CN1898003A - 生物滤池 - Google Patents

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Abstract

一种包括颗粒的生物滤池介质，该颗粒包括一亲水核和一疏水覆盖层，该疏水覆盖层包括微生物及一种金属剂，其均有助于有效分解硫化氢(HAS)、其他硫基化合物，诸如还原态硫化合物以及含氯的和非含氯的挥发性有机化合物。该金属剂还能提高在启动生物滤池介质过程中和冲击装载条件下的工作效率。该生物滤池介质容装在一生物滤池系统中，该系统包括用蒸汽或喷雾浸润和加湿生物滤池介质的气流，以确保该生物滤池介质在适宜的温度和湿度条件下操作以避免生物量积累或化学物质沉淀。

Description

生物滤池
技术领域
本发明涉及一种用于过滤及空气或气体净化的生物滤池系统，特别是涉及一种用于生物过滤的介质(“生物滤池介质”)。
背景技术
众所周知，众多市政工程和工业生产，包括废水处理、食品加工、石化产品精炼、造纸、炼油以及堆肥处理工艺，会产生多种废气，例如硫化氢(H2S)。H2S是一种气味很大、有毒的、腐蚀性气体污染物，如果处于高浓度的H2S，人们会产生不利的健康反应，如头疼、恶心、眼刺激、瘫痪甚至死亡。
通常，H2S气体的最大安全接触限度约为10ppm，然而，该气体检测阈约为0.47ppb。考虑到安全接触限度以及可以检测到更少量的事实，在世界上许多地区都有关于有效控制H2S气体排放的严格规定。
在随后的说明书中，术语“空气污染物”是指废气中存在的化学成份，包括但不限于硫基化合物(sulfur-based compound)，诸如硫化氢(“H2S”)和挥发性有机化合物(“VOCs”)，如含氯有机物。此外，术语“气流”是指含有空气污染物的空气流。
近年来，生物过滤作为较为有效的去除气味或空气污染物的技术之一已为人们所广泛接受，并且由于生物过滤对于稀释的和可生物降解化合物更有效、经济且环保，已取代了许多传统的处理工艺。
在发展生物滤池之前，传统的去除气流中H2S的处理方法，依赖于诸如活性碳吸附、化学氧化及焚化等工艺。这些传统系统具有诸如设备成本高、处理成本高、需要化学物质以高能量损耗等缺点。
生物滤池系统是一种基本的生物反应器，其包括诸如泥炭、树皮、土壤、堆肥、涂层陶瓷粉粒、合成介质或上述产品的组合的介质，微生物群体在该介质上长成薄的生物薄膜。当一种污染的气流经过该生物滤池时，该空气污染物如H2S被运输到该生物薄膜处进行生物降解。
尽管实验室和现场研究已表明对污染了H2S的气流进行生物过滤是切实可行的，但一直有报道表明该生物过滤还有许多问题，由于酸性中间产物的形成、生物滤池中的硫沉淀和吸收速度慢导致全尺寸的生物滤池需要大量介质。该中间产物和硫沉淀大大地降低了生物滤池介质的效率，并且还可能因pH值的改变而使得生物滤池介质无法起作用。特别是，酸性中间产物的产生所导致的pH值降低可能影响气味浓烈的还原态硫化合物的去除效率。
曾有关于消除硫基化合物的研究报导。Allen和Yang[Allen，E.R.和Yang，Y.，“生物过滤：一种针对硫化氢排放物的空气污染控制技术”，Ed.D.T.Sawyer和A.E.Martell，工业环境化学(IndustrialEnvironmental Chemistry)，Plenum Press，NY，1992.]报道过，操作一种使用木质介质的商业生物滤池的二年过程中，pH值从8.6下降到了1.8。在最新的研究中，Allen和Yang[Yang，Y.和Allen，E.R.，第一部分“硫化氢的生物过滤控制1.设计及操作参数”，空气及废物治理杂志(J.Air&Waste Manage.Assoc.)，44，863-868，1994.，Yang，Y.和Allen，E.R.，“硫化氢的生物过滤控制2.动力学、生物过滤性能及维持”，空气及废物治理杂志，44(11月刊)：1315-1321，1994.]报导了在长时间操作之后的硫酸盐积聚导致介质的颜色从暗褐色变成微黄色，表明是沉淀物。在另一项研究中，Chung等，[Chung，Y-C等，“通过实验室规模固定假单胞菌CH11生物滤池生物降解硫化氢”，生物技术进展(Biotech.Progress)，12，1996.]报道了如果使用泥炭作介质，稍后可以在泥炭中检测到元素硫(elemental sulfur)。在另一研究中，Chung等[Chung，Y-C等“用于去除硫化氢的自养型和兼养型生物滤池之比较”，环境工程杂志(J.of Env.Engineering).四月刊，1998.]报道了在介质中主要的产物是SO4 2-，并且显示在气流中氧气量的增加可以抑制硫酸盐的聚集。最近，Shareefdeen等的一篇文章(2002)[Shareefdeen等，“生物过滤金属提炼工厂中的有害硫气体气味”，化工和生物技术杂志，77：1-4，2002]报道了在一个木质生物滤池系统中去除低含量的硫化合物是很困难的，其内容在此也被引用。
