CN104190246A - 一种新型生物滴滤塔及其制备方法 - Google Patents

一种新型生物滴滤塔及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种新型生物滴滤塔及其制备方法；所述生物滴滤塔包括塔体、循环营养液喷淋系统、风系统和复合填料层，所述循环营养液喷淋系统设置在复合填料层的上端且与所述塔体相连，所述风系统设置在所述复合填料层的下端且与所述塔体相连，所述复合填料层设置在所述塔体的内部。所述复合填料层步骤：步骤1，将微生物的悬浮液与海藻酸盐溶液混合搅拌均匀，形成混合溶液A；步骤2，向混合溶液A中加入填料载体，搅拌均匀，形成混合溶液B；步骤3，将混合溶液B通过振荡筛分散输送到氯化钙溶液中，浸泡，即可。本发明可以极大地缩短了传统生物滴滤塔启动时间，提高生物滴滤塔对于废气处理效率，延长生物滴滤塔的使用寿命。

Description

一种新型生物滴滤塔及其制备方法
技术领域
本发明涉及废气生物去除技术领域，具体地，涉及一种新型生物滴滤塔及其制备方法。
背景技术
随着电子、能源、化工、医药等行业的迅速发展进入大气中的污染物越来越多。如城市污水处理厂和制药厂污水处理站产生的恶臭废气包括硫化氢(H2S)和挥发性有机物(volatileorganic compounds，VOCs)等有毒有害成分，会严重污染周围环境。硫化氢为无色剧毒恶臭气体，其嗅阈值约为0.00143mg/m3，低浓度时就对人体有很大危害；VOCs多为致癌物质，在光照下可引发光化学烟雾。生物法废气净化技术是目前大气污染控制领域的研究热点，主要通过附着生长在填料上的微生物的新陈代谢过程，把污染物降解为CO2、水和无机盐等物质，并利用废气作为营养或能源生成新的微生物细胞质，形成稳定平衡的微生态环境。相比于吸收法、吸附法、催化燃烧法、中和法和氧化法等传统物化法，生物法具有效果好、操作稳定、运行费用低、无二次污染等优势，特别适合处理大流量、低浓度废气，已越来越受人们的关注。
在生物滴滤塔装置中，填料既是微生物生长的支撑载体，又是气液两相的传质介质，为气液固三相提供充分的接触，其性能直接影响污染物的去除效果及处理费用。利用海藻酸钾、海藻酸钠易溶于水，且其水溶液具有一定粘稠度；海藻酸钙不溶于水的特点可将微生物包埋其中，若将生物滴滤塔填料和微生物同时包埋于海藻酸钙凝胶中，即可作为新型的生物滴滤塔复合填料，因为载体是惰性的，且没有化学试剂参与过程，所以被固定的微生物处在与悬浮微生物相同的生理条件下，这样就不会影响微生物的代谢和生长，也不会影响微生物的特性和活力。高效的固定化微生物转化能力可达游离细胞的几十倍，可使微生物间的接触更为紧密，气体和营养供应形成梯度，有利于转化效率的提高。通过循环喷淋液的循环供应，一方面保障微生物的营养需要，另一方面可以避免由于代谢产物的积累，对微生物代谢造成反馈抑制，通过海藻酸钙固定化后的致密结构，可以避免细胞受损和污染。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种新型生物滴滤塔及其制备方法。
本发明是通过以下技术方案实现的：
第一方面，本发明涉及一种新型生物滴滤塔，所述生物滴滤塔包括塔体、循环营养液喷淋系统、风系统和复合填料层，所述循环营养液喷淋系统设置在复合填料层的上端且与所述塔体相连，所述风系统设置在所述复合填料层的下端且与所述塔体相连，所述复合填料层设置在所述塔体的内部。
优选地，所述复合填料可由以下步骤制备而得：
