專利名稱：一種間接測算生物法凈化VOCs去除負(fù)荷的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物法凈化揮發(fā)性有機廢氣(Volatile Organic Compounds, VOCs)工程中，特別涉及間接測算生物法凈化VOCs去除負(fù)荷的方法。
背景技術(shù)：
近年來，隨著工業(yè)生產(chǎn)和交通運輸業(yè)的迅速發(fā)展，大量VOCs揮發(fā)到大氣中，造成了空氣污染。針對廢氣的各種處理技術(shù)應(yīng)運而生，處理方式多種多樣，處理技術(shù)日趨成熟。常用處理VOCs的方法主要有生物法、吸附法、吸收法、燃燒法、冷凝法、膜分離法、催化氧化法等。其中，生物法的基本原理是利用附著在反應(yīng)器內(nèi)填料上微生物的新陳代謝作用，將廢氣中污染物轉(zhuǎn)化為簡單的無機物和微生物細(xì)胞物質(zhì)。因其具有傳統(tǒng)方法不可比擬的操作簡便、處理費用低、降解徹底無二次污染等特點，其正在廢氣污染控制領(lǐng)域得到迅速的推廣和應(yīng)用，尤其在處理低濃度、大氣量、易生物降解的有機廢氣和惡臭氣體方面，該方法更顯優(yōu)勢。眾所周知，生物廢氣處理所用的營養(yǎng)液一般含有除C以外的N、P、S等大量元素(C由廢氣中的VOCs被微生物降解斷鏈后提供)和K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等微量元素，這些營養(yǎng)成分都是微生物新陳代謝所必需的。在實際生物處理工程中，由于受生產(chǎn)任務(wù)變化的影響廢氣污染物負(fù)荷波動大，通過檢測進出口廢氣濃度，計算污染物生物去除負(fù)荷的難度較大，而且不準(zhǔn)確。如能建立微生物利用某一微量元素與廢氣去除負(fù)荷之間的對應(yīng)關(guān)系，對于測算污染物總體降解量具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是，克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種間接測算生物法凈化VOCs去除負(fù)荷的方法。本發(fā)明基于生物滴濾塔中微生物在適應(yīng)期、對數(shù)期、穩(wěn)定期、衰亡期的數(shù)量基本保持穩(wěn)定、微生物總體數(shù)量和活性處于動態(tài)平衡、對各種微量元素消耗量保持基本穩(wěn)定的特點，采用原子吸收的檢測方法測定循環(huán)液中某一微量元素的變化值，根據(jù)其與污染物消耗之間的經(jīng)驗比例關(guān)系，間接計算與污染物去除量。為解決技術(shù)問題，本發(fā)明的解決方案是提供一種間接測算生物法凈化VOCs去除負(fù)荷的方法，包括以下步驟( I)以未經(jīng)生物滴濾塔的初始循環(huán)液作為空白對照，對生物滴濾塔的循環(huán)液進行檢測，在微量元素K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo中，確定微生物消耗量最大的一種微量元素作為指針元素；(2)在實驗室生物滴濾裝置中，測量在不同進氣負(fù)荷下指針微量元素含量變化和污染物去除負(fù)荷的數(shù)據(jù)，并根據(jù)兩者之間的關(guān)系圖擬合獲得兩者的比例因子；(3)定期檢測生物滴濾塔中指針元素的消耗量，并根據(jù)步驟(2)中所述比例因子計算污染物去除負(fù)荷數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的步驟(I)中，所述對生物滴濾塔循環(huán)液進行檢測步驟，是取檢測量的生物滴濾塔的循環(huán)液過O. 45 μ m的濾膜，或者IOOOOrpm下離心20min以除去循環(huán)液中脫落的生物膜，經(jīng)預(yù)處理的樣品通過原子吸收儀進行元素含量的測定。相對于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在該方法可以利用循環(huán)液中的微量元素含量的變化，間接快速測算污染物的去除量。本發(fā)明方法簡單、有效，能有效地應(yīng)用于實際工業(yè)廢氣處理有機污染物去除量(減排量)的測算。同時，對于工程應(yīng)用也有非凡意義①利用該方法可以根據(jù)微量元素年消耗量，來計算污染物去除量，對于企業(yè)的生產(chǎn)和污染物處理情況有指導(dǎo)意義。②利用類似方法的思路，可以建立污染物中以有機碳[C]為代表與微量元素消耗量的對應(yīng)關(guān)系，從而可用于測算企業(yè)運行過程中的多組分廢氣污染物減排量和礦化率(有機碳[C]最終被氧化成CO2)，對于企業(yè)清潔生產(chǎn)也能做出相應(yīng)的評估。