第0 497 214号欧洲专利记载了一种较新型的生物滤池介质，该专利授权给OTTO LUFT und KLIMATECH-NIK GmbH&Co.KG等，其内容在此也被引用。在该专利中，该生物滤池介质由多孔颗粒(porous grain)组成，其小孔用作一种生物氧化微生物的工作表面。该颗粒由一种包附有疏水材料的亲水材料的核(core nucleus)组成。该亲水材料是多孔凝结物(porous concrete)、膨胀粘土或浮石.该疏水材料为活性碳或吸附树脂。尽管该生物过滤介质相对于木质介质产品而言具有较好的结构和生物特性，其仍然具有上述一些问题并且，特别是，对浓度降低的硫化合物的去除效率相对仍然很低。
含有如H2S源的空气污染物的工业和市政废气是量大并且不断增长的。生物滤池系统中的成本合理地且高效地去除空气污染物变得越发的重要。相应地，就需要一种改进的并且更加高效的生物滤池介质和生物滤池系统以去除工业气流中的空气污染物。
发明内容
本发明的目的是提供一种改进的生物滤池介质和生物滤池系统，用于通过转化和生物氧化作用净化污染的空气或废气，以及一种更有效地去除气流中的硫基空气污染物诸如有机硫化物和VOC，以解决至少某些上述问题。
根据本发明的一个具体实施例，提供了一种包括多个颗粒的生物滤池介质，每个颗粒包括一多孔亲水核及一在所述亲水核上的疏水覆盖层，其中该疏水覆盖层包括一金属材料(也称为金属剂)、微生物、营养物、有机碳、一碱性缓冲液、一粘合剂、一吸附剂及一疏水剂。优选地，每一颗粒的大小约为2至25毫米。
在一具体情况中，该生物滤池介质可包括一多孔低密度骨料。这此情况下，该多孔低密度骨料可在温度超过1100℃由气体膨胀制得的。
在另一具体情况，该金属剂包括至少一种选自包括铁、锰、镍、铜、钛或具有相似性能过渡金属元素族中的类似金属的组中的金属。在一优选情况中，该金属剂包括铁。为了便于形成疏水覆盖层，该金属剂可为粉末形式。
在另一具体情况，该吸附剂和该疏水剂可由一单一材料如斜发沸石、活性碳或其组合特提供。
在另一具体情况下，该微生物可包括选自排硫硫杆菌(Thiobacillus(T)thioparus)、贝日阿托氏菌属(begigiatoa)、发硫菌属(thiothrix genera)及氧化亚铁硫杆菌(T.feroxidants)的微生物。该微生物可由例如包括微生物的自然来源，如一种或多种泥炭、堆肥或一种粗糙木质材料来提供。在这种情况下，该泥碳、堆肥或粗糙木质材料还提供所需的养料和有机碳。或者，该微生物还可以通过添加一种接种源来提供，该接种源也可为一种营养源，例如一种含微生物的标准实验室细菌培养基。
该疏水覆盖层中的营养物优选地包括磷、氮和钾。
此外，该疏水覆盖层中的碱性缓冲液可选自包括硅酸盐、粉煤灰或类似碱性材料的组。
在另一具体实施例中，还提供了一种生物滤池介质，其可在pH值约为2至7的范围内去除硫化氢。
在另一具体实施例中，还提供了一种生物滤池介质，其可在启动后约24小时内去除硫化氢。
在本发明又一具体实施例中，提供一种生物滤池系统，其包括一壳体，一设置于壳体的用于接收污染气体的入口，一设置于壳体的用于排出干净空气的出口，以及一生物滤池介质，该生物滤池介质例如处于该入口和出口之间且污染空气流经该生物滤池介质。
在一特别情况中，该生物过滤系统还包括一输水系统，用于输送水以浸润该生物滤池介质或输送蒸汽以加湿进入该生物滤池系统的污染空气。
根据本发明的再一具体实施例，提供一种操作生物滤池系统的方法，该生物滤池系统包括一壳体和一生物滤池介质，该方法包括监控该生物滤池介质的温度，并根据该监控，选择性地加热流经该生物滤池介质的气流或浸润该生物滤池介质，以将温度保持在预定范围内。优选地，该方法还包括监控该壳体内的气压，并根据该压力监控，选择性地加热流经该生物滤池介质的气流或浸润该生物滤池介质，以将压力保持在预定压力范围内。特别是，加热气流包括将蒸汽输送到该气流处。在另一特别情况下，该浸润还可包括添加营养物、接种物及碱性缓冲液。
