CN105056751B - 一种利用铜绿假单胞菌降解voc的装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用铜绿假单胞菌降解VOC的装置及方法，包括滴滤池及吸收塔，还包括菌种培养罐，吸收塔由滴滤单元和过滤单元组成，两单元顶部由风管道连通，滴滤单元与过滤单元的底部通过连通管与滴滤池相连；滴滤单元自下而上设有缓冲布气通道、第一格栅板及第一填料层、喷嘴A，喷嘴A通过循环水管道与滴滤池相连；过滤单元自下而上设有缓冲出气通道、第二格栅板及第二填料层、喷嘴B，喷嘴B通过污泥管道与设在培养罐底部的沉淀污泥出口相连；培养罐的菌液出口通过补液管道与滴滤池相连。该装置及方法投资成本低，无二次污染，运行效果好，VOC去除率高，旨在解决现有技术中没有利用铜绿假单胞菌降解VOC的问题。

Description

一种利用铜绿假单胞菌降解VOC的装置及方法

技术领域

本发明涉及废气处理领域，特别是一种利用铜绿假单胞菌降解VOC的装置及方法。

背景技术

挥发性有机化合物(VOC)是排放范围较广、种类较多的大气污染物，在实际排放的VOC中，工业“三苯”(苯、甲苯、二甲苯)VOC占有较大比例，大量的“三苯”VOC废气排放到大气中对周边环境和人体健康造成了有害影响，随着人类对环境要求的提高，国家相继出台《石油炼制工业污染物排放标准》(GB31570-2015)和《石油化学工业污染物排放标准》(GB31571-2015)细化了关于“三苯”类VOC气体严格的排放标准。显然，对于VOC污染控制技术的研究是十分重要且迫切的。目前，生物法处理VOC技术具有反应条件温和、运行费用低、二次污染小等优点被广泛认可和使用。

在VOC废气生物处理工艺中，微生物是实现其功能的主体，微生物对VOC气体的处理效果直接影响着整个工艺的最终效果。目前，用于降解VOC气体的微生物主要包括假单胞菌、不动杆菌、红球菌、罗尔斯通氏菌、产碱杆菌、黄杆菌属、诺卡氏菌等，虽然VOC的降解菌已有较多报道，但是对于铜绿假单胞菌降解VOC的研究却寥寥无几，推广到工程上的应用更是基本没有。

铜绿假单胞菌是一种特殊的假单胞菌，在它的生长代谢过程中，既能氧化葡萄糖生成葡萄糖酸，又可分解脂肪，能够分泌一种高效的生物表面活性剂——鼠李糖脂。鼠李糖脂兼具良好的化学和生物特性，具有油、水两亲性，既可以降低水表面张力，又可以作为润湿剂、乳化剂和发泡剂使用，鼠李糖脂生物表面活性剂可以在温度、pH值及盐度处于极端状况下使用，并且无毒，可以生物降解。

发明内容

为了克服现有技术的不足,本发明提供了一种利用铜绿假单胞菌降解VOC的装置及方法，该装置及方法投资成本低，无二次污染，运行效果好，VOC去除率高，我们充分利用了铜绿假单胞菌可以捕获VOC并以其作为碳源营养物质的优势，有效克服了生物系统在VOC处理上效率低的难题，为VOC新技术的开发和应用提供理论支持和实际经验。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种利用铜绿假单胞菌降解VOC的装置，包括吸收塔、滴滤池及菌种培养罐，吸收塔由滴滤单元和过滤单元组成，两单元顶部由风管道连通，滴滤单元与过滤单元的底部通过排液管与滴滤池相连；滴滤单元自下而上设有缓冲布气通道、第一格栅板及第一填料层，第一填料层上方设有若干喷嘴A，喷嘴A通过循环水管道与滴滤池相连，循环水管道上设有循环泵；过滤单元自下而上设有缓冲出气通道、第二格栅板及第二填料层，第二填料层上方设有喷嘴B，喷嘴B通过污泥管道与设在菌种培养罐底部的沉淀污泥出口相连，污泥管道上设有污泥泵A；滴滤单元的缓冲布气通道及过滤单元的缓冲出气通道上分别设有进气口和排气口；菌种培养罐的菌液出口通过补液管道与滴滤池相连，补液管道上设有排液阀，菌种培养罐内还设有加热器。

