一體化複合生物處理難溶難降解有機廢氣的工藝的製作方法

2023-10-07 05:27:39

專利名稱：一體化複合生物處理難溶難降解有機廢氣的工藝的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種有機廢氣的生物淨化方法，特別是一種一體化複合生物處理難溶難降解有機廢氣的工藝方法。
背景技術：
工業生產的許多工藝過程如溶劑、油漆和塗料和聚合物和樹脂等化學品生產，石油化工、噴漆、儀表、金屬漆包線生產和印刷等工藝，都會排出大量有機廢氣，對人類健康和自然環境帶來了巨大危害。生物法淨化有機廢氣是一種較新的氣體淨化技術，它主要利用 微生物的代謝過程去除廢氣中的有機物，實現廢氣的淨化。目前的生物淨化有機廢氣反應器內，細菌和真菌是2種主要的微生物。細菌適用於水溶性好的汙染物，利用細菌進行生物降解，會獲得很好的去除效果。但是，對於在水中溶解度低的有機物而言，細菌表面的水層將影響有機氣體的傳質速率，傳質阻力過高導致處理效率降低。真菌生物滴濾塔相對於傳統的生物滴濾塔來說具有耐酸、耐乾燥的特點，其對疏水性難降解有機物具有較強的降解能力，真菌適應的PH值寬，處理過程中出現酸性積累時，不需要加鹼調整循環液的PH值。絲狀真菌可直接與氣體接觸具有降低傳質阻力、去除負荷高等一系列優勢。國內外相關研究多數涉及利用一種生物反應器處理某一種或一類有機氣體。實際上，廢氣往往所含的汙染物是多樣而複雜的，既有疏水性物質，也有親水性物質；既有常規生物可降解的，也有難以降解的；單一地利用細菌、真菌或兩者的複合體系都難以同時有效地去除。

發明內容
本發明的目的是要克服已有技術中的不足之處，提供一種一體化複合生物處理難溶難降解有機廢氣的工藝，實現有效淨化難溶難降解有機廢氣的目的。本發明的目的是這樣實現的構建真菌-細菌複合生物滴濾塔，具體工藝過程如下
(1)、將焦化汙水處理廠的活性汙泥預曝氣48h，配置5L菌液、營養液混合液，置於儲液槽中，經循環泵直接進行循環滴濾噴淋；
(2)、氣相甲苯馴化階段，甲苯入口濃度為500 4000mg· πΓ3、進氣流量O. Im3 · 1Γ1，入口負荷13. 27^106. 16 g ·πΓ3 ΙΓ1，持續23天；由連續噴淋營養液和菌液混合液改為間歇噴淋營養液，滴濾量控制為O. 06 O. 18 m3 · m_2 · h-1 ;該階段控制循環滴濾液pH值=5. 0±0· 2 ;以上步驟結束後滴濾塔中的微生物以絲狀真菌、酵母菌為優勢菌種；
(3)、將進氣更換為二甲苯，二甲苯氣體進氣流量O.4m3 · 1Γ1，空塔停留時間為33.9 S，濃度控制在701. 85 1142. 78 mg · m_3，在循環滴濾液pH值=5. O ± O. 2的基礎上通過在循環液中添加NaOH (2.0 mol/L)的方式，逐漸增高pH值，pH值用酸度計進行測量，pH值調整分別至5. 5、6. 0、6. 5、7. O ;當pH值=7. O時，滴濾塔中微生物為少量絲狀真菌、大量酵母菌和假單胞桿菌；每PH值下穩定運行4天；
(4)、在不同pH值時，生物滴濾塔內的微生物組成不同，pH值由低到高變化時，微生物組成由以真菌為主變為以假單胞桿菌為主，針對目標有機廢氣PH值在該範圍內可進行調整，以改變微生物組成，得到最適宜的微生物菌種。在整個構建過程中，營養液的配方包括，常量元素NH4Cl (NaNO3)、KH2PO4、K2HPO4' MgSO4 · 7H20 ;微量元素FeCl3' H3BO3' CuSO4 · 5H20、KI、MnSO4 · H2O, NaMoO4 · 2Η20、ZnCl2 · 4H20、CoCl2 · 6Η20、AlK (SO4) 2 · 12Η20、CaCl2 · 2H20、NaCl。有益效果，由於採用了上述方案，一體化複合生物處理難溶難降解有機廢氣的工藝，採用高濃度的進氣方式，低流量循環液的馴化方式，在馴化過程中採用變PH值的方式構建真菌-細菌複合生物系統，初期以循環液PH值為5. 0±0. 