CN106345223B - 一种VOCs生物降解方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种VOCs生物降解方法,包括废气预处理工段、活性炭吸附工段、活性炭再生工段,活性炭再生工段采用再生液对吸附饱和的活性炭填料层进行喷淋,且喷淋时间为40‑48h;其中,再生液中含有多种降解VOCs的微生物,包括红球菌、芽孢杆菌、诺卡氏菌、棒状杆菌、假单胞杆菌和克雷白杆菌,且红球菌、芽孢杆菌、诺卡氏菌、棒状杆菌、假单胞杆菌以及克雷白杆菌的有效活菌数均为104个/mL以上。本发明的VOCs生物降解方法通过将活性炭吸附与生物降解相结合来处理VOCs,不仅运行和投资费用低,系统全自动运行,而且VOCs去除效率高,运行稳定,活性炭、水等循环利用,不产生二次污染。

Description

一种VOCs生物降解方法
技术领域
本发明属于有机废气处理技术领域,具体涉及一种VOCs生物降解方法。
背景技术
随着我国社会经济的不断发展,废气排放日益增多,大气污染逐年严重,给人们的生活和健康带来较大影响。近年来,我国人为源VOCs污染排放呈逐年增加的趋势,对人和环境的危害也在加剧。
目前,工业VOCs治理的方法主要有:催化燃烧法、吸附法、吸收法、低温等离子法、生物法等,但是上述废气处理工艺存在处理效果不佳或者投资费用和运行费用过高的缺点,随着国家对废气监管力度的进一步加大,排放标准进一步提高,现有的废气治理工艺越来越难以满足需求,因此急切需要开发出一种处理效果好,适应范围广,投资和运行费用低的VOCs废气处理方法,以推动环保产业的进一步发展。
发明内容
本发明提供了一种VOCs生物降解方法,解决了现有的废气处理方法存在处理效果不佳或者投资费用和运行费用过高的问题。
本发明提供的VOCs生物降解方法,包括废气预处理工段、活性炭吸附工段、活性炭再生工段,其特征在于,所述活性炭再生工段采用再生液对吸附饱和的活性炭进行喷淋,且喷淋时间为40-48h;
其中,所述再生液中含有多种降解VOCs的微生物,所述微生物包括红球菌、芽孢杆菌、诺卡氏菌、棒状杆菌、假单胞杆菌和克雷白杆菌,且所述红球菌、所述芽孢杆菌、所述诺卡氏菌、所述棒状杆菌、所述假单胞杆菌、所述克雷白杆菌的有效活菌数均为104个/mL以上。
优选的,采用VOCs生物降解装置对VOCs进行生物降解,所述VOCs生物降解装置包括预处理装置、第一活性炭吸附塔、第二活性炭吸附塔、第一离心风机、再生液储槽、喷淋泵、第二离心风机以及加热装置,所述预处理装置的一端设有预处理进气口,另一端通过管道分别与所述第一活性炭吸附塔废气进气口和所述第二活性炭吸附塔废气进气口连接,所述第一活性炭吸附塔和所述第二活性炭吸附塔内均设置有活性炭填料层,所述活性炭填料层上方均设有喷淋管,所述喷淋管上设有多个喷头,所述第一活性炭吸附塔出气口与所述第二活性炭吸附塔出气口均通过管道与所述第一离心风机连接,所述第一活性炭吸附塔上端和所述第二活性炭吸附塔上端还通过管道连接;
所述再生液储槽位于所述第一活性炭吸附塔的下方,并且下端设有再生液出液口,所述再生液出液口通过管道与所述喷淋泵进液口连接,所述喷淋泵出液口通过管道与所述喷淋管连接,所述第一活性炭吸附塔和所述第二活性炭吸附塔底端均设置有处理液出液口,所述处理液出液口均连接有管道通入所述再生液储槽内;