进一步的，所述菌种培养罐上还设有曝气池水引入口，曝气池水引入口通过曝气池水管道与曝气池相连，曝气池水管道上设有污泥泵B。

进一步的，所述菌种培养罐内还设有曝气器，曝气器通过曝气管道与曝气风机相连。

进一步的，所述滴滤池内还设有pH计和电导率计，用于测量滴滤池内滴滤液的pH及电导率。

进一步的，所述污泥管道上接近出口端的位置处设有新鲜水进入管道。

进一步的，所述循环水管道上设有排污支路，排污支路上设有排污阀。

进一步的，所述滴滤池及吸收塔外侧均设有保温层。

一种利用上述装置并利用铜绿假单胞菌降解VOC的方法，包括如下步骤：

(1)向菌种培养罐内加入铜绿假单胞菌浓缩液；

(2)引入曝气池水进入培养罐并启动安装在菌种培养罐内的加热器，维持水体温度在30℃左右；

(3)向菌种培养罐内投加营养物，并定时检测培养罐内的铜绿假单胞菌数量，当其数量增加到极限值时以待备用；

(4)将达到极限值的铜绿假单胞菌菌液加入到滴滤池内；

(5)将滴滤池内菌液引入到滴滤单元，同时将培养罐底部的沉淀污泥连同新鲜水引入到过滤单元，废气分别经过滴滤单元及过滤单元的处理后排出。

本发明的积极效果：本发明利用铜绿假单胞菌分解VOC，经其处理后的废气能够满足《恶臭污染物排放标准》GB14554-93和《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996标准要求，其VOC去除率相比现有传统工艺有明显提高，且无二次污染，运营成本也较现有的传统工艺低。

附图说明

图1是本发明一种利用铜绿假单胞菌降解VOC的装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明。

参照图1，本发明优选实施例提供一种利用铜绿假单胞菌降解VOC的装置，包括滴滤池1及吸收塔2，还包括菌种培养罐3，吸收塔2由滴滤单元和过滤单元组成(可采用竖直隔离板4的方式将吸收塔分隔为滴滤单元和过滤单元)，两单元顶部由风管道连通，滴滤单元与过滤单元的底部通过连通管5与滴滤池1相连；滴滤单元自下而上设有缓冲布气通道6、第一格栅板7及第一填料层8，第一填料层8上方设有若干喷嘴A9，喷嘴A9通过循环水管道10与滴滤池1相连，循环水管道10上设有循环泵11；过滤单元自下而上设有缓冲出气通道12、第二格栅板13及第二填料层14，第二填料层14上方设有喷嘴B15，喷嘴B15通过污泥管道16与设在菌种培养罐3底部的沉淀污泥出口相连，污泥管道16上设有污泥泵A17；缓冲布气通道6及缓冲出气通道12上分别设有进气口18和排气口19；菌种培养罐3的菌液出口通过补液管道20与滴滤池1相连，补液管道20上设有排液阀，菌种培养罐3内还设有加热器21。

