CN112316709A - 一种含甲苯废气的处理装置及废气的处理方法 - Google Patents

一种含甲苯废气的处理装置及废气的处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种含甲苯废气的处理方法，包括以下步骤：（1）将含甲苯废气吹送至生物滴滤塔被吸收降解；（2）降解后废气进入物理吸附塔被二次吸附；（3）吸附后废气最终进入尾气回收桶被溶解吸收，所述方法首先将含有甲苯废气经过生物滴滤塔降解处理，其中生物滴滤塔以以混菌体系作为底盘菌进行挂膜，以陶瓷球作为填料；经过生物降解处理后的剩余含甲苯废气进入以活性炭为填料的物理吸附塔，实施二次吸附；最终经过物理吸附处理后残余含甲苯废气进入以甲醇为溶剂的尾气回收桶中，实现完全溶解吸收。本发明提供的方法涵盖生物降解‑物理吸附‑化学溶解吸收的联用，从而实现对甲苯废气的高效净化。

Description

一种含甲苯废气的处理装置及废气的处理方法
技术领域
本发明涉及含甲苯废气处理领域，具体是一种含甲苯废气的处理装置及废气的处理方法。
背景技术
甲苯作为单环芳香族有机化合物代表之一，可侵害血液、皮肤和神经系统，对生命健康和大气环境具有重大威胁。目前来说，甲苯废气治理一般分为化学法、物理法和生物法三种，物理化学法主要包括冷凝吸附和吸收、催化燃烧、等离子体法。生物法主要包括生物过滤池、生物滴滤塔和生物洗涤池等。与物理法和化学法相比，生物法处理甲苯废气因其成本低廉、降解率高且无二次污染等优点，已成为当今环保领域研究热点之一。生物法主要利用微生物菌株对甲苯的代谢降解能力，以微生物菌种作为生物滤池、生物洗涤池或生物滴滤塔等装置的底盘菌实现对甲苯的降解。为了提升甲苯降解效率，许多研究学者将这些处理技术联合使用。
微生物降解在污染物从环境中彻底消失的过程中占有重要地位且具有广阔的应用前景。自然界中大多野生单菌和天然菌群都有降解有机污染物的能力，但由于单菌代谢能力的限制以及特殊污染物的复杂代谢，天然菌群的可控性较差导致无法实现特定污染物的降解，因此野生单菌和天然菌群难以有效降解特定污染物。随着合成生物学的发展，通过设计不同的功能元件和代谢模块构建人工混菌体系，可以很好地解决代谢负担和可控性较差等问题，通过利用具有不同功能的人工菌株，构建混菌体系可实现对特定污染物的高效降解。
发明内容
本发明的目的是提供一种含甲苯废气的处理方法，涵盖生物降解-物理吸附-化学溶解吸收的联用，从而实现对甲苯废气的高效净化，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种含甲苯废气的处理方法，包括以下步骤：
(1)将含甲苯废气吹送至生物滴滤塔被吸收降解；
(2)降解后废气进入物理吸附塔被二次吸附；
(3)吸附后废气最终进入尾气回收桶被溶解吸收。
所述方法首先将含有甲苯废气经过生物滴滤塔降解处理，其中生物滴滤塔以以混菌体系作为底盘菌进行挂膜，以陶瓷球作为填料；经过生物降解处理后的剩余含甲苯废气进入以活性炭为填料的物理吸附塔，实施二次吸附；最终经过物理吸附处理后残余含甲苯废气进入以甲醇为溶剂的尾气回收桶中，实现完全溶解吸收。
所述混菌体系由大肠杆菌和铜绿假单胞菌组成，并对其降解甲苯进行培养驯化、摇瓶发酵。
本发明中用于甲苯降解的混菌体系的构建步骤如下：
(1)对混菌体系进行培养驯化：将富集完成的双菌加至以甲苯为唯一碳源的培养基中进行驯化，第一次驯化时间为5d，共进行3次驯化。
(2)对混菌体系进行摇瓶发酵：取0.1mL驯化完成的大肠杆菌菌液和铜绿假单胞菌液菌液发酵24h生成发酵种子液，将已发酵好种子液分别接种到含有200mL LB培养基的摇瓶中，接种比为3：1，总体积为4L。
(3)对甲苯废气进行降解：将发酵完成的双菌培养液利用蠕动泵推进至生物滴滤塔中，甲苯气体由底部通入滴滤塔，甲苯作为混菌体系养料被吸收降解。
本发明还提出一种基于上述方法的含甲苯废气的处理装置，包括用于吹送甲苯废气的甲苯废气混合系统、滴滤塔、物理吸附塔以及营养液输入系统，所述甲苯废气混合系统与所述滴滤塔的进气口连接，所述滴滤塔的出气口与所述物理吸附塔的进气口连接，所述营养液输入系统分别与所述滴滤塔的进水口和出水口连接并形成营养液循环回路。
