專利名稱：一種工業(yè)廢氣凈化用生物膜填料塔的生物膜修補方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種工業(yè)廢氣凈化用生物膜填料塔的生物膜修補方法，屬于生物法廢氣凈化技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
生物法凈化低濃度工業(yè)廢氣是一種工業(yè)廢氣凈化的新方法，廣泛的研究與應(yīng)用僅有約20～30年的歷史。由于生物凈化反應(yīng)器涉及到氣、液/固相傳質(zhì)、菌種性能、生物膜內(nèi)擴散以及生物化學(xué)降解等過程，影響因素多而復(fù)雜，人們雖然已對其基礎(chǔ)理論和實際應(yīng)用進行了許多研究，但還不夠深入、廣泛，目前仍有許多問題，尤其是大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用中的相關(guān)問題，還需要進一步的研究解決和不斷完善。
在以往國內(nèi)外的生物法廢氣凈化技術(shù)及裝置的研究與工業(yè)應(yīng)用中，由于所處理廢氣的成分、條件變化等原因，常會出現(xiàn)其中核心設(shè)備——生物膜填料塔(即人們常說的生物滴濾池或生物滴濾塔)中生物膜的脫落或老化失效等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了生物法廢氣凈化裝置處理效果的正常發(fā)揮。因此，隨著生物法廢氣凈化技術(shù)及裝置大范圍工業(yè)應(yīng)用的展開，生物膜填料塔中生物膜的及時修補技術(shù)方法，已經(jīng)成了一個必須要盡快加以解決的問題。目前，國內(nèi)外尚無生物膜填料塔生物膜修補技術(shù)的報道。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)之不足，以低濃度工業(yè)廢氣中常見的難溶(或不溶)于水的揮發(fā)性有機物VOC(如甲苯)、硫化物(如硫化氫、二硫化碳)、NOx、SO2等污染物的生物凈化專用菌種及生物凈化過程機理為基礎(chǔ)，提供一種生物膜填料塔的生物膜的修補方法。
本發(fā)明的技術(shù)方案是首先將工業(yè)廢氣凈化用生物膜填料塔系統(tǒng)中噴淋液體循環(huán)槽內(nèi)的液體全部排出并清洗干凈，然后直接將事先批量繁育并運送到現(xiàn)場的工業(yè)廢氣凈化菌種液按照一定數(shù)量加入到該液體循環(huán)槽中，再向液體循環(huán)槽中加入自來水，使液體總量達到該液體循環(huán)槽正常運行所需的液體總量，然后開動噴淋液體循環(huán)水泵，將液體循環(huán)槽內(nèi)該含有新鮮菌種的液體輸入生物膜填料塔內(nèi)，并按正常工作時的操作，連續(xù)運行生物膜填料塔，使生物膜填料塔對工業(yè)廢氣的凈化效率逐步恢復(fù)到正常水平值，即完成對填料塔生物膜的修補(即通過生物膜填料塔的液體循環(huán)系統(tǒng)來進行生物膜修補操作)。在對凈化處理工業(yè)廢氣的生物膜填料塔的生物膜修補操作期間，還可對生物膜填料塔進行正常的工業(yè)廢氣處理運行，使廢氣中的污染物(如有機物、硫化物、含氮化合物等)為微生物菌種的生長提供主要營養(yǎng)基質(zhì)(如碳源、硫源、氮源等)。