所述第二离心风机的一端设有空气进气口,另一端通过管道与所述加热装置进气口连接,所述加热装置出气口通过管道分别与所述第一活性炭吸附塔的烘干气进气口和所述第二活性炭吸附塔的烘干气进气口连接;
所述管道上均设置有阀门;
所述VOCs生物降解方法包括以下步骤:
步骤1,废气预处理:对废气进行除湿和除尘预处理,得到预处理废气;
步骤2,活性炭吸附工段:步骤1预处理废气从第一活性炭吸附塔废气进气口进入塔内活性炭填料层,待活性炭填料层吸附饱后将预处理废气切换阀门至由第二活性炭吸附塔废气进气口进入塔内活性炭填料层;
步骤3,活性炭再生工段:启动喷淋泵,使再生液储槽中的再生液经喷淋泵进入第一活性炭塔内喷淋管对活性炭填料层进行喷淋,喷淋后的再生液经过第一活性炭吸附塔底端设置的处理液出液口进入再生液储槽中,经曝气后循环使用;
步骤4,烘干工段:步骤3结束后关闭喷淋泵,将第二活性炭吸附塔内净化尾气通过第二开口通入步骤3的第一活性炭吸附塔中,对再生后的活性炭填料层吹扫8-12h,然后再利用第二离心风机将环境空气通入加热装置中加热至50-60℃后再通过第一活性炭吸附塔的烘干气进气口进入活性炭填料层进行烘干,4-6h后停止通入加热环境空气,待活性炭填料层自然冷却后继续使用;
步骤5,第二活性炭吸附塔中活性炭填料层吸附饱和后将预处理废气切换阀门至由第一活性炭吸附塔进气口处进入塔内,由再生后的活性炭填料层吸附,同时第二活性炭吸附塔内重复步骤3~步骤4的操作。
优选的,所述活性炭吸附工段中,第一活性炭吸附塔和第二活性炭吸附塔的切换由自动切换系统完成,所述自动切换系统由在线监测系统和分析执行系统两部分组成,所述在线监测系统实时监测第一活性炭吸附塔和第二活性炭吸附塔出气口处VOCs浓度,所述分析执行系统对监测到的VOCs浓度数据进行分析,当监测到第一活性炭吸附塔出气口处VOCs浓度超出设定值,则判断活性炭填料层吸附饱和,所述分析执行系统将预处理废气从第一活性炭吸附塔自动切换至第二活性炭吸附塔。
优选的,所述再生液的pH值为7.3-7.8,温度为20-30℃。
优选的,所述烘干工段中,净化尾气吹扫结束后,所述自动切换系统切换阀门,净化尾气通过第一离心风机直接排放到大气中,同时引入经加热后的环境空气对活性炭填料层进行烘干,加热烘干4-6h后自动切换开关,停止通入加热后环境空气,活性炭填料层自然冷却。
与现有技术相比,本发明的有益效果在于:
本发明提供的VOCs生物降解方法,将物理吸附法与生物降解工艺进行组合,首先采用颗粒活性炭对VOCs进行吸附,高效去除废气中的VOCs,然后针对吸附饱和后的活性炭,选用能高效降解有机物的微生物对其进行再生,保证活性炭能够循环使用,本发明所采用的方法操作方便,运行稳定,运行和投资费用低,没有二次污染。
附图说明
图1为本发明提供的VOCs生物降解装置的示意图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施,下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明,但所举实施例不作为对本发明的限定。
本发明中所用菌株均购买于中国农业微生物菌种保藏管理中心,下述各实施例中所述实验方法,如无特殊说明,均为常规方法。
实施例1
