CN113522008A - 一种处理轻烃废气的生物过滤装置和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种处理轻烃废气的生物过滤装置和方法，该方法是利用添加有营养液和表面活性剂的生物膜对轻烃废气进行生物降解。本发明方法具有操作简单、成本低廉、处理效率高、净化效果好、无二次空气污染、防火要求低等优点，是一种绿色、安全、经济、节能的新处理方法，可实现轻烃废气的高效净化，稳定达标排放，使用价值高，应用前景好。本发明生物过滤装置，包括位于壳体上部的过滤腔室中设有的至少2层生物膜，且每两层生物膜之间的间距为10cm～15cm，具有结构简单、投资小、运行成本低、净化效果好、安全系数高、易于工程化推广等优点，可广泛用于处理轻烃废气，对于有效净化轻烃废气以及满足企业的需求具有十分重要的意义。

Description

一种处理轻烃废气的生物过滤装置和方法
技术领域
本发明属于属于生物处理、大气污染控制、环保技术领域，涉及一种处理轻烃废气的生物过滤装置和方法。
背景技术
随着工业化的快速发展，大气环境污染仍然非常严重，特别是大气中挥发性有机污物(VOC)污染呈现日益严重的趋势。VOC作为臭氧和细颗粒物的前驱物，极易与大气中的氮氧化物发生反应造成二次污染，因而大气VOC污染已经引起了高度关注。为了尽快净化大气的VOC污染，国家政府和各环保部门纷纷出台相应的政策方案，要求大力推进石化行业VOC污染治理，以及要求各级生态环境部门要高度重视，把VOC治理攻坚作为打赢蓝天保卫战的重要任务。同时，在最新的规划中提出，大气污染物总量控制指标由二氧化硫和氮氧化物更改为氮氧化物和VOC，也有相关法规明确规定，非甲烷总烃(NHMC)的排放限值为60mg/m3。另外，大多数涉VOC企业在大气污染防治方面都面临着巨大的挑战，特别是涉疏水性轻烃的企业，如石油化工企业、炼油污水处理厂等对于防火间距、废气收集有特别要求，若不能将它们及时的净化，不仅危害人员身体健康，导致大气环境污染，甚至还存在着发生爆炸的风险。因此，在环保要求日益严格的形势下，亟需开发出一种绿色高效、经济节能的轻烃废气的净化技术，这是十分必要的。
传统处理技术，如光催化、光氧化、低温等离子以及活性炭吸附等处理技术，由于存在处理效率低、易产生二次污染或危险废物等弊端，以难以满足实际处理需求。目前，利用微生物吸附和降解工业废气，以实现对工业废气的净化，已受到了人们的关注，然而，现有传统生物滴滤技术中仍然存在以下缺陷：(1)气体难以从气相传质到液相生物膜中而导致的处理效率低、处理效果差、危险系数高等缺陷；(2)涉及的处理方法中营养液配方不合理，布水布气不均匀难以满足微生物生长需求而导致的微生物不能完全的将轻烃转化成二氧化碳、水和细胞质等物质，并最终导致废气无法满足排放标准；(3)涉及的处理方法中，将活性污泥直接喷淋到生物膜中，微生物生长不均匀，容易堵塞喷淋组件，也会造成生物膜堵塞，从而会导致生物滴滤塔的气压升高，增大了生物滴滤塔发生爆炸的危险系数；(4)采用的生物过滤装置，采用分体式设计、生物膜结构设计不合理、营养液喷洒设计不合理以及容易产生雾气等不利因素，这些不利因素的存在制约了其在处理疏水性轻烃中的广泛应用。因此，获得一种操作简单、成本低廉、处理效率高、净化效果好、无二次空气污染的处理轻烃废气的方法，以获得一种结构简单、投资小、运行成本低、净化效果好、安全系数高、易于工程化推广的处理轻烃废气的生物过滤装置，对于有效净化轻烃废气以及满足企业的需求具有十分重要的意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的不足，提供一种操作简单、成本低廉、处理效率高、净化效果好、无二次空气污染的处理轻烃废气的方法，以获得一种结构简单、投资小、运行成本低、净化效果好、安全系数高、易于工程化推广的处理轻烃废气的生物过滤装置。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种处理轻烃废气的方法，所述方法是利用生物膜对轻烃废气进行生物降解；所述生物膜中添加有营养液和表面活性剂。
上述的处理轻烃废气的方法，进一步改进的，包括以下步骤：将轻烃废气通入到生物膜中进行生物降解，完成对轻烃废气的处理。
上述的处理轻烃废气的方法，进一步改进的，所述生物降解过程中还包括：将营养液和表面活性剂循环加入到生物膜中。