向液體循環(huán)槽中加入的工業(yè)廢氣凈化菌種液的數(shù)量為液體循環(huán)槽正常運行所需的液體總量的1/6～1/4，加入量根據(jù)生物膜填料塔循環(huán)液系統(tǒng)的實際大小及需要具體控制。在對凈化處理甲苯廢氣的生物膜填料塔的生物膜修補操作期間，可對生物膜填料塔進行正常的甲苯廢氣處理運行，使廢氣中的甲苯等有機污染物為微生物菌種的生長提供碳源基質(zhì)。同時，每天一次分別按循環(huán)液體總量的0.01％～0.05％比例向液體循環(huán)槽中加入碳、氮、磷營養(yǎng)液和液態(tài)目標(biāo)污染物，以便為塔內(nèi)微生物菌種提供良好的生長條件。在生物膜修補操作期間，需每天對生物膜填料塔的廢氣凈化效率進行檢測分析1～3次(根據(jù)生物膜填料塔實際運行狀況確定)，當(dāng)連續(xù)2～3天的檢測分析結(jié)果均表明該生物膜填料塔對工業(yè)廢氣的凈化效率已恢復(fù)到正常水平值時(生物膜填料塔運行平穩(wěn)、正常時)，本次生物膜修補操作即可結(jié)束。
生物膜填料塔凈化效率的檢測分析設(shè)備可使用常規(guī)環(huán)境監(jiān)測儀器設(shè)備(如氣相色譜儀、液相色譜儀、分光光度計等)，檢測分析相應(yīng)氣態(tài)污染物的進、出口濃度值，而后計算出凈化效率值。
批量繁育的工業(yè)廢氣凈化菌種的工藝步驟為第一步，針對目標(biāo)污染物甲苯配制選擇培養(yǎng)基，也即配制不含構(gòu)成目標(biāo)污染物主體元素(如碳或硫源)，但含有微生物菌種生長所需要的其它基質(zhì)成分(如氮磷等)的選擇性培養(yǎng)基。并按常規(guī)微生物學(xué)實驗方法及需要修補的生物膜填料塔系統(tǒng)中噴淋液體循環(huán)槽總液量(如20L)的1/5的體積，配制成一定數(shù)量的選擇性培養(yǎng)基溶液(如4L)。
第二步，按常規(guī)微生物學(xué)實驗方法，將事先培養(yǎng)獲得的工業(yè)廢氣(有機物VOC、硫化物、NOx、SO2等)凈化專用基礎(chǔ)菌種(獲得方法及裝置見ZL200310121012.1及ZL200320104770.8專利申請)，分別接種到多個裝有上述選擇性培養(yǎng)基溶液的錐形瓶中(使用常規(guī)微生物學(xué)實驗的菌種接種器具即可，如接種環(huán)、無菌工作臺、接種液錐形瓶、酒精燈等；錐形瓶數(shù)量根據(jù)實際需要培養(yǎng)菌種數(shù)量確定，可用250mL的錐形瓶13～25瓶，每瓶內(nèi)裝約200mL的培養(yǎng)基溶液，共計約2500～5000mL)，再按目標(biāo)污染物液∶培養(yǎng)基溶液＝1∶50～1∶150的體積比向培養(yǎng)瓶中培養(yǎng)基溶液加入液態(tài)的目標(biāo)污染物(如甲苯液、硫化物溶液、亞硫酸鹽溶液等)，然后將這些培養(yǎng)瓶放入常規(guī)微生物學(xué)實驗恒溫搖床培育器中，在25～37℃條件下進行菌種批量繁育培養(yǎng)20～26小時，使培養(yǎng)基溶液中的菌種濃度達到1.3×108～3.5×109個活菌體/mL，由此獲得一定數(shù)量的甲苯廢氣凈化專用基礎(chǔ)菌種的批量繁育菌種液產(chǎn)品。


圖1為本發(fā)明工藝流程圖；圖2為本發(fā)明甲苯廢氣凈化生物膜修補實施例中，生物膜修補操作期間的生物膜填料塔的甲苯廢氣凈化效率的變化情況；圖3為本發(fā)明甲苯廢氣凈化生物膜修補實施例中，生物膜修補操作期間的生物膜填料塔的SO2廢氣凈化效率的變化情況。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
