CN208809794U - 一种用于降解邻苯二甲酸酯的空气生物过滤装置 - Google Patents

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李彦文
蔡全英
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Abstract

本实用新型属于空气净化技术领域，具体公开了一种用于降解邻苯二甲酸酯的空气生物过滤装置。所述空气生物过滤装置包括壳体、从下往上依次设置在壳体内的营养液储存器、承托层、生物填料层、与生物填料层并列的微生物反应器检查口、喷淋机构和出风口；所述承托层连接有鼓风机构，所述鼓风机构设置在壳体外；所述营养液储存器通过管道依次与输入泵和喷淋机构相连通。本实用新型所述空气生物过滤器能高效降解蔬菜大棚空气中的邻苯二甲酸酯，能根据大棚空气中邻苯二甲酸酯的类型设置含有不同生物膜的填料层，适应性强，适用性广，可以满足不同蔬菜大棚的需求。

Description

一种用于降解邻苯二甲酸酯的空气生物过滤装置
技术领域
本实用新型涉及空气净化技术领域，具体地，涉及一种用于降解邻苯二甲酸酯的空气生物过滤装置。
背景技术
邻苯二甲酸酯(PAEs)是一类重要的人工合成有机化合物，广泛应用于塑料增塑剂(俗称塑化剂)，以及汽车、服装、化妆品、润滑剂和农药等行业，大量进入环境中，并具有半挥发性和远距离迁移性，成为全球性环境污染物。PAEs具有致癌、致畸、致突变等毒性，尤以造成人体生殖功能异常最受关注，是典型的内分泌干扰物，被人们称为“第二个全球性PCB污染物”。
目前，包括我国在内的许多国家和环保组织将其列入优先控制污染物，并采取相应措施防止PAEs对人类健康的危害。大棚蔬菜生产(通常用塑料大棚)对缓解蔬菜淡季的供求矛盾起到了重要作用，具有显著的社会效益和巨大的经济效益。蔬菜大棚中广泛使用的塑料棚膜含有PAEs，其含量可达塑料本身的50％，是蔬菜大棚的特征污染物。随使用时间的推移，PAEs可由塑料棚膜释放到外界环境，造成蔬菜大棚环境中空气、水和土壤的 PAEs污染，进而通过蔬菜的吸收(或吸附)累积进入食物链，对人和动物的健康造成严重威胁。相关研究表明，上海和南京等大棚蔬菜土壤中PAEs高达1.94～35.4mg/L，部分超过了我国新修订的《土壤环境质量标准》的控制值(10mg/L)。大棚蔬菜中的PAEs也普遍被检出。相关研究结果显示，大棚土壤和蔬菜中的PAEs要显著高于露天栽培的土壤和蔬菜。土壤是蔬菜吸收邻苯二甲酸酯的途径之一，但蔬菜也会从空气中吸收PAEs并向可食部分转移，导致人体暴露风险加大。土壤中具有PAEs高效降解菌，可以测底降解土壤中邻苯二甲酸酯，但邻苯二甲酸酯在空气中的降解十分缓慢，尤其是蔬菜大棚这类半封闭的空间，随着时间的推移，PAEs的浓度会显著增加。因此，迫切需要研究一种能够有效降解蔬菜大棚空气中邻苯二甲酸酯的装置。
实用新型内容
本实用新型的目的是为了克服现有技术的上述不足，提供一种用于降解邻苯二甲酸酯的空气生物过滤装置，通过填料层中的生物膜能高效降解蔬菜大棚空气中的邻苯二甲酸酯。
为了实现上述目的，本实用新型是通过以下方案予以实现的：
一种用于降解邻苯二甲酸酯的空气生物过滤装置，包括壳体、从下往上依次设置在壳体内的营养液储存器、承托层、生物填料层、与生物填料层并列的微生物反应器检查口、喷淋机构和出风口；所述承托层连接有鼓风机构，所述鼓风机构设置在壳体外；所述营养液储存器通过管道依次与输入泵和喷淋机构相连通。
本实用新型所述壳体为相对密封的腔体，所述空气生物过滤装置以生物填料为载体，让高效降解菌群在载体中形成有效生物膜；当待处理气体通过鼓风机构进入承托层后，气体会向上运动，进入生物填料层，生物填料层中的微生物可对空气中的邻苯二甲酸酯进行高效降解，净化后的气体由出风口排放。同时，通过设置循环的营养液输送装置，保持生物填料中微生物的活性。
优选地，所述生物填料层由若干个上下组合的生物填料区组成。
更优选地，所述生物填料区包括填料架及设置于其上的若干个生物填料单元。
