CN109173700A - 一种降解高浓度石油排放物的装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种降解高浓度石油排放物的装置，所述装置包括生物滴滤器，所述装置可用于净化高浓度石油工业废气，所述装置具有如下优势：适用高浓度多组分的石油工业废气；通过生物滴滤器内设置多层生物填料，可处理多种类的挥发性石油废气；生物相浓度高，能实现装置内部营养添加、温度、湿度以及pH值的自动化调节，能有效稳定生物滴滤器内的各项环境参数，保证本装置高效平稳的运行；本发明优选地适用于石油化工行业。

Description

一种降解高浓度石油排放物的装置
技术领域
本发明涉及石油机械领域，尤其涉及一种降解高浓度石油排放物的装置。
背景技术
挥发性有机物(VOCs)是石油化工以及相关行业所排放最为常见的气态污染物之一，对气候的变化，植物的生长和衰亡以及人类和所有动物的健康都有极大的危害，因此越来越受到世界各国的重视，许多发达国家都颁布了相应的法令，限制VOCs的排放。
目前针对VOCs的常规方法及其不足之处如下：燃烧法，主要针对成分复杂的高浓度、小气量VOCs废气，其运行成本高、操作安全性差并且易产生二次污染；吸收法，适用于高浓度、溶解性好的VOCs废气，吸收剂需要回收，容易形成二次污染；活性炭吸附法，适用于低浓度、大气量的VOCs废气，活性炭很容易饱和，活性炭再生的费用也很昂贵；冷凝法，针对高沸点、小气量单组分的VOCs废气，其工艺复杂，对复杂组分中高挥发性的组分回收率低。
对于低浓度VOCs废气而言，生物净化法以其良好的净化效果和较低的运行费用表现出巨大的竞争力，但是，对于高浓度VOCs废气而言，传统的生物法还没有完整的解决方案，无法将高浓度VOCs废气净化到国标要求的排放标准之内。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种降解高浓度石油排放物的装置。其具有可承受高浓度有机废气、操作简单、环境稳定、无二次污染等优点。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的首要目的是提供一种降解高浓度石油排放物的装置。
本发明是以如下技术方案实现的：
本发明提供一种降解高浓度石油排放物的装置，所述装置包括生物滴滤器，所述装置用于净化高浓度石油废气。
进一步地，与所述进气口(0)连接有进气泵(1)，与所述进气泵(1)连接有活性炭过滤器(2)，所述活性炭过滤器(2)与第一电磁阀(3)连接，所述第一电磁阀(3)连接有第一转子流量计(4)，所述第一转子流量计(4)连接有生物滴滤器(5)，所述装置还包括循环水泵(6)，所述循环水泵(6)连接有循环液槽(7)，所述循环液槽(7)连接有第二转子流量计(8)，所述第二转子流量计(8)连接有第二电磁阀(9)，所述第二电磁阀(9)连接在所述生物滴滤器(5)上，所述装置还包括营养液槽(10)、pH值传感器(17)、湿度传感器(18)、温度传感器(19)、电热丝(25)、主控板(26)，所述装置还包括第六电磁阀(20)，所述第六电磁阀(20)连接有排水泵(21)，所述排水泵(21)连接有排水管道(22)，所述生物滴滤器(5)连接有排风机(23)，所述排风机(23)连接有排风口(24)，所述生物滴滤器(5)内部自下而上设置有循环液(51)、第一生物滤过层(52)、第一喷淋装置(53)、第二生物滤过层(54)、第二喷淋装置(55)、第三生物滤过层(56)、第三喷淋装置(57)、顶部喷淋装置(58)，所述循环液(51)经过第二电磁阀(9)通过循环水泵(6)由底部循环水槽(7)输送到顶部的循环液喷淋装置(58)向下喷淋，所述营养液槽(10)分为三个