本领域普通技术人员可以理解，监控该生物滤池系统的其他特征，如pH值并相应地控制该生物滤池系统也是有利的。
根据下述对本发明具体实施方式的描述及结合附图，本发明的其他方面和特征对于本领域普通技术人员也是显而易见的。
附图说明
下面将结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中：
图1为根据本发明一个具体实施例的一生物滤池系统的简要示意图；
图2为根据本发明一个具体实施例的生物滤池介质颗粒的概念性示图；
国3示出一种已知生物滤池介质在H2S进入量平均为12ppm时的稳定状态性能；
图4示出一种已知生物滤池介质在H2S进入量平均为39ppm时的稳定状态性能；
图5示出根据本发明一个具体实施例一种生物滤池介质在20秒空床停留时间(EBRT)时的性能；
图6示出根据本发明一个具体实施例的一种生物滤池的pH曲线图；
图7示出根据本发明一个具体实施例的一种生物滤池在真空、27秒EBRT条件下的进入浓度和去除效率。
具体实施方式
生物滤池系统
图1示出根据本发明一个具体实施例的一生物滤池系统10的简要示意图。该生物滤池系统10包括一容装生物滤池介质14的壳体12。壳体12包括一个邻近一入口18的加湿室16，污染气流通过入口18进入壳体12。壳体12还包括一出口20，净化气流经由出口20排出壳体12。壳体12上设有输水系统22以向生物滤池介质14提供所需的湿度(水和/或蒸汽)。该输水系统22包括一用于输入水的进水口24，所输入的水用于产生蒸汽或浸润生物滤池介质14。可将一蒸汽发生器26连接于进水口24以产生蒸汽(当需要的时候)并将蒸汽输入入口18或加湿室16。此外，浸润导管28可以连接到该进水口24，用于输送水到壳体12中。喷雾嘴30设置于浸润导管28上用于向生物滤池介质14喷水。该输水系统22还可包括一流量计32以控制进入生物滤池系统10和进入浸润导管28进行浸润的水量。该壳体12还包括一个排水管34用于排除在生物滤池介质14的净化和浸润过程中产生的多余水和任何累积的废物。该生物滤池系统10还可包括一个或多个用于测量生物滤池介质温度的介质温度传感器36(只示出一个传感器)和一个或多个压力传感器38(只示出一个传感器)，该压力传感器38用于测量空气污染物流过该生物滤池介质14时的压力。而且，该生物滤池系统10包括一个生物滤池控制系统40，该生物滤池控制系统40与介质温度传感器36、压力传感器38及输水系统22相通信以控制该生物滤池系统10。可通过向入口18或加湿室16中的污染气流加蒸汽的方式或通过用水浸润生物滤池介质14的方式，控制该生物滤池介质14的温度。该生物滤池系统10还可包括一pH监控探测器(未示出)，其例如在出口20中可用于监视和控制生物滤池介质14的操作环境。第5,869,323号美国专利对生物滤池有更详细的记载，该专利的内容在此处被引用。
生物滤池介质
在生物滤池系统10中，该生物滤池介质14用于去除例如有机硫化物的空气污染物，并且还可以去除污染空气中的含氯的和非含氯的VOC。图2概念性地示出根据本发明一具体实施例的生物滤池介质14的颗粒42。该生物滤池介质14的颗粒42支撑去除染污物的微生物。每一颗粒42包括一亲水核44和一疏水覆盖物46。
亲水核
该亲水核44是多孔的且由一种稳定的、非反应的、不易燃的、无毒性的且无气味的材料制成，该材料例如为加气混凝土、成形粘土、浮石和/或骨料。该亲水核44优选以硅土和矾土作为主要成份，其组分由氧化铁、氧化钙、氧化镁、三氧化硫和碱金属等化合物组成。优选的硅土和矾土的比约为55-65％∶15-25％，更优选的约为60％∶20％。
在一个具体的实施例中，该亲水核44可通过在如约为1100℃的高温，例如在回转炉(未示出)中燃烧骨料而制成。在该温度，骨料内的矿物分解并且产生气体，使得该骨料膨胀具有更多孔以获得更高的水保持量。
燃烧后，将该膨胀的多孔骨料从回转炉移到栅格冷却器(未示出)。将该膨胀的多孔骨料打湿后粉碎。然后将该粉碎的骨料过筛后选出适于用作各种颗粒42的多孔亲水核44的颗粒。然后将该多孔亲水核44与水混合，并且通过混合制得该疏水覆盖层46。