2的水平構建以絲狀真菌為優勢菌種的生物系統，以減小難降解有機物低溶解度的特點，之後逐漸提高PH值水平以增 加菌種中細菌的比例，以假單胞桿菌為優勢菌種，最終循環液PH值控制在7. O以下，以此構建真菌-細菌複合菌種生物處理系統。該複合生物塔兼具真菌和細菌兩種微生物，微生物的多樣性可有效適合於各種難溶難降解有機物對不同菌種的需求；通過引入真菌系統，減少了系統阻力；低循環流量有效減少了水膜阻力，加快有機廢氣的傳質過程；真菌、細菌採用一體式工藝結構，簡化了處理工藝，降低了投資費用和運行費用。I、該系統啟動階段採用pH逐級提高的方式構建真菌-細菌複合生物處理系統。由於真菌較細菌的繁殖能力差，真菌體系可以用氣生菌絲直接在氣相進行有機廢氣補集，因此在初期控制pH=5. 0±0. 2以此構建真菌為主的微生物系統，之後逐漸提高循環液pH水平，使細菌的數量逐漸提高，pH控制在< 7.0，真菌以其強適應性與細菌共存於系統中，構建了真菌-細菌複合生物高效處理系統。該系統的微生物多樣性可適用於PH比較寬的範圍，在低PH值下真菌仍有很強的降解能力，有效解決了生物滴濾系統中的酸化問題。2、採用一體式設計工藝，真菌、細菌無需在分別在不同的工藝反應器體系中單獨培養，將真菌處理系統和細菌處理兩個獨立過程合二為一，減小了處理工藝體積和複雜程度，減少了循環液量以及相關費用，在設備成本、佔地等方面節省了工程投資，也節約了運行管理費用。3、運行過程中採用低循環流量降低了水膜阻力。滴濾量控制在0.06、. 18πι'πΓ 1。並採用了間歇噴淋的方式進行，交替時間為12 h。低滴濾量保證了微生物代謝所需水分並且儘可能降低水膜阻力。採用高濃度進氣、低滴濾量的啟動方式縮短了啟動時間。4、該系統由於真菌的存在，減少了系統阻力，系統中微生物的多樣性為有機廢氣處理提供了更高的去除能力和穩定性。以二甲苯為例，入口負荷為100.05 g ^nT3IT1時該複合生物系統獲得了 92. 77%的最大去除率和91. 58 g · m_3 · IT1的最大去除負荷，針對苯乙烯，獲得了 98. 8%的最大去除率和153. 4 g · m_3 · IT1的最大去除負荷。優點利用傳統的生物滴濾塔，通過調控循環液的pH值及循環液，構建真菌-細菌複合生物處理系統，從而實現有效淨化難溶難降解有機廢氣。該系統對難溶難降解有機廢氣去除效率高，去除負荷高，並具有廣泛適用性。


圖I是處理有機廢氣的生物滴濾塔的結構示意圖。圖2-a是本發明pH值為4. 0-5. 5時二甲苯去除效率隨入口濃度的變化。圖2-b是本發明pH值為6. 0-7. O時二甲苯去除效率隨入口濃度的變化。 圖3-a是本發明pH值為4. 0-5. 5時二甲苯去除能力隨入口負荷的變化。圖3-b是本發明pH值為6. 0-7. O時二甲苯去除能力隨入口負荷的變化。圖4-a是本發明pH值為4. O時生物滴濾塔中微生物的形態，主要以大量絲狀菌為主，有少部分球狀菌。圖4-b是本發明pH值為4. 5時生物滴濾塔中微生物的形態，視野中球狀菌廣泛緊密為優勢菌種，同時存在絲狀菌和大量孢子。圖4-c是本發明pH值為5. O時生物滴濾塔中微生物的形態，以酵母菌為主，同時存在絲狀真菌和孢子。圖4-d是本發明pH值為5. 5時生物滴濾塔中微生物的形態，為大量酵母菌，少量絲狀真菌孢子及假單胞桿菌。圖4-e是本發明pH值為6. O時生物滴濾塔中微生物的形態，主要為球狀酵母菌和短杆狀假單胞桿菌。圖4-f是本發明pH值為6. 5時生物滴濾塔中微生物的形態，主要為假單胞桿菌，同時含酵母菌。圖4-g是本發明pH值為7. O時生物滴濾塔中微生物的形態，主要為假單胞桿菌，同時含酵母菌。
具體實施例方式下面結合附圖對本發明的實施例作進一步的描述。實施例I :圖I中，本發明的一體化複合生物處理難溶難降解有機廢氣的工藝採用的處理有機廢氣的生物滴濾塔為循環液回流裝置，所述的循環液回流裝置包括滴濾液儲槽3，滴濾液循環管6，流量計7、循環泵8、進氣管4和出氣管5。構建真菌-細菌複合生物滴濾塔，具體工藝過程如下