更优选地，所述生物填料单元包括内外双层球体，外部为中空鱼网状球体，内部为旋转球体。所述生物填料单元主要起生物膜载体的作用，同时兼有截留悬浮物的作用，具有生物附着力强、比表面积大、孔隙率高、化学和生物稳定性好、经久耐用、不溶出有害物、不引起二次污染、防紫外线、抗老化、亲水性能强等特点，在使用过程中，微生物易生成、易更换、耐酸碱、抗老化、不受水流影响、使用寿命长，微生物挂膜快、生物膜易脱落，产品耐生物降解，安装方便。脆化温度-10℃，比表面积380～800m2/m3，孔隙率大于99％，比重0.93。
更优选地，所述填料单元上挂有生物膜，所述生物膜由高效降解邻苯二甲酸酯的菌群通过挂膜形成。所述生物膜可根据大棚空气中邻苯二甲酸酯的类型进行设置，所述菌群包括但不限于巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)YJB3、普罗威登斯菌(Providenciasp.) 2D、无色杆菌(Achromobacter sp.)MT-H、红球菌(Rhodococcus sp.)2G、壤霉菌(Agromyces sp.)MT-E、微杆菌(Microbacterium sp.)J-1。
所述生物膜的挂膜过程如下：筛选出高效降解PAEs的菌群，经纯化、富集后导入挂膜反应器中，并进行控温曝气，温度为30～35℃，曝气量为16L/min。连续曝气10d，每天观察生物附着生长情况，之后每隔1d定期换水。换水时需要全部倒掉挂膜反应器中的水，加入同样体积的营养液，防止游离态微生物和生物填料上的微生物相互竞争营养。挂膜和驯化前期，随着膜的增长，生物膜慢慢变厚，颜色也出现不同的变化。约在30～40d 后，生物填料上的生物膜具有一定的层次结构，可用于空气中邻苯二甲酸酯的去除。
优选地，所述承托层由若干个鹅卵石组成，既能承重又能保证留有一定空隙使得气体和营养液通过。
优选地，所述喷淋机构为喷淋雾化器，包括若干个单嘴可调节流量喷头，喷洒直径和流量根据空气生物过滤装置大小而定，搭配8/12mm中管使用。更优选地，所述8/12mm 中管采用橡胶制成，耐寒、抗老化、抗爆裂、不易折。
优选地，所述空气生物过滤装置的外部设有pH监测机构，可监测微生物生存环境。
优选地，当营养液使用一段时间后，可由进/出液口排放。所述进/出液口上设置有双向阀门。
优选地，所述鼓风机构为风机，风机外壳为铁壳，其型号需要依据大棚的大小确定。
特别需要说明的是，所述营养液中没有微生物所需要的碳源，微生物碳源全部来自于空气中的邻苯二甲酸酯。优选地，所述营养液的配方为K2HPO4 5.8g/L、KH2PO4 4.5g/L、(NH4)2SO4 2.0g/L、MgCl2 0.16g/L、CaCl2 0.02g/L、Na2MoO4·2H2O 0.0024g/L、FeCl30.0018g/L、MnCl2·2H2O 0.0015g/L，加双蒸水定容至1L。
优选地，所述输入泵主要用于运输营养液，其型号依据营养液储存器大小而定。
优选地，所述微生物反应器检查口用于定期检查生物填料层微生物生长/脱落情况。
一种利用上述空气生物过滤装置降解邻苯二甲酸酯的方法，包括如下步骤：将含有邻苯二甲酸酯的气体由鼓风机构输入承托层，气体由承托层进入生物填料层后被微生物降解，净化后的气体由出风口排放；同时营养液储存器中的营养液经输入泵和管道输送至喷淋机构进行喷洒，保持生物填料层中生物填料单元的生物活性，喷淋后的营养液经过生物填料层和承托层回流至营养液储存器中。
与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
本实用新型所述空气生物过滤装置能高效降解蔬菜大棚空气中的邻苯二甲酸酯，能根据大棚空气中邻苯二甲酸酯的类型设置含有不同生物膜的填料层，适应性强，适用性广，可以满足不同蔬菜大棚的需求。同时，通过设置循环的营养液输送装置，保持生物填料上生物膜的活性。
附图说明
图1为空气生物过滤装置的结构示意图。
图2为生物填料区的结构示意图。
图3为生物填料单元的结构图。
图4为喷淋机构的结构图。
附图说明：1-pH监测机构；2-鼓风机构；3-进/出液口；4-出风口；5-喷淋机构；6-输入泵；7-管道；8-营养液储存器；9-微生物反应器检查口；10-承托层；11-生物填料层；12-填料架；13-生物填料单元。
