專利名稱：一種氣態污染物的生物氧化處理方法
技術領域：
本發明涉及環境生物技術中氣態污染物的生物氧化處理方法。
背景技術：
氣態污染物生物氧化處理技術因具有傳統方法(如吸收、吸附、燃燒等)不可比擬的費用低廉、對環境友好等優點，正在成為一項在氣態污染物凈化領域迅速推廣的高新技術，尤其在較低濃度、較大氣量的有機廢氣和惡臭氣體治理中。與國外一些發達國家相比，我國盡管已有了一定的研究基礎，但其實際應用仍處于起步階段。
目前，氣態污染物生物處理技術研究及應用類型主要有三類，即生物洗滌床、生物過濾床和生物滴濾床。這些技術都有各自的特點，如生物洗滌床吸收性好，但單位體積生物量小、處理負荷低，目前已較少應用；生物過濾床可以有較大的處理量、管理維護方便，但人為控制性差、使用周期短；生物滴濾床可以通過營養液循環及時調節、處理負荷高，尤其適宜于鹵代烴類氣態污染物，但存在填料床和循環系統堵塞等問題。并且，生物過濾系統(包括滴濾)一個普遍性的問題是填料層上的污染負荷、營養物質、水分和生物量等分布不均，使得承擔污染物分解任務的生物始終處于“亞活性”狀態，這直接影響了系統的處理效率。專利申請單位在生物滴濾床凈化處理二氯甲烷研究過程中發現，在進口二氯甲烷濃度1000mg/m3、EBRT20s時，24PPC、18PPC和8PPC Carbon Foam三種生物滴濾床的去除效率分別為50％、42％和34％左右，填料床存在較嚴重的溝流，氣流、生物量、養分分布不均。另外，填料床和營養液循環系統堵塞現象嚴重。
當前，污染負荷、養分、相間傳質、生物量和床層堵塞等一系列問題困擾著傳統生物處理系統的長期穩定運行，相關問題的解決已成為叉一個新的研究點。如何針對廢氣成分、溫度、濃度、濕度等物性參數，克服傳統生物處理系統的缺陷，探索更具優勢的新一代生物處理技術，成為提出本發明的出發點。
發明內容為解決現有技術中生物氧化處理技術中的上述不足，本發明提供了一種相間傳質效率高、養分充足、生物量多且分布均勻、不會堵塞、污染負荷高、能有效去除氣態污染物的生物氧化處理方法。這里說的氣態污染物包括所有能被微生物分解的無機和有機化合物，通常多指生產和生活中經常遇見的苯系化合物、鹵代烴類化合物以及硫化氫等氣態化合物。
為達到發明目的，本發明所采用的技術方案是一種氣態污染物的生物氧化處理方法，所述的氣態污染物為微生物可降解的氣體，所述的方法是采用生物接觸氧化塔，塔內置生物膜填料，營養液浸沒整個生物填料，將氣態污染物通過生物接觸氧化塔，使污染物被氧化分解成CO2、H2O及其它簡單化合物。
所述的工藝流程是以生物接觸氧化塔內置生物膜填料，營養液浸沒整個生物膜填料，氣態污染物從塔底部進入，通過曝氣擴散器形成微小氣泡，所述的微小氣泡與填料上生物膜和液相生物膜充分接觸，在液相pH6.0～7.5、溫度25～35℃、空塔停留時間10～30s條件下，在生物的氧化分解作用下，污染物被氧化分解成CO2、H2O及其它簡單化合物。具體工藝流程見圖1。
所述的氣態污染物為下列之一或兩種或兩種以上的混合物①二氯甲烷 ②二氯乙烷 ③苯 ④甲苯 ⑤二甲苯⑥苯乙烯 ⑦H2S
較常處理的氣態污染物為二氯甲烷。
生物接觸氧化廢水處理工藝是19世紀末發展起來的。查閱國內外文獻資料，有關將生物接觸氧化技術應用于廢氣處理至今無報道。事實上，應用生物接觸氧化塔處理廢氣，因液相養分充足，生物量大且分布均勻，相間傳質效率高，污染負荷大，廢氣凈化效率高；同時，填料間存有足夠的間距，空隙大，不會發生類似生物滴濾系統床層堵塞的現象。
所述的營養液是維持生物膜生長活性的養料，組成隨分解污染物的生物種類不同而變化。生物膜是指由大量生物體絮凝體附著在固體填料表面生長而形成的具有一定厚度的生物層，受營養液、氧分、pH值、溫度、填料本身的特性等因素影響，生物膜厚度不均勻，變化范圍為1.0～3.0mm。特別需要指出的是，生物接觸氧化塔填料為組合式塑料填料，填料直徑150mm，上下填料間距120mm，左右填料間距(連接填料的中間繩索間距)180mm，填料可以是軟性、彈性、半軟半彈性，這對方法過程完成無影響，具體如圖2所示。生物膜填料是指附著一定厚度生物層的填料。