疏水覆盖层
该疏水覆盖层46包括一金属剂、微生物、粘合剂、营养物、有机碳、碱性缓冲液、吸附剂及疏水剂。该疏水覆盖层46形成于和/或应用于单一或多阶段并且可包括在阶段间的一适当固化期(curingperiod)。生物滤池介质14的各种颗粒的最终尺寸优选约为2-25毫米。
疏水覆盖层46中的营养物优选为微生物生长必需的痕量元素的混合物。更具体地，该痕量元素优选包括本领域普通技术人员所知的磷、氮和钾的混合物。疏水覆盖层46中的有机碳可通过天然原料，诸如泥炭、堆肥或粗糙木质材料来提供，或可以是人造有机碳源。
疏水覆盖层46中的粘合剂可以是一种碱性粘合剂，将该疏水覆盖层46与亲水核44相结合。例如，该粘合剂可由硅酸三钙(～50％)、硅酸二钙(25％)、铝酸三钙(10％)、铁铝酸四钙(10％)和石膏(5％)组成。然而，本领域普通技术人员可知，该粘合剂的成份可根据不同的应用而改变，例如，在较高硫装载的情况下，可使用较低量的铝酸三钙的粘合剂。
吸附剂和疏水剂可以是一种或多种活性碳(无机碳的一种形式)，吸附树脂和/或天然斜发沸石或任何形式的斜发沸石。在一优选实施例中，使用若干量的活性碳，这是由于其增加对化学物质，诸如还原的硫化物和脂肪族及芳香族化合物的吸附。使用斜发沸石也是优选的，因为构成斜发沸石的化合物使得其具有高阳离子交换能力。该阳离子交换能力允许斜发沸石在不同应用中性能的改变。此外，斜发沸石能吸附污染气流中的包括硫化氢、氨、硫醇、甲醛和VOC气体的气体。斜发沸石还具有大的表面积。
天然斜发沸石包括约64％硅酸盐、12％矾土以及由不同百分比的氧化钾、氧化钙、氧化铁、氧化锰、氧化钛和氧化钠构成的组合物的其余部分。也可使用上述物质的人造组合物。
疏水覆盖层46中的金属剂优选地包括铁，但还包括类似金属，诸如锰、镍、铜或钛或其组合。为了简化该疏水覆盖层46的形成并且确保均匀分布，该金属剂可为粉末形式。在一具体实施例中，金属剂包括铁(66％)、硅土(3％)、矾土(4％)和水(7.5％)，并且还包括痕量的氧化钙、氧化镁、硫、铜、磷和氧化钛。疏水覆盖层46中的铁使得以硫化铁(FeS)的形式去除硫、并且用于加强污染空气中的硫化合物的转化和生物处理。此外，没有铁或金属成分的存在，硫化物的生物氧化可在生物滤池介质14上产生元素硫沉淀物。
疏水覆盖层46中金属剂的量可根据目的生物滤池介质14的生活周期，例如约10年的生活周期而变化。优选地，该金属剂的量可为2-12重量百分比。
疏水覆盖层46还包括诸如细菌排硫硫杆菌、贝日阿托氏菌属、发硫菌属及氧化亚铁硫杆菌等微生物。该微生物可通过多种方式提供给生物滤池介质14。优选地，在制备生物滤池介质14中，可通过一种有机培养基来提供该微生物，该有机培养基包括微生物、一种有机碳源和该微生物所需的营养物。通常且优选地通过泥炭、堆肥或一种粗的木质材料提供。优选地，所添加泥炭的量为5-20重量百份比。或者，在生物滤池介质14的形成过程中，可将在隔离生物反应器中培养的培菌液的混合培养基以液体形式添加到疏水覆盖层46中，或者通过输水系统22进行。在需要时向生物滤池系统22添加微生物，包括如果必要的话，在生物滤池系统10的操作过程中添加。
如上所述，疏水覆盖层46的各种成分因该生物滤池介质14的特定应用不同而不同。例如，各种成分的优选范围如下：
(a)金属剂                          2-12％，以重量计
(b)泥炭(微生物、有机碳、营养物)    5-20％
(c)碱性缓冲液/粘合剂               5-10％
(d)吸附剂/疏水剂                   2-15％
将疏水覆盖层46加到亲水核44的工艺优选地包括一个酸化步骤。用磷酸(H3PO4)酸化疏水覆盖层46增加了最终生物滤池介质14中疏水覆盖层46的多孔性和缓冲性能。该酸化作用还有助于大大增强生物滤池介质14的表面积和吸附能力，以获得较好的保持力和与污染空气的结合。此外，来自H3PO4的磷还可用作一种微生物培养的营养源。
操作
下面描述该生物滤池系统10的操作过程。在操作过程中，该生物滤池系统10的入口18与来自例如处理工厂的一排气口(未示出)相连接。该污染空气通常是在一定压力下，无论正压或负压，(优选地，约为-12至12英寸水柱)，这样其可流过该生物滤池介质14。