步骤1，将微生物的悬浮液与海藻酸盐溶液混合搅拌均匀，形成混合溶液A；
步骤2，向混合溶液A中加入填料载体，搅拌均匀，形成混合溶液B；
步骤3，将混合溶液B通过振荡筛分散输送到氯化钙溶液中，浸泡，即可得复合填料。
优选地，所述方法包括如下步骤：将微生物的发酵液与冷却至室温的海藻酸钠溶液混合搅拌均匀后，向混合溶液中加入孔隙率50％左右的填料载体，填料载体的体积约为混合溶液的0.5～0.8倍，然后将填料载体与微生物和海藻酸钠混合溶液一起搅拌均匀；将上述添加填料载体的混合液通过振荡筛分散输送到氯化钙溶液中，填料载体表面的海藻酸钠迅速与氯化钙反应，形成稳定的海藻酸钙凝胶，稳固附着于填料表面，并在氯化钙溶液中浸泡30分钟，使海藻酸盐彻底钙析，即可得生物滴滤塔填料；将生成的生物滴滤塔填料装入生物滴滤塔，复合填料层高度为1～1.5m；向生物滴滤塔通入含有微生物特异底物的硫化氢或者VOCs等气体，一周后检测进出口气体浓度，VOCs等有机废气去除率达90％以上，硫化氢的去除率达到99％以上。
优选地，所述微生物为经筛选驯化的微生物，所述筛选驯化具体步骤为：
步骤1，将活性污泥添加到普通生物滴滤塔中通入H2S或VOCS气体进行驯化；
步骤2，根据去除效率检测结果和镜检菌胶团生长情况逐步提高通入气体的浓度；
步骤3，当对目标气体的去除效率达到一定程度且稳定后对生物滴滤塔中微生物进行保藏；
步骤4，保藏方法为平板单菌落筛选后扩大培养，对发酵液离心后弃去上清液，添加20％的甘油，-70℃冷冻保藏。
优选地，所述混合溶液A与填料载体的体积比为1：0.5～0.8，所述微生物的悬浮液与海藻酸盐溶液的体积比为1：1～2，所述混合溶液B与氯化钙溶液的体积比为1：2～3，所述海藻酸盐为海藻酸钠或海藻酸钾。
优选地，所述复合填料层的装填高度为1～1.5m。
优选地，所述浸泡时间为30min，所述微生物的悬浮液的质量浓度为10～30％，所述海藻酸盐溶液的浓度为8％，所述氯化钙溶液的浓度为2mol/L，所述填料载体的粒径为5～10mm，所述复合填料层的表面附着凝胶层，凝胶层厚度为1～3mm。
优选地，所述填料载体为竹炭颗粒、陶粒或聚氨酯小球中的一种或者几种的混合。
优选地，所述微生物的悬浮液为利用微生物菌株发酵培养24～48h后，4200rpm/min离心后弃去清液，向沉淀中加入无菌水，配制成质量浓度10～30％的微生物悬浮液。
优选地，所述海藻酸盐溶液的制备方法为：将适量海藻酸钠盐与水以质量体积比为8％混合于反应釜后加热搅拌至完全溶解。
第二方面，本发明还涉及前述的新型生物滴滤塔的制备方法，所述方法包括如下步骤：
将所述复合填料层装入生物滴滤塔，即可得生物滴滤塔；所述循环营养液喷淋系统的循环营养液配方：NH4Cl2.64g/L；KH2PO41.36g/L；MgSO4·7H2O0.2g/L；FeSO4·7H2O0.01g/L；NaCl5g/L；循环液流量为20～40L/h。
优选地，所述生物滴滤塔的塔体径高比为1:3～10，所述塔体高度大于1.5m时，所述复合填料层为多层，层间由栅板隔开，栅板孔径为填料载体粒径的60～80％。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1.本发明减少了传统生物滴滤塔的微生物挂膜启动步骤，传统的生物滴滤塔的挂膜时间长达数周甚至数月，而本发明方法构建的生物滴滤塔，是将微生物直接固定于填料载体，无需经过微生物挂膜，直接可以投入运行，与传统的生物填料塔比较，具有制作简单，成本低，效率高，效果显著的特点。