I、將焦化汙水處理廠的活性汙泥預曝氣48h，配置5L活性汙泥、營養液混合液，置於儲液槽3中，經循環泵8直接進行循環滴濾。2、氣相甲苯馴化第一階段，甲苯入口濃度為50(Tl000mg ·πΓ3、進氣流量O. Im3 · Λ入口負荷13. 27^26. 54 g · m_3 · h—1，持續4天。連續噴淋營養液和菌液混合液。滴濾量控制在 O. 12 O. 18 m3 · m 2 · h 1 ο 3、氣相甲苯馴化第二階段，甲苯入口濃度為100(T2000mg · m_3、進氣流量O. Im3 · 1Γ1，入口負荷26. 54 53. 08g · m_3 · h-1，持續9天。間歇I h噴淋營養液和菌液混合液。滴濾量控制在O. 06、· 18 m3 · m_2 · IT1。4、氣相甲苯淨化穩定階段，甲苯入口濃度為200(T4000mg · m_3、進氣流量O. Im3 · h-1，入口負荷53. 08 106. 16g · m_3 · h-1，持續10天。間歇I h噴淋營養液。滴濾量控制在 O. 06 O. 18 m3 · m 2 · h I。
該階段控制循環滴濾液pH =5. 0±0. 2。以上步驟結束後滴濾塔中的微生物以絲狀真菌、酵母菌為優勢菌種。5、將進氣更換為二甲苯，逐漸增高循環滴濾液pH值，調整幅度為O. 5，至pH為
7.O。二甲苯氣體進氣流量O. 4m3 .tT1，EBRT為33. 9 s，濃度控制在701. 85 1142. 78 mg ·πΓ3，此時滴濾塔中微生物為少量絲狀真菌、大量酵母菌和假單胞桿菌。步驟(5)中調整pH值時，每pH值下穩定運行4天
此時，在單個塔中存在多種微生物 ，真菌-細菌複合生物滴濾塔構建完成。(I)實驗條件
氣體組成二甲苯，二甲苯濃度701. 85 1142. 78 mg · πΓ3 ；
生物滴濾塔填料陶瓷拉西環；
氣體流量0. 4 m3 · IT1，EBRT 為 33. 9s ；
實驗所得菌種酵母菌+假單胞桿菌；
(2)利用附圖I所示的生物滴濾塔淨化系統淨化二甲苯廢氣，運行情況及效果如附圖2所示，通過調控營養液PH值將系統pH控制在4. (Γ7. 0，並以O. 5為梯度逐漸提高。通過監測二甲苯出口濃度，考察不同PH值對二甲苯淨化性能的影響。隨著系統營養液pH值的不斷增大，生物滴濾塔對二甲苯的淨化性能也不斷增強，由pH值為4的26. 74%逐漸上升到pH值為7的92. 77%，入口負荷-去除能力曲線越來越靠近100%去除線，最大去除能力相應地從 32. 44 g · m_3 · h—1 增長為 91. 58 g · m_3 · h—1。通過調控營養液pH值將系統pH控制在4. (Γ7.0，並以O. 5為梯度逐漸提高。採用尼康ElOO光學顯微鏡觀察填料上生物膜中微生物的菌系狀態，考察不同pH條件下生物膜內微生物相的變化。如圖3所示，生物膜內的優勢菌群隨pH值的改變逐漸發生變化，菌系狀態從絲狀真菌變為酵母菌，再變為假單胞桿菌，生物滴濾塔也由單一的真菌滴濾塔變為真菌、細菌共存的複合生物滴濾塔。循環液pH=4. 5^5. O時，真菌菌落數為O. 83 X IO9CFU -g^1,佔總菌落數的81. 37%，而在pH=7. O的條件下，細菌的數量則佔到了 90. 38%。這表明本發明具有良好地菌落可調控性。循環滴濾即噴淋過程，分為連續和間歇是為了控制滴濾塔內溼度，溼度的變化會影響滴濾塔中微生物的組成。連續噴淋營養液和菌液混合液主要是為了在微生物的馴化過程中前期提供足夠的碳源和微生物菌種，間歇噴淋營養液主要是排除掉循環液中的微生物，使對處理有機廢氣的微生物全部來自於生物滴濾塔中，同時在無碳源的條件下促使微生物以有機廢氣為碳源，進行有機廢氣的處理。整個實驗的目的就是真菌-細菌複合生物滴濾塔，傳統意義上構建的生物滴濾塔中的細菌均為單一菌種，如細菌生物滴濾塔、真菌滴濾塔，這種滴濾塔的缺陷是單一的菌種對有機廢氣的去除機理和去除能力都是不相同的，無法使菌種組成隨著有機廢氣的變化而發生改變。真菌-細菌複合生物滴濾塔也屬於生物滴濾塔，但是塔中的微生物是由多種微生物構成的，這種結構可以根據不同的條件調整微生物組成進而達到最適合的所需微生物群落。本發明的內容就是構建真菌-細菌複合生物滴濾塔中複合微生物群落的過程。「菌液」既是「活性汙泥」，「營養液」是微生物所需的必要營養物質(不含碳源)，「混合液」既「菌液混合液」，是「菌液」和「營養液」的混合溶液。