作为本发明的进一步方案：所述甲苯废气混合系统包括甲苯液体瓶、空气瓶和混气瓶，所述甲苯液体瓶和空气瓶的进气端均装配有空气压缩机，甲苯液体瓶、空气瓶的出气端分别连通至混气瓶，所述混气瓶的出气端通过蠕动泵与所述滴滤塔的进气口连接，上述连接管路上均安装有气体流量计。
作为本发明的进一步方案：所述营养液输入系统包括营养液循环槽和喷淋头，所述喷淋头装配于滴滤塔内，所述营养液循环槽的出液端与所述喷淋头连接，所述营养液循环槽的进液端与所述滴滤塔的出水口通过连接，该连接管路上设置有蠕动泵和液体流量计。
作为本发明的进一步方案：所述喷淋头设置有两个，其中一个喷淋头安装在所述滴滤塔的顶部，另一个喷淋头安装在所述滴滤塔的中部，所述营养液循环槽设置有两个并分别与对应的喷淋头连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明提出了一种含甲苯废气的处理方法，将生物降解-物理吸附-化学吸收联用，可实现对甲苯废气的高效降解。混菌体系在含甲苯培养基中生长良好，将混菌体系作为生物滴滤塔底盘菌挂膜降解甲苯废气，本发明的方法降解效率高，运行96h后，甲苯降解率可达97.2％，达到《GB 16297-1996大气污染物综合排放标准》中规定的“甲苯最高允许排放浓度60mg/m3”要求。本发明的方法填补了甲苯降解相关研究中涉猎较少的混菌体系研究，同时也为生物降解特殊污染物提供新思路和新方法；
2、本发明通过在滴滤塔中设置双层喷淋头，且双层喷淋头分别位于塔体的顶部和中部，从而实现双层滴滤，进而使塔内废气与菌液快速达到气液平衡且均匀稳定。由于菌液不断下落积累，致使滴滤塔底部液体浓度远高于顶端浓度，使之废气在刚刚进入塔底便被大部分吸收，降解，进而提高废气吸收效率。
附图说明
图1为本发明实施例中混菌体系构建示意图；
图2为本发明实施例含甲苯废气处理装置的结构示意图；
图3为本发明实施例处理浓度为65.2ppm(约267.97mg/m3)的甲苯废气，检测处理后的废气浓度；
图中：第一空气压缩机1、第二空气压缩机2、第一气体流量计3、第二气体流量计4、甲苯液体瓶5、空气瓶6、混气瓶7、第一蠕动泵8、第三气体流量计9、第一营养液循环槽10、第二营养液循环槽11、第二蠕动泵12、第三蠕动泵13、第一液体流量计14、第二液体流量计15、恒流泵16、阀门17、第一检气口18、第二检气口19、第三检气口20、喷淋头21、第一填料板22、法兰盘23、第二填料板24、沉积室25、填料区26、滴滤塔27、物理吸附塔 28、活性炭填料区29、第四检气口30、进气口31、滴滤塔底座32、物理吸附塔底座33、尾气回收桶34。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例中，一种含甲苯废气的处理方法，包括以下步骤：
(1)采用空气吹吸的方式将甲苯气体与空气进行混合作为处理目标气体并吹送至生物滴滤塔27，混合气体自下而上充分与菌液填料接触。
(2)降解后废气从生物滴滤塔27顶部排出进入物理吸附塔28，所述物理吸附塔28内填充活性炭，针对降解后废气实施二次吸附。
(3)吸附后废气从物理吸附塔28顶部排出进入最终的尾气回收桶34，利用尾气回收桶34中甲醇溶剂，根据有机溶剂相似相溶原理，将处理后含甲苯气体通过甲醇被吸收，避免直接排放造成大气污染。
作为本发明实施例的一种含甲苯废气的处理方法，所述具体应用方法如下：