上述的处理轻烃废气的方法，进一步改进的，所述生物降解过程中，所述轻烃废气由下而上通入到生物膜中，所述营养液和表面活性剂由上而下加入到生物膜中。
上述的处理轻烃废气的方法，进一步改进的，所述营养液的加入方式为将营养液循环喷淋到生物膜的上方，所述营养液的喷淋频率为每3min～6min向生物膜中喷淋营养液0.5min～1min，所营养液与轻烃废气的液气比为0.125L～0.500L∶1m3；所述生物降解过程中，每隔20天～30天更换新的营养液。
上述的处理轻烃废气的方法，进一步改进的，所述表面活性剂的加入方式为将表面活性剂加入到营养液中随着营养液一同加入到生物膜中；所述营养液中表面活性剂的浓度为5.0mg/L～15mg/L；所述生物降解过程中，每隔4天～6天补加表面活性剂100g～150g到营养液中。
上述的处理轻烃废气的方法，进一步改进的，所述营养液包括以下组分：490mg/L的硝酸钠，24mg/L的碳酸氢钠，4.4mg/L的硫酸镁，330μL/L～500μL/L的合成液，33μL/L～50uL/L的微量元素液；所述合成液包括以下组分：84.48g/L的磷酸氢二钾，27.75g/L的磷酸二氢钾，8.07g/L的无水氯化钙，2.60g/L的六水合氯化钴；所述微量元素液包括以下组分：2.78g/L的氯化铁，1.86g/L的四水氯化铜，4.32g/L的四水氯化锰，0.0267g/L的叶酸，0.105g/L的D-泛酸，0.069g/L的维生素B2，0.069g/L的烟酸，0.069g/L的生物素，0.069g/L的氨基苯甲酸。
上述的处理轻烃废气的方法，进一步改进的，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂；所述阴离子表面活性剂为磺酸盐、硫酸脂盐中的至少一种；所述磺酸盐为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠；所述硫酸脂盐为月桂基硫酸钠或油醇硫酸钠。
上述的处理轻烃废气的方法，进一步改进的，所述生物降解的工艺参数为：环境温度为28±2℃，进气轻烃负荷为28.26g/h～2260.8g/h，进气流量为141.3m3/h～2260.8m3/h，轻烃废气在生物膜中的停留时间为30s～90s；所述生物降解中，通入的轻烃废气中轻烃的浓度为200mg/m3～1000mg/m3；所述轻烃废气中轻烃为丁烷、戊烷、己烷中的至少一种。
上述的处理轻烃废气的方法，进一步改进的，所述生物膜的制备方法包括以下步骤：
S1、将多孔材料浸泡在好氧污泥中进行曝气处理，得到表面附着有微生物的多孔材料；
S2、将轻烃废气通入到表面附着有微生物的多孔材料中，对多孔材料中的微生物进行驯化，得到生物膜。
上述的处理轻烃废气的方法，进一步改进的，步骤S1中，所述多孔材料为聚氨酯海绵；所述聚氨酯海绵中，每平方英寸的海绵质为10PPI～20PPI，孔隙率大于95％，表观密度27kg/m3～30kg/m3；所述聚氨酯海绵在使用前还包括以下处理：将聚氨酯海绵在水中浸泡24h～48h；所述好氧污泥的浓度为5.0g/L～8.0g/L；所述好氧污泥为市政污水处理厂的好氧活性污泥或炼油污水处理厂的好氧活性污泥；所述曝气处理的时间为24h～48h；所述曝气过程中，每隔6h～8h加入1000mL～1500mL的营养液。
上述的处理轻烃废气的方法，进一步改进的，步骤S2中，所述驯化过程中，通入的轻烃废气中轻烃的浓度为200mg/m3～300mg/m3；所述驯化过程中还包括向表面附着有微生物的多孔材料中循环喷淋营养液，所述营养液的喷淋频率为每3min～6min向多孔材料中喷淋营养液0.5min，所述营养液与轻烃废气的液气比为0.125L～0.500L∶1m3；所述驯化的时间为10天～25天。
上述的处理轻烃废气的方法，进一步改进的，所述生物膜的制备方法中，采用的营养液包括以下组分：490mg/L的硝酸钠，24mg/L的碳酸氢钠，4.4mg/L的硫酸镁，330μL/L～500μL/L的合成液，33μL/L～50uL/L的微量元素液；所述合成液包括以下组分：84.48g/L的磷酸氢二钾，27.75g/L的磷酸二氢钾，8.07g/L的无水氯化钙，2.60g/L的六水合氯化钴；所述微量元素液包括以下组分：2.78g/L的氯化铁，1.86g/L的四水氯化铜，4.32g/L的四水氯化锰，0.0267g/L的叶酸，0.105g/L的D-泛酸，0.069g/L的维生素B2，0.069g/L的烟酸，0.069g/L的生物素，0.069g/L的氨基苯甲酸。