如图1所示,本实施例提供了一种VOCs生物降解方法,包括废气预处理工段、活性炭吸附工段、活性炭再生工段,活性炭再生工段采用再生液对吸附饱和的活性炭进行喷淋,且喷淋时间为40h;
其中,再生液中含有多种降解VOCs的微生物,包括红球菌、芽孢杆菌、诺卡氏菌、棒状杆菌、假单胞杆菌和克雷白杆菌,且红球菌、芽孢杆菌、诺卡氏菌、棒状杆菌、假单胞杆菌以及克雷白杆菌的有效活菌数均为104个/mL以上;
采用VOCs生物降解装置对VOCs进行生物降解,具体实施步骤如下:
步骤1,废气预处理:对废气进行除湿和除尘预处理,得到预处理废气;
步骤2,活性炭吸附工段:步骤1预处理废气从第一活性炭吸附塔废气进气口进入塔内活性炭填料层,自动切换系统中的在线监测系统实时监测第一活性炭吸附塔出气口处VOCs浓度,自动切换系统中的分析执行系统对监测到的VOCs浓度数据进行分析,当监测到第一活性炭吸附塔出气口处VOCs浓度超出设定值,则判断活性炭填料层吸附饱和,分析执行系统将预处理废气从第一活性炭吸附塔自动切换至第二活性炭吸附塔;
步骤3,活性炭再生工段:启动喷淋泵,使再生液储槽中的再生液经喷淋泵进入第一活性炭塔内喷淋管对活性炭填料层进行喷淋,喷淋后的再生液经过第一活性炭吸附塔底端设置的处理液出液口进入再生液储槽中,经曝气后循环使用;所用再生液的pH值为7.3-7.8,温度为20-30℃;
其中,所述再生液中含有多种降解VOCs的微生物,所述微生物包括红球菌、芽孢杆菌、诺卡氏菌、棒状杆菌、假单胞杆菌和克雷白杆菌,且所述红球菌、所述芽孢杆菌、所述诺卡氏菌、所述棒状杆菌、所述假单胞杆菌、所述克雷白杆菌的有效活菌数均为104个/mL以上;
步骤4,烘干工段:步骤3结束后关闭喷淋泵,将第二活性炭吸附塔内净化尾气通过第二开口通入步骤3的第一活性炭吸附塔中,对再生后的活性炭填料层吹扫8h,净化尾气吹扫结束后,自动切换系统切换阀门,净化尾气通过第一离心风机直接排放到大气中,然后再利用第二离心风机将环境空气通入加热装置中加热至50-60℃后再通入活性炭填料层进行烘干,加热烘干4h后自动切换开关,停止通入加热后环境气体,自然冷却后待用;
步骤5,第二活性炭吸附塔中活性炭填料层吸附饱和后将预处理废气切换阀门至由第一活性炭吸附塔进气口处进入塔内,由再生后的活性炭填料层吸附,同时第二活性炭吸附塔内重复步骤3~步骤4的操作。
实施例2
如图1所示,本实施例提供了一种VOCs生物降解方法,包括废气预处理工段、活性炭吸附工段、活性炭再生工段,活性炭再生工段采用再生液对吸附饱和的活性炭进行喷淋,且喷淋时间为44h;
其中,再生液中含有多种降解VOCs的微生物,包括红球菌、芽孢杆菌、诺卡氏菌、棒状杆菌、假单胞杆菌和克雷白杆菌,且红球菌、芽孢杆菌、诺卡氏菌、棒状杆菌、假单胞杆菌以及克雷白杆菌的有效活菌数均为104个/mL以上;
采用VOCs生物降解装置对VOCs进行生物降解,具体实施步骤如下:
步骤1,废气预处理:对废气进行除湿和除尘预处理,得到预处理废气;
步骤2,活性炭吸附工段:步骤1预处理废气从第一活性炭吸附塔废气进气口进入塔内活性炭填料层,自动切换系统中的在线监测系统实时监测第一活性炭吸附塔出气口处VOCs浓度,自动切换系统中的分析执行系统对监测到的VOCs浓度数据进行分析,当监测到第一活性炭吸附塔出气口处VOCs浓度超出设定值,则判断活性炭填料层吸附饱和,分析执行系统将预处理废气从第一活性炭吸附塔自动切换至第二活性炭吸附塔;