独立的营养池，包括细菌池(10A)、真菌池(10B)及藻类池(10C)，所述细菌池(10A)连接有第一蠕动泵(11)，所述第一蠕动泵(11)连接有第三电磁阀(12)，所述第三电磁阀(12)连接在所述第一喷淋装置(53)上，为所述第一生物滤过层(52)上附着的细菌提供营养；所述真菌池(10B)连接有第二蠕动泵(13)，所述第二蠕动泵(13)连接有第四电磁阀(14)，所述第四电磁阀(14)连接在所述第二喷淋装置(55)上，为所述第二生物滤过层(54)上附着的真菌提供营养；所述藻类池(10C)连接有第三蠕动泵(15)，所述第三蠕动泵(15)连接有第五电磁阀(16)，所述第五电磁阀(16)连接在所述第三喷淋装置(57)上，为所述第三生物滤过层(56)上附着的藻类提供营养，所述第一生物滤过层(52)主要过滤介质为细菌基底的细菌生物菌膜，所述生物菌膜的制备方法如下：取毗邻贫养菌、铜绿色假单胞杆菌、反硝化产碱菌、枯草芽孢杆菌、桔黄假单胞菌、费氏丙酸杆菌、藤黄细球菌、无枝菌酸棒杆菌的保藏菌种，将上述细菌菌种采用划线接种的方法培养在LB平板培养基上，于32℃培养24小时，使菌种复壮，并形成单菌落，经单菌株扩大培养，将单菌株培养液进行离心浓缩，将浓缩液按下述重量百分比配混合制成细菌菌种混合物：毗邻贫养菌10％、铜绿色假单胞杆菌15％、反硝化产碱菌27％、枯草芽孢杆菌5％、桔黄假单胞菌5％、费氏丙酸杆菌10％、藤黄细球菌19％、无枝菌酸棒杆菌9％，将菌种混合物与固定剂混合，菌种混合物与固定剂质量比例为3:2。
进一步地，第二生物滤过层(54)主要过滤介质为真菌基底的真菌生物菌膜，所述真菌生物菌膜的制备方法如下：取巨曲霉、胶性曲霉、微小毛霉菌、隐球酵母、菌膜假丝酵母、假丝地霉、白地霉的保藏菌种，将上述真菌菌种采用划线接种的方法培养在真菌培养基上，于28℃培养24小时，使菌种复壮，并形成单菌落，经单菌株扩大培养，将单菌株培养液进行离心浓缩，将浓缩液按下述重量百分比配混合制成真菌菌种混合物：巨曲霉18％、胶性曲霉13％、微小毛霉菌17％、隐球酵母属15％、菌膜假丝酵母19％、假丝地霉11％、白地霉7％，将菌种混合物附着在纳米陶土轻质填料上，培养5天后形成第二生物滤过层(54)，填料厚度约为0.2-0.3m。
优选地，第三生物滤过层(56)主要过滤介质为藻类基底的藻类生物膜，所述藻类生物膜的制备方法如下：取坑形席藻、短炳曲壳藻变窄变种、铜绿微囊藻、温泉阿格藻、斜生栅藻的保藏菌种，将上述藻类扩大培养，藻类培养均采用BG11培养基无菌封闭式培养，按以下比例配比：坑形席藻26％、短炳曲壳藻变窄变种23％、铜绿微囊藻17％、温泉阿格藻21％、斜生栅藻33％，将藻类按照上述配比培养至对数期，将上述藻类培养于挂膜载体上，培养三天后开始驯化，连续五天每天用VOCs气体过膜，至第十天，即制作成第三生物滤过层(56)，填料厚度约为0.1-0.2m。
进一步地，所述挂膜载体包括但不限于半软性载体、立体弹性载体和软性载体，优选的，所述挂膜载体为立体弹性载体，所述立体弹性载体直径10cm，为保证藻类密度，每个立体弹性载体之间间距3cm。
本发明具有以下明显有益效果：
1.适用高浓度多组分的石油工业废气；
2.通过生物滴滤器内设置多层生物填料，可处理多种类的石油工业废气；
3.生物相浓度高，能实现装置内部营养添加、温度、湿度以及pH值的自动化调节，能有效稳定生物滴滤器内的各项环境参数，保证本装置高效平稳的运行；
4.本发明应用广泛，可应用于多种工业，所述工业企业包括石油化工行业、油漆涂料生产加工行业、印刷印染行业等，优选地适用于处理石油工业废气。
附图说明
图1是本发明提供的一种降解高浓度石油排放物的装置；
图2是本发明提供的用于净化高浓度有机废气的生物滴滤器的内部结构示意图；
