CN113244765B

CN113244765B - 一种生物量堵塞抑制剂及其应用

Info

Publication number: CN113244765B
Application number: CN202110654349.7A
Authority: CN
Inventors: 王灿; 王永超; 韩梦非
Original assignee: Tianjin University
Current assignee: Tianjin University
Priority date: 2021-06-10
Filing date: 2021-06-10
Publication date: 2023-03-24
Anticipated expiration: 2041-06-10
Also published as: CN113244765A

Abstract

本发明提供了一种生物量堵塞抑制剂，其制备原料包括淬灭酶、异噻唑啉酮、任选的磷酸钠盐缓冲液和任选的磷酸钾盐缓冲液。通过注射本发明所述生物量堵塞抑制剂的方式来解决废气生物过滤塔生物量堵塞问题，利用抑制剂对生物膜形成的控制作用，延缓生物膜的形成，降低生物膜的黏附强度使过量积累的生物膜更易被所述生物量堵塞抑制剂喷淋液冲下，有效控制填料层的压降和堵塞问题的发生。在使用时，无需停止生物过滤塔的正常运行，即可达到缓解生物量堵塞的目的。相比较其他生物量堵塞控制技术，该项技术从根本上延缓了生物膜的形成。

Description

一种生物量堵塞抑制剂及其应用

技术领域

本发明属于环境治理技术领域，具体涉及一种生物量堵塞抑制剂及其应用。

背景技术

随着我国逐步加深的工业化程度，工业废气的排放会对环境产生严重污染，其排放形势也越来越严峻。据统计，2017年全国部分行业排放VOCs废气总量为1017.45万吨，工业源的排放占比接近50％(481.66万吨)。

生物过滤技术处理废气最早应用于20世纪50年代，相比较其他传统技术，例如活性炭吸附，催化氧化等，它具有处理效果好，设备简单，投资较少，无二次污染等优点，广泛应用于各个领域的废气治理中。

生物过滤技术主要利用微生物代谢作用，将恶臭与挥发性有机物转化为二氧化碳和水，或其他低危害物质，到去除污染物的目的。在这个过程中，有机物被微生物利用导致生物过滤装置中填料层生物量不断积累和填料层压降不断增加，导致填料层发生堵塞现象，致使处理效果显著下降，长期运行不稳定。

发明内容

鉴于上述现有技术中存在的问题，本发明提供了一种生物量堵塞抑制剂及其在生物过滤装置中的应用。采用本发明的生物量堵塞抑制剂，能够有效解决生物过滤装置运行过程中因生物量过量积累而导致填料层堵塞和运行不稳定的问题。

本发明第一方面提供了一种生物量堵塞抑制剂，其制备原料包括淬灭酶、异噻唑啉酮、任选的磷酸钠盐缓冲液和任选的磷酸钾盐缓冲液。

上述生物量堵塞抑制剂具有抑制微生物生长、减弱生物膜黏附力和杀菌的作用。具体地，淬灭酶可以减少微生物的形成能力，抑制生物过滤装置中填料表面的生物膜的形成速率，减弱生物膜的黏附力，使其更容易脱落；异噻唑啉酮具有杀灭微生物的作用，可以抑制生物过滤装置中填料表面的微生物的积累。在酰基淬灭酶类和异噻唑啉酮溶液的共同作用下，既减少生物膜的形成，又可以使生物膜随喷淋液洗脱，实践证明效果远高于淬灭酶和异噻唑啉酮单独使用，有效解决废气生物过滤塔生物量堵塞的技术难题。

根据本发明所述的抑制剂的一些优选实施方式，所述淬灭酶选自AHL酰基转移酶、AHL氧化还原酶、AHL内酯酶和AHL水解酶中的至少一种，优选为AHL酰基转移酶和AHL内酯酶中的至少一种。