2.传统的生物滴滤塔由于附着于填料表面微生物膜是通过长期寡营养状态微生物分泌的多糖逐渐粘结成膜，微生物富集于膜内微生态环境中，微生物膜在逐渐的产生和消融，达到一种很脆弱的稳定状态，而本发明方法在填料表面构建了稳定的生态环境，降低传质的阻碍，提高生物滴滤塔对于废气处理效率，更有利于生物滴滤塔的稳定高效运行，抗不良环境干扰能力强，可以避免微生物受损和污染，同时微生物量保持稳定；会消除传统生物滴滤塔，由于生物膜消融而失效，由于微生物过度繁殖而堵塞的风险。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
下述实施例中涉及的生物滴滤塔均采用高1.5m，所述复合填料层为多层，层间由栅板隔开，栅板孔径为填料载体粒径的60～80％，内径0.58m的不锈钢塔体，填料载体采用直径0.7cm左右的多孔陶粒，孔隙率48％或采用竹炭颗粒平均粒径0.8cm，孔隙率50％。气体流速约为6m3/h。
所述生物滴滤塔包括塔体、循环营养液喷淋系统、风系统和复合填料层，填料层高度1～1.5m。
生物滴滤塔的循环营养液配方：NH4Cl2.64g/L；KH2PO41.36g/L；MgSO4·7H2O0.2g/L；FeSO4·7H2O0.01g/L；NaCl5g/L；循环液流量为20～40L/h。
实施例1
本实施例涉及一种新型生物滴滤塔，所述生物滴滤塔包括塔体、循环营养液喷淋系统、风系统和复合填料层，所述循环营养液喷淋系统设置在复合填料层的上端且与所述塔体相连，所述风系统设置在所述复合填料层的下端且与所述塔体相连，所述复合填料层设置在所述塔体的内部。
本发明还涉及前述新型生物滴滤塔的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，将质量浓度20％经硫化氢气体驯化的菌种的悬浮液50L，与浓度为8％海藻酸钠溶液100L混合搅拌均匀，形成混合溶液A；
步骤2，向混合溶液A中加入体积比为1：0.5的竹炭颗粒，搅拌均匀，形成混合溶液B；
步骤3，将混合溶液B通过振荡筛分散输送到溶度为2mol/L氯化钙溶液中，浸泡30分钟后，即可得凝胶层厚度为1～3mm的复合填料层；
步骤4，将所述复合填料层装入生物滴滤塔，即可得生物滴滤塔。
本实施例还涉及一种利用生物滴滤塔去除硫化氢或挥发性有机废气的方法，包括如下步骤：
将本实施例得到的复合填料层装入上述生物滴滤塔，填料层高度1.2m，向生物滴滤塔通入180mg/m3的H2S气体，同时启动营养液循环喷淋填料表面，通气一周后达到平稳运行状态，此时检测出气口的H2S气体浓度，计算后H2S气体的去除率达到99％以上。
实施例2
本实施例涉及一种新型生物滴滤塔，所述生物滴滤塔包括塔体、循环营养液喷淋系统、风系统和复合填料层，所述循环营养液喷淋系统设置在复合填料层的上端且与所述塔体相连，所述风系统设置在所述复合填料层的下端且与所述塔体相连，所述复合填料层设置在所述塔体的内部。
本发明还涉及前述新型生物滴滤塔的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，将质量浓度15％经苯乙烯气体驯化的菌种的悬浮液50L，与浓度为8％海藻酸钠溶液100L混合搅拌均匀，形成混合溶液A；
步骤2，向混合溶液A中加入体积比为1：0.7的陶粒，搅拌均匀，形成混合溶液B；
步骤3，将混合溶液B通过振荡筛分散输送到溶度为2mol/L氯化钙溶液中，浸泡30分钟后，即可得凝胶层厚度为1～3mm的复合填料层；
步骤4，将所述复合填料层装入生物滴滤塔，即可得生物滴滤塔。