作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种处理轻烃废气的生物过滤装置，包括壳体，所述壳体下部设有用于收集、存储喷淋液的存储腔室，所述存储腔室上方设有用于处理轻烃废气的过滤腔室，所述存储腔室与过滤腔室之间设有进气管，所述过滤腔室的上方设有排气管，所述过滤腔室中设有至少2层用于降解轻烃的生物膜，每两层所述生物膜之间的间距为10cm～15cm。
上述的生物过滤装置，进一步改进的，每层所述生物膜的高度为1.0m～2.0m。
上述的生物过滤装置，进一步改进的，所述过滤腔室中最顶层生物膜的上方设有与存储腔室连通的用于喷洒喷淋液的喷淋管；所述最顶层生物膜与喷淋管之间的距离为0.6m～0.8m；所述喷淋管的下方设有成排设置的雾化小孔；所述雾化小孔的排数为2排～3排；所述雾化小孔的直径2mm～5mm；所述喷淋管为十字交叉型；所述存储腔室与喷淋管之间的管道上设有计量泵。
上述的生物过滤装置，进一步改进的，所述进气管的顶部、底部和两侧均设有进气孔。
上述的生物过滤装置，进一步改进的，所述排气管和喷淋管之间还设有除雾器；所述除雾器为带孔的曲面板；所述最顶层生物膜与除雾器之间的距离为1.0m～1.2m。
上述的生物过滤装置，进一步改进的，所述生物膜由多孔材料和附着在多孔材料表面的微生物组成；所述多孔材料为聚氨酯海绵；所述聚氨酯海绵中，每平方英寸的海绵质为10～20，孔隙率大于95％，表观密度27kg/m3～30kg/m3。
上述的生物过滤装置，进一步改进的，所述存储腔室底部设有排水管。
上述的生物过滤装置，进一步改进的，所述壳体顶部连通有压力检测组件；所述压力检测组件为U型压差计。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
(1)本发明提供了一种处理轻烃废气的方法，利用添加有营养液和表面活性剂的生物膜对轻烃废气进行生物降解，即可实现对轻烃废气的高效净化，稳定达标排放。本发明中，采用表面活性剂可降低轻烃的亨利系数，增强轻烃的溶解度，从而可以降低废气中轻烃从气相到生物膜相的传质阻力，使得轻烃能够被有效吸附在生物膜中，提高轻烃的生物可利用度，因而这些轻烃可以作为生物膜中微生物的唯一碳源，进而在营养液的配合下，生物膜中的微生物大量生长繁殖，在此过程中，大量的轻烃被转化成二氧化碳、水和细胞质等物质，由此实现了对轻烃废气的有效处理，并达标排放。相比传统生物处理方法，本发明中，在营养液和表面活性剂的相互促进下生物膜中的微生物快速、彻底的吸附和降解轻烃，有利于提高轻烃废气的处理效率、处理效果，且由于大量的轻烃被消耗掉，也降低了处理过程中发生爆炸的可能性，危险系数显著降低，同时，处理过程中无需额外的能源输入，具有经济节能的优势。本发明处理轻烃废气的方法具有操作简单、成本低廉、处理效率高、净化效果好、无二次空气污染、防火要求低等优点，是一种绿色、安全、经济、节能的新处理方法，可实现轻烃废气的高效净化，稳定达标排放，使用价值高，应用前景好。
(2)本发明处理轻烃废气的方法中，在生物降解过程中持续将营养液和表面活性剂加入到生物膜中，通过及时补充被消耗的养分和表面活性剂，确保对轻烃废气的处理持续有效，有利于实现对轻烃废气的连续处理，且能够确保稳定达标排放；在此基础上，本发明中优化了表面活性剂的加入方式，随着营养液一同加入到生物膜中，在及时促进生物膜吸附轻烃的前提下也能进一步提高营养液和表面活性剂的相互作用，从而更加有利于提高处理效率和处理效果，以及使得轻烃废气的处理流程更加顺畅，进而能够实现及时有效的净化轻烃废气，更容易满足企业的实际需求，与此同时，通过优化表面活性剂的浓度为5.0mg/L～15mg/L，能够在最低成本条件下更加有效的促进生物膜对轻烃的生物降解，更有利于实现对轻烃废气的高效净化，这是因为表面活性剂浓度低，则强化效果弱，不能及时的洗脱衰亡的微生物，存在生物膜过度累积造成系统堵塞的风险；而表面活性剂浓度太高，不仅会增加药剂使用费，同时在后期容易导致微生物以表面活性剂为碳源进行代谢而与轻烃形成竞争关系，导致系统对轻烃的处理性能降低，还容易导致系统中生物膜流失加快而造成系统处理性能的降低。