具体实施方式
下面结合说明书附图及具体实施例对本实用新型作出进一步地详细阐述，所述实施例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。下述实施例中所使用的试验方法如无特殊说明，均为常规方法；所使用的材料、试剂等，如无特殊说明，为可从商业途径得到的试剂和材料。
实施例1
一种用于降解邻苯二甲酸酯的空气生物过滤装置，如图1所示，包括密封的壳体，包括壳体、从下往上依次设置在壳体内的营养液储存器8、承托层10、生物填料层11、与生物填料层11并列的微生物反应器检查口9、喷淋机构5和出风口4；所述承托层10连接有鼓风机构2，所述鼓风机构2设置在壳体外；所述营养液储存器8通过管道7依次与输入泵6和喷淋机构5相连通。
所述空气生物过滤装置以生物填料为载体，让高效降解菌群在载体中形成有效生物膜；当待处理气体通过鼓风机构2进入承托层10后，气体会向上运动，进入生物填料层11，生物填料层11中的微生物可对空气中的邻苯二甲酸酯进行高效降解，净化后的气体由出风口4排放。同时，通过设置循环的营养液输送装置，保持生物填料中微生物的活性。
所述生物填料层11由6个上下组合的生物填料区组成。如图2所示，每个生物填料区包括填料架12及设置于其上的若干个生物填料单元13。
所述6个生物填料区从下往上依次为：巨大芽孢杆菌YJB3生物填料区、普罗威登斯菌2D生物填料区、无色杆菌MT-H生物填料区、红球菌2G生物填料区、壤霉菌MT-E 生物填料区和微杆菌J-1生物填料区。
如图3所示，所述生物填料单元13包括内外双层球体，外部为中空鱼网状球体，内部为旋转球体。所述生物填料单元13主要起生物膜载体的作用，同时兼有截留悬浮物的作用，具有生物附着力强、比表面积大、孔隙率高、化学和生物稳定性好、经久耐用、不溶出有害物、不引起二次污染、防紫外线、抗老化、亲水性能强等特点，在使用过程中，微生物易生成、易更换、耐酸碱、抗老化、不受水流影响、使用寿命长，微生物挂膜快、生物膜易脱落，产品耐生物降解，安装方便。脆化温度-10℃，比表面积380～800m2/m3，孔隙率大于99％，比重0.93。
所述生物填料单元13上挂有生物膜，所述生物膜由高效降解邻苯二甲酸酯的菌群通过挂膜形成。所述菌群分别为巨大芽孢杆菌(Bacillus megaterium)YJB3、普罗威登斯菌(Providencia sp.)2D、无色杆菌(Achromobacter sp.)MT-H、红球菌(Rhodococcus sp.)2G、壤霉菌(Agromyces sp.)MT-E、微杆菌(Microbacterium sp.)J-1，分别对应6个生物填料区。
所述生物膜的挂膜过程如下：筛选出高效降解PAEs的菌群，经纯化、富集后导入挂膜反应器中，并进行控温曝气，温度为30～35℃，曝气量为16L/min。连续曝气10d，每天观察生物附着生长情况，之后每隔1d定期换水。换水时需要全部倒掉挂膜反应器中的水，加入同样体积的营养液，防止游离态微生物和生物填料上的微生物相互竞争营养。挂膜和驯化前期，随着膜的增长，生物膜慢慢变厚，颜色也出现不同的变化。约在30～40d 后，生物填料上的生物膜具有一定的层次结构，可用于空气中邻苯二甲酸酯的去除。
所述承托层10由若干个鹅卵石组成，既能承重又能保证留有一定空隙使得气体和营养液通过。
所述喷淋机构5为喷淋雾化器，如图4所示，包括若干个单嘴可调节流量喷头，喷洒直径和流量根据空气生物过滤装置大小而定，搭配8/12mm中管使用，所述8/12mm中管采用橡胶制成，耐寒、抗老化、抗爆裂、不易折。
所述空气生物过滤装置的外部设有pH监测机构1，可监测微生物生存环境。
所述进/出液口3上设置有双向阀门，营养液可通过进/出液口3输送至营养液储存器 8，当营养液使用一段时间后，又可通过进/出液口3排放。
所述鼓风机构2为风机，风机外壳为铁壳，其型号需要依据大棚的大小确定。