(1)将空气通过第一空气压缩机1通入甲苯液体瓶5中，产生甲苯混合气。将空气通过第二空气压缩机2通入空气瓶6中形成有压空气，将较高浓度的甲苯与空气在混气瓶 7中混合得到低浓度的模拟甲苯废气，第一气体流量计3和第二气体流量计4分别用于监测通入甲苯液体瓶5以及空气瓶6中的空气流量，甲苯流速由第三气体流量计9控制。模拟废气通过第一蠕动泵8从底部通入生物滴滤塔27，其表观气速为0.0075-0.02m/s。模拟废气通入滴滤塔27前，先向塔中通24h空气，以活化菌体并使液相中氧浓度接近饱和值。经过塔内初始浓度为3.7g/L的游离菌的吸收降解，从顶部排出。在气体进口和出口以及液高0.5m处分别设有第一检气口18、第三检气口20和第二检气口19，上述检气口作为取样点，每隔24h取样，样品密封于医用注射器中，滴滤塔27内的第一填料板22和第二填料板24上分别形成填料区26，填料区26内填充陶瓷球，滴滤塔27中部通过法兰盘23固连，滴滤塔27具有滴滤塔底座32。
(2)所构建混菌体系如图1所示，由大肠杆菌(E.coli)和铜绿假单胞菌(P.aeruginosa) 组成，并对其降解甲苯进行培养驯化、摇瓶发酵，形成混合菌液。
(3)所述混合菌群培养基与溶液配方
LB培养基主要成分如下：蛋白胨10g/L，NaCl 10g/L，酵母粉5g/L，pH为7.0左右。
改进无机盐培养基主要成分：
①配制缓冲体系与铁剂：准确称取KH2PO4 0.1809g，K2HPO4 0.0339g，(NH4)2SO40.1650g至100mL容量瓶中加水定容至100mL，利用超声振荡使其充分溶解，准确称取 FeSO40.0784g至20mL容量瓶中加水定容至20mL，并量取1mL FeSO4溶液至100mL缓冲体系中，摇匀后装至离心管灭菌，灭菌温度为121℃，恒温30min。
②微量成分：称取CaCl2 0.0300g，MgSO4 0.2000g，MnSO4 0.0600g于3个20mL容量瓶中并加水定容至20mL，摇匀后装至离心管灭菌，灭菌温度为121℃，恒温30min。
③各取1mL微量成分加入100mL缓冲体系中摇匀备用。
(4)混合菌群的培养与驯化
①从甘油管中各吸取0.1mL大肠杆菌菌液与铜绿假单胞菌菌液接种至含有5mL LB培养基的试管中，在温度为37℃、转速220rpm下发酵24h，进行富集。
②分别取1mg、5mg、10mg、15mg、20mg甲苯试剂加至100mL改良无机盐培养基中，将富集完成的大肠杆菌和铜绿假单胞菌加至以甲苯为唯一碳源的培养基中进行驯化，第一次驯化时间为5d，共进行3次驯化，将驯化完成的大肠杆菌与铜绿假单胞保存至甘油管中。
③由于甲苯物质具有挥发性，在菌种驯化过程中，采用密封发酵的方式，避免甲苯的流失，使摇瓶内部形成气液稳定的环境。结果表明：在含有10mg甲苯试剂的无机盐培养基中，菌种生长情况最佳。
(5)混合菌液发酵配制
从甘油管中取0.1ml驯化完成的大肠杆菌菌液和铜绿假单胞菌液接种到5mL LB培养基试管中，在温度为37℃、转速220rpm下发酵24h，生成发酵种子液，将已发酵好的种子液分别接种到含有200mL LB培养基的摇瓶中，接种比为3：1，总体积为4L。
(6)以混菌体系为底盘菌降解甲苯生物滴滤系统装置流程如图2所示，发酵48h后，将混合菌液分别倾倒至第一营养液循环槽10和第二营养液循环槽11中，生物滴滤塔27 在顶部和中部设立两个进水口，两个进水口处均安装有喷淋头21，其中顶部喷淋头21与第一营养液循环槽10连接，中部喷淋头21与第二营养液循环槽11连接，并通过第一液体流量计14、第二液体流量计15对混合菌液流量进行监测，混合菌液通过第二蠕动泵12、第三蠕动泵13分别从滴滤塔27顶部和中部的喷淋头21滴落并覆盖在已装填于滴滤塔27 中的填料层，当混合菌液滴落充满整个底部沉积室25，打开滴滤塔27底部阀门17，同时启动恒流泵16，使混合菌液再次回到循环槽中，流速为10L/h，并维持约4h的运转，混合菌液每隔4天更换一次。本发明所述的处理方法采用双层滴滤的高效操作将通入滴滤塔 27内废气与菌液快速达到气液平衡且均匀稳定。由于菌液不断下落积累，致使滴滤塔27 底部液体浓度远高于顶端浓度，使之废气在刚刚进入塔底便被大部分吸收，降解。
(7)降解后废气从生物滴滤塔27顶部排出并由进气口31由底部进入物理吸附塔28，物理吸附塔28具有物理吸附塔底座33，所述物理吸附塔28的活性炭填料区29内填充活性炭，针对降解后废气实施二次吸附。吸附后废气从物理吸附塔28顶部排出进入最终的尾气回收桶34，利用尾气回收桶34中甲醇溶剂，根据有机溶剂相似相溶原理，将处理后含甲苯气体通过甲醇被吸收，避免直接排放造成大气污染。