例1以甲苯廢氣凈化用生物膜填料塔的生物膜修補操作為例。某再生膠生產(chǎn)企業(yè)的再生膠脫硫工業(yè)廢氣中的目標(biāo)污染物是甲苯(VOC)，因膠粉脫硫工序使用的煤焦油的改變，使該廢氣凈化工程裝置中的生物膜填料塔系統(tǒng)的甲苯凈化效率從98％下降到了82％，已不能滿足廢氣達標(biāo)排放的要求，因此急需對生物膜填料塔中的生物膜進行修補，其生物膜的修補方法及應(yīng)用效果說明如下首先將甲苯廢氣凈化用生物膜填料塔系統(tǒng)中噴淋液體循環(huán)槽內(nèi)的液體全部排出并清洗干凈，然后直接將事先批量繁育并運送到現(xiàn)場的40L甲苯廢氣凈化用菌種液加入到該液體循環(huán)槽中(向液體循環(huán)槽中加入的甲苯廢氣凈化用菌種液的數(shù)量為液體循環(huán)槽的1/5)，再向液體循環(huán)槽中加入自來水，使液體總量達到該液體循環(huán)槽正常運行所需的液體總量(200L)，然后開動噴淋液體循環(huán)水泵，將液體循環(huán)槽內(nèi)該含有新鮮菌種的液體輸入生物膜填料塔內(nèi)，并按正常工作時的操作，連續(xù)運行生物膜填料塔，使生物膜填料塔對工業(yè)廢氣的凈化效率逐步恢復(fù)到正常水平值，即完成對填料塔生物膜的修補。
生物膜修補操作期間，生物膜填料塔進行正常的甲苯廢氣處理運行，廢氣中的甲苯等有機污染物可被微生物捕獲、降解并為其的生長提供碳源基質(zhì)。同時，每天一次分別按循環(huán)液體總量的0.01％和0.05％的比例向液體循環(huán)槽中加入氮磷營養(yǎng)液和液態(tài)甲苯液，以便為塔內(nèi)微生物菌種提供良好的生長條件。在生物膜修補操作期間，每天用氣相色譜儀對生物膜填料塔的甲苯廢氣凈化效率進行檢測分析3次，并得知生物膜填料塔對甲苯廢氣的凈化效率在逐步升高，當(dāng)修補操作到第20天、21天和22天時，連續(xù)3天的檢測分析結(jié)果均表明該生物膜填料塔對甲苯廢氣的凈化效率已恢復(fù)到正常水平值(該生物膜填料塔對甲苯廢氣的凈化效率已達到98.5％～99.1％)，即本次生物膜修補操作已告結(jié)束，生物膜填料塔系統(tǒng)即進入正常運行狀態(tài)。該生物膜修補操作期間的生物膜填料塔的甲苯廢氣凈化效率的變化情況如圖2所示。
批量繁育的廢氣凈化菌種的工藝步驟為第一步，針對目標(biāo)污染物甲苯配制選擇培養(yǎng)基，也即配制不含碳源，但含有微生物菌種生長所需要的其它基質(zhì)成分(如氮磷等)的選擇性培養(yǎng)基。并按常規(guī)微生物學(xué)實驗方法及需要修補的生物膜填料塔系統(tǒng)中噴淋液體循環(huán)槽總液量(如200L)的1/5的體積，配制成一定數(shù)量的選擇性培養(yǎng)基溶液(如40L)。
第二步，按常規(guī)微生物學(xué)實驗方法，將由前期工作獲得的甲苯廢氣凈化專用基礎(chǔ)菌種(獲得方法及裝置見ZL200310121012.1及ZL200320104770.8專利申請)，分別接種到一定數(shù)量的裝有上述選擇性培養(yǎng)基溶液的錐形瓶中(1000mL的錐形瓶50個，每瓶內(nèi)裝約800mL的培養(yǎng)基溶液，共計40000mL)，同時在各瓶中分別加入8mL液態(tài)的甲苯液態(tài)的目標(biāo)污染物甲苯(甲苯液∶培養(yǎng)基溶液＝2mL∶200mL)，然后將這些錐形瓶放入2臺常規(guī)微生物學(xué)實驗常用的恒溫搖床培育器中(每臺裝25瓶)，進行菌種批量繁育培養(yǎng)；菌種在恒溫搖床中批量繁育培養(yǎng)的溫度范圍是25℃，培養(yǎng)時間為26小時，完成時培養(yǎng)基溶液中的菌種濃度經(jīng)檢測應(yīng)達到2.7×109個活菌體/mL，由此就得到了甲苯廢氣凈化專用基礎(chǔ)菌種的批量繁育菌種液產(chǎn)品40L。
