CN108295631B - 一种采用气升式填料生物反应器处理有机废气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种采用气升式填料生物反应器处理有机废气的方法，气升式填料生物反应器，包括：塔体；内筒，沿塔体的轴向设置在塔体内部；填料区，位于塔体和内筒之间；微孔曝气器，与内筒的底部连接；进气口，设置在塔体的底部，并与微孔曝气器连接；出气口，设置在塔体的顶部；该方法包括：将菌种接种到无机盐培养液中培养，通入有机废气曝气驯化；将具有降解能力的微生物群落的营养液加入到气升式填料生物反应器中，体系pH值维持在6～7，体系温度在30±4℃，从进气口通入有机废气，有机废气在气升式填料生物反应器中停留处理，实现有机废气降解。该方法能够有效地降解有机废气。

Description

一种采用气升式填料生物反应器处理有机废气的方法
技术领域
本发明涉及生物处理有机废气方法领域，具体涉及一种采用气升式填料生物反应器处理有机废气的方法。
背景技术
挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，VOCs)是颗粒物和O3产生的关键前体物质之一，对其排放的控制于大气质量保障十分重要。除对环境的危害外，VOCs对人体健康也有着极其不利的影响，暴露在VOCs环境中容易引起人体器官急性或慢性中毒，部分VOCs具有“三致”性，对人体造成极大危害。在我国VOCs排放中，工业源VOCs占据最大比例，其中，工艺过程和有机溶剂使用占比最为突出，其成分复杂，种类众多，浓度变化范围大，对其治理造成很大的阻碍。
生物法是利用异养细菌或真菌的生命代谢过程对多种有机物和某些无机物进行降解去除，适用于大气量、低浓度、没有回收价值的VOCs废气的净化。与其他物理、化学末端处理技术相比，生物技术具有设备简单、投资费用少、运行费用低，无二次污染等优点，在工业应用中不断被推广。目前，生物技术在国外和国内市场份额分别为29％和15％，分别占据国外和国内现行治理技术的第一位和第三位。
与使用较早的生物滤塔和生物滴滤塔相比，生物洗涤器改变了微生物的生长形式，由固定膜生长变为悬浮生长。以气升式生物反应器为例，其处理的气体负荷较高，可达3000-4000m3m-2h-1，能够精确地控制pH值、温度、生物膜含水率和抑制代谢产物的累积。具有压降低，不易产生堵塞，操作成本低(14.6-58.4元m-3h-1)等优势。但对于难生物降解的含氯VOC和亨利系数＞0.01的VOC去除效率较差。针对上述情况，强化现有的生物反应装置增强对难降解或疏水性VOCs的去除是十分有必要的。
申请公开号为CN 105536512A(申请号为201610046429.3)的中国发明专利申请公开了一种气升式两相分配膜生物反应器，该系统包括壳体、进气口、排气筒。进气口位于壳体上端中心位置，排气筒置于壳体上端；壳体内从上至下依次设有尾气区、微生物反应区、水相区，排气筒与尾气区相通，生物反应区、尾气区之间设有生物膜；壳体内还设有气体管道，气体管道置于壳体中心轴处，其依次穿过尾气区、生物膜、生物反应区，且气体管道上端与进气口相连通，下端置于水相区的底部位置。该反应器微生物的固定膜生长系统与悬浮生长系统分开进行，增加了占地面积，且随着微生物生长可能会出现压力降增加的情况，增加运行成本。
授权公告号为CN 203540328 U(申请号为201320660071.5)的中国实用新型专利公开了一种处理有机废气的双液相气升式生物反应器，该体系包括：反应器外筒，导流筒，气体进口、气体出口和液体取样口，加热层和排泥口。该反应器稳定性好、操作方便、可重复利用，利用挥发性有机废气的亲脂性，通过添加有机溶剂提高液相吸收有机污染物的效果，进而提高疏水性VOC的去除负荷和去除效率，同时还可以保持去除效率不变的情况下缩短气液接触时间。但该反应器面对难降解含氯VOCs时去除效果有所不足。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，针对工业VOCs，尤其是大气量、低浓度的难降解和疏水性有机废气的高效去除，本发明提供了一种采用气升式填料生物反应器处理有机废气的方法，能够有效地降解有机废气。
