专利名称：装有搅拌器与固态原料注入器的生物过滤器以及用该设备从废气中去除异味和挥发性有 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种生物过滤器，其包括用于防止由于细菌生长而形成阻塞的搅拌器以及固态营养素注入器，该设备能够通过发挥细菌的分解作用来去除从各种工矿企业排放到大气中的空气污染物，例如臭味以及挥发性有机化学物质(以下称为“VOC”)，本发明还涉及利用该生物过滤器来除去受到污染的气体的方法。
目前，已经对物理、化学以及生物学的方法进行了尝试，以清除空气中所含的VOC与恶臭。例如，冷却富集法，催化剂型燃烧法，物理吸附法，清洗法等已被利用。虽然在这些方法中物理与化学方法能有效地治理受到污染的气体，但是在设备，材料，化学物质等方面，其运作成本太高。而且，降低废气的富集并达到允许的排放限制也是不经济的，而且还会产生二次污染物，如SOx，CO，NOx。因此，人们在不断地开发对环境更为有利，效率更高，并且能够降低费用的清除技术。因而，能够把VOC与恶臭的气味转为为二氧化碳和没有或只有轻微臭味的其他物质的生物过滤法正在普及。
与用于降低恶臭与VOC的其他方法相比，生物过滤技术非常引人注目，所需投资少，运行费用低，能耗低，生成的化学物质浓度低并且所用燃料少，而且该技术很少生成二次污染物。
遗憾的是，用生物过滤器在普通的设备上去除恶臭和VOC还存在诸多问题。具体讲，(1)由于使用生物过滤器操作时间增加，载体的孔隙有可能被由于细菌的生长而形成的微生物层阻塞。因此，(2)在初期阶段，清除率是好的，但是，由于微生物大量增殖，载体内的气孔被逐渐堵塞，产生气体偏流，就会严重降低生物过滤器的能力并且由于严重失压而消耗大量的电力。另外，(3)必须定期地搅拌，清洗与更换载体，以消除由于细胞生长所形成的微生物层。并且(4)该设备体积庞大，需要宽敞的空间来安装，因为对受到污染的气体进行治理的滞留期长，约为30秒至3分钟。因此，实际上恶臭与VOC不能达到有效而稳定的治理。尤其是，当对有机化合物含量高的废气进行处理时，由于现有的生物过滤器的使用所诱发的问题仍然十分严重。
此外，对于利用源于常规技术的生物过滤器来处理污染气体而言，在常规设备上还存在另一个问题。详细讲，在为细菌生长提供营养素上存在不足。因为在使用生物过滤器的常规工序中，营养素是以液态形式投放的，要求在冬季不能被冻结，必须调温以防止营养素的析出，配备搅拌器以防止沉淀，并当长时间留存时不能受到细菌污染等。
必然地，要确立排除污染气体的新方法，以解决上述缺点，对于长期运行而言也是如此。
本发明的第一个目的是提供一个生物过滤器，该设备包括一个能够有效地去除在受到污染的气体中含有的恶臭与挥发性有机化学物质的搅拌器，以及一个固态营养素注入器，该设备采用通过搅动固定微生物的载体来去除由于细菌的生长所产生的阻塞现象而在载体的表面上形成的生物膜的方法，并在该设备中运行喷洗的方法来去除恶臭与挥发性有机化学物质。
本发明的第二个目的是提供一种通过使用该生物过滤器来除去恶臭与VOC的方法。
本发明的第三个目的是提供一种用于细菌生长的固态基本营养素的制备方法。
本发明的第四个目的是提供一种固态营养素注入器，所述固态营养素是通过上述方法制备的。
为实现第一个目的，本发明提供了一种用于去除恶臭与挥发性有机化学物质(VOC)的设备(以下称为“生物过滤器”)，该设备包括机壳，其中设置有污染气体注入口以及经过处理的气体的出气口；用于固定微生物的载体的支床，其位于机壳内的下表面上；生物过滤层(或载体层)，其被填充了微生物载体并被装到支床上；喷管，安装于在载体层的上表面与机壳的内上表面之间形成的空间中，用于向载体层的上面喷水与营养素；生物过滤器机舱，包括一个用于载体的搅动设备，该搅动设备包括一个搅动轴和一个搅拌器，用于解决由于细菌生长而引起的压力损耗的增大与阻塞现象；储藏罐，用于向喷管提供水与营养；搅动马达，用于驱动搅动设备；该生物过滤器只经由生物过滤层把从污染气体注入口注入的气体释放到经过处理的气体的排出口，并且是与对生物过滤层的载体进行搅动的搅动设备一起安装的，或者是与该搅动设备和固态营养素注入设备一起安装的。