当污染空气流过生物滤池介质14时，其被吸附到颗粒42的疏水核44并且与活性碳物理吸附，在该处染污空气与铁互相作用或者被微生物处理。生物滤池介质14的主要产物为二氧化碳和水，该产物产生于VOC的生物氧化过程中。在硫基化合物被氧化的地方，也产生副产物如SO3 2-、SO4 2-、S2-或S。可以通过预定时间间隔浸润的方式，用水容易地洗掉该生物滤池介质14中的这些化合物。如所述，疏水覆盖层46的疏水性使得多余的水流过该生物滤池介质14以排出排水管34，排水管34用于防止在生物滤池介质14中硫或生物量(即过多的微生物生长在颗粒42的外部)的累积。
使用根据本发明的具体实施例的生物滤池介质14，在开始操作该生物滤池系统10之后，无需一个长时间的适应期(adaptation period)或增加培养液。该生物滤池介质14的启动几乎是即时的或通常少于一天。在初始的操作中，铁作为一种催化剂和一种化学反应物用于将硫气体转化为矿物盐。其后，该微生物变得更加活跃并且在污染处理过程中起了更加重要的作用。这种与传统生物滤池系统不同的特点使得该处理过程只需要几天的时间就变得很有效率。铁的存在还有助于生物滤池介质14通过与多余污染物互相作用而处理较高装载(冲击装载)的周期。
金属剂和疏水覆盖层的催化特性缩短了生物滤池介质的适应期并降低了处理定量空气污染物所需生物滤池介质的量。较低生物滤池介质量允许安装较小或较廉价的生物滤池系统。
在初始阶段、稳定状态或瞬时条件下(取决于冲击装载的浓度和/或流速)，该生物滤池介质14以一有效速率去除污染空气和气体废物中的污染物。在由于过度加载污染物而使得去除效率也降低的情况，生物滤池介质14的活性通常可例如通过该输水系统22添加营养物而恢复，。
控制生物滤池介质14的水量是很重要的。如果该生物滤池介质14变干，由于污染物由气态到液态的相变减少和微生物的生物活性降低，对空气污染物诸如硫基化合物的去除将减少。此处所述的颗粒42的具体实施例包括一亲水核44中的水存储器，其维持污染物从气相到液相的运输、支持生物滤池介质14的整个表面区域的生物活性，并有助于防止生物滤池介质14变干。疏水覆盖层46通过防止多余的水份在颗粒42的表面上保持的方式来保护亲水核44，否则，就可能导致形成多余生物量并对气流产生阻力，这样就会降低该生物滤池介质的效率。
本具体实施例中，是通过生物滤池系统10中的气流加湿和表面浸润来控制生物滤池介质14的水量。可使用水或蒸汽通过输水系统22对生物滤池介质14进行润湿。对污染气流的加湿发生在加湿室16中，例如通过使用如风动喷雾(pneumatic spray)、高压水、添加蒸汽或其他技术(未示出)。特别地，可根据气流的温度、生物滤池介质14的温度、气候条件和/或经过生物滤池系统10的热损失以控制对蒸气的添加。该生物滤池介质14还可通过浸润导管28和喷雾喷嘴30来浸润。生物滤池介质14的润湿中使用蒸汽可进一步支持保持生物滤池介质14的最佳运行的相宜温度。
在生物滤池系统10操作过程中，介质温度传感器36探测生物滤池介质14的温度，生物滤池控制系统40控制输水系统22输送水和/或蒸汽，以将生物滤池介质14的温度保持在一预定范围内。而且，压力传感器38探测流经壳体12的空气/气体的压力，并且生物滤池控制系统40可调节水和/或蒸汽的流速以将压力保持在一预定范围内。例如，如果在一通过生物滤池介质14的特定点处的压力太大，其可能表示硫积累。在这种情况下，生物滤池控制系统40可使该输水系统22用水浸润该生物滤池介质14以冲洗掉硫积累。该控制系统40还可监控需求并向生物滤池介质14输送营养物和pH调节物。例如可通过生物滤池系统10中的一pH监控探测器(未示出)监控该生物滤池系统10的pH。如果该pH值不在所预定的范围内，可通过例如输水系统22添加适宜的化学物质。
可以通过一初步研究中获得工作性能数据，来检查使用根据本发明一具体实施例的一种生物滤池介质的H2S去除动力学。将根据本发明一具体实施例的生物滤池介质与已知生物滤池介质，从加拿大安大略省圭尔夫市(Guelph Ontario)的Biorem Technologies Inc.公司获得的BIOSORBENSTM进行比较。在该初步研究中，根据本发明一具体实施例的生物滤池介质的去除动力学在给定浓度范围符合零阶扩散(zero-orderdiffusion)，而该动力学相关度很接近地预测了实地使用性能数据(field performance data)。