一种气升式填料生物反应器，包括：
塔体；
内筒，沿所述塔体的轴向设置在所述塔体内部；
填料区，位于所述塔体和内筒之间；
微孔曝气器，与所述内筒的底部连接；
进气口，设置在所述塔体的底部，并与所述微孔曝气器连接；
出气口，设置在所述塔体的顶部。
本发明中，需要处理的有机废气通过进气口进入塔体，经由微孔曝气器曝气进入内筒，在内筒中发生气液传质，目标污染物被液相吸收并首先被液相中悬浮生长的微生物降解，未降解完全的污染物再经过内筒，穿过隔板进入填料区，被填料区中处于固定膜生长系统的微生物进一步降解。最后再从底部进入内筒，吸收并降解新的气态污染物，目标污染物最终被微生物代谢矿化成CO2、H2O、HCl等小分子无机物溶于液相中或经由出气口排出。
以下作为本发明的优选技术方案；
所述的塔体的顶部设有碱液注入口，用于将碱液通入塔体内。
所述的塔体的顶部设有pH传感器，用于检测塔体内的pH。
所述的pH传感器和碱液注入口连接有pH在线调节装置，pH传感器将检测到的pH值传输给pH在线调节装置，pH在线调节装置根据得到的pH值，通过碱液注入口通入碱液来调节pH值。以实时控制体系pH值。pH自动调节装置中用于中和反应器体系酸性的NaOH溶液浓度为0.2～1.0mol L-1，使用蠕动泵从反应器顶部碱液注入口注入。
所述的内筒同轴安装在所述塔体内。
所述的填料区置放有填料，并且该填料负载有生物膜。
所述的填料区中的填料通过两块填料隔板将填料固定在所述塔体和内筒之间。
所述的内筒与所述微孔曝气器连接的一端带有喇叭口，该喇叭口向靠近所述微孔曝气器逐渐扩张增大。内筒底部采用喇叭形设计增大底部的横截面积以确保目标气体完全进入内筒中。
所述的塔体的底部设有排泥口。反应器运行一段时间后，产生的污泥经由底部排泥口排出。
所述的塔体的内直径与内筒的内直径比为2:1；所述的内筒的高与内径比为9～11:1。
填料区中的填料可以采用现有技术，采用一种或多种固体生物填料。填料区中的填料可采用申请号201210146421.6(公开号为102671615A)专利申请公开说明书中实施例1中公开拉西环与多孔介质的组合式生物填料。
一种采用气升式填料生物反应器处理有机废气的方法，包括以下步骤：
1)将菌种接种到无机盐培养液中培养，通入有机废气曝气驯化，得到具有降解能力的微生物群落的营养液；
2)将具有降解能力的微生物群落的营养液加入到气升式填料生物反应器中，体系pH值维持在6～8，体系温度在30±4℃，从进气口通入有机废气，有机废气在气升式填料生物反应器中停留处理，实现有机废气降解。
步骤1)中，所述的菌种采用混合菌种，采用中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)的市售菌种，由以下个数百分数的菌种混合而成；
Figure GDA0002374157160000031
Figure GDA0002374157160000041
最优选，由以下个数百分数的菌种混合而成；
Figure GDA0002374157160000042
本发明采用特定混合菌种，能够高效降解有机废气，当所述的有机废气为含氯挥发性有机物的废气，特别是有机废气为二氯甲烷，特定混合菌种能体现出更高的降解效率。
无机盐培养液用于提供微生物的生长环境。所述的无机盐培养液以1L计，由以下质量的组分组成：
Figure GDA0002374157160000043
所述的无机盐培养液以1L计，由以下质量的组分组成：
Figure GDA0002374157160000044
Figure GDA0002374157160000051