(4)本发明提供了一种处理轻烃废气的生物过滤装置，位于壳体上部的过滤腔室中设有至少2层用于降解轻烃的生物膜，且每两层生物膜之间的间距为10cm～15cm，通过在生物膜之间设置气体缓冲空间，有利于轻烃废气均匀通过生物膜，从而能够更加高效的利用生物膜对轻烃的降解作用，由此更加容易实现对轻烃废气的高效净化，这是因为若每两层生物膜之间的间距过小或无气体缓冲空间时，不利于气体均匀分布在生物膜中，容易发生短流现象，造成处理性能下降，使得出口废气不达标；若设置在生物膜之间的气体缓冲空间过大，则会造成装置的造价升高，同时装置的整体高度过高也容易造成维护运行等不便利。相对分体式生物过滤装置，本发明处理轻烃废气的生物过滤装置，采用整体式设计，操控性好，且优化了生物膜合喷淋组件的结构，有利于增加废气与生物膜相的接触几率，提高处理效率和处理效果，增加了除雾器，避免了雾气聚集，提高了安全生产系数，最终在安全、环保条件下实现对废气轻烃的有效降解。本发明处理轻烃废气的生物过滤装置具有结构简单、投资小、运行成本低、净化效果好、安全系数高、易于工程化推广等优点，可广泛用于处理轻烃废气，对于有效净化轻烃废气以及满足企业的需求具有十分重要的意义。
附图说明
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整的描述。
图1为本发明中生物过滤装置的结构示意图。
图2为本发明中处理轻烃废气的工艺流程图。
图3为本发明实施例2中微生物驯化过程中生物膜对轻烃废气的去除效果图。
图4为本发明实施例2中生物膜对轻烃废气的去除效果图。
图5为本发明实施例4中生物膜对轻烃废气的去除效果图。
图6为本发明实施例4处理轻烃废气的过程中生物过滤装置的压力变化图。
图例说明：
1、存储腔室；2、过滤腔室；3、进气管；4、排气管；5、生物膜；6、喷淋管；7、计量泵；8、除雾器；9、排水管；10、压力检测组件。
具体实施方式
以下结合说明书附图和具体优选的实施例对本发明作进一步描述，但并不因此而限制本发明的保护范围。
实施例1
如图1所示，本实施例的处理轻烃废气的生物过滤装置，包括壳体，壳体下部设有用于收集、存储喷淋液的存储腔室1，存储腔室1上方设有用于处理轻烃废气的过滤腔室2，存储腔室1与过滤腔室2之间设有进气管3，过滤腔室2的上方设有排气管4，过滤腔室2中设有3层用于降解轻烃的生物膜5，每两层生物膜5之间的间距为12cm，每层生物膜5的高度为1.0m。
本实施例中，壳体为为圆柱形筒体，直径为1m，高为6m。存储腔室1的高度为1.0m。
本实施例中，生物膜5由多孔材料和附着在多孔材料表面的微生物组成，具体的多孔材料为聚氨酯海绵，每平方英寸的海绵质为10PPI，孔隙率大于95％，表观密度28kg/m3。本发明中，采用的多孔材料并不仅限于采用的聚氨酯海绵，其他能够附着微生物形成生物膜的多孔材料均可用于本发明；附着的微生物为常规微生物，能用于生物降解轻烃的微生物均可。
本实施例中，过滤腔室2中最顶层生物膜5的上方设有与存储腔室1连通的用于喷洒喷淋液的喷淋管6；最顶层生物膜5与喷淋管6之间的距离为0.7m；喷淋管6的下方设有2排成排设置的雾化小孔，雾化小孔的直径3mm；喷淋管6为十字交叉型；存储腔室1与喷淋管6之间的管道上设有计量泵7；本发明中，通过计量泵7将存储腔室1的喷淋液(营养液和表面活性剂的混合液)通过管道输送到喷淋管6并在雾化小孔的作用下形成雾化液珠，在重力作用下喷淋到生物膜5的上方，进而继续在重力作用下重先回流到存储腔室1中，如此循环，及时的将喷淋液补充到生物膜5中，可提高生物膜5对轻烃废气的处理效率和处理效果，且能够有效降低处理成本。
本实施例中，进气管3的顶部、底部和两侧均设有进气孔。排气管4和喷淋管6之间还设除雾器8，具体为设置在顶部的带孔的曲面板；最顶层生物膜5与除雾器8之间的距离为1.2m。存储腔室1底部设有排水管9，用于及时排除不达标的喷淋液。壳体顶部连通有压力检测组件10，具体的压力检测组件10为U型压差计，但不进行与此，任何能够用于监测生物过滤装置内部的压力情况，及时反映生物过滤装置的运行情况的压力监测组件，均可用于作为生物过滤装置的压力监测组件。
实施例2
一种处理轻烃废气的方法，采用实施例1中的生物过滤装置对轻烃废气进行处理，但不仅限于使用实施例1中的生物过滤装置，任何具备生物膜的装置都可以用于处理轻烃废气，其中以实施例1中的生物过滤装置对轻烃废气进行处理时，具体是利用生物过滤装置中添加有营养液和表面活性剂的生物膜对轻烃废气进行生物降解，如图2所示，包括以下步骤：