所述的生物接觸氧化塔操作條件指的是維持生物生長活性所需要的條件，處理對象不同，微生物種類也不同，需要維持的條件也不一樣，這里敘述的條件是廢氣處理中維持生物生長活性所需要的一個范圍，即pH6.0～7.5、溫度25～35℃。空塔停留時間和處理對象的性質、濃度以及排放要求直接相關，一般情況下，處理對象的污染物濃度越高、生物分解較困難、排放要求較高時，停留時間就要長，相反，污染物濃度低、生物容易分解、排放要求又不高時，停留時間就可以很短。這里的停留時間是從實際工程應用的經濟性角度提出的設計數據，即10～30s。
本發明所述的氣態污染物生物接觸氧化處理方法的有益效果主要體現在(1)具有生物量大、傳質效率高、不堵塞、易操作控制等優點；(2)克服了同類技術存在的生物量小、易堵塞、傳質效果差等缺陷，具有十分重大的市場開發前景。
圖1為本發明所述的生物氧化處理過程示意圖；其中1為進氣口，2為曝氣擴散器，3為填料，4為液位控制系統，5為除霧板，6為廢氣出口，7為采樣口，8為pH控制系統，9為止回閥，10為氣體流量計，11為氣泵，12為氣態污染物發生器，13為緩沖罐，14為泵，15為緩沖液，16為營養液和脫落德生物膜排放通道，17為營養液；圖2為氧化塔中組合式填料示意圖。
具體實施方式
能被微生物分解的化合物非常多，實施例不可能一一列舉，僅選擇有代表意義的三類氣態污染物進行試驗，這三類物質分別是二氯甲烷和二氯乙烷(代表鹵代烴)、苯系化合物(甲苯、二甲苯、苯、苯乙烯)、H2S(代表無機類化合物)。下面接合具體實施例對本發明進行進一步描述實施例1本發明的實施方案和工作原理為含二氯甲烷0.75g/m3、1.00g/m3、1.25g/m3、1.50g/m3、1.75g/m3廢氣的生物接觸氧化塔處理工藝，塔內置組合式生物膜填料，營養液浸沒整個生物膜填料，含二氯甲烷的廢氣從塔底部進入，通過曝氣擴散器形成微小氣泡，與填料上生物膜和液相生物膜充分接觸，完成氣相到液相、再到生物膜的傳質，最后在生物的氧化分解作用下，化合物被氧化分解成CO2、H2O及其它簡單化合物，實現廢氣凈化的目的。空塔停留時間(EBRT)為15s，液相pH值6.0～7.0，溫度25～35℃，廢氣處理結果見表1。
表1二氯甲烷廢氣處理結果 表1結果表明，本發明生物接觸氧化廢氣處理工藝能有效處理含二氯甲烷廢氣，對二氯甲烷的去除率分別為100％、99.8％、98.4％、96.2％、92.5％。
實施例2本發明的實施方案和工作原理為其它條件同實施例1，空塔停留時間(EBRT)為10s，液相pH值6.0～7.0，溫度25～30℃，處理結果見表2。
表2二氯甲烷廢氣處理結果 表2結果表明，本發明生物接觸氧化廢氣處理工藝能有效處理含二氯甲烷廢氣，對二氯甲烷的去除率分別為100％、97.7％、94.5％、90.3％、83.1％。
實施例3
本發明的實施方案和工作原理為其它條件同實施例1，空塔停留時間(EBRT)為20s，液相pH值6.0-7.0，溫度25-35℃，處理結果見表3。
表3二氯甲烷廢氣處理結果 表3結果表明，本發明生物接觸氧化廢氣處理工藝能有效處理含二氯甲烷廢氣，對二氯甲烷的去除率分別為100％、100％、98.8％、97.1％、94.3％。
實施例4本發明的實施方案和工作原理為含二氯甲烷和二氯乙烷廢氣的生物接觸氧化塔處理工藝，其中二氯甲烷濃度0.75g/m3、二氯乙烷濃度0.1g/m3，塔內置組合式生物膜填料，營養液浸沒整個生物膜填料，含苯系化合物的廢氣從塔底部進入，通過曝氣擴散器形成微小氣泡，與填料上生物膜和液相生物膜充分接觸，完成氣相到液相、再到生物膜的傳質，最后在生物的氧化分解作用下，化合物被氧化分解成CO2、H2O及其它簡單化合物，實現廢氣凈化的目的。空塔停留時間(EBRT)分別為10、20、30s，液相pH值6.0～7.0，溫度25～35℃，廢氣中二氯甲烷和二氯乙烷處理效率分別為83.4％和76.2％、94.6％和80.3％、100％和90.1％。
實施例5本發明的實施方案和工作原理為其它條件同實施例4，其中二氯甲烷濃度1.0g/m3、二氯乙烷濃度0.15g/m3，空塔停留時間(EBRT)分別為10、20、30s，液相pH值6.0～7.0，溫度25～35℃，廢氣中二氯甲烷和二氯乙烷處理效率分別為75.6％和65.4％、83.7％和76.3％、96.6％和80.1％。