步骤2)中，体系pH值维持在6～7，体系温度在30±1℃。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明中，塔体和内筒之间为填料区，填料区置放有填料，并且该填料负载有生物膜。需要处理的有机废气通过进气口进入塔体，经由微孔曝气器曝气进入内筒，在内筒中发生气液传质，目标污染物被液相吸收并首先被液相中悬浮生长的微生物降解，未降解完全的污染物再经过内筒，穿过隔板进入填料区，被填料区中处于固定膜生长系统的微生物进一步降解。最后再从底部进入内筒，吸收并降解新的气态污染物，目标污染物最终被微生物代谢矿化成CO2、H2O、HCl等小分子无机物溶于液相中或经由出气口排出。本发明通过加设生物填料以改变微生物在反应器中的生长形态，微生物由悬浮生长系统变为固定膜生长、悬浮生长并存的生长系统，进而增加反应器内微生物群落的多样性，优化反应器的有机废气处理效果以及运行稳定性。
附图说明
图1为本发明中气升式生物反应器结构图；
其中：1为进气口；2为填料层隔板；3为填料；4为pH传感器；5为出气口；6为碱液注入口；7为内筒；8为塔体；9为微孔曝气器；10为排泥口；
图2为添加与不添加填料的气升式反应器对二氯甲烷的去除情况；
其中：实心点表示进气浓度，mg m-3；空心点表示去除效率，％；▲△：添加了填料的气升式反应器；●○：未添加填料的气升式反应器。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
实施例：
如图1所示，一种气升式填料生物反应器，包括：塔体8(也称外筒)；内筒7，沿塔体8的轴向设置在塔体8内部；填料区，位于塔体8和内筒7之间；微孔曝气器9，与内筒7的底部连接；进气口1，设置在塔体8的底部，并与微孔曝气器9连接；出气口5，设置在塔体8的顶部。
塔体8的顶部设有碱液注入口6，用于将碱液通入塔体8内。
塔体8的顶部设有pH传感器4，用于检测塔体8内的pH。
pH传感器4和碱液注入口6连接有pH在线调节装置(未画出)，pH传感器4将检测到的pH值传输给pH在线调节装置，pH在线调节装置根据得到的pH值，通过碱液注入口6通入碱液来调节pH值。以实时控制体系pH值。pH自动调节装置中用于中和反应器体系酸性的NaOH溶液浓度为0.2～1.0mol L-1，使用蠕动泵从反应器顶部碱液注入口6注入。
内筒7同轴安装在塔体8内。
填料区置放有填料3，并且该填料3负载有生物膜。
填料区中的填料3通过两块填料隔板2将填料3固定在塔体8和内筒7之间。
内筒7与微孔曝气器9连接的一端带有喇叭口，该喇叭口向靠近微孔曝气器9逐渐扩张增大。内筒7底部采用喇叭形设计增大底部的横截面积以确保目标气体完全进入内筒中。
塔体8的底部设有排泥口。反应器运行一段时间后，产生的污泥经由底部排泥口排出。
本发明涉及一种利用向气升式生物反应器内筒7与塔体8之间加设填料层的生物反应器装置，包括进气口1、安装在内筒7与塔体8之间用于固定填料层的隔板2及提供微生物固定膜生长系统的填料3、监测与调节体系酸碱度的pH传感器4和碱液注入口6、出气口5、设置于反应器塔体8内部并与塔体8同轴安装的内筒7、连接在进气口1上将气体分散进入反应器内部的微孔曝气器9、设置在塔体8底部的排泥口10等。
气态污染物从进气口1进入反应器，经由微孔曝气器9曝气进入反应器内筒7。反应器的内筒7底部采用喇叭形设计增大底部的横截面积以确保目标气体完全进入内筒7中。在内筒7中发生气液传质，目标污染物被液相吸收并首先被液相中悬浮生长的微生物降解，未降解完全的污染物再经过内筒7，穿过填料隔板2进入填料区，被填料区中填料中处于固定膜生长系统的微生物进一步降解。最后再从底部进入内筒7，吸收并降解新的气态污染物，目标污染物最终被微生物代谢矿化成CO2、H2O、HCl等小分子无机物溶于液相中或经由出气口5排出。同时，pH传感器4和碱液注入口6与一台pH在线调节装置相连以实时控制体系pH值。反应器运行一段时间后，产生的污泥经由底部排泥口10排出。
应用例：
一种采用气升式填料生物反应器处理有机废气的方法，包括以下步骤：
1)将菌种接种到无机盐培养液中培养，通入有机废气曝气驯化，得到具有降解能力的微生物群落的营养液；
步骤1)中，菌种采用混合菌种，采用中国工业微生物菌种保藏管理中心(CICC)的市售菌种，由以下个数百分数的菌种混合而成；
Figure GDA0002374157160000071
无机盐培养液以1L计，由以下质量的组分组成：
Figure GDA0002374157160000072
Figure GDA0002374157160000081