为实现第二个目的，本发明提供了一种用于除去恶臭与挥发性有机化学物质的方法，该方法包括如下的步骤(1)把分解恶臭物与挥发性有机化学物质的微生物接种到载体层与储藏罐中，对固定在载体上的分解微生物进行培养并进行增殖；(2)把从污染气体排放源搜集到的污染气体注入到污染气体注入口，经由生物过滤层通过载体层，然后利用固定在载体上的微生物对污染物进行分解；(3)把储藏罐中的培养液周期性地喷洒到载体层上以便向固定在载体上的微生物提供营养素与水；(4)定期地用新鲜的培养介质交换培养液；(5)当微生物增殖并阻塞了去除恶臭与挥发性有机化学物质的载体层时(压力损耗增大而恶臭物与VOC的去除率下降时)，启动载体的搅动设备，搅动载体，去除在载体的表面上形成的生物膜，喷洒储存罐中的培养介质，并清洗分离的生物膜。
为了实现第三个目的，本发明提供了几种制备固态营养素的方法。
制备固态营养素的一种方法包括下列步骤(1)按照适当的比率混合用于细菌生长的基本营养素(例如N、P、S、Mg等)，并收集混合的营养素；(2)向淀粉、米粉等中加入适量的水，搅拌得到浆液；(3)将上面收集的混合营养素加到浆液中，搅拌制得混合物；(4)把该混合物放入具有如圆形或方形等不同形状的模具中进行干燥。
制备固态营养素的另一种方法包括下列步骤(1)按照适当的比率混合用于细菌生长的基本营养素(例如N、P、S、Mg等)，并收集混合的营养素；(2)向糖(葡萄糖或蔗糖等)或在所加的所有营养素中熔点最低的营养素、米粉等中加入少量的水，加热并收集熔解液；(3)将上面收集的混合营养素加入到该熔解液中，搅拌制成浆液；(4)把该浆液放入具有诸如圆形或方形等不同形状的模具中，并使该浆液固化。
这时，供细菌生长使用的基本营养素优选由FeSO4，K2HPO4，MgSO4，NaH2PO4和(NH4)2SO4依序分别按照总重量的1-4％，2-5％，5-10％，7-11％以及70-85％的比例组成。
采用本发明方法制备的固态营养素根据其成分而具有各种不同的形状与形态。
为了实现第四个目的，本发明提供了一种固态营养素注入器，其包括能把固态营养素注入该过滤设备的固态营养素储藏罐，齿轮马达，驱动设备，其包括一个固定螺杆等，和一个喷口盖板，等。
通过下面结合附图所进行的详细描述，将会对本发明的上述以及其他的目的，特色以及其他的优点得以更为清晰的理解。
现在参照附图对本发明的优选实施方案进行描述。
图1示出了本发明的装有搅拌器的生物过滤器的分部图。图2示出了本发明的载体的搅拌器的侧视图。图3示出了本发明的固体营养素注入器的横截面图。图4示出了本发明的一个实施例的生物过滤器的略图。
本发明的装有搅拌器的用于去除恶臭与VOC的生物过滤器包括污染气体注入口2，经过处理的气体的排放口3，载体支床4，人孔11，连接生物过滤器机舱1的法兰盘5，生物过滤器载体层6，载体搅拌器7，包括用于提供营养素与水的喷管8的生物过滤器机舱1，搅拌器的搅动马达9，营养素与介质储藏罐10，以及筛网12。
本发明的生物过滤器机舱1与储藏罐10可以具有各种不同的形状，比如方形与圆柱形等，而且可以用耐酸的包括FRP，PVC，聚乙烯在内的各种可塑性材料，不锈钢材料，涂以环氧化物，碳等的金属材料制作。生物过滤器机舱1的大小(长与宽或直径与高度)可以根据用于处理污染气体的容积而自由调整。可以对生物过滤器进行控制，根据用于处理含有恶臭物与VOC的污染气体的容量来改变生物过滤器机舱的级数，可安装的生物过滤器机舱的级数在2至10之内。污染气体通过每个生物过滤器机舱1来注入。
