навстречу потоку жидкости, а трубки каждого контактного устройства подключены к газоходу очищаемых газов, соединяющему верхнюю часть каплеотделителя и нижнюю часть биоскруббера.

Установка для очистки и дезодорации ГВВ ферментеров содержит признаки, отличающие ее от известных установок для очистки отходящих газов в данной и смежной областях техники: установка снабжена конденсатором и каплеотделителем, установленными перед биоскруббером и соединенными в нижней части с ферментером; контактное устройство выполнено с отбойной пластиной, вдоль которой размещены перфорированные трубки, установленные наклонно и расположенные равномерно по сечению устройства; перфорация трубок ориентирована навстречу потоку жидкости; трубки каждого контактного устройства подключены к газоходу очищаемых газов, соединяющему верхнюю часть каплеотделителя и нижнюю часть биоскруббера.

Снабжение установки конденсатором позволяет улавливать клетки штамма-продуцента при конденсации капель размером 100-300 мкм. В центробежном каплеотделителе осаждаются наиболее тонкодисперсные капли размером 10 мкм, которые в основном являются носителями клеток микроорганизмов, попадающих в атмосферу, и которые не могут быть уловлены обычным каплеотбойником, находящимся в верхней части биоскруббера.

Попадание живых клеток штамма-продуцента или продуктов их лизиса в воздушную среду вызывает аллергические реакции у населения, поэтому клетки штамма-продуцента отнесены к специфическим ингредиентам и подвергаются тщательному контролю в ГВВ.

Соединение конденсатора и каплеотделителя в нижней части с ферментером позволяет возвращать конденсат с клетками штамма-продуцента обратно на ферментацию.

Снабжение контактного устройства отбойной пластиной с размещенными вдоль нее наклонно перфорированными трубками, в которых перфорация ориентирована навстречу потоку жидкости, а также подключение трубок к газоходу очищаемых газов, соединяющему каплеотделитель и биоскруббер, позволяют организовать взаимодействие очищаемых газов, поступающих из перфорированных трубок и через полотно устройства в перекрестных газожидкостных потоках, интенсифицируют процесс биохимического окисления примесных компонентов и способствуют постоянному обновлению биопленки в тонком слое, препятствуют оседанию клеток активного ила, старению биопленки и образованию застойных зон, в которых развиваются анаэробные процессы.

Равномерное распределение перфорированных трубок по сечению устройства, при котором на равные площади полотна приходится одинаковый удельный расход воздуха, поступающего из перфорированных трубок, препятствует образованию гидравлических теней, увеличивает время контактирования очищаемых газов с активным илом, способствует формированию равномерного профиля скорости жидкости у сливного кармана.

Размещение перфорированных трубок наклонно вдоль отбойной пластины позволяет уменьшить явления брызгоуноса. Экспериментально установлено, что при угле наклона отбойной пластины 120^о явления брызгоуноса минимальны.

На фиг. 1 представлена схема установки для очистки и дезодорации газовоздушных выбросов ферментеров; на фиг. 2 вид в плане контактного устройства.

Установка для очисти и дезодорации ГВВ ферментеров содержит конденсатор 1, каплеотделитель 2, установленные перед биоскруббером 3, который снабжен контактными устройствами 4 и каплеотбойником 5. Газоход 6 очищаемых газов подключен к межтрубному пространству конденсатора 1. Каплеотделитель 2 и конденсатор 1 соединены в нижней части с ферментером 7. Газоход 6 соединяет каплеотделитель 2 с нижней частью биоскруббера 3 и подключен под его нижнее контактное устройство.

Контактное устройство 4 включает полотно 8, приемный 9 и сливной 10 карманы и снабжено отбойной пластиной 11, которая установлена у сливного кармана наклонно под углом 120^о и образует зазор с полотном 8. Полотно 8 и отбойная пластина 11 выполнены из просечно-вытяжного листа. Вдоль пластины 11 под тем же углом 120^о, начиная от полотна контактного устройства, размещены перфорированные трубки 12, которые расположены равномерно по сечению устройства. Перфорация трубок 12 ориентирована навстречу потоку жидкости. Трубки 12 каждого контактного устройства подключены к газоходу 6, соединяющему верхнюю часть каплеотделителя 2 с биоскруббером. Биоскруббер 3 соединен в нижней части с емкостью 13 активного ила и имеет циркуляционный контур орошающей жидкости, который включает емкость 13, насос 14, и подключен к верхнему контактному устройству.