步骤3,活性炭再生工段:启动喷淋泵,使再生液储槽中的再生液经喷淋泵进入第一活性炭塔内喷淋管对活性炭填料层进行喷淋,喷淋后的再生液经过第一活性炭吸附塔底端设置的处理液出液口进入再生液储槽中,经曝气后循环使用;所用再生液的pH值为7.3-7.8,温度为20-30℃;
其中,所述再生液中含有多种降解VOCs的微生物,所述微生物包括红球菌、芽孢杆菌、诺卡氏菌、棒状杆菌、假单胞杆菌和克雷白杆菌,且所述红球菌、所述芽孢杆菌、所述诺卡氏菌、所述棒状杆菌、所述假单胞杆菌、所述克雷白杆菌的有效活菌数均为104个/mL以上;
步骤4,烘干工段:步骤3结束后关闭喷淋泵,将第二活性炭吸附塔内净化尾气通过第二开口通入步骤3的第一活性炭吸附塔中,对再生后的填料层吹扫10h,净化尾气吹扫结束后,自动切换系统切换阀门,净化尾气通过第一离心风机直接排放到大气中,然后再利用第二离心风机将环境空气通入加热装置中加热至50-60℃后再通入活性炭填料层进行烘干,加热烘干5h后自动切换开关,停止通入加热后环境气体,自然冷却后待用;
步骤5,第二活性炭吸附塔中活性炭填料层吸附饱和后将预处理废气切换阀门至由第一活性炭吸附塔进气口处进入塔内,由再生后的活性炭填料层吸附,同时第二活性炭吸附塔内重复步骤3~步骤4的操作。
实施例3
如图1所示,本实施例提供了一种VOCs生物降解方法,包括废气预处理工段、活性炭吸附工段、活性炭再生工段,活性炭再生工段采用再生液对吸附饱和的活性炭进行喷淋,且喷淋时间为48h;
其中,再生液中含有多种降解VOCs的微生物,包括红球菌、芽孢杆菌、诺卡氏菌、棒状杆菌、假单胞杆菌和克雷白杆菌,且红球菌、芽孢杆菌、诺卡氏菌、棒状杆菌、假单胞杆菌以及克雷白杆菌的有效活菌数均为104个/mL以上;
采用VOCs生物降解装置对VOCs进行生物降解,具体实施步骤如下:
步骤1,废气预处理:对废气进行除湿和除尘预处理,得到预处理废气;
步骤2,吸附工段:步骤1预处理废气从第一活性炭吸附塔废气进气口进入塔内活性炭填料层,自动切换系统中的在线监测系统实时监测第一活性炭吸附塔出气口处VOCs浓度,自动切换系统中的分析执行系统对监测到的VOCs浓度数据进行分析,当监测到第一活性炭吸附塔出气口处VOCs浓度超出设定值,则判断活性炭填料层吸附饱和,分析执行系统将预处理废气从第一活性炭吸附塔自动切换至第二活性炭吸附塔;
步骤3,再生工段:启动喷淋泵,使再生液储槽中的再生液经喷淋泵进入第一活性炭塔内喷淋管对活性炭填料层进行喷淋,喷淋后的再生液经过第一活性炭吸附塔底端设置的处理液出液口进入再生液储槽中,经曝气后循环使用;所用再生液的pH值为7.3-7.8,温度为20-30℃;
其中,所述再生液中含有多种降解VOCs的微生物,所述微生物包括红球菌、芽孢杆菌、诺卡氏菌、棒状杆菌、假单胞杆菌和克雷白杆菌,且所述红球菌、所述芽孢杆菌、所述诺卡氏菌、所述棒状杆菌、所述假单胞杆菌、所述克雷白杆菌的有效活菌数均为104个/mL以上;
步骤4,烘干工段:步骤3结束后关闭喷淋泵,将第二活性炭吸附塔内净化尾气通过第二开口通入步骤3的第一活性炭吸附塔中,对再生后的填料层吹扫12h,净化尾气吹扫结束后,自动切换系统切换阀门,净化尾气通过第一离心风机直接排放到大气中,然后再利用第二离心风机将环境空气通入加热装置中加热至50-60℃后再通入活性炭填料层进行烘干,加热烘干6h后自动切换开关,停止通入加热后环境气体,自然冷却后待用;