實施例6本發明的實施方案和工作原理為含H2S 0.50g/m3廢氣的生物接觸氧化塔處理工藝，塔內置組合式生物膜填料，營養液浸沒整個生物膜填料，含H2S的廢氣從塔底部進入，通過曝氣擴散器形成微小氣泡，與填料上生物膜和液相生物膜充分接觸，完成氣相到液相、再到生物膜的傳質，最后在生物的氧化分解作用下，化合物被氧化分解成CO2、H2O及其它簡單化合物，實現廢氣凈化的目的。空塔停留時間(EBRT)分別為10、20、30s，液相pH值6.0～7.0，溫度25～35℃，廢氣處理效率分別為95.3％、98.6％、100％。
實施例7本發明的實施方案和工作原理為其它條件同實施例6，其中H2S濃度1.0g/m3，空塔停留時間(EBRT)為10、20、30s，液相pH值6.0～7.0，溫度25～35℃，廢氣處理效率分別為93.5％、96.1％、98.4％。
實施例8本發明的實施方案和工作原理為含苯系化合物廢氣的生物接觸氧化塔處理工藝，其中甲苯0.50g/m3、苯0.20g/m3、二甲苯0.10g/m3、苯乙烯0.06g/m3，塔內置組合式生物膜填料，營養液浸沒整個生物膜填料，含苯系化合物的廢氣從塔底部進入，通過曝氣擴散器形成微小氣泡，與填料上生物膜和液相生物膜充分接觸，完成氣相到液相、再到生物膜的傳質，最后在生物的氧化分解作用下，化合物被氧化分解成CO2、H2O及其它簡單化合物，實現廢氣凈化的目的。空塔停留時間(EBRT)分別為10、30s，液相pH值6.5～7.5，溫度25～35℃，廢氣中甲苯、苯、二甲苯、苯乙烯處理效率分別為90.2、81.3％、83.4％、64.6％和92.0％、85.0％、87.0％、71.5％。
實施例8本發明的實施方案和工作原理為其它條件同實施例7，其中甲苯0.8g/m3、苯0.35g/m3、二甲苯0.15g/m3、苯乙烯0.10g/m3，空塔停留時間(EBRT)分別為10、30s，液相pH值6.5～7.5，溫度25～35℃，廢氣中甲苯、苯、二甲苯、苯乙烯處理效率分別為89.1％、78.1％、83.0％、65.2％和88.3％、82.7％、83.6％、68.7％。
注本發明涉及的氣相二氯甲烷、二氯乙烷、苯系化合物、H2S濃度監測方法采用國家環保總局編著的《空氣和廢氣監測分析方法》中規定的相應方法。
綜上所述，在含氣態化合物廢氣的生物接觸氧化塔處理工藝中，塔內置組合式生物膜填料，營養液浸沒整個生物膜填料，含污染物的廢氣從塔底部進入，通過曝氣擴散器形成微小氣泡，與填料上生物膜和液相生物膜充分接觸，完成氣相到液相、再到生物膜的傳質，最后在生物的氧化分解作用下，化合物被氧化分解成CO2、H2O及其它簡單化合物，實現了廢氣凈化的目的，各污染物均得到有效去除。
權利要求
1.一種氣態污染物的生物氧化處理方法，其特征在于所述的氣態污染物為微生物可降解的氣體，所述的方法是采用生物接觸氧化塔，塔內置生物膜填料，營養液浸沒整個生物填料，將氣態污染物通過生物接觸氧化塔，使污染物被氧化分解成CO2、H2O及其它簡單化合物。
2.如權利要求1所述的氣態污染物的生物氧化處理方法，其特征在于所述的方法是以生物接觸氧化塔內置生物膜填料，營養液浸沒整個生物膜填料，氣態污染物從塔底部進入，通過曝氣擴散器形成微小氣泡，所述的微小氣泡與填料上生物膜和液相生物膜充分接觸，在液相pH6.0～7.5、溫度25～35℃、空塔停留時間10～30s條件下，在生物的氧化分解作用下，污染物被氧化分解成CO2、H2O及其它簡單化合物。
3.如權利要求2所述的氣態污染物的生物氧化處理方法，其特征在于所述的生物接觸氧化塔填料為組合式塑料填料，填料直徑150mm，上下填料間距120mm，連接填料的中間繩索左右填料間距為180mm。
4.如權利要求1～3之一所述的氣態污染物的生物氧化處理方法，其特征在于所述的氣態污染物為下列之一或兩種或兩種以上的混合物①二氯甲烷 ②二氯乙烷 ③苯 ④甲苯 ⑤二甲苯⑥苯乙烯 ⑦H2S。
5.權利要求4所述的氣態污染物的生物氧化處理方法，其特征在于所述的氣態污染物主要為二氯甲烷。
全文摘要
本發明提供了一種氣態污染物的生物氧化處理方法，所述的氣態污染物為微生物可降解的氣體，所述的方法是采用生物接觸氧化塔，塔內置生物膜填料，營養液浸沒整個生物填料，將氣態污染物通過生物接觸氧化塔，使污染物被氧化分解成CO
文檔編號B01D53/85GK1724124SQ20041006680
公開日2006年1月25日 申請日期2004年9月29日 優先權日2004年9月29日
發明者王家德, 陳建孟 申請人:浙江工業大學