本发明的生物过滤器机舱1内的支床4起支撑固定载体的作用。根据情况，污染气体可以通过支床的下部或载体层的上方输送到载体层。支床4还有排出喷到载体层上面的营养介质的功能。支床4上的生物过滤载体层6用高度固定但低于出口的高度的固定载体填充。该载体可以是由聚合物如聚苯乙烯，聚乙烯等组成的且有网状结构的吸附载体，或者是由发泡聚合物如聚丙烯，聚氨酯，聚乙烯等组成的并且尺寸为1-10cm。孔隙率的范围可在90-95％之间，而孔的大小可在0.5-5mm范围内。该固定载体的特点是湿度高，微生物的固定能力显著。尤其是，由于该固定载体重量轻，能够通过搅动器对在生物过滤载体层6中填充的载体轻易地进行搅动。
此外，本发明提供了利用装有搅拌器的生物过滤器或者装有搅拌器与固态营养素注入器的生物过滤器从污染气体中去除恶臭与VOC的方法。具体讲，该方法包括如下步骤把分解恶臭与挥发性有机化学物质的微生接种到生物过滤器机舱1与储藏罐10中，向生物过滤载体层喷水并把分解微生物固定到载体上；把从污染气体排放源收集到的污染气体注入到生物过滤器的注入口，通过生物过滤载体层，然后利用固定在该载体上的微生物分解污染物。从而，受到污染的物质可被转变为无害且无恶臭的物质，如水，微生物，二氧化碳等，并被清除。
在生物过滤器中利用所固定的微生物来分解恶臭与VOC的机理将在下面进行描述。
发臭物质(硫化氢，氨，mercapthane，胺)+微生物→CO2+H2O+微生物+矿物质(硫酸，硝酸) (1)挥发性有机化学物质+微生物→CO2+H2O+微生物(2)为了向生物过滤器机舱中的微生物提供水与营养素，储藏罐中的培养介质被间歇地喷到在每个舱中填充的载体上并且周期性地更换新的培养介质。储藏罐10的滤网12起到去除外来物质与保护循环泵32的入口的作用。当运行周期延长时，载体层易于因细菌生长而被阻塞，在去除恶臭与VOC物质的生物过滤层中的压力损耗会增至30-50mmH2O。这时，载体的搅拌器被启动，在载体间形成的生物膜被消除。接着，启动喷洒设备，把从载体表面分离的生物膜冲入储存罐10中进行处理。因而，本发明的方法与设备能够防止因细菌生长而引起的压力损耗的增大以及恶臭与VOC清除率的下降，并能始终如一地维持固定载体中的细胞的重量，即使在延长的运行中也是如此，以致于能维持消除恶臭与VOC的效率。
如图4中所示，上述的生物过滤器包括收集含有恶臭物与VOC的污染气体的风机28，空气加热器(未示出)，用于为细菌生长提基本的无机营养盐的营养素提供器27，用于对培养介质的pH值进行控制的储酸罐29与储碱罐30，提供酸与碱的化学物质泵31，用于把微生物培养肉汤输送到生物过滤载体层6的循环泵32，以及控制系统33等。此时，本发明的循环泵32优选是耐酸的。
本发明的生物过滤器具有对填充在生物过滤层中的固定微生物的载体进行搅动的独特功能。用于圆柱形生物过滤反应罐的载体搅拌器包括搅动马达9，搅动轴及搅拌器7。搅拌器7装有一个上部支撑件13，一个下部支撑件15，以及与这两个支撑件垂直的并以左右对称或不对称的搅动轴为中心的搅动杆14。搅拌器通过搅动马达9转动以实现搅动载体的功能。为增大搅动能力，搅动杆14最好按照以搅动轴为中心在左右方向上不对称的方式进行安装。把下部支撑件15制成具有一个约15-30度的斜度以便起支撑搅动杆14的作用，并且使生物过滤层下部(与支床垂直)的固定载体向上升高一些并通过转动搅拌器来配合。根据情况，下部支撑件15可以不用。本发明的搅拌器是适用的并优选的实施例，不会对本发明的范围构成限制。确切地讲，它可以根据生物过滤设备的形状与大小而采用各种搅拌模式等，并且一般具有载体被搅动的特点。