(1)采用负压收集的方式，收集某炼油污水处理厂废气(风量为300m3/h)，收集得到的轻烃废气中戊烷浓度为300-350mg/m3，丁烷浓度为150-200mg/m3，即轻烃废气中轻烃的浓度为450-550mg/m3。
(2)将添加有表面活性剂的营养液由上而下喷淋到生物膜中，具体为，启动计量泵，每4min运行1min，控制营养液与轻烃废气的液气比为0.25L∶1m3，将营养液和表面活性剂加入到生物膜中，其中计量泵量程为1000L/h，喷淋量为1200L/d；同时，将步骤(1)中收集得到的轻烃废气由下而上通入到生物膜中进行生物降解，其中生物降解的工艺参数是：环境温度为28±2℃，进气轻烃负荷为135g/h～165g/h，进气流量为300m3/h，轻烃废气在生物膜中的停留时间为30s，完成对轻烃废气的处理。该步骤中，在生物降解过程中，通过将营养液和表面活性剂循环加入到生物膜中，可连续处理轻烃废气。
步骤(2)中，将表面活性剂加入到营养液中随着营养液一同加入到生物膜中时，营养液中表面活性剂的浓度为10mg/L；生物降解过程中，每隔6天补加120g表面活性剂到营养液中。采用的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)。同时，生物降解过程中，每隔30天更换新的营养液。
步骤(2)中，采用的营养液包括以下组分：490mg/L的硝酸钠，24mg/L的碳酸氢钠，4.4mg/L的硫酸镁，330μL/L的合成营养液，33μL/L的微量元素营养液，其中合成液包括以下组分：84.48g/L的磷酸氢二钾，27.75g/L的磷酸二氢钾，8.07g/L的无水氯化钙，2.60g/L的六水合氯化钴；微量元素液包括以下组分：2.78g/L的氯化铁，1.86g/L的四水氯化铜，4.32g/L的四水氯化锰，0.0267g/L的叶酸，0.105g/L的D-泛酸，0.069g/L的维生素B2，0.069g/L的烟酸，0.069g/L的生物素，0.069g/L的氨基苯甲酸。
本实施例中，采用的生物膜的制备方法包括以下步骤：
S1、将多孔材料(聚氨酯海绵，每平方英寸的海绵质为10，孔隙率大于95％，表观密度28kg/m3)浸泡在水中24h，然后浸泡到好氧污泥(该好氧污泥来至于炼油污水处理厂好氧池，浓度为6.5g/L)中进行曝气处理48h，且在曝气过程中，每隔6h加入1500mL的营养液(与步骤(2)中采用的营养液相同)，得到表面附着有微生物的多孔材料。
S2、将表面附着有微生物的多孔材料安装在生物过滤装置的过滤腔室中，加盖密封，将步骤(1)中收集到的轻烃废气的浓度稀释1倍，从由下而上通入到表面附着有微生物的多孔材料中进行驯化25天，此时对轻烃去除效果达到稳定状态，即在多孔材料上形成了结构较为稳定的生物膜。该步骤中，在驯化过程中，向表面附着有微生物的多孔材料中喷淋营养液(与步骤(2)中采用的营养液相同)，且控制营养液与轻烃废气的液气比为0.25L∶1m3，具体操作为启动计量泵，每4.5min运行0.5min，计量泵量程为1000L/h，喷淋量为1200L/d。
图3为本发明实施例2中微生物驯化过程中生物膜对轻烃废气的去除效果图。如图3所示，在驯化阶段进气轻烃浓度在220-280mg/m3之间波动，生物过滤装置在运行的前10d，出口处轻烃的浓度下降较为明显，去除率可达到52％，而在第10-25d运行期间，出气轻烃浓度缓慢降低，最终轻烃的去除率只能稳定在60％左右。
图4为本发明实施例2中生物膜对轻烃废气的去除效果图。如图4所示，在驯化结束后，在营养液中添加10mg/L的表面活性剂进行强化处理，结果表明出气中轻烃浓度在显著降低，并可在第30d降低至60mg/m3以下，即使进气浓度保持在450-550mg/m3h之间，后期出气中轻烃浓度也能稳定的保持在60mg/m3以下。
实施例3
如图1所示，本实施例的处理轻烃废气的生物过滤装置，包括壳体，壳体下部设有用于收集、存储喷淋液的存储腔室1，存储腔室1上方设有用于处理轻烃废气的过滤腔室2，存储腔室1与过滤腔室2之间设有进气管3，过滤腔室2的上方设有排气管4，过滤腔室2中设有3层用于降解轻烃的生物膜5，每两层生物膜5之间的间距为15cm，每层生物膜5的高度为1.0m。
本实施例中，壳体为为圆柱形筒体，直径为1.5m，高为6m。存储腔室1的高度为1.0m。