實施例2以低濃度SO2廢氣凈化用生物膜填料塔的生物膜修補操作為例。某研究項目進行生物法凈化低濃度SO2廢氣的工業(yè)試驗，廢氣中的目標(biāo)污染物是SO2，因操作條件改變，使該廢氣凈化工業(yè)試驗裝置中的生物膜填料塔系統(tǒng)的SO2凈化效率從82％下降到了71％，已不能滿足廢氣達標(biāo)排放的要求，因此急需對生物膜填料塔中的生物膜進行修補，其生物膜的修補方法及應(yīng)用效果說明如下首先將低濃度SO2廢氣凈化用生物膜填料塔系統(tǒng)中噴淋液體循環(huán)槽內(nèi)的液體全部排出并清洗干凈，然后直接將事先批量繁育并運送到現(xiàn)場的20LSO2廢氣凈化用菌種液加入到該液體循環(huán)槽中，再向液體循環(huán)槽中加入自來水，使液體總量達到該液體循環(huán)槽正常運行所需的液體總量(120L)，然后開動噴淋液體循環(huán)水泵，將液體循環(huán)槽內(nèi)該含有新鮮菌種的液體輸入生物膜填料塔內(nèi)，并按正常工作時的操作，連續(xù)運行生物膜填料塔，使生物膜填料塔對低濃度SO2廢氣的凈化效率逐步恢復(fù)到正常水平值，即完成對填料塔生物膜的修補。
生物膜修補操作期間，生物膜填料塔進行正常的低濃度SO2廢氣處理運行，廢氣中的低濃度SO2等有機污染物可為微生物菌種的生長提供硫源基質(zhì)。同時，每天一次分別按循環(huán)液體總量的0.02％和0.03％的比例向液體循環(huán)槽中加入碳氮磷營養(yǎng)液和濃度為75％的亞硫酸納溶液，以便為塔內(nèi)微生物菌種提供良好的生長條件。在生物膜修補操作期間，生物膜填料塔對SO2廢氣的凈化效率會逐步升高，每天用SO2濃度測定儀對生物膜填料塔的SO2廢氣凈化效率進行檢測分析1次，并得知生物膜填料塔對SO2廢氣的凈化效率在逐步升高。當(dāng)修補操作第24天、25天和26天時，連續(xù)3天的檢測分析結(jié)果表明該生物膜填料塔對SO2廢氣的凈化效率已達到83％～84％，即已恢復(fù)到了正常水平值，本次生物膜修補操作即告結(jié)束，生物膜填料塔系統(tǒng)即進入正常運行狀態(tài)。該生物膜修補操作期間的生物膜填料塔的SO2廢氣凈化效率的變化情況如圖3所示。
批量繁育的SO2廢氣凈化菌種的工藝步驟為第一步，針對目標(biāo)污染物SO2配制選擇培養(yǎng)基，也即配制不含硫源，但含有微生物菌種生長所需要的其它基質(zhì)成分(如碳氮磷等)的選擇性培養(yǎng)基。并按常規(guī)微生物學(xué)實驗方法及需要修補的生物膜填料塔系統(tǒng)中噴淋液體循環(huán)槽總液量120L的1/6的體積，配制成一定數(shù)量的選擇性培養(yǎng)基溶液20L。
第二步，按常規(guī)微生物學(xué)實驗方法，將由前期工作獲得的SO2廢氣凈化專用基礎(chǔ)菌種，分別接種到25個裝有上述選擇性培養(yǎng)基溶液的容積為1000mL的錐形瓶中，每瓶內(nèi)裝800mL的培養(yǎng)基溶液，共計20000mL。同時在各瓶中分別加入8mL濃度為75％的亞硫酸納溶液(配比為，亞硫酸納液∶培養(yǎng)基溶液＝2mL∶200mL)，然后將這些錐形瓶放入1臺常規(guī)微生物學(xué)實驗常用的恒溫搖床培育器中(1臺容量裝25瓶)，進行菌種批量繁育培養(yǎng)。
SO2廢氣凈化專用菌種在恒溫搖床中繁育培養(yǎng)的溫度范圍是33℃，培養(yǎng)時間為24小時，完成時培養(yǎng)基溶液中的菌種濃度經(jīng)檢測已達到2.9×108個活菌體/mL。由此就得到了SO2廢氣凈化專用基礎(chǔ)菌種的原種繁育菌種液20L。
實施例3以甲醛廢氣凈化用生物膜填料塔的生物膜修補操作為例。