圖1為本發(fā)明所述生物滴濾塔裝置示意圖；圖2為本發(fā)明所述方法示意圖；圖3為相同時間和廢氣流速下，生物滴濾塔對DCM的去除量與Na+消耗量的關(guān)系圖。圖1中的附圖標(biāo)記為1空氣泵；2轉(zhuǎn)子流量計；3 DCM吹脫瓶；4混合瓶；5生物滴濾塔；6計量泵。
具體實施例方式各類元素是微生物從周圍環(huán)境吸收利用、維持新陳代謝活動所必需的物質(zhì)，是微生物進行一切生命活動的物質(zhì)基礎(chǔ)，微生物失去后無法生存；微生物在相對穩(wěn)定的生長環(huán)境下，新陳代謝活動對各種元素的需求量和比例是相對穩(wěn)定的。根據(jù)工程經(jīng)驗，在廢水好氧生物處理中，微生物的營養(yǎng)元素比例一般取C N P = 100 5 :1 (其中C以BOD5-C計，N以NH3-N計，P以Ρ04—Ρ計)；在生物廢氣處理中，微生物對一些元素的需求量和比例也呈現(xiàn)類似關(guān)系。因此，營養(yǎng)元素消耗與污染物去除負(fù)荷有著某種等量關(guān)系，通過實驗研究建立營養(yǎng)元素含量變化與污染物去除負(fù)荷變化之間的關(guān)系是具有可行性的。微生物細(xì)胞所需要的營養(yǎng)物質(zhì)從元素上來講，主要分為大量元素C、H、O、N、P、S，微量元素κ、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等。微生物在新陳代謝過程中，不斷從外界吸收營養(yǎng)物質(zhì)，合成細(xì)胞成分和提供代謝所需能量。生物滴濾塔循環(huán)液中的營養(yǎng)元素被填料上附著的微生物吸收利用，營養(yǎng)元素通過微生物的代謝活動，一部分轉(zhuǎn)化為填料上生物膜中新生微生物的細(xì)胞成分，另一部分被固定在老化脫落的微生物細(xì)胞中進入循環(huán)液，并以活性污泥的形式被除去，具體的表達式為游離營養(yǎng)元素」新生物膜成分+老化脫落生物膜中固定元素(最終成為污泥)。選定適合的微量元素作為計算、評價污染物的去除負(fù)荷的指針元素，是本發(fā)明研究的重點內(nèi)容。據(jù)考察，選擇大量元素H、O、N、P、S等作為指針元素并不合適，理由有如下幾點一是作為大量元素，在循環(huán)液中的含量大，與其他元素的關(guān)聯(lián)大，往往涉及到與其他多種元素共被微生物吸收，相應(yīng)的機理復(fù)雜，不能直觀地表現(xiàn)微生物生長情況和污染物降解情況；二是作為大量元素，且都為非金屬元素，往往以陰離子團形式存在，如NO3' SO42'P0/_等陰離子團，檢測響應(yīng)困難。而微生物通常所需的微量元素K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等都是金屬元素，在循環(huán)液中都是以陽離子態(tài)存在，且在溶液中移動性好、分布均勻，濃度含量低，變化波動靈敏，同時金屬元素又有很好的原子吸收響應(yīng)值而便于檢測。因此，選擇微量元素變化來表征微生物降解性能和污染物去除負(fù)荷是可行的。