(8)用本发明实施例的方法处理浓度为65.2ppm(约267.97mg/m3)的甲苯废气，检测处理后的废气浓度，在整个处理装置运行96h后，生物滴滤塔27出气口(即第三检气口20)浓度及物理吸附塔28尾气排放(即第四检气口30)浓度分别降低至2.10ppm和 1.83ppm(约8.63mg/m3和7.52mg/m3)，甲苯降解率可达97.2％，达到《GB 16297-1996大气污染物综合排放标准》中规定的“甲苯最高允许排放浓度60mg/m3”要求。为有效处理残余废气，在尾气排放口处增设尾气回收桶34，确保无污染废气排放至大气中。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种含甲苯废气的处理方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：（1）将含甲苯废气吹送至生物滴滤塔被吸收降解；（2）降解后废气进入物理吸附塔被二次吸附；（3）吸附后废气最终进入尾气回收桶被溶解吸收。
2.根据权利要求1所述的含甲苯废气的处理方法，其特征在于：所述生物滴滤塔以混菌体系作为底盘菌进行挂膜，以陶瓷球作为填料，物理吸附塔以活性炭作为填料，尾气回收桶以甲醇作为溶剂。
3.根据权利要求2所述的含甲苯废气的处理方法，其特征在于：所述混菌体由大肠杆菌和铜绿假单胞菌组成，并对其降解甲苯进行培养驯化、摇瓶发酵。
4.根据权利要求3所述的含甲苯废气的处理方法，其特征在于：将富集完成的双菌加至以甲苯为唯一碳源的培养基中进行驯化，第一次驯化时间为5d，共进行3次驯化。
5.根据权利要求3所述的含甲苯废气的处理方法，其特征在于：取0.1mL驯化完成的大肠杆菌菌液和铜绿假单胞菌菌液发酵24h生成发酵种子液，将已发酵好种子液分别接种到含有200mL LB培养基的摇瓶中，接种比为3：1，总体积为4L。
6.根据权利要求1所述的含甲苯废气的处理方法，其特征在于：将发酵完成的双菌培养液利用蠕动泵推进至生物滴滤塔中，甲苯废气由底部通入生物滴滤塔，被混合菌液吸收降解。
7.一种含甲苯废气的处理装置，其特征在于：包括用于吹送甲苯废气的甲苯废气混合系统、滴滤塔、物理吸附塔以及营养液输入系统，所述甲苯废气混合系统与所述滴滤塔的进气口连接，所述滴滤塔的出气口与所述物理吸附塔的进气口连接，所述营养液输入系统分别与所述滴滤塔的进水口和出水口连接并形成营养液循环回路。
8.根据权利要求7所述的含甲苯废气的处理装置，其特征在于：所述甲苯废气混合系统包括甲苯液体瓶、空气瓶和混气瓶，所述甲苯液体瓶和空气瓶的进气端均装配有空气压缩机，甲苯液体瓶、空气瓶的出气端分别连通至混气瓶，所述混气瓶的出气端通过蠕动泵与所述滴滤塔的进气口连接，上述连接管路上均安装有气体流量计。
9.根据权利要求7所述的含甲苯废气的处理装置，其特征在于：所述营养液输入系统包括营养液循环槽和喷淋头，所述喷淋头装配于滴滤塔内，所述营养液循环槽的出液端与所述喷淋头连接，所述营养液循环槽的进液端与所述滴滤塔的出水口通过连接，该连接管路上设置有蠕动泵和液体流量计。
10.根据权利要求9所述的含甲苯废气的处理装置，其特征在于：所述喷淋头设置有两个，其中一个喷淋头安装在所述滴滤塔的顶部，另一个喷淋头安装在所述滴滤塔的中部，所述营养液循环槽设置有两个并分别与对应的喷淋头连接。
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114768522A (zh) * 2022-05-17 2022-07-22 天津渤化永利化工股份有限公司 利用分离式生物滴滤塔降解丁辛醇装置VOCs尾气的方法
CN114768522B (zh) * 2022-05-17 2024-04-02 天津渤化永利化工股份有限公司 利用分离式生物滴滤塔降解丁辛醇装置VOCs尾气的方法

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