本实施例中，生物膜5由多孔材料和附着在多孔材料表面的微生物组成，具体的多孔材料为聚氨酯海绵，每平方英寸的海绵质为15PPI，孔隙率大于95％，表观密度30kg/m3。本发明中，采用的多孔材料并不仅限于采用的聚氨酯海绵，其他能够附着微生物形成生物膜的多孔材料均可用于本发明；附着的微生物为常规微生物，能用于生物降解轻烃的微生物均可。
本实施例中，过滤腔室2中最顶层生物膜5的上方设有与存储腔室1连通的用于喷洒喷淋液的喷淋管6；最顶层生物膜5与喷淋管6之间的距离为0.8m；喷淋管6的下方设有3排成排设置的雾化小孔，雾化小孔的直径3mm；喷淋管6为十字交叉型；存储腔室1与喷淋管6之间的管道上设有计量泵7；本发明中，通过计量泵7将存储腔室1的喷淋液(营养液和表面活性剂的混合液)通过管道输送到喷淋管6并在雾化小孔的作用下形成雾化液珠，在重力作用下喷淋到生物膜5的上方，进而继续在重力作用下重先回流到存储腔室1中，如此循环，及时的将喷淋液补充到生物膜5中，可提高生物膜5对轻烃废气的处理效率和处理效果，且能够有效降低处理成本。
本实施例中，进气管3的顶部、底部和两侧均设有进气孔。排气管4和喷淋管6之间还设除雾器8，具体为设置在顶部的带孔的曲面板；最顶层生物膜5与除雾器8之间的距离为1.2m。存储腔室1底部设有排水管9，用于及时排除不达标的喷淋液。壳体顶部连通有压力检测组件10，具体的压力检测组件10为U型压差计，但不进行与此，任何能够用于监测生物过滤装置内部的压力情况，及时反映生物过滤装置的运行情况的压力监测组件，均可用于作为生物过滤装置的压力监测组件。
实施例4
一种处理轻烃废气的方法，采用实施例2中的生物过滤装置对轻烃废气进行处理，但不仅限于使用实施例2中的生物过滤装置，任何具备生物膜的装置都可以用于处理轻烃废气，其中利用实施例2中的生物过滤装置中添加有营养液和表面活性剂的生物膜对轻烃废气进行生物降解，如图2所示，包括以下步骤：
(1)采用负压收集的方式，收集某炼油污水处理厂废气(风量为600m3/h)，收集得到的轻烃废气中戊烷浓度为600-650mg/m3，丁烷浓度为250-300mg/m3，即轻烃废气中轻烃的浓度为850-950mg/m3。
(2)将添加有表面活性剂的营养液由上而下喷淋到生物膜中，具体为，启动计量泵，每4min运行1min，控制营养液与轻烃废气的液气比为0.30L∶1m3，将营养液和表面活性剂加入到生物膜中，其中计量泵量程为1000L/h，喷淋量为1200L/d；同时，将步骤(1)中收集得到的轻烃废气由下而上通入到生物膜中进行生物降解，其中生物降解的工艺参数是：环境温度为28±2℃，进气轻烃负荷为510g/h～570g/h，进气流量为600m3/h，轻烃废气在生物膜中的停留时间为60s，完成对轻烃废气的处理。该步骤中，在生物降解过程中，通过将营养液和表面活性剂循环加入到生物膜中，可连续处理轻烃废气。
步骤(2)中，将表面活性剂加入到营养液中随着营养液一同加入到生物膜中时，营养液中表面活性剂的浓度为15mg/L；生物降解过程中，每隔6天补加100g表面活性剂到营养液中。采用的表面活性剂为十二烷基苯磺酸钠(SDBS)。同时，生物降解过程中，每隔30天更换新的营养液。
步骤(2)中，采用的营养液包括以下组分：490mg/L的硝酸钠，24mg/L的碳酸氢钠，4.4mg/L的硫酸镁，400μL/L的合成液，40μL/L的微量元素液，其中合成液包括以下组分：84.48g/L的磷酸氢二钾，27.75g/L的磷酸二氢钾，8.07g/L的无水氯化钙，2.60g/L的六水合氯化钴；微量元素营液包括以下组分：2.78g/L的氯化铁，1.86g/L的四水氯化铜，4.32g/L的四水氯化锰，0.0267g/L的叶酸，0.105g/L的D-泛酸，0.069g/L的维生素B2，0.069g/L的烟酸，0.069g/L的生物素，0.069g/L的氨基苯甲酸。
本实施例中，采用的生物膜的制备方法包括以下步骤：
S1、将多孔材料(聚氨酯海绵，每平方英寸的海绵质为15，孔隙率大于95％，表观密度30kg/m3)浸泡在水中48h，然后浸泡到好氧污泥(该好氧污泥来至于炼油污水处理厂好氧池，浓度为7.5g/L)中进行曝气处理48h，且在曝气过程中，每隔8h加入1500mL的营养液(与步骤(2)中采用的营养液相同)，得到表面附着有微生物的多孔材料。