在本发明中，所述淬灭酶在所述抑制剂中的质量浓度可以为0.6g/L、0.65g/L、0.7g/L、0.75g/L、0.8g/L、0.85g/L、0.9g/L、0.95g/L、1g/L、1.05g/L、1.1g/L、1.15g/L、1.2g/L、1.25g/L、1.3g/L、1.35g/L、1.4g/L、1.45g/L、1.5g/L、1.55g/L、1.6g/L、1.65g/L、1.7g/L、1.75g/L、1.8g/L、1.85g/L、1.9g/L、1.95g/L、2g/L及它们之间的任意数值，优选为0.8～1.2g/L。

根据本发明所述的抑制剂的一些优选实施方式，所述异噻唑啉酮选自1,2-苯并异噻唑啉-3-酮(BIT)、2-n-辛基-4-异噻唑啉-3-酮(OIT)、2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)、5-氯-2-甲基-4-异噻唑琳-3-酮(CIT)中的至少一种，优选为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(MIT)和5-氯-2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮(CIT)中的至少一种。

在本发明中，所述异噻唑啉酮在所述抑制剂中的质量浓度可以为0.01g/L、0.02g/L、0.03g/L、0.04g/L、0.05g/L、0.06g/L、0.07g/L、0.08g/L、0.09g/L、0.1g/L、0.11g/L、0.12g/L、0.13g/L、0.14g/L、0.15g/L、0.16g/L、0.17g/L、0.18g/L、0.19g/L、0.2g/L及它们之间的任意数值，优选为0.02～0.1g/L。

根据本发明所述的抑制剂的一些优选实施方式，所述异噻唑啉酮与所述淬灭酶的重量比为1:(1～20)；优选为1:(2～8)。

根据本发明所述的抑制剂的一些优选实施方式，所述磷酸钠盐缓冲液选自磷酸钠、磷酸氢二钠和磷酸二氢钠中的至少一种。

根据本发明所述的抑制剂的一些优选实施方式，所述磷酸钾盐缓冲液选自磷酸钾、磷酸氢二钾和磷酸二氢钾中的至少一种。

根据本发明所述的抑制剂的一些优选实施方式，所述抑制剂的溶剂为所述磷酸盐缓冲液。

根据本发明所述的抑制剂的一些优选实施方式，所述磷酸钠盐和所述磷酸钾盐在所述抑制剂中为如下质量浓度：

磷酸钠盐 0～22g/L，优选为5～13g/L；

磷酸钾盐 0～30g/L，优选为7～18g/L。

根据本发明所述的抑制剂的一些优选实施方式，所述磷酸钠盐缓冲液包含磷酸氢二钠和磷酸二氢钠，优选地，

磷酸氢二钠 2～15g/L，优选为4～9g/L；

磷酸二氢钠 0.4～7g/L，优选为1～4g/L。

根据本发明所述的抑制剂的一些优选实施方式，所述磷酸钾盐缓冲液包含磷酸氢二钾和磷酸二氢钾，优选地，

磷酸氢二钾 2～15g/L，优选为3～8g/L；

磷酸二氢钾 2～15g/L，优选为4～10g/L。

根据本发明所述的抑制剂的一些优选实施方式，配制所述抑制剂时加入的淬灭酶为预先配制的淬灭酶浓缩液，具体包括：

将所述淬灭酶溶于所述磷酸盐缓冲液中，优选地，所述淬灭酶浓缩液中淬灭酶的质量浓度为2～4g/L。根据本发明，配置的淬灭酶浓缩液在-20～-8℃的低温条件下储存，储存期可达到2～3个月，使用时稀释即可。

本发明第二方面提供了一种抑制生物过滤塔生物量堵塞的方法，利用上述的抑制剂，具体为：使用所述抑制剂喷淋生物过滤塔；喷淋的条件为：以生物过滤塔中的填料量计，喷淋量为0.10m³～0.35m³抑制剂溶液/m³填料，喷淋频率为4～18小时/次。可根据生物量堵塞情况选取合适的生物量堵塞抑制剂喷淋体积，喷淋频率可根据生物量积累情况进行调整。

根据本发明，所述生物量堵塞抑制剂的使用方式为循环喷淋。使用喷淋泵将所述生物量堵塞抑制剂从生物过滤塔塔顶端注射进入生物过滤塔塔体，通过生物过滤塔底部流到循环液罐。循环液一周更换一次。