步骤5,第二活性炭吸附塔中活性炭填料层吸附饱和后将预处理废气切换阀门至由第一活性炭吸附塔进气口处进入塔内,由再生后的活性炭填料层吸附,同时第二活性炭吸附塔内重复步骤3~步骤4的操作。
测定实施例1-3的VOCs生物降解方法再生后的活性炭性能参数,其中实施例1-3的实验结果均以再生5次后的再生活性炭的各项性能参数表示,具体结果如表1所示。
表1再生后活性炭性能参数
实施例 新活性炭碘值 再生后活性炭碘值 活性炭再生效率 吸附效率
1 852 822 96.48% 95.3%
2 852 816 95.89% 94.8%
3 852 812 96.24% 94.6%
由表1可知,实施例1-3中再生5次后的活性炭碘值和吸附实验前的新活性炭的碘值相差均很小,因此经过生物降解再生后的活性炭依然有很高的活化度以及较好的质量,采用再生后的活性炭进行后续吸附实验,再生后的活性炭吸附效率依然能够达到94%以上,完全能够满足再生后的吸附需求。同时,由于本发明采用的工艺是直接在活性炭吸附塔中使用再生液对吸附饱和的活性炭层进行喷淋,不用将活性炭填料取出进行再生处理,所以再生过程中,填料质量损失很小,再者,再生液中含有大量能高效降解有机物的微生物,所以在喷淋时间大于40h后,吸附饱和的活性炭层中有机物大部分被降解完全,还有一部分随着再生液一起进入再生液储槽中进一步的降解,因此,再生后的活性炭再生效率高,能达到95%以上。
分析上述实验结果,活性炭的再生可以理解为是由下两种机制共同作用完成的:
一种是浓度梯度机制,由于活性炭表面和液相主体中吸附的有机物存在浓度梯度,这使得吸附的有机物可以从活性炭上脱附下来并向液相主体扩散,扩散到液相主体中的有机物又被微生物的代谢所消耗,从而维持活性炭和液相主体之间有机物的浓度梯度,有机物不断地解吸进入液相主体,生物再生的过程得以持续进行。
另一种是胞外酶机制:生物再生的过程是微生物细胞分泌的外酶进入活性炭的孔道中,与所吸附的有机物发生代谢反应,代谢之后的物质与活性炭的吸附力较小,因而容易与活性炭发生解吸。由于胞外酶是生物大分子,分子尺寸较大,所以此类反应在活性炭的大孔或中孔内比较容易发生。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (4)

1.一种VOCs生物降解方法,包括废气预处理工段、活性炭吸附工段、活性炭再生工段,其特征在于,所述活性炭再生工段采用再生液对吸附饱和的活性炭进行喷淋,且喷淋时间为40-48h;
其中,所述再生液中含有多种降解VOCs的微生物,所述微生物包括红球菌(Rhodococcusrh)、芽孢杆菌(Bacillus)、诺卡氏菌(Nocardia)、棒状杆菌(Corynebacterium)、假单胞杆菌(Pseudomonassp)和克雷白杆菌(Klebsiellasp),且所述红球菌、所述芽孢杆菌、所述诺卡氏菌、所述棒状杆菌、所述假单胞杆菌、所述克雷白杆菌的有效活菌数均为104个/mL以上;