所述第一格栅板及第二格栅板上设有均匀排列的网孔，孔大小为25*25mm。

所述菌种培养罐3上还设有曝气池水引入口，曝气池水引入口通过曝气池水管道22与曝气池23相连，曝气池水管道22上设有污泥泵B24。

所述菌种培养罐3内还设有曝气器，曝气器通过曝气管道25与曝气风机26相连。

所述滴滤池1内还设有pH计27和电导率计28，用于测量滴滤池内滴滤液的pH及电导率。

所述污泥管道16上接近出口端的位置处设有新鲜水进入管道29。

所述循环水管道10上设有排污支路30，排污支路30上设有排污阀31。

所述滴滤池1及吸收塔2外侧均设有保温层32。

一种以铜绿假单胞菌为核心的利用上述装置降解VOC的方法，包括如下步骤：

(1)向菌种培养罐内加入铜绿假单胞菌浓缩液；

(2)引入曝气池水进入菌种培养罐并启动安装在菌种培养罐内的加热器，维持水体温度在30℃左右；

(3)通过检修口向培养罐内投加营养物(按常规的碳、氮、磷、微量元素配比)，并定时检测培养罐内的铜绿假单胞菌数量，当其数量增加到极限值10⁷-10⁹时以待备用；

(4)开启排液阀将培养罐内达到极限值的铜绿假单胞菌菌液加入到滴滤池内；

(5)将滴滤池内菌液通过喷嘴A引入到滴滤单元，同时将培养罐底部的沉淀污泥连同新鲜水经喷嘴B引入到过滤单元，废气分别经过滴滤单元及过滤单元的处理后排出。

步骤(5)的详细处理过程为：来自现场各污染点源收集的废气，经由风机传送，并经缓冲布气通道首先进入VOC处理装置的生物滴滤单元进行预处理，废气自下而上穿过惰性填料层(惰性有机填料)的过程中与循环喷淋的滴滤液进行充分地逆向接触，此间气体中的尘粒、油雾以及大部分气相中的烃类成分和亲水性成份被吸收、洗涤下来，并随着喷淋液降落到装置底部的滴滤池中。滤液池中含有大量人工定向筛选扩培的铜绿假单胞菌液将对捕捉到的污染物质进行彻底的降解。(系统会定时将培养罐扩培的铜绿假单胞菌液补充进入滴滤池中，使系统可以一直保持高水平的铜绿假单胞菌液浓度，以满足生物滴滤系统对VOC气体的高效处理。)在此过程中，如硫化氢，氨气等水溶性的污染成分、以及大部分的烃类VOC成份将得到较高的去除。

经过生物滴滤单元预处理后剩余的低浓度气体再进入生物过滤单元。在生物过滤单元中，气体进入生物过滤介质填料层，与定期加湿的生物过滤介质球进行充分接触，此过程中，气体中难溶性污染组份(如有机硫、较大分子量烃类等)被多孔介质吸附在表面，并被介质中微生物群捕获并进行生物降解。在足够停留时间的情况下，可实现对疏水性污染物质最大化的去除。此过程中系统会定时将培养罐的外排污泥非连续地、均匀地投加到生物过滤单元内的填料顶部，利用间歇喷淋加湿的新鲜水，将污泥带到填料层的各生物滤球表面。经生物过滤单元处理后的气体，直接经风机高空排放。

本发明的滴滤单元和过滤单元分别采用惰性有机填料和生物介质，由于所采用的生物介质自身带有营养底物，并且介质中的微生物会从收集的废气中捕获所需的污染物质作为自身生命活动的养料，使得系统在正常运行时不需要额外添加营养液，从而有效节省了运行成本。

电导CS的作用：当电导所测盐度值达到上限10000um/cm时，打开排污阀排出部分滤液，补充新鲜水。

pH计的作用：当pH不在正常值时通过补充中和剂使滴滤液保持在铜绿假单胞菌生存要求的5.5-7.0范围内。

过滤单元顶部污泥的喷淋补充：定期对第二填料层的生物介质上的铜绿假单胞菌进行检测，当其数量低于极限值10⁷时需要喷淋培养罐底部污泥到过滤单元填料的上层，通过日常加湿喷淋将活性污泥均布到第二填料层上生物介质球的表面。

本发明采用的VOC的生物处理技术是利用微生物代谢活动来降解污染物质，可将VOC转化为两部分代谢产物：一部分作为细胞代谢的能源和细胞组成物质；一部分为基本无害的小分子物质(如水、二氧化碳等)。VOC进入装置后，一部分由气相传质到液相，通过扩散和对流，从液膜表面扩散到含有铜绿假单胞菌的生物膜上，另一部分通过装置顶部的喷淋，洗涤下来，随着喷淋液进入到底部的滴滤池中。

当VOC与铜绿假单胞菌接触时，在苯系物加氧酶的作用下，将苯系物转化为酚类物质，然后在酚类双加氧酶催化下，在间位或者邻位裂解开环，经醛酸类物质生成乙酰辅酶A和酸类，最后通过TCA循环被彻底矿化为二氧化碳和水。双加氧酶是铜绿假单胞菌降解VOC的关键酶系，负责打开苯环结构，由多聚体和许多亚基组成。此外，铜绿假单胞菌在生长代谢过程中，通过糖酵解途径和一系列的糖基转化反应，由algC基因编码的磷酸-甘露糖-变位酶在中心代谢途径中负责藻酸盐生物合成途径中由6-磷-甘露糖向1-磷酸-甘露糖的转变，随后的1-磷酸-甘露糖到dTDP-L-鼠李糖的生物合成中的酶由rmlBDAC操纵子实现；同时，在酮酯酰还原的水平上，菌体体内的脂肪酸发生酶催化反应，生成β-羟基脂肪酸，dTDP-L-鼠李糖和β-羟基脂肪酸在Rt1和Rt2酶的催化作用下合成鼠李糖脂。鼠李糖脂的出现将有利于铜绿假单胞菌处理VOC废气，因为鼠李糖脂可促进疏水性有机物质的溶解吸收和降解。在处理过程中，鼠李糖脂一方面可以刺激菌体细胞外排多糖物质，通过乳化作用或增溶作用提高铜绿假单胞菌细胞表面的疏水性和VOC污染物在水相中的溶解度，使得菌体更易吸收和摄取污染物，另一方面鼠李糖脂作用于铜绿假单胞菌细胞表面后，大大提高了细胞对VOC污染物的亲和力，促进VOC污染物质从细胞外向细胞内的运输，在鼠李糖脂的这两个方面的作用下，大大提高了铜绿假单胞菌对VOC废气的吸收转化速率，即提高了对VOC的处理效率。