Установка для очистки и дезодорации ГВВ ферментеров работает следующим образом.

Газовоздушные выбросы после ферментеров объединяются в общий коллектор (на фиг. 1 условно не показан) и поступают в межтрубное пространство конденсатора 1, где конденсируются капли культуральной жидкости размером 100-300 мкм с клетками штамма-продуцента. Объем выбросов от одного ферментера составляет 50-75 тыс. м³/ч. Улавливание клеток штамма-продуцента при конденсации обеспечивается особой организацией теплового режима конденсатора скоростью притока пара к поверхности пленки конденсата и расходом охлаждающей воды. ГВВ после конденсатора с температурой 20-25^оС поступают в центробежный каплеотделитель 2, где удаляется оставшаяся часть влаги с клетками штамма-продуцента. Дисперсность частиц, улавливаемых в каплеотделителе, не превышает 10 мкм. Собранная в конденсаторе и каплеотделителе культуральная жидкость возвращается обратно в ферментер.

ГВВ, полностью очищенные от клеток штамма-продуцента, поступают в биоскруббер под нижнее контактное устройство, где взаимодействуют в противотоке с орошающей жидкостью, содержащей активный ил, подаваемый из емкости 13 насосом 14 на верхнее контактное устройство. В биоскруббере происходит биохимическое окисление углеводородов 60-70 мг/м³ и органических кислот 10-15 мг/м³, состав которых многообразен уксусная, муравьиная, валериановая, капроновая, масляная, пропионовая. Наибольшую сложность для окисления представляют органические кислоты, имеющие минимальную ПДК. Например, ПДК уксусной кислоты в рабочей зоне равна 5 мг/м³. Увеличение скорости окисления примесей активным илом достигается благодаря высокому уровню интенсивности массообмена на контактных устройствах. Очищаемые газы, поступающие через полотно контактного устройства из просечно-вытяжного листа, взаимодействуют с очищаемым газом из отверстий перфорированных трубок в перекрестных газожидкостных потоках, создавая дополнительную зону контакта.

Газовые струи, выходящие из перфорированных трубок, подтормаживают газожидкостный поток, который перемещается к сливному карману, причем перфорированные трубки размещены таким образом, чтобы на одинаковые площади сечения устройства приходился равный удельный расход воздуха. Это способствует выравниванию профилей скорости жидкости и газосодержания, окислению примесных компонентов в тонкодисперсном газожидкостном слое однородной структуры, что приводит к повышению эффективности работы контактного устройства и увеличению скорости окисления примесей.

При этом перфорированные трубки образуют конфузор-диффузорные участки у сливного кармана, что увеличивает эффективность работы контактного устройства. Расположение перфорированных трубок наклонно к полотну контактного устройства под углом 120^о, совпадающим с углом наклона отбойных пластин, способствует снижению брызгоуноса под действием газовых струй. Таким образом, перфорированные трубки выполняют двойную роль повышают эффективность работы контактного устройства, увеличивают скорость окисления примесных компонентов и уменьшают брызгоунос.

Для орошения биоскруббера используется предварительно адаптированный к составу примесей ГВВ активный ил с начальной концентрацией 2-2,5 г/л. Адаптация активного ила проводится при аэрации воздухом в емкости 13. Питательный раствор содержит азот и фосфор в соотношении БПК:N:P=100:5:1, рН составляет 6-7. После достижения концентрации активного ила 7 г/л он отводится из емкости.

Очищенные в биоскруббере от углеводородов и органических кислот газовоздушные выбросы через каплеотбойник 5 поступают в атмосферу. Степень очистки по углеводородам и оргкислотам составляет 95-99% по клеткам штамма-продуцента 99,9% степень дезодорации 99,9%