采用VOCs生物降解装置对VOCs进行生物降解,所述VOCs生物降解装置包括预处理装置、第一活性炭吸附塔、第二活性炭吸附塔、第一离心风机、再生液储槽、喷淋泵、第二离心风机以及加热装置,所述预处理装置的一端设有预处理进气口,另一端通过管道分别与所述第一活性炭吸附塔废气进气口和所述第二活性炭吸附塔废气进气口连接,所述第一活性炭吸附塔和所述第二活性炭吸附塔内均设置有活性炭填料层,所述活性炭填料层上方均设有喷淋管,所述喷淋管上设有多个喷头,所述第一活性炭吸附塔出气口与所述第二活性炭吸附塔出气口均通过管道与所述第一离心风机连接,所述第一活性炭吸附塔上端和所述第二活性炭吸附塔上端还通过管道连接;
所述再生液储槽位于所述第一活性炭吸附塔的下方,并且下端设有再生液出液口,所述再生液出液口通过管道与所述喷淋泵进液口连接,所述喷淋泵出液口通过管道与所述喷淋管连接,所述第一活性炭吸附塔和所述第二活性炭吸附塔底端均设置有处理液出液口,所述处理液出液口均连接有管道通入所述再生液储槽内;
所述第二离心风机的一端设有空气进气口,另一端通过管道与所述加热装置进气口连接,所述加热装置出气口通过管道分别与所述第一活性炭吸附塔的烘干气进气口和所述第二活性炭吸附塔的烘干气进气口连接;
所述管道上均设置有阀门;
所述VOCs生物降解方法包括以下步骤:
步骤1,废气预处理:对废气进行除湿和除尘预处理,得到预处理废气;
步骤2,活性炭吸附工段:步骤1预处理废气从第一活性炭吸附塔废气进气口进入塔内活性炭填料层,待活性炭填料层吸附饱后将预处理废气切换阀门至由第二活性炭吸附塔废气进气口进入塔内活性炭填料层;
步骤3,活性炭再生工段:启动喷淋泵,使再生液储槽中的再生液经喷淋泵进入第一活性炭塔内喷淋管对活性炭填料层进行喷淋,喷淋后的再生液经过第一活性炭吸附塔底端设置的处理液出液口进入再生液储槽中,经曝气后循环使用;
步骤4,烘干工段:步骤3结束后关闭喷淋泵,将第二活性炭吸附塔内净化尾气通过第二开口通入步骤3的第一活性炭吸附塔中,对再生后的活性炭填料层吹扫8-12h,然后再利用第二离心风机将环境空气通入加热装置中加热至50-60℃后再通过第一活性炭吸附塔的烘干气进气口进入活性炭填料层进行烘干,4-6h后停止通入加热环境空气,待活性炭填料层自然冷却后继续使用;
步骤5,第二活性炭吸附塔中活性炭填料层吸附饱和后将预处理废气切换阀门至由第一活性炭吸附塔进气口处进入塔内,由再生后的活性炭填料层吸附,同时第二活性炭吸附塔内重复步骤3~步骤4的操作。
2.根据权利要求1所述的VOCs生物降解方法,其特征在于,所述活性炭吸附工段中,第一活性炭吸附塔和第二活性炭吸附塔的切换由自动切换系统完成,所述自动切换系统由在线监测系统和分析执行系统两部分组成,所述在线监测系统实时监测第一活性炭吸附塔和第二活性炭吸附塔出气口处VOCs浓度,所述分析执行系统对监测到的VOCs浓度数据进行分析,当监测到第一活性炭吸附塔出气口处VOCs浓度超出设定值,则判断活性炭填料层吸附饱和,所述分析执行系统将预处理废气从第一活性炭吸附塔自动切换至第二活性炭吸附塔。
3.根据权利要求1所述的VOCs生物降解方法,其特征在于,所述再生液的pH值为7.3-7.8,温度为20-30℃。
4.根据权利要求2所述的VOCs生物降解方法,其特征在于,所述烘干工段中,净化尾气吹扫结束后,所述自动切换系统切换阀门,净化尾气通过第一离心风机直接排放到大气中,同时引入经加热后的环境空气对活性炭填料层进行烘干,加热烘干4-6h后自动切换开关,停止通入加热后环境空气,活性炭填料层自然冷却。
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