该初步研究结果包括：
i.该生物滤池介质能在低的(最低可约为～2.0)和中性pH范围内去除硫化氢；
ii.该生物滤池介质具有比已知生物滤池介质较低的空床停留时间(EBRT)，这便于在较低EBRT时去除较高浓度的硫化物(如图3、4和5所示)；
iii.可通过简单浸润该生物滤池介质来保持约中性pH值，而无需化学添加剂(如图6所示)；
iv.在负压及循环冲击负载条件下，该生物滤池介质具有一致的性能(如图7所示)；以及
v.可轻易地冲洗该生物滤池介质以去除氧化H2S的副产品。
通过对该生物滤池介质(如图1所示)的初步柱实验(the pilotcolumn experiments)所得到的去除动力学常数，比对已知生物滤池介质BIOSORBENSTM进行实验所得的数值要高。因此，根据本发明一具体实施例的生物滤池介质的较高去除力为设计较小的、具有较低介质体积的生物滤池系统提供了选择。
特别是，在中性pH条件下，无论是否存在挥发性有机化合物，该生物滤池介质都可以有效地去除硫化氢(H2S)。
该生物滤池介质的上述具体实施例具有许多优点，包括该生物滤池介质的成分，如骨料、金属剂和天然斜发沸石或任何形式的斜发沸石，都有助于增加对空气污染物的反应速率和化学转化率，而产生能够被微生物的生物氧化作用氧化的硫化物沉淀物。
一种金属剂和尤其是铁的内含物，可以通过增加化学转化反应的速率及随后的生物氧化作用，改善空气污染物和令人生厌气味的去除效率，特别是硫化氢、还原态硫化合物和无机硫以及诸如工业设施、城市处理设施及废气气流中所产生的挥发性有机化合物的去除效率。由如金属剂转化等的化学反应所产生的中间副产品是易于被生物降解的，并且不在生物滤池介质中沉淀而导致缩短了生活周期。
在该生物滤池介质中，该微生物产生惰性沉淀物及其他物质(主要为可溶化合物、元素硫、不溶性盐和/或有机硫)，上述物质可通过氧化作用去除或通过浸润从生物滤池介质中冲洗掉。浸润该生物滤池介质以去除沉淀物所使用的溶液中能够加水(无需添加化学物质)并且能够添加而不会由于额外生物量形成而产生附加气流阻力。
能够向生物过滤介质加水的能力不仅为生物氧化作用的持续进行提供润湿性，还用于保持适当空气和生物滤池介质温度以支持细菌中高速率的新陈代谢。为了保持生物滤池介质足够地温暖，可在气流进入生物滤池介质之前添加气流。
本发明的目的是提供一种更有效和更高效率的去除空气污染物的方法，其避免了传统生物滤池的至少某些缺陷，其中该空气污染物包含硫基化合物和包括那些含氯化合物的VOC。
特别是，本发明的具体实施例提供一种生物滤池系统和生物滤池介质，其可用于在高浓度、高流速和变化的pH值条件下去除硫基化合物和VOC，并延长生物滤池介质的使用期限并缩短适应期。
根据本发明具体实施例的生物滤池介质的组成比传统生物滤池介质的更均匀。此外，由于其组成，根据本发明一具体实施例的生物滤池介质不易致密(compact)。因此，该生物滤池介质具有较小气流阻力(低压降)，这样气流经过该介质所需的能量损失就较低。这些特征提高了该生物滤池介质的长期效率及使用期，因此也提高了该生物滤池系统的使用期限。
例如，还能通过将该生物滤池介质与预定量的石灰石颗粒相混合来保持中性pH值，该石灰石的大小(2-25mm)等于该生物滤池介质14中的颗粒42的大小。或者，可通过输水系统22添加一种液态缓冲液。因此，通过添加一种液态缓冲液或将该介质与固态中和剂，如石灰石相混合的方式，可在该生物滤池介质14中保持对还原态硫化合物(例如2-甲基硫化物)的高去除效率。无论如何，基于该初步研究，在中性(～7.0)及低pH值(～2.0)条件下易于去除硫化氢。
无需任何化学添加剂，可用浸润用水轻易地冲洗掉生物滤池介质14中由于染污物氧化而产生的副产品和/或由于添加中和剂而产生的活性产物。
根据该生物滤池系统的特定应用，该生物滤池介质可被置于封闭的按标准尺寸设计的(enclosed modular)或地面生物滤池系统中，该生物滤池系统是在有或无盖子、正压或负压条件下进行运作的。
可以理解，本发明不局限于上述各具体实施方式，上述具体实施方式仅说明实施本发明的优选实施方式，并且其在形状、各组件的排列、步骤、操作的细节和次序上都易于改进。对本发明上述具体实施方式的所有改进都落入本发明的权利要求书所确定的保护范围。