图3是本发明提供的营养液槽的内部结构示意图；
图4是本发明提供的用于净化高浓度有机废气的装置的控制器控制示意图；
其中：进气口(0)，进气泵(1)，活性炭过滤器(2)，第一电磁阀(3)，第一转子流量计(4)，生物滴滤器(5)，循环水泵(6)，循环液槽(7)，第二转子流量计(8)，第二电磁阀(9)，营养液槽(10)，第一蠕动泵(11)，第三电磁阀(12)，第二蠕动泵(13)，第四电磁阀(14)，第三蠕动泵(15)，第五电磁阀(16)，pH值传感器(17)，湿度传感器(18)，温度传感器(19)，第六电磁阀(20)，排水泵(21)，排水管道(22)，排风机(23)，排风口(24)，电热丝(25)，主控板(26)。
图5是本实施例提供的用于藻类挂膜的挂膜载体示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
实施例1：
如图1所示，本发明所述用于净化高浓度有机废气的装置主要包括进气口0，与所述进气口0连接的进气泵1，与进气泵1连接的活性炭过滤器2，所述活性炭过滤器2用于连接第一电磁阀3，所述第一电磁阀3连接有第一转子流量计4，所述第一转子流量计4连接有生物滴滤器5。
进一步地，所述装置还包括循环水泵6，所述循环水泵6连接有循环液槽7，所述循环液槽7连接有第二转子流量计8，所述第二转子流量计8连接有第二电磁阀9，所述第二电磁阀9连接在所述生物滴滤器5上。
进一步地，所述装置还包括营养液槽10，所述营养液槽分成三个独立的营养池，包括：细菌池10A、真菌池10B、藻类池10C，所述细菌池10A连接有第一蠕动泵11，所述第一蠕动泵11连接有第三电磁阀12，所述第三电磁阀12连接在所述第一喷淋装置53上，为第一生物滤过层52上附着的细菌提供营养；所述真菌池10B连接有第二蠕动泵13，所述第二蠕动泵13连接有第四电磁阀14，所述第四电磁阀14连接在所述第二喷淋装置55上，为第二生物滤过层54上附着的真菌提供营养；所述藻类池10C连接有第三蠕动泵15，所述第三蠕动泵15连接有第五电磁阀16，所述第五电磁阀16连接在所述第三喷淋装置57上，为第三生物滤过层56上附着的藻类提供营养。
进一步地，所述装置还包括pH值传感器17、湿度传感器18、温度传感器19、电热丝25、主控板26，所述净化高浓度有机废气的装置还包括第六电磁阀20，所述第六电磁阀20连接有排水泵21，所述排水泵21连接有排水管道22，所述生物滴滤器5连接有排风机23，所述排风机23连接有排风口24。
实施例2：
石油化合物的生物降解过程包括三个过程，首先，石油化合物被吸附到微生物表面；其次，石油化合物通过反应被转移到微生物细胞膜上；然后这些化合物在微生物细胞质中通过微生物本底的代谢途径被降解成无毒或低毒的小分子物质，由于石油化合物在排放过程中会呈现不同的分子结构，诸如饱和烃、烷烃、多环芳烃等，不同细菌、真菌、藻类的代谢途径即降解途径迥异，所以提供多种生物滤过层有助于实现对多种污染物的一次性的去除。
第一生物滤过层主要过滤介质为细菌基底的细菌生物菌膜，所述生物菌膜的制备方法如下：取毗邻贫养菌(Abiotrophia adjacens)、铜绿色假单胞杆菌(Pseudomonasaeruginasa)、反硝化产碱菌(Alcaligenes denitrificans)、枯草芽孢杆菌(Bacillussubtilis)、桔黄假单胞菌(Pseudomonas aurantiaca)、费氏丙酸杆菌(Propionibacteriumfreudennreichii)、藤黄细球菌(Micrococcus luteus)、无枝菌酸棒杆菌(Corynebacterium amycolatum)，上述菌株购自菌种保藏中心或商业购买，将上述菌种的保藏菌种采用划线接种的方法培养在LB平板培养基上，于32℃培养24小时，使菌种复壮，并形成单菌落。经单菌株扩大培养，将单菌株培养液进行离心浓缩，将浓缩液按下述重量百分比配混合制成细菌菌种混合物：毗邻贫养菌10％、铜绿色假单胞杆菌15％、反硝化产碱菌27％、枯草芽孢杆菌5％、桔黄假单胞菌5％、费氏丙酸杆菌10％、藤黄细球菌19％、无枝菌酸棒杆菌9％，将菌种混合物与固定剂混合，菌种混合物与固定剂质量比例为3:2，固定剂制备方法如下：