2)将具有降解能力的微生物群落的营养液加入到气升式填料生物反应器中，体系pH值维持在6～7，体系温度在30±1℃，从进气口通入有机废气，有机废气在气升式填料生物反应器中停留处理，实现有机废气降解。
为了说明本发明涉及的一种利用向气升式生物反应器内塔体之间加设填料层的生物反应器装置能达到较好的处理效果，使用实施例的气升式填料反应器进行了含氯有机废气的处理，实验条件如下：模拟废气为二氯甲烷废气，气体组成：二氯甲烷+空气，通过空气泵鼓泡得到。二氯甲烷浓度控制在100～1000mgm-3之间；塔体高度650mm，内筒高度550mm。设置两个平行试验，其中一个反应器内塔体之间装有2.0L生物填料，另一个不添加任何填料。所添加的填料选用一种组合式生物填料(授权专利号：ZL201210146421.6专利说明书中实施例1中公开拉西环与多孔介质的组合式生物填料)，孔隙率90％。
无机培养液4.0L。pH自动调节装置中用于中和反应器体系酸性的NaOH溶液浓度为0.2～1.0mol L-1，使用蠕动泵从反应器顶部碱液注入口注入。
体系pH值维持在6～7，体系温度在30±1℃。将有机废气的进气量控制在0.3m3h-1，对应反应器的停留时间RT＝19.3s；反应器持续运行，每天三次，每次间隔两小时测定进出口气体中二氯甲烷的浓度。
运行结果如附图2所示，当反应器达到稳定运行后，在二氯甲烷进气浓度100～1000mgm-3波动范围内，气升式填料反应器去除效率为44％～74％，而传统气升式反应器去除效率为14％～53％。气升式填料反应器的二氯甲烷去除效率要明显高于传统的气升式反应器。

Claims (6)

1.一种采用气升式填料生物反应器处理有机废气的方法，其特征在于，所述的气升式填料生物反应器，包括：
塔体；
内筒，沿所述塔体的轴向设置在所述塔体内部；
填料区，位于所述塔体和内筒之间，所述的填料区置放有填料，该填料采用拉西环与多孔介质的组合式生物填料，所述的填料区中的填料通过两块填料隔板将填料固定在所述塔体和内筒之间；
微孔曝气器，与所述内筒的底部连接；
进气口，设置在所述塔体的底部，并与所述微孔曝气器连接；
出气口，设置在所述塔体的顶部；
该方法包括以下步骤：
1)将菌种接种到无机盐培养液中培养，通入有机废气曝气驯化，得到具有降解能力的微生物群落的营养液；
所述的菌种采用混合菌种，采用中国工业微生物菌种保藏管理中心的市售菌种，由以下个数百分数的菌种混合而成；
Figure FDA0002374157150000011
所述的无机盐培养液以1L计，由以下质量的组分组成：
Figure FDA0002374157150000012
Figure FDA0002374157150000021
2)将具有降解能力的微生物群落的营养液加入到气升式填料生物反应器中，体系pH值维持在6～7，体系温度在30±4℃，从进气口通入有机废气，有机废气在气升式填料生物反应器中停留处理，实现有机废气降解；
步骤1)和步骤2)中，所述的有机废气为含氯挥发性有机废气。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤2)中，体系pH值维持在6～7，体系温度在30±1℃。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的塔体的顶部设有碱液注入口；
所述的塔体的顶部设有pH传感器；
所述的pH传感器和碱液注入口连接有pH在线调节装置。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的内筒同轴安装在所述塔体内。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的内筒与所述微孔曝气器连接的一端带有喇叭口，该喇叭口向靠近所述微孔曝气器逐渐扩张增大。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的塔体的底部设有排泥口。
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