在整個構建過程中，菌液為焦化廠的活性汙泥，營養液的配方包括常量元素NH4Cl (NaNO3)、KH2PO4' K2HPO4' MgSO4 · 7H20 ;微量元素FeCl3、H3BO3' CuSO4 · 5Η20、ΚΙ、MnSO4 · H2O, NaMoO4 · 2H20、ZnCl2 · 4Η20、CoCl2 · 6Η20、AlK (SO4) 2 · 12Η20、CaCl2 · 2H20、NaCl。實施例2
(O實驗條件
氣體組成苯乙烯，苯乙烯濃度200 500 mg · πΓ3 ；
生物滴濾塔填料陶粒；
氣體流量0. 4 m3 · 1Γ1，EBRT 為 45 s ;
實驗所得菌種假絲酵母菌；
(2)利用附圖I所示的生物滴濾塔淨化系統淨化苯乙烯廢氣，通過驗證不同pH條件下生物滴濾塔對苯乙烯的處理能力，我們得到在PH值為4. O時，生物滴濾塔對苯乙烯的去除效率持續維持在95%以上，獲得了最高的去除效率。此時真菌菌落數為3. OOX IO9CFU -g^1,佔總菌落數的92. 58%。從兩個實例中可以看出，對於二甲苯獲得最佳處理效果時的pH為7.0，而苯乙烯則是在pH=4. O時獲得最佳處理能力，同時在不同的pH值下菌落的組成也截然不同。一體化複合生物處理工藝通過調控PH值可人為改變填料中菌落組成，以適用於不同有機廢氣的差異性。其它與實施例I同。
權利要求
1.一種一體化複合生物處理難溶難降解有機廢氣的工藝，其特徵是構建真菌-細菌複合生物滴濾塔，具體工藝過程如下 (1)、將焦化汙水處理廠的活性汙泥預曝氣48h，配置5L菌液、營養液混合液，置於儲液槽中，經循環泵直接進行循環滴濾噴淋； (2)、氣相甲苯馴化階段，甲苯入口濃度為500 4000mg nT3、進氣流量0. Im3 h'入口負荷13. 27^106. 16 g nT3 持續23天；由連續噴淋營養液和菌液混合液改為間歇噴淋營養液，滴濾量控制為0. 06 0. 18 m3 m_2 h-1 ;該階段控制循環滴濾液pH值=5. 0±0. 2 ;以上步驟結束後滴濾塔中的微生物以絲狀真菌、酵母菌為優勢菌種； (3)、將進氣更換為二甲苯，二甲苯氣體進氣流量0.4m3 h—1，空塔停留時間為33.9 S，濃度控制在701. 85 1142. 78 mg m_3，在循環滴濾液pH值=5. 0±0. 2的基礎上通過在循環液中添加NaOH (2.0 mol/L)的方式，逐漸增高pH值，pH值用酸度計進行測量，pH值調整分別至5. 5,6. 0,6. 5、7. 0 ;當pH值=7. 0時，滴濾塔中微生物為少量絲狀真菌、大量酵母菌和假單胞桿菌；每PH值下穩定運行4天； (4)、在不同pH值時，生物滴濾塔內的微生物組成不同，pH值由低到高變化時，微生物組成由以真菌為主變為以假單胞桿菌為主，針對目標有機廢氣PH值在該範圍內可進行調整，以改變微生物組成，得到最適宜的微生物菌種。
全文摘要
一種一體化複合生物處理難溶難降解有機廢氣的工藝，適合於低濃度難容難降解有機廢氣的淨化處理。採用高濃度、低速率的進氣方式，低流量循環液的馴化方式，在馴化過程中採用變pH的方式構建以假單胞桿菌和為優勢菌種的真菌-細菌複合生物系統。該複合生物塔兼具真菌和細菌兩種微生物，微生物的多樣性可有效適合於各種難溶難降解有機物對不同菌種的需求；通過引入真菌系統，減少了系統阻力；低循環流量有效減少了水膜阻力，加快有機廢氣的傳質過程；真菌、細菌採用一體式工藝結構，簡化了處理工藝，降低了投資費用和運行費用。該系統對難溶難降解有機廢氣去除效率高，去除負荷高，並具有廣泛適用性。
文檔編號B01D53/72GK102961962SQ20121054365
公開日2013年3月13日 申請日期2012年12月14日 優先權日2012年12月14日
發明者王麗萍, 張會來 申請人:中國礦業大學