本实施例还涉及一种利用生物滴滤塔去除硫化氢或挥发性有机废气的方法，包括如下步骤：
将本实施得到的复合填料层装入上述生物滴滤塔，填料层高度1.2m，向生物滴滤塔通入206mg/m3的苯乙烯挥发气体，同时启动营养液循环喷淋填料表面，通气10天后达到平稳运行状态，此时检测出气口的苯乙烯气体浓度，计算后苯乙烯气体的去除率达到95％以上。
实施例3
本实施例涉及一种新型生物滴滤塔，所述生物滴滤塔包括塔体、循环营养液喷淋系统、风系统和复合填料层，所述循环营养液喷淋系统设置在复合填料层的上端且与所述塔体相连，所述风系统设置在所述复合填料层的下端且与所述塔体相连，所述复合填料层设置在所述塔体的内部。
本发明还涉及前述新型生物滴滤塔的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，将菌体质量分数25％经二甲苯有机气体驯化过得菌种的悬浮液50L，与浓度为8％海藻酸钠溶液100L混合,搅拌均匀，形成混合溶液A；
步骤2，向混合溶液A中加入体积比为1：0.6的竹炭颗粒，搅拌均匀，形成混合溶液B；
步骤3，将混合溶液B通过振荡筛分散输送到溶度为2mol/L氯化钙溶液中，浸泡30分钟后，即可得凝胶层厚度为1～3mm的复合填料层；
步骤4，将所述复合填料层装入生物滴滤塔，即可得生物滴滤塔。
本实施例还涉及一种利用生物滴滤塔去除硫化氢或挥发性有机废气的方法，包括如下步骤：
将本实施例得到的复合填料层装入上述生物滴滤塔，填料层高度1.5m，向生物滴滤塔通入238mg/m3的二甲苯挥发气体，同时启动营养液循环喷淋填料表面，通气一周后达到平稳运行状态，此时检测出气口的二甲苯气体浓度，计算后二甲苯气体的去除率达到90％以上。
实施例4
本实施例涉及一种新型生物滴滤塔，所述生物滴滤塔包括塔体、循环营养液喷淋系统、风系统和复合填料层，所述循环营养液喷淋系统设置在复合填料层的上端且与所述塔体相连，所述风系统设置在所述复合填料层的下端且与所述塔体相连，所述复合填料层设置在所述塔体的内部。
本发明还涉及前述新型生物滴滤塔的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，将经甲苯废气驯化过的菌种的悬浮液50L，菌体质量浓度为15％，与浓度为8％海藻酸钠溶液100L混合,搅拌均匀，形成混合溶液A；
步骤2，向混合溶液A中加入体积比为1：0.8的陶粒，搅拌均匀，形成混合溶液B；
步骤3，将混合溶液B通过振荡筛分散输送到溶度为2mol/L氯化钙溶液中，浸泡30分钟后，即可得凝胶层厚度为1～3mm的复合填料层；
步骤4，将所述复合填料层装入生物滴滤塔，即可得生物滴滤塔。
本实施例还涉及一种利用生物滴滤塔去除硫化氢或挥发性有机废气的方法，包括如下步骤：
将本实施例得到的复合填料层装入上述生物滴滤塔，填料层高度1.2m，向生物滴滤塔通入365mg/m3的甲苯挥发气体，同时启动营养液循环喷淋填料表面，通气15天后达到平稳运行状态，此时检测出气口的甲苯气体浓度，计算后甲苯气体的去除率达到90％以上。
对比例1
本对比例涉及一种生物滴滤塔，所述生物滴滤塔包括塔体、循环营养液喷淋系统、风系统和复合填料层，所述循环营养液喷淋系统设置在复合填料层的上端且与所述塔体相连，所述风系统设置在所述复合填料层的下端且与所述塔体相连，所述复合填料层设置在所述塔体的内部。
本发对比例还涉及生物滴滤塔的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，将质量浓度20％经硫化氢气体驯化的菌种的悬浮液50L，与浓度为8％硅胶溶液100L混合搅拌均匀，形成混合溶液A；