固定剂分按以下质量份数制备：
将聚乙烯醇、羧甲基纤维素钠、海藻酸钠溶于水中，加热至89-92℃，使其完全溶解成胶液后，冷却至室温(22-24℃)；将煤基活性炭粉末(180-200目)、硅藻土粉末(180-200目)、醋酸钠和浓缩的菌种混合物混合后，一起加入胶液中，最后补充水至所需体积，混合并搅拌均匀。
将上述胶液放在底部装有500个锐孔管的容器中，让胶液通过锐孔管自由或加压滴入粉末床上进行固定。粉末床上放有二氧化硅粉、硼酸粉、石膏粉，其重量比范围为3∶2∶1。通过振动筛分离矿物粉末，获得终产物得到细菌颗粒膜，所述细菌颗粒膜作为固定生物填料设置于第一生物滤过层52，填料厚度约为0.5-0.7米。
实施例3：
第二生物滤过层54主要过滤介质为真菌基底的真菌生物菌膜，所述真菌生物菌膜的制备方法如下：取巨曲霉(Aspergillus giganteus)、胶性曲霉(Aspergillusgliocladium)、微小毛霉菌(Mucor pusillus)、隐球酵母属(Cryptoccus Kutzing)、菌膜假丝酵母(Candida pelliculosa)、假丝地霉(Ceotruchum candidum)、白地霉(Cryytococcusneoformans)，上述菌株购自菌种保藏中心或商业购买，将上述菌种的保藏菌种采用划线接种的方法培养在真菌培养基上，于28℃培养24小时，使菌种复壮，并形成单菌落，经单菌株扩大培养，将单菌株培养液进行离心浓缩，将浓缩液按下述重量百分比配混合制成真菌菌种混合物：巨曲霉18％、胶性曲霉13％、微小毛霉菌17％、隐球酵母属15％、菌膜假丝酵母19％、假丝地霉11％、白地霉7％，将菌种混合物附着在纳米陶土轻质填料上，培养5天后形成第二生物滤过层54，填料厚度约为0.2-0.3m。
实施例4：
第三生物滤过层56主要过滤介质为藻类基底的藻类生物膜，所述藻类生物膜的制备方法如下：取坑形席藻(Phormidium foveolarum)、短炳曲壳藻变窄变种(Achnanthesbrevipe)、铜绿微囊藻(Microcystis aeruginosa)、温泉阿格藻(Agmenellum thermal)、斜生栅藻(Scenedesmus obliquus)，上述藻类品种购自菌种保藏中心或商业购买，将上述藻类扩大培养，藻类培养均采用BG11培养基无菌封闭式培养，按以下配比：坑形席藻26％、短炳曲壳藻变窄变种23％、铜绿微囊藻17％、温泉阿格藻21％、斜生栅藻33％。可选挂膜载体包括但不限于半软性载体、立体弹性载体和软性载体，优选的，本实施例选择立体弹性载体作为挂膜载体，如图5所示，所述立体弹性载体直径10cm，为保证藻类密度，每个立体弹性载体之间间距3cm，将藻类按照上述配比培养至对数期，在挂膜载体上培养三天后开始驯化，连续五天，每天用VOCs气体过膜，至第十天，即制作成第三生物滤过层56，填料厚度约为0.1-0.2m。
实施例5：
所述生物过滤装置在净化VOCs气体时，气体走向为：VOCs废气被进气口收集，收集后由进气泵将废气输送到活性炭过滤器中进行过滤，活性炭过滤器设置于进气口排风主管道和生物滴滤器之间，可用于除去粉尘，使VOCs废气的颗粒浓度降低到10mg/m3以下.