特别需要说明的是，所述营养液中没有微生物所需要的碳源，微生物碳源全部来自于空气中的邻苯二甲酸酯。所述营养液的具体配方为K2HPO4 5.8g/L、KH2PO4 4.5g/L、(NH4)2SO4 2.0g/L、MgCl2 0.16g/L、CaCl2 0.02g/L、Na2MoO4·2H2O 0.0024g/L、FeCl30.0018g/L、MnCl2·2H2O 0.0015g/L，加双蒸水定容至1L。
所述输入泵6主要用于运输营养液，其型号依据营养液储存器8大小而定。
优选地，所述微生物反应器检查口9用于定期检查生物填料层微生物生长/脱落情况。
一种利用上述空气生物过滤装置降解邻苯二甲酸酯的方法，包括如下步骤：将含有邻苯二甲酸酯的气体由鼓风机构2输入承托层10，气体由承托层10进入生物填料层11后被微生物降解，净化后的气体由出风口4排放；同时营养液储存器8中的营养液经输入泵6和管道7输送至喷淋机构5进行喷洒，保持生物填料层11中生物填料单元13的生物活性，喷淋后的营养液经过生物填料层11和承托层10回流至营养液储存器8中。
实施例2
利用实施例1所述空气生物过滤装置降解邻苯二甲酸酯，设计参数如表1所示(以南方某蔬菜大棚空气中PAEs浓度为例)：
表1设计参数收集
序号 参数 数量
1 大棚面积(m<sup>2</sup>) 40×200
2 大棚高度(m) 3
3 DBP(μg/m<sup>3</sup>) 48
4 DEHP(μg/m<sup>3</sup>) 38
5 空气与填料接触百分比(％) 85
6 微生物平均降解率(mg/h) 54
1、根据以上参数，得到大棚的体积为24000m3；
2、大棚空气中邻苯二甲酸酯总含量：
DBP：48×24000＝1152mg；DEHP：38×24000＝912mg；
3、可选用型号为cz-td550的风机，风机参数如下：口径68mm、型号cz-td550、功率550w、压力2200pa、频率50hz、流量870m3/h、电压220v、转速2820r/min；
4、利用实施例1所述空气生物过滤装置降解大棚中的邻苯二甲酸酯，与微生物接触的空气中的邻苯二甲酸酯降解效率为54mg/h，因此要净化大棚中的DBP需要的时间为1152/2/54/0.85＝12.55h，净化大棚中的DEHP需要的时间为912/2/54/0.85＝9.93h。
最后所应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，对于本领域的普通技术人员来说，在上述说明及思路的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种用于降解邻苯二甲酸酯的空气生物过滤装置，其特征在于，包括壳体、从下往上依次设置在壳体内的营养液储存器（8）、承托层（10）、生物填料层（11）、与生物填料层（11）并列的微生物反应器检查口（9）、喷淋机构（5）和出风口（4）；所述承托层（10）连接有鼓风机构（2），所述鼓风机构（2）设置在壳体外；所述营养液储存器（8）通过管道（7）依次与输入泵（6）和喷淋机构（5）相连通。
2.根据权利要求1所述的空气生物过滤装置，其特征在于，所述生物填料层（11）由若干个上下组合的生物填料区组成。
3.根据权利要求2所述的空气生物过滤装置，其特征在于，所述生物填料区包括填料架（12）及设置于其上的若干个生物填料单元（13）。
4.根据权利要求3所述的空气生物过滤装置，其特征在于，所述生物填料单元（13）为内外双层球体，外部为中空鱼网状球体，内部为旋转球体。
5.根据权利要求3所述的空气生物过滤装置，其特征在于，所述生物填料单元（13）上挂有生物膜，所述生物膜由高效降解邻苯二甲酸酯的菌群通过挂膜形成。
6.根据权利要求1所述的空气生物过滤装置，其特征在于，所述承托层（10）由若干个鹅卵石组成。
7.根据权利要求1所述的空气生物过滤装置，其特征在于，所述喷淋机构（5）为喷淋雾化器，包括若干个单嘴可调节流量喷头。
8.根据权利要求1所述的空气生物过滤装置，其特征在于，所述空气生物过滤装置的外部设有pH监测机构（1）。
9.根据权利要求1所述的空气生物过滤装置，其特征在于，所述营养液储存器（8）一端设置有进/出液口（3）。
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