步骤2，向混合溶液A中加入体积比为1：0.4竹炭颗粒，搅拌均匀，形成混合溶液B；
步骤3，将混合溶液B通过振荡筛分散输送到溶度为2mol/L氯化钙溶液中，浸泡30分钟后，即可得复合填料层；
步骤4，将所述复合填料层装入生物滴滤塔，即可得生物滴滤塔。
将本对比例得到的复合填料层装入上述生物滴滤塔，填料层高度1.2m，向生物滴滤塔通入180mg/m3的H2S气体，同时启动营养液循环喷淋填料表面，通气一周后，检测出气口的H2S气体浓度，计算后H2S气体的去除率为32％，可见其去除率远远小于90％。
对比例2
本对比例涉及一种生物滴滤塔，所述生物滴滤塔包括塔体、循环营养液喷淋系统、风系统和复合填料层，所述循环营养液喷淋系统设置在复合填料层的上端且与所述塔体相连，所述风系统设置在所述复合填料层的下端且与所述塔体相连，所述复合填料层设置在所述塔体的内部。
本对比例还涉及生物滴滤塔的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，将质量浓度20％经硫化氢气体驯化的菌种的悬浮液50L，与浓度为8％海藻酸钠溶液混合搅拌均匀，形成混合溶液A；
步骤2，向混合溶液A中加入体积比为1：0.3的竹炭颗粒，搅拌均匀，形成混合溶液B；
步骤3，将混合溶液B通过振荡筛分散输送到溶度为2mol/L氯化钙溶液中，浸泡30分钟后，即可得凝胶层厚度为4～6mm的复合填料层；
步骤4，将所述复合填料层装入生物滴滤塔，即可得生物滴滤塔。
将本对比例得到的复合填料层装入上述生物滴滤塔，每层装填80％的高度，向生物滴滤塔通入180mg/m3的H2S气体，同时启动营养液循环喷淋填料表面，通气一周后达到平稳运行状态，此时检测出气口的H2S气体浓度，计算后H2S气体的去除率为43％，可见其去除率远远小于90％。
对比例3
本对比例涉及一种生物滴滤塔，所述生物滴滤塔包括塔体、循环营养液喷淋系统、风系统和复合填料层，所述循环营养液喷淋系统设置在复合填料层的上端且与所述塔体相连，所述风系统设置在所述复合填料层的下端且与所述塔体相连，所述复合填料层设置在所述塔体的内部。
本对比例还涉及生物滴滤塔的制备方法，所述方法包括如下步骤：
步骤1，将质量浓度20％经硫化氢气体驯化的菌种的悬浮液50L，与浓度为8％海藻酸钠溶液混合搅拌均匀，形成混合溶液A；
步骤2，向混合溶液A中加入体积比为1：0.2竹炭颗粒，搅拌均匀，形成混合溶液B；
步骤3，将混合溶液B通过振荡筛分散输送到溶度为2.5mol/L硝酸钙中，浸泡30分钟后，即可得复合填料层；
步骤4，将所述复合填料层装入生物滴滤塔，即可得生物滴滤塔。
将本对比例得到的复合填料层装入上述生物滴滤塔，每层装填80％的高度，向生物滴滤塔通入180mg/m3的H2S气体，同时启动营养液循环喷淋填料表面，通气一周后达到平稳运行状态，此时检测出气口的H2S气体浓度，计算后H2S气体的去除率为40％，可见其去除率远远小于90％。
综上所述，通过上述实施例1～4与对比例1～3进行比对，可知采用本发明方法制备的复合填料层作为生物滴滤塔填料使用后，向生物滴滤塔通入含有微生物特异底物的硫化氢或者VOCs等气体，一周后检测进出口气体浓度，挥发性有机物的去除率达90％以上，硫化氢的去除率达到99％以上。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种新型生物滴滤塔，其特征在于，所述生物滴滤塔包括塔体、循环营养液喷淋系统、风系统和复合填料层，所述循环营养液喷淋系统设置在复合填料层的上端且与所述塔体相连，所述风系统设置在所述复合填料层的下端且与所述塔体相连，所述复合填料层设置在所述塔体的内部。