表1为利用本发明处理装置及方法及传统工艺方法降解VOC的实验数据对比。

表1

由表1可知本发明VOC的平均去除率达到了66％，处理后气体满足《恶臭污染物排放标准》GB14554-93和《大气污染物综合排放标准》GB16297-1996标准要求，且VOC的去除率远远高于现有传统处理工艺。

以上所述的仅为本发明的优选实施例，所应理解的是，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的思想和原则之内所做的任何修改、等同替换等等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种利用铜绿假单胞菌降解VOC的装置，包括滴滤池、吸收塔及菌种培养罐，其特征在于：吸收塔由滴滤单元和过滤单元组成，两单元顶部由风管道连通，滴滤单元与过滤单元的底部通过排液管与滴滤池相连；滴滤单元自下而上设有缓冲布气通道、第一格栅板及第一填料层，第一填料层上方设有若干喷嘴A，喷嘴A通过循环水管道与滴滤池相连，循环水管道上设有循环泵；过滤单元自下而上设有缓冲出气通道、第二格栅板及第二填料层，第二填料层上方设有喷嘴B，喷嘴B通过污泥管道与设在菌种培养罐底部的沉淀污泥出口相连，污泥管道上设有污泥泵A；滴滤单元的缓冲布气通道及过滤单元的缓冲出气通道上分别设有进气口和排气口；菌种培养罐的菌液出口通过补液管道与滴滤池相连，补液管道上设有排液阀，菌种培养罐内还设有加热器；

所述污泥管道上接近出口端的位置处设有新鲜水进入管道。

2.根据权利要求1所述的一种利用铜绿假单胞菌降解VOC的装置，其特征在于：所述菌种培养罐上还设有曝气池水引入口，曝气池水引入口通过曝气池水管道与曝气池相连，曝气池水管道上设有污泥泵B。

3.根据权利要求1所述的一种利用铜绿假单胞菌降解VOC的装置，其特征在于：所述菌种培养罐内还设有曝气器，曝气器通过曝气管道与曝气风机相连。

4.根据权利要求1所述的一种利用铜绿假单胞菌降解VOC的装置，其特征在于：所述滴滤池内还设有pH计和电导率计，用于测量滴滤池内滴滤液的pH及电导率。

5.根据权利要求1所述的一种利用铜绿假单胞菌降解VOC的装置，其特征在于：所述循环水管道上设有排污支路，排污支路上设有排污阀。

6.根据权利要求1所述的一种利用铜绿假单胞菌降解VOC的装置，其特征在于：所述滴滤池及吸收塔外侧均设有保温层。

7.一种利用铜绿假单胞菌降解VOC的方法，利用权利要求1所述的利用铜绿假单胞菌降解VOC的装置，其特征在于：包括如下步骤：

(1)向菌种培养罐内加入铜绿假单胞菌浓缩液；

(2)引入曝气池水进入菌种培养罐并启动安装在菌种培养罐内的加热器，维持水体温度在30℃左右；

(3)向菌种培养罐内投加营养物，并定时检测培养罐内的铜绿假单胞菌数量，当其数量增加到极限值时以待备用；

(4)将达到极限值的铜绿假单胞菌菌液加入到滴滤池内；

(5)将滴滤池内菌液引入到滴滤单元，同时将培养罐底部的沉淀污泥连同新鲜水引入到过滤单元，废气分别经过滴滤单元及过滤单元的处理后排出。