原子吸收檢測方法的原理根據(jù)郎伯-比爾定律來確定樣品中化合物的含量。已知所需樣品元素的吸收光譜和摩爾吸光度，以及每種元素都將優(yōu)先吸收特定波長的光，因為每種元素需要消耗一定的能量使其從基態(tài)變成激發(fā)態(tài)。檢測過程中，基態(tài)原子吸收特征輻射，通過測定基態(tài)原子對特征輻射的吸收程度，從而測量待測元素含量，是一種利用被測元素的基態(tài)原子特征輻射線的吸收程度進行定量分析的方法。本發(fā)明通過原子吸收測定實驗室生物滴濾塔中循環(huán)液所含某一微量元素的變化量來間接測算目標(biāo)污染物的去除負(fù)荷大小。同時，在相同的生長環(huán)境(循環(huán)液pH、溫度、鹽濃度等保持穩(wěn)定)下，微生物降解菌新陳代謝活動對各類元素的需求量之間的比例是固定不變的，與生物反應(yīng)器類型和填料特點無關(guān)。因此，在污染物進出口濃度易于準(zhǔn)確檢測的實驗室裝置中獲得的指針微量元素與污染物去除負(fù)荷之間的比例關(guān)系，可以應(yīng)用于實際工程(污染物進口濃度波動大、出口取樣困難)的計算和應(yīng)用。下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行進一步描述，但本發(fā)明的保護范圍并不僅限于此本發(fā)明對不同廢氣具有通用性，通用步驟為①檢測分析循環(huán)液中各種微量元素(在配比循環(huán)液時是已知的)的消耗量。②選取微生物代謝需求量最(較)大、便于檢測的微量元素作為指針元素。③作出污染物不同去除負(fù)荷與循環(huán)液中指針元素消耗量的對應(yīng)關(guān)系圖，擬合獲得比例因子。④測量循環(huán)液的指針元素變化量，根據(jù)比例因子間接計算污染物去除負(fù)荷。以生物法去除二氯甲烷(DCM)廢氣為例，隔6h測定循環(huán)液中元素含量的變化，循環(huán)液量為2L，根據(jù)原子吸收檢測的結(jié)果(平行測定循環(huán)液三次)，污染物去除量經(jīng)過計算為1.78 g DCM,得到相對應(yīng)的三次測量結(jié)果中元素變化量如下所示
權(quán)利要求
1.一種間接測算生物法凈化VOCs去除負(fù)荷的方法，其特征在于，包括以下步驟 (1)以未經(jīng)生物滴濾塔的初始循環(huán)液作為空白對照，對生物滴濾塔的循環(huán)液進行檢測，在微量元素K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo中，確定微生物消耗量最大的一種微量元素作為指針元素； (2)在實驗室生物滴濾裝置中，測量不同進氣負(fù)荷下指針微量元素含量和污染物去除負(fù)荷的數(shù)據(jù)，并根據(jù)兩者之間的關(guān)系圖擬合獲得兩者的比例因子； (3)定期檢測生物滴濾塔中指針元素的消耗量，并根據(jù)步驟(2)中所述比例因子計算污染物去除負(fù)荷數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，步驟(I)中，所述對生物滴濾塔循環(huán)液進行檢測步驟是取檢測量的生物滴濾塔循環(huán)液過O. 45 μ m的濾膜，或者IOOOOrpm下離心20min以除去循環(huán)液中脫落的生物膜，經(jīng)預(yù)處理的樣品通過原子吸收儀進行元素含量的測定。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物法凈化VOCs去除技術(shù)，旨在提供一種間接測算生物法凈化VOCs去除負(fù)荷的方法。該方法是對生物滴濾塔的循環(huán)液進行檢測，確定微生物消耗量最大的一種微量元素作為指針元素；然后在實驗室生物滴濾裝置中，測量不同進氣負(fù)荷下指針微量元素含量和污染物去除負(fù)荷的數(shù)據(jù)，并根據(jù)兩者之間的關(guān)系圖擬合獲得兩者的比例因子；定期檢測生物滴濾塔中指針元素的消耗量，并根據(jù)比例因子計算污染物去除負(fù)荷數(shù)據(jù)。該方法可以利用循環(huán)液中的微量元素含量的變化間接快速測算污染物的去除量。本發(fā)明方法簡單、有效，能有效地應(yīng)用于實際工業(yè)廢氣處理有機污染物去除量(減排量)的測算。
文檔編號B01D53/84GK103007739SQ20121057090
公開日2013年4月3日 申請日期2012年12月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月24日
發(fā)明者於建明, 成卓韋, 陳建孟, 蔡文吉, 蔣軼鋒, 余志良 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)