权利要求书
(按照条约第19条的修改)
1.一种包括多个颗粒的生物滤池介质，每个颗粒包括：
一多孔亲水核；以及
一在所述亲水核上的疏水覆盖层，其中所述疏水覆盖层包括：一金属剂、微生物、营养物、有机碳、一碱性缓冲液、一粘合剂、一吸附剂及一疏水剂。
2.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述亲水核包括多孔低密度骨料。
3.如权利要求2所述的生物滤池介质，其中所述多孔低密度骨料是在温度超过1100℃由气体膨胀制得的。
4.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述金属剂包括至少一种选自包括铁、锰、镍、铜、钛或具有相似性能过渡金属元素族中的类似金属的组中的金属。
5.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述金属剂包括铁。
6.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述金属剂为粉末形式。
7.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述吸附剂和所述疏水剂包括斜发沸石。
8.如权利要求7所述的生物滤池介质，其中所述吸附剂和所述疏水剂还包括活性碳。
9.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述微生物通过一种接种源提供。
10.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述微生物包括选自排硫硫杆菌、贝日阿托氏菌属、发硫菌属及氧化亚铁硫杆菌的微生物。
11.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述微生物、营养物及有机碳由一种或多种泥炭、堆肥或一种粗糙木质材料提供。
12.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述营养物包括磷、氮和钾。
13.如权利要求9所述的生物滤池介质，其中所述接种源包括微生物和一种营养源。
14.如权利要求9所述的生物滤池介质，其中所述接种源为一含微生物的标准实验室细菌培养基。
15.如权利要求14所述的生物滤池介质，其中所述标准实验室细菌培养基为琼脂或肉汤。
16.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述碱性缓冲液可选自包括硅酸盐、粉煤灰或类似碱性材料的组。
17.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述颗粒的大小约为2至25毫米。
18.如权利要求1所述的生物滤池介质，其可在pH值约为2至7的范围内去除硫化氢。
19.如权利要求1所述的生物滤池介质，其可在启动后约24小时内去除硫化氢。
20.一种生物滤池系统，包括：
一壳体；
一设置于壳体的用于接收污染气体的入口；
一设置于壳体的用于排出干净空气的出口；及
一生物滤池介质，其处于所述入口和出口之间且污染空气流经所述生物滤池介质，其中所述生物滤池介质包括：
一多孔亲水核；以及
一在所述亲水核上的疏水覆盖层，其中所述疏水覆盖层包括：一金属剂、微生物、营养物、一种有机碳源、碱性缓冲液、一粘合剂、一吸附剂及一疏水剂。
21.如权利要求21的生物滤池系统，还包括一输水系统。
22.一种操作生物滤池系统的方法，所述生物滤池系统包括一壳体和一生物滤池介质，所述方法包括：
监控所述生物滤池介质的温度；
根据所述监控，选择性地加热流经所述生物滤池介质的气流或浸润所述生物滤池介质，以将温度保持在预定范围内。
23.如权利要求22所述操作生物滤池系统的方法，还包括：
监控所述壳体内的气压，以及
根据所述压力监控，选择性地加热流经所述生物滤池介质的气流或浸润所述生物滤池介质，以将压力保持在预定压力范围内。
24.如权利要求22所述操作生物滤池系统的方法，其中所述加热气流包括将蒸汽输送到所述气流处。
25.如权利要求22所述操作生物滤池系统的方法，其中所述浸润还可包括添加营养物、接种物及碱性缓冲液。