S2、将表面附着有微生物的多孔材料安装在生物过滤装置的过滤腔室中，加盖密封，将步骤(1)中收集到的轻烃废气的浓度稀释2倍，从由下而上通入到表面附着有微生物的多孔材料中进行驯化25天，此时对轻烃去除效果达到稳定状态，即在多孔材料上形成了结构较为稳定的生物膜。该步骤中，在驯化过程中，向表面附着有微生物的多孔材料中喷淋营养液(与步骤(2)中采用的营养液相同)，且控制营养液与轻烃废气的液气比为0.3L∶1m3，具体操作为启动计量泵，每4.5min运行0.5min，计量泵量程为1000L/h，喷淋量为1200L/d。
图5为本发明实施例4中生物膜对轻烃废气的去除效果图。如图5所示，在25d的启动阶段结束后，添加了表面活性剂SDBS进行强化处理，结果表明加入SDBS后，轻烃的去除性能和去除效果在显著提高，运行第25d到第52d出气中轻烃的浓度从可从320mg/m3降低至60mg/m3，去除效率从62％提高至90％以上，在随后的运行过程中，去除率能稳定在90％以上。
图6为本发明实施例4处理轻烃废气的过程中生物过滤装置的压力变化图。如图6所示，随着运行时间的增加，系统压降会随着生物量的积累而升高，最终可稳定在90Pa/m，无继续升高的趋势，表明系统中SDBS可有效的洗脱系统中衰亡的微生物，使系统在稳定状态下保持运行。
综上可知，相比传统生物处理方法，本发明处理轻烃废气的方法中，在营养液和表面活性剂的相互促进下生物膜中的微生物快速、彻底的吸附和降解轻烃，有利于提高轻烃废气的处理效率、处理效果，且由于大量的轻烃被消耗掉，也降低了处理过程中发生爆炸的可能性，危险系数显著降低，同时，处理过程中无需额外的能源输入，具有经济节能的优势。本发明处理轻烃废气的方法具有操作简单、成本低廉、处理效率高、净化效果好、无二次空气污染、防火要求低等优点，是一种绿色、安全、经济、节能的新处理方法，可实现轻烃废气的高效净化，稳定达标排放，使用价值高，应用前景好。同时，相对分体式生物过滤装置，本发明处理轻烃废气的生物过滤装置，采用整体式设计，操控性好，且优化了生物膜合喷淋组件的结构，有利于增加废气与生物膜相的接触几率，提高处理效率和处理效果，增加了除雾器，避免了雾气聚集，提高了安全生产系数，最终在安全、环保条件下实现对废气轻烃的有效降解。本发明处理轻烃废气的生物过滤装置具有结构简单、投资小、运行成本低、净化效果好、安全系数高、易于工程化推广等优点，可广泛用于处理轻烃废气，对于有效净化轻烃废气以及满足企业的需求具有十分重要的意义。
以上实施例仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例。凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应该指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下的改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种处理轻烃废气的方法，其特征在于，所述方法是利用生物膜对轻烃废气进行生物降解；所述生物膜中添加有营养液和表面活性剂。
2.根据权利要求1所述的处理轻烃废气的方法，其特征在于，包括以下步骤：将轻烃废气通入到生物膜中进行生物降解，完成对轻烃废气的处理。
3.根据权利要求2所述的处理轻烃废气的方法，其特征在于，所述生物降解过程中还包括：将营养液和表面活性剂循环加入到生物膜中。
4.根据权利要求3所述的处理轻烃废气的方法，其特征在于，所述生物降解过程中，所述轻烃废气由下而上通入到生物膜中，所述营养液和表面活性剂由上而下加入到生物膜中；
所述营养液的加入方式为将营养液循环喷淋到生物膜的上方，所述营养液的喷淋频率为每3min～6min向生物膜中喷淋营养液0.5min～1min，所营养液与轻烃废气的液气比为0.125L～0.500L∶1m3；所述生物降解过程中，每隔20天～30天更换新的营养液；
所述表面活性剂的加入方式为将表面活性剂加入到营养液中随着营养液一同加入到生物膜中；所述营养液中表面活性剂的浓度为5.0mg/L～15mg/L；所述生物降解过程中，每隔4天～6天补加表面活性剂100g～150g到营养液中。