根据本发明所述的方法的一些优选实施方式，所述喷淋的条件为：以生物过滤塔中的填料量计，喷淋量为0.15m³～0.25m³抑制剂溶液/m³填料，喷淋频率为6～12小时/次。

本发明第三方面提供了上述的抑制剂或上述方法在抑制生物过滤塔生物量堵塞中的应用，优选为应用于抑制废气生物过滤塔生物量堵塞。

在生物过滤塔运行一定时间之后，污染物被转化为微生物组分，表观现象为生物过滤塔堵塞，气体压降升高，运行效果降低，此时可根据以上参数通过注射所述生物量堵塞抑制剂的方式，解决生物量积累导致的生物过滤塔堵塞问题。

根据本发明所述的应用的一些优选实施方式，所述废气包括甲苯、甲醇、二甲苯和乙二醇中的至少一种。

根据本发明所述的应用的一些优选实施方式，所述生物包括假单胞菌门和变形菌门中的至少一种。

本发明的有益效果：

通过注射本发明所述生物量堵塞抑制剂的方式来解决废气生物过滤塔生物量堵塞问题，利用抑制剂对生物膜形成的控制作用，延缓生物膜的形成，降低生物膜的黏附强度使过量积累的生物膜更易被所述生物量堵塞抑制剂喷淋液冲下，有效控制填料层的压降和堵塞问题的发生。在使用时，无需停止生物过滤塔的正常运行，即可达到缓解生物量堵塞的目的。相比较其他生物量堵塞控制技术，该项技术从根本上延缓了生物膜的形成。

附图说明

图1为根据本发明应用例1的生物量堵塞抑制剂使用方式示意图。

具体实施方式

以下通过实施例对本发明进行详细说明，但本发明的保护范围并不限于下述说明。

实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购途径获得的常规产品。

在下述实施方式中，如没有特殊说明，均采用如下方法测定TOC：总有机碳分析仪，TOC-L，日本岛津。

以下实施例中，各制备原料如表1所示：

表1

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实施例1-12为本申请所述的生物量堵塞抑制剂的制备。

【实施例1-11】

1、将AHL酰基转移酶溶于磷酸盐缓冲液中，配制成浓度为5000mg/L的AHL浓缩液；

2、将AHL浓缩液、MIT、任选的磷酸氢二钠、任选的磷酸二氢钠、任选的磷酸氢二钾和任选的磷酸二氢钾溶于超纯水中，形成生物量堵塞抑制剂。最终形成的生物量堵塞抑制剂中，AHL酰基转移酶的浓度为1g/L，其余成分的最终浓度如表2所示。

【实施例12】

实施例12与实施例1基本相同，不同之处仅在于：以AHL内酯酶代替AHL酰基转移酶，以5-氯-2-甲基-4-异噻唑琳-3-酮(CIT)代替MIT。

表2

应用例1-15及对比例1-4为使用本申请所述的生物量堵塞抑制剂进行的模拟实验。

如图1所示，生物过滤塔底部和顶部分别设置喷淋口和流出口。在使用时，通过注射泵将本申请所述的生物量抑制剂溶液注射到塔体内，与塔内的填料接触，以降低填料表面生物量的积累，所述生物量抑制剂溶液通过塔体后流入到循环液罐，以做循环喷淋液。

【应用例1-11】

使用生物过滤反应器处理气态甲醇，进口浓度400mg/m³，运行十天后喷淋实施例1-11所述的生物量堵塞抑制剂溶液，采用循环喷淋方式，喷淋周期为12h/次，每次喷淋量为0.15m³抑制剂溶液/m³填料，生物量堵塞抑制剂溶液一周更换一次。所述填料为普通木质填料，所述生物为驯化后的活性污泥(优势菌种为变形菌门)。