首先將甲醛廢氣凈化用生物膜填料塔系統(tǒng)中噴淋液體循環(huán)槽內(nèi)的液體全部排出并清洗干凈，然后直接將事先批量繁育并運送到現(xiàn)場的4L甲醛廢氣凈化用菌種液加入到該液體循環(huán)槽中(向液體循環(huán)槽中加入的甲醛廢氣凈化用菌種液的數(shù)量為液體循環(huán)槽的1/4)，再向液體循環(huán)槽中加入自來水，使液體總量達到該液體循環(huán)槽正常運行所需的液體總量(16L)，然后開動噴淋液體循環(huán)水泵，將液體循環(huán)槽內(nèi)該含有新鮮菌種的液體輸入生物膜填料塔內(nèi)，并按正常工作時的操作，連續(xù)運行生物膜填料塔，使生物膜填料塔對甲醛廢氣的凈化效率逐步恢復(fù)到正常水平值，即完成對填料塔生物膜的修補。
生物膜修補操作期間，生物膜填料塔進行正常的甲醛廢氣處理運行，廢氣中的甲醛等有機污染物可為微生物菌種的生長提供碳源基質(zhì)。同時，每天一次分別按循環(huán)液體總量的0.05％和0.01％的比例向液體循環(huán)槽中加入氮磷營養(yǎng)液和液態(tài)甲醛液，以便為塔內(nèi)微生物菌種提供良好的生長條件。在生物膜修補操作期間，生物膜填料塔對甲醛廢氣的凈化效率會逐步升高，每天用分光光度計測定法對生物膜填料塔的甲醛廢氣凈化效率進行檢測分析2次，當(dāng)連續(xù)3天的檢測分析結(jié)果均表明該生物膜填料塔對甲醛廢氣的凈化效率已恢復(fù)到正常水平值時，本次生物膜修補操作即告結(jié)束，生物膜填料塔系統(tǒng)即進入正常運行狀態(tài)。
批量繁育的甲醛廢氣凈化菌種的工藝步驟同例1。
若對凈化低濃度工業(yè)廢氣中常見的其它難溶(或不溶)于水的揮發(fā)性有機物(如苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛等)、硫化物(如硫化氫、二硫化碳等)、NOx、SO2等污染物的生物膜填料塔進行生物膜修補操作時，只要將目標(biāo)污染物由甲苯更換為其它需要處理的污染物即可。如難以獲得需要添加的液態(tài)目標(biāo)污染物時(如NOx、SO2、H2S等)，則可選用含有相似主體元素的化合物來代替(如硫化物、含氮化合物等)。
按本方法對因生物膜脫落或老化失效而不能正常發(fā)揮凈化作用的生物膜填料塔進行生物膜修補操作，可在15～26天期間使生物膜填料塔的凈化處理效果恢復(fù)到正常水平，修補操作時間周期可以滿足目前生物法廢氣凈化技術(shù)的實驗研究和工程應(yīng)用項目的要求，從而為生物法廢氣凈化技術(shù)的工業(yè)化推廣應(yīng)用和深入研究奠定了堅實的基礎(chǔ)。
權(quán)利要求
1.一種工業(yè)廢氣凈化用生物膜填料塔的生物膜修補方法，其特征在于首先將工業(yè)廢氣凈化用生物膜填料塔系統(tǒng)中噴淋液體循環(huán)槽內(nèi)的液體全部排出并清洗干凈，然后直接將事先批量繁育并運送到現(xiàn)場的工業(yè)廢氣凈化菌種液按照一定數(shù)量加入到該液體循環(huán)槽中，再向液體循環(huán)槽中加入自來水，使液體總量達到該液體循環(huán)槽正常運行所需的液體總量，然后開動噴淋液體循環(huán)水泵，將液體循環(huán)槽內(nèi)該含有新鮮菌種的液體輸入生物膜填料塔內(nèi)，并按正常工作時的操作，連續(xù)運行生物膜填料塔，使生物膜填料塔對工業(yè)廢氣的凈化效率逐步恢復(fù)到正常水平值，即完成對填料塔生物膜的修補。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的工業(yè)廢氣凈化用生物膜填料塔的生物膜修補方法，其特征在于向液體循環(huán)槽中加入的工業(yè)廢氣凈化菌種液的數(shù)量為液體循環(huán)槽正常運行所需的液體總量的1/6～1/4。