2.如权利要求1所述的新型生物滴滤塔，其特征在于，所述复合填料可由以下步骤制备而得：
步骤1，将微生物的悬浮液与海藻酸盐溶液混合搅拌均匀，形成混合溶液A；
步骤2，向混合溶液A中加入填料载体，搅拌均匀，形成混合溶液B；
步骤3，将混合溶液B通过振荡筛分散输送到氯化钙溶液中，浸泡，即可得复合填料。
3.如权利要求2所述的新型生物滴滤塔，其特征在于，所述混合溶液A与填料载体的体积比为1：0.5～0.8，所述微生物的悬浮液与海藻酸盐溶液的体积比为1：1～2,所述混合溶液B与氯化钙溶液的体积比为1：2～3，所述海藻酸盐为海藻酸钠或海藻酸钾。
4.如权利要求1所述的新型生物滴滤塔，其特征在于，所述复合填料层的装填高度为1～1.5m。
5.如权利要求1所述的新型生物滴滤塔，其特征在于，所述浸泡时间为30min，所述微生物的悬浮液的质量浓度为10～30％，所述海藻酸盐溶液的浓度为8％，所述氯化钙溶液的浓度为2mol/L，所述填料载体的粒径为5～10mm，所述复合填料层的表面附着凝胶层，凝胶层厚度为1～3mm。
6.如权利要求1所述的新型生物滴滤塔，其特征在于，所述填料载体为竹炭颗粒、陶粒或聚氨酯小球中的一种或者几种的混合。
7.如权利要求1所述的新型生物滴滤塔，其特征在于，所述微生物的悬浮液为利用微生物菌株发酵培养24～48h后，4200rpm/min离心后弃去清液，向沉淀中加入无菌水，配制成质量浓度10～30％的微生物悬浮液。
8.如权利要求1所述的新型生物滴滤塔，其特征在于，所述海藻酸盐溶液的制备方法为：将适量海藻酸钠盐与水以质量体积比为8％混合于反应釜后加热搅拌至完全溶解。
9.一种如权利要求1所述的新型生物滴滤塔的制备方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
将所述复合填料层装入生物滴滤塔，即可得生物滴滤塔；所述循环营养液喷淋系统的循环营养液配方：NH4Cl2.64g/L；KH2PO41.36g/L；MgSO4·7H2O0.2g/L；FeSO4·7H2O0.01g/L；NaCl5g/L；循环液流量为20～40L/h。
10.如权利要求1所述的新型生物滴滤塔，其特征在于，所述生物滴滤塔的塔体径高比为1:3～10，所述塔体高度大于1.5m时，所述复合填料层为多层，层间由栅板隔开，栅板孔径为填料载体粒径的60～80％。
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JPH05261239A (ja) * 1992-03-19 1993-10-12 Seiko Kakoki Kk 環境汚染物質浄化方法および浄化システム
CN101280284A (zh) * 2008-05-19 2008-10-08 天津大学 微生物营养液及应用在工业废气中SO2和NOx的同步脱除的方法及装置
CN103585880A (zh) * 2013-10-31 2014-02-19 北京中科博联环境工程有限公司 一种处理气体的变径生物滴滤装置
CN103657399A (zh) * 2012-09-06 2014-03-26 中国石油化工股份有限公司 一种高分子活性炭复合填料的制造方法

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