5.根据权利要求4所述的处理轻烃废气的方法，其特征在于，所述营养液包括以下组分：490mg/L的硝酸钠，24mg/L的碳酸氢钠，4.4mg/L的硫酸镁，330μL/L～500μL/L的合成液，33μL/L～50uL/L的微量元素液；所述合成液包括以下组分：84.48g/L的磷酸氢二钾，27.75g/L的磷酸二氢钾，8.07g/L的无水氯化钙，2.60g/L的六水合氯化钴；所述微量元素液包括以下组分：2.78g/L的氯化铁，1.86g/L的四水氯化铜，4.32g/L的四水氯化锰，0.0267g/L的叶酸，0.105g/L的D-泛酸，0.069g/L的维生素B2，0.069g/L的烟酸，0.069g/L的生物素，0.069g/L的氨基苯甲酸；
所述表面活性剂为阴离子表面活性剂；所述阴离子表面活性剂为磺酸盐、硫酸脂盐中的至少一种；所述磺酸盐为十二烷基苯磺酸钠或十二烷基硫酸钠；所述硫酸脂盐为月桂基硫酸钠或油醇硫酸钠。
6.根据权利要求4所述的处理轻烃废气的方法，其特征在于，所述生物降解的工艺参数为：环境温度为28±2℃，进气轻烃负荷为28.26g/h～2260.8g/h，进气流量为141.3m3/h～2260.8m3/h，轻烃废气在生物膜中的停留时间为30s～90s；所述生物降解中，通入的轻烃废气中轻烃的浓度为200mg/m3～1000mg/m3；所述轻烃废气中轻烃为丁烷、戊烷、己烷中的至少一种。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的处理轻烃废气的方法，其特征在于，所述生物膜的制备方法包括以下步骤：
S1、将多孔材料浸泡在好氧污泥中进行曝气处理，得到表面附着有微生物的多孔材料；
S2、将轻烃废气通入到表面附着有微生物的多孔材料中，对多孔材料中的微生物进行驯化，得到生物膜。
8.根据权利要求7所述的处理轻烃废气的方法，其特征在于，步骤S1中，所述多孔材料为聚氨酯海绵；所述聚氨酯海绵中，每平方英寸的海绵质为10PPI～20PPI，孔隙率大于95％，表观密度27kg/m3～30kg/m3；所述聚氨酯海绵在使用前还包括以下处理：将聚氨酯海绵在水中浸泡24h～48h；所述好氧污泥的浓度为5.0g/L～8.0g/L；所述好氧污泥为市政污水处理厂的好氧活性污泥或炼油污水处理厂的好氧活性污泥；所述曝气处理的时间为24h～48h；所述曝气过程中，每隔6h～8h加入1000mL～1500mL的营养液；
步骤S2中，所述驯化过程中，通入的轻烃废气中轻烃的浓度为200mg/m3～300mg/m3；所述驯化过程中还包括向表面附着有微生物的多孔材料中循环喷淋营养液，所述营养液的喷淋频率为每3min～6min向多孔材料中喷淋营养液0.5min，所述营养液与轻烃废气的液气比为0.125L～0.500L∶1m3；所述驯化的时间为10天～25天。
9.一种处理轻烃废气的生物过滤装置，包括壳体，所述壳体下部设有用于收集、存储喷淋液的存储腔室(1)，所述存储腔室(1)上方设有用于处理轻烃废气的过滤腔室(2)，所述存储腔室(1)与过滤腔室(2)之间设有进气管(3)，所述过滤腔室(2)的上方设有排气管(4)，其特征在于，所述过滤腔室(2)中设有至少2层用于降解轻烃的生物膜(5)，每两层所述生物膜(5)之间的间距为10cm～15cm。
10.根据权利要求9所述的生物过滤装置，其特征在于，每层所述生物膜(5)的高度为1.0m～2.0m；
所述过滤腔室(2)中最顶层生物膜(5)的上方设有与存储腔室(1)连通的用于喷洒喷淋液的喷淋管(6)；所述最顶层生物膜(5)与喷淋管(6)之间的距离为0.6m～0.8m；所述喷淋管(6)的下方设有成排设置的雾化小孔；所述雾化小孔的排数为2排～3排；所述雾化小孔的直径2mm～5mm；所述喷淋管(6)为十字交叉型；所述存储腔室(1)与喷淋管(6)之间的管道上设有计量泵(7)；
所述进气管(3)的顶部、底部和两侧均设有进气孔；
所述排气管(4)和喷淋管(6)之间还设有除雾器(8)；所述除雾器(8)为带孔的曲面板；所述最顶层生物膜(5)与除雾器(8)之间的距离为1.0m～1.2m；
所述生物膜(5)由多孔材料和附着在多孔材料表面的微生物组成；所述多孔材料为聚氨酯海绵；所述聚氨酯海绵中，每平方英寸的海绵质为10～20，孔隙率大于95％，表观密度27kg/m3～30kg/m3；
所述存储腔室(1)底部设有排水管(9)；
所述壳体顶部连通有压力检测组件(10)；所述压力检测组件(10)为U型压差计。
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