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工業(yè)廢氣凈化用生物膜填料塔的生物膜修補方法，其特征在于在生物膜修補操作期間，需每天對生物膜填料塔的甲苯廢氣凈化效率進行檢測分析1～3次，當(dāng)連續(xù)2～3天的檢測分析結(jié)果均表明該生物膜填料塔對工業(yè)廢氣的凈化效率已恢復(fù)到正常水平值時，本次生物膜修補操作即可結(jié)束。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工業(yè)廢氣凈化用生物膜填料塔的生物膜修補方法，其特征在于在運行生物膜填料塔進行生物膜修補期間，還可每天一次分別按循環(huán)液體總量的0.01％～0.05％比例向液體循環(huán)槽中加入碳、氮、磷營養(yǎng)液和液態(tài)目標(biāo)污染物。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工業(yè)廢氣凈化用生物膜填料塔的生物膜修補方法，其特征在于在運行生物膜填料塔進行生物膜修補期間，還可每天一次分別按循環(huán)液體總量的0.01％～0.05％比例向液體循環(huán)槽中加入碳、氮、磷營養(yǎng)液和液態(tài)目標(biāo)污染物。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的工業(yè)廢氣凈化用生物膜填料塔的生物膜修補方法，其特征在于在對凈化處理工業(yè)廢氣的生物膜填料塔的生物膜修補操作期間，還可對生物膜填料塔進行正常的工業(yè)廢氣處理運行，使廢氣中的污染物(如有機物、硫化物、含氮化合物)為微生物菌種的生長提供主要營養(yǎng)基質(zhì)(如碳源、硫源、氮源)。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的工業(yè)廢氣凈化用生物膜填料塔的生物膜修補方法，其特征在于在對凈化處理工業(yè)廢氣的生物膜填料塔的生物膜修補操作期間，還可對生物膜填料塔進行正常的工業(yè)廢氣處理運行，使廢氣中的污染物(如有機物、硫化物、含氮化合物)為微生物菌種的生長提供主要營養(yǎng)基質(zhì)(如碳源、硫源、氮源)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種工業(yè)廢氣凈化用生物膜填料塔的生物膜修補方法，屬于生物法廢氣凈化技術(shù)領(lǐng)域。將廢氣凈化用生物膜填料塔系統(tǒng)中液體循環(huán)槽內(nèi)的液體全部排出并清洗干凈，然后直接將廢氣凈化菌種液按照一定數(shù)量加入到該液體循環(huán)槽中，再向液體循環(huán)槽中加入適量的自來水，然后開動噴淋液體循環(huán)水泵，將液體循環(huán)槽內(nèi)該含有新鮮菌種的液體輸入生物膜填料塔內(nèi)，再連續(xù)運行生物膜填料塔，使生物膜填料塔對工業(yè)廢氣的凈化效率恢復(fù)到正常水平值，即完成對填料塔生物膜的修補。本發(fā)明解決了生物膜填料塔生物膜修補問題，具有修補效果好，實用形強，適宜工業(yè)化推廣使用的優(yōu)點。
文檔編號B01D53/84GK1631494SQ200410079570
公開日2005年6月29日 申請日期2004年11月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月19日
發(fā)明者孫珮石, 黃若華, 鄭順生, 鄧輔唐 申請人:云南大學(xué), 昆明理工大學(xué), 云南今業(yè)生態(tài)建設(shè)集團有限公司