第一转子流量计监控进气口的挥发性有机物废气的流速，然后通过第一电磁阀输送到生物滴滤器中，生物滴滤器中设置有多层固定生物填料，可以通过生化反应将小分子有害物质分解为CO2和H2O，处理后的净化气体经排风机输出给排气筒进行高空排放。生物滴滤器下方设置有生物滤池，生物滤池产生的剩余污泥经第六电磁阀由排水泵排入到排水管道配套的水处理设备进行处理。
使用该处理废气的生物层结构时，将废气从生物滴滤器的底部进入，通过第一生物滤过层52，通过细菌生物菌膜时被细菌菌种填料层吸附、分解，产生次级代谢产物进入第二生物滤过层54，被真菌菌种填料层吸附、分解之后进入第三生物滤过层56，最后经过第三生物滤过层的藻类生物膜吸附、净化后的气体从顶部排出。
VOCs气体在生物滴滤器中停留时间为60～320s，优选地，所述的生物滴滤器中气体停留时间为180s，有利于高效、彻底地去除高浓度有机废气中的多组分有机污染物。VOCs气体质量浓度为2.75～5.76mg/L，气体流量范围为300～1300L/h，运行期间营养液的循环量可分层单独控制，自下而上控制在第一层：40～60mL/min、第二层：38～52mL/min、第三层：25～35mL/min。
所述生物滴滤器的pH值控制在pH 6～8，温度30±5℃。所述高浓度多组分VOCs气体包括但不限于苯及苯系物、非甲烷总烃、酯类、醚类、酮类、醇类、醛类等，绝大多数是由C、H、O构成的可挥发性有机物。其中有的伴有浓烈的刺激气味，有的对皮肤有腐蚀、有的具有毒性、有的能致癌。
实施例6：
如图2所示，所述生物滴滤器5内部自下而上设有循环液51、第一生物滤过层52、第一喷淋装置53、第二生物滤过层54、第二喷淋装置55、第三生物滤过层56、第三喷淋装置57、顶部喷淋装置58。所述循环液51包括硫酸铵、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠、氯化镁、硫酸锌和去离子水，pH稳定在6～8。第二转子流量计8监控循环液的流速。所述循环液51经过第二电磁阀9通过循环水泵6由底部循环水槽7输送到顶部的循环液喷淋装置58向下喷淋。
所述生物滴滤器5外部设有营养液槽10，如图3所示，所述营养液槽10分成三个独立的营养池，包括：细菌池10A、真菌池10B、藻类池10C，所述细菌池10A连接有第一蠕动泵11，所述第一蠕动泵11连接有第三电磁阀12，所述第三电磁阀12连接在所述第一喷淋装置53上，为第一生物滤过层52上附着的细菌提供营养；所述真菌池10B连接有第二蠕动泵13，所述第二蠕动泵13连接有第四电磁阀14，所述第四电磁阀14连接在所述第二喷淋装置55上，为第二生物滤过层54上附着的真菌提供营养；所述藻类池10C连接有第三蠕动泵15，所述第三蠕动泵15连接有第五电磁阀16，所述第五电磁阀16连接在所述第三喷淋装置57上，为第三生物滤过层56上附着的藻类提供营养。
所述营养液槽成分如下：
细菌池10A营养液包括硫酸铵、磷酸氢二钾、磷酸二氢钠、氯化镁、硫酸锌和去离子水，还包括一些微量元素，如铁、铜、钙等。其中，磷酸氢二钾、磷酸二氢钠能够调节pH值，有利于将无碳营养液的pH稳定在6～8。该营养液能为第一生物滤过层充分地提供营养物质，使得细菌生物菌膜更好地处理有机废气中的有机污染物。
真菌池10B营养液包括硝酸钠、过磷酸钙、硫酸铵、硫酸钾、硫酸镁和去离子水，还包括一些微量元素，如铁、铜、钙等。该营养液能为第二生物滤过层充分地提供营养物质，使得真菌生物菌膜更好地处理有机废气中的有机污染物。