【应用例12】

应用例12与应用例1基本相同，不同之处仅在于：使用生物过滤反应器处理气态甲苯，所述填料为珍珠岩，所述生物为驯化后的活性污泥(优势菌种为假单胞菌门)。

【应用例13】

应用例13与应用例1基本相同，不同之处仅在于：每次喷淋量为0.25m³抑制剂溶液/m³填料。

【应用例14】

应用例14与应用例1基本相同，不同之处仅在于：每次喷淋量为0.35m³抑制剂溶液/m³填料。

【应用例15】

使用生物生长抑制剂溶液喷淋生物过滤塔，在运行后期，生物量严重堵塞(运行压降大于200Pa/m)时喷淋实施例1中的生物量堵塞抑制剂溶液，喷淋频次6h/次，每次喷淋量为0.20m³抑制剂溶液/m³填料。

【对比例1】

对比例1与应用例1基本相同，不同之处仅在于：使用浓度为0.8g/L的AHL酰基转移酶。

【对比例2】

对比例2与应用例1基本相同，不同之处仅在于：使用浓度为0.1g/L的MIT溶液。

【对比例3】

对比例3与应用例1基本相同，不同之处仅在于：每次喷淋量为0.45m³抑制剂溶液/m³填料。

【对比例4】

对比例4与应用例15基本相同，不同之处仅在于：生物量堵塞抑制剂中不包含MIT和淬灭酶成分。

表3

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从表3能够看出，单独使用酰基酶或者MIT溶液生物量抑制的效果都远不如本申请的抑制剂溶液。喷淋过量抑制剂则会对生物量抑制的效果产生不良影响，导致污染物去除率下降。抑制剂浓度过高或过低同样会影响污染物去除率。

应当注意的是，以上所述的实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的任何限制。通过参照典型实施例对本发明进行了描述，但应当理解为其中所用的词语为描述性和解释性词汇，而不是限定性词汇。可以按规定在本发明权利要求的范围内对本发明作出修改，以及在不背离本发明的范围和精神内对本发明进行修订。尽管其中描述的本发明涉及特定的方法、材料和实施例，但是并不意味着本发明限于其中公开的特定例，相反，本发明可扩展至其他所有具有相同功能的方法和应用。

Claims

1.一种抑制生物过滤塔生物量堵塞的方法，具体为：通过注射泵将生物量堵塞抑制剂溶液注射到塔体内，与塔内的填料接触，所述生物量堵塞抑制剂溶液通过塔体后流入到循环液罐，以做循环喷淋液；喷淋的条件为：以生物过滤塔中的填料量计，喷淋量为0.15m³～0.25m³抑制剂溶液/m³填料，喷淋频率为6～12小时/次；

所述生物量堵塞抑制剂，其原料包括淬灭酶、异噻唑啉酮、磷酸钠盐缓冲液和磷酸钾盐缓冲液；所述淬灭酶为AHL酰基转移酶，所述淬灭酶在所述生物量堵塞抑制剂中的质量浓度为0.8～1.2g/L；所述异噻唑啉酮为2-甲基-4-异噻唑啉-3-酮，在所述生物量堵塞抑制剂中的质量浓度为0.07～0.1g/L；所述磷酸钠盐缓冲液为磷酸氢二钠和磷酸二氢钠；所述磷酸钾盐缓冲液为磷酸氢二钾和磷酸二氢钾；具体的，磷酸氢二钠6g/L，磷酸二氢钠3g/L，磷酸氢二钾5g/L，磷酸二氢钾7g/L；

配制所述生物量堵塞抑制剂时加入的淬灭酶为预先配制的淬灭酶浓缩液，具体包括：

将所述淬灭酶溶于磷酸盐缓冲液中；

所述淬灭酶浓缩液中淬灭酶的质量浓度为2～4g/L。

2.根据权利要求1所述的方法在抑制生物过滤塔生物量堵塞中的应用。

3.根据权利要求2所述的应用，其特征在于，应用于抑制废气生物过滤塔生物量堵塞。

4.根据权利要求3所述的应用，其特征在于，所述废气包括甲苯、甲醇、二甲苯和乙二醇中的至少一种；和/或，所述生物包括假单胞菌门和变形菌门中的至少一种。