Claims (25)

1.一种包括多个颗粒的生物滤池介质，每个颗粒包括：
一多孔亲水核；以及
一在所述亲水核上的疏水覆盖层，其中所述疏水覆盖层包括：一金属剂、微生物、营养物、有机碳、一碱性缓冲液、一粘合剂、一吸附剂及一疏水剂。
2.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述亲水核包括多孔低密度骨料。
3.如权利要求2所述的生物滤池介质，其中所述多孔低密度骨料是在温度超过1100℃通过气体膨胀制得的。
4.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述金属剂包括至少一种选自包括铁、锰、镍、铜、钛或具有相似性能的过渡金属元素族中的类似金属的组中的金属。
5.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述金属剂包括铁。
6.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述金属剂在所述疏水覆盖层形成之前为粉末形式。
7.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述吸附剂和所述疏水剂包括斜发沸石。
8.如权利要求7所述的生物滤池介质，其中所述吸附剂和所述疏水剂还包括活性碳。
9.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述微生物通过一种接种源提供。
10.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述微生物包括选自排硫硫杆菌、贝日阿托氏菌属、发硫菌属及氧化亚铁硫杆菌的微生物。
11.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述微生物、营养物及有机碳由一种或多种泥炭、堆肥或一种粗糙木质材料提供。
12.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述营养物包括磷、氮和钾。
13.如权利要求9所述的生物滤池介质，其中所述接种源包括微生物和一种营养源。
14.如权利要求9所述的生物滤池介质，其中所述接种源为一含微生物的标准实验室细菌培养基。
15.如权利要求14所述的生物滤池介质，其中所述标准实验室细菌培养基为琼脂或肉汤。
16.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述碱性缓冲液可选自包括硅酸盐、粉煤灰或类似碱性材料的组。
17.如权利要求1所述的生物滤池介质，其中所述颗粒的大小约为2至25毫米。
18.如权利要求1所述的生物滤池介质，其可在pH值约为2至7的范围内去除硫化氢。
19.如权利要求1所述的生物滤池介质，其可在启动后约24小时内去除硫化氢。
20.一种生物滤池系统，包括：
一壳体；
一设置于壳体的用于接收污染气体的入口；
一设置于壳体的用于排出干净空气的出口；及
一生物滤池介质，其处于所述入口和出口之间且污染空气流经所述生物滤池介质，其中所述生物滤池介质包括：
一多孔亲水核；以及
一在所述亲水核上的疏水覆盖层，其中所述疏水覆盖层包括：一金属剂、微生物、营养物、一种有机碳源、碱性缓冲液、一粘合剂、一吸附剂及一疏水剂。
21.如权利要求18的生物滤池系统，还包括一输水系统。
22.一种操作生物滤池系统的方法，所述生物滤池系统包括一壳体和一生物滤池介质，所述方法包括：
监控所述生物滤池介质的温度；
根据所述监控，选择性地加热流经所述生物滤池介质的气流或浸润所述生物滤池介质，以将温度保持在预定范围内。
23.如权利要求22所述操作生物滤池系统的方法，还包括：
监控所述壳体内的气压，以及
根据所述压力监控，选择性地加热流经所述生物滤池介质的气流或浸润所述生物滤池介质，以将压力保持在预定压力范围内。
24.如权利要求22所述操作生物滤池系统的方法，其中所述加热气流包括将蒸汽输送到所述气流处。
25.如权利要求22所述操作生物滤池系统的方法，其中所述浸润还可包括添加营养物、接种物及碱性缓冲液。
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