藻类池10C营养液包括硝酸铵、磷酸氢二钾、柠檬酸铁和过滤沸煮后的海水，还包括一些微量元素。该营养液能为第三生物滤过层充分地提供营养物质，使得藻类生物菌膜更好地处理有机废气中的有机污染物。
实施例7：
如图4所示，所述生物过滤装置为智能控制设备，包括生物滤滴器5，所述进气泵1、循环水泵6、第一蠕动泵11、第二蠕动泵13、第三蠕动泵15、电热丝25均受控于一主控板26；pH值传感器17、湿度传感器18、温度传感器19负责采集生物滤滴器5内的环境数据并反馈给主控板18。
所述生物滴滤器5内设置有pH传感器14、湿度传感器18，用于监控生物滴滤器5内的pH值和湿度，并向主控板26反馈数据，控制循环水泵6调节循环液的流速，调节生物滴滤器5内的pH值和湿度,将净化装置的pH值控制在6-8、湿度控制在75-82％之间，并因此将废气处理效率提高了5-10％。
生物滴滤器5内还设置有温度传感器19，用于监控生物滴滤器5内的温度值，并向主控板26反馈数据，控制电热丝25的加热功率，用于调节生物滴滤器5内的温度,将生物滴滤器内的温度控制在30±2℃，优选的为30℃，并因此将废气处理效率提高了5％左右。本发明提供的装置对高浓度VOCs气体的处理效率最高可达98.8％。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

Claims (6)

1.一种降解高浓度石油排放物的装置，其特征在于，所述装置包括生物滴滤器，所述装置用于净化高浓度石油废气。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置包括进气口(0)，与所述进气口(0)连接有进气泵(1)，与所述进气泵(1)连接有活性炭过滤器(2)，所述活性炭过滤器(2)与第一电磁阀(3)连接，所述第一电磁阀(3)连接有第一转子流量计(4)，所述第一转子流量计(4)连接有生物滴滤器(5)，所述装置还包括循环水泵(6)，所述循环水泵(6)连接有循环液槽(7)，所述循环液槽(7)连接有第二转子流量计(8)，所述第二转子流量计(8)连接有第二电磁阀(9)，所述第二电磁阀(9)连接在所述生物滴滤器(5)上，所述第二电磁阀(9)连接在所述生物滴滤器(5)上，所述装置还包括排水泵(21)，所述排水泵(21)连接有排水管道(22)，所述生物滴滤器(5)连接有排风机(23)，所述排风机(23)连接有排风口(24)。
3.根据权利要求1或2任一所述的装置，其特征在于，所述生物滴滤器(5)内部设置有循环液(51)、第一生物滤过层(52)、第二生物滤过层(54)、第三生物滤过层(56)和顶部喷淋装置(58)。
4.根据权利要求1-3任一所述的装置，其特征在于，所述营养液槽(10)分为三个独立的营养池，包括细菌池(10A)，所述细菌池(10A)连接有第一蠕动泵(11)，所述第一蠕动泵(11)连接有第三电磁阀(12)，所述第三电磁阀(12)连接在所述第一喷淋装置(53)上，为所述第一生物滤过层(52)上附着的细菌提供营养。
5.根据权利要求1-4任一所述的装置，其特征在于，所述第二生物滤过层(54)主要过滤介质为真菌生物菌膜。
6.根据权利要求1-5任一所述的装置，其特征在于，还包括挂膜载体，所述挂膜载体包括但不限于半软性载体、立体弹性载体和软性载体，优选的，所述挂膜载体为立体弹性载体。
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