本发明的固态营养素注入器包括外壳15，紧固件16，齿轮马达17，固定螺杆18，反弹螺丝19，固态营养素储藏罐20，储藏罐的盖子21，固态营养素22，营养素支托23，注入口板盖24，板盖支撑弹簧25等。固态营养素注入器是根据齿轮马达17产生翻转效应的原理起动的，以外螺纹与紧固件16连接的固定螺杆18在特定的位置转动，反弹螺丝19因内螺纹而前进，此时，反弹螺丝19在营养素支托23的下部推出一块营养剂，而板盖支撑弹簧25由于落在注入口板盖24上的营养剂的重量而伸长，结果，注入口24的板盖被打开，营养素就会被注入到生物过滤器中，而被推出的反弹螺丝19运动一段距离并由于齿轮马达17在相反方向上转动而再退回以便恢复到原来的状态。此外，制备具有一定坡度的倾斜结构的降落部件，以便安全地提供固态营养素，这是为把固态营养素滑入生物过滤器而设计的。本发明的包括齿轮马达17的运行部分可以根据功能的需要而用各种不同的部件比如说活塞形运行部件来替代。可以利用各种控制器对固态营养素的注入器进行控制，并用时间间隔，操作数码等对运行时间进行调整，以便营养素的注入量能够自动或手动进行调整。
如果采用在本发明中描述的生物过滤器，就能容易地去除污染气体中含有的恶臭物与VOC。详细讲，本发明提供了利用装有搅拌器的生物过滤器或装有搅拌器与固态营养素注入器的生物过滤器来去除污染气体的恶臭物与VOC的方法。该方法包括下列步骤把分解恶臭物与挥发性有机化学物质的微生物接种到生物过滤层6与培养介质储藏罐10中，进行培养，把分解微生物固定到载体上并使微生物进行增殖；把从污染气体排放源收集到的污染气体注入到生物过滤器的注入口，通过生物过滤载体层，然后利用固定在载体上的微生物来分解污染物；间歇地把储藏罐中的培养液喷洒到在每个舱中填充的载体层6上，以向固定在生物过滤器机舱上的微生物提供营养素与水；周期性地去除一定量的培养液并且再补足新鲜的营养介质与水；当微生物增殖并阻塞了去除恶臭物与VOC的生物过滤载体层时(压力损耗增大而恶臭物与VOC的清除率减小时)，开动载体的搅拌器7、9，去除在固定载体间形成的生物膜，喷洒储存罐中的培养介质并清冼已分离的膜。
为把微生物固定到载体上，把用于菌种培养的细菌接种到培养介质储藏罐10中，并喷洒培养肉汤以使细菌附着在固定载体6上。在生物过滤器和利用该设备从污染气体中去除恶臭物与VOC的方法中，根据恶臭物与VOC的种类与状态，可以利用各种不同的微生物，比如硫杆菌属种(Thiobacillus sp.)，假单胞菌属种(Pseudomonas sp.)，芽胞杆菌属种(Bacillus sp.)等以及一个以上的菌株的混合物。
如果完成固定微生物的过程，从污染气体排放源收集到的污染气体则通过固定微生物的载体层6，并通过微生物的分解被降解为水，二氧化碳，微生物，矿物质等。通过生物过滤器机舱1的经过处理的气体被释放到大气中。这时，为了注入从生物过滤器收集的污染气体，在生物过滤载体层6从上向下流的下行方向的运行与在支床4穿过生物过滤层的上行方向的运行均可进行。
为了高度维持生物过滤载体层6上的分解活性，优选在15-35℃的适合的温度范围内注入污染气体，即使冬季也是如此，优选用空气加热器(未示出)把污染气体的温度控制在适当的范围之内。此外，为了维持污染气体的分解载体的功效，载体的湿度优选长期控制在95-100％的范围内。为此，要运行循环泵32，并利用在生物过滤载体层6的上方安装的喷管8每天三至四次向生物过滤载体层6喷洒循环水。这时，优选循环水与含有K，P，N，S，Mg和Fe的无机矿物盐介质或者与本发明的固态营养素一起定时提供，以便维持细菌的生长与分解活性。还有，可以用补充水来补足由于蒸发以及周期性地放掉一些循环水以便维持细菌的高活性而造成的循环水的损耗。
在利用微生物与污染气体净化设备去除恶臭物与VOC物质的方法中，当被注入到生物过滤器机舱1中的污染气体的停留时间为3-10秒时，对于发出恶臭的物质如甲苯，苯，二甲苯等而言，已被确认清除率是高的，而且即使在长达约100-150天的长期运行中也能稳定维持。
而且，由于本发明的生物过滤器装有载体搅拌器，可进行长期稳定地运行而没有困难。具体讲，在清除期间固定载体不会因细菌的生长而被阻塞，而且搅拌器能防止偏流，压力损耗的增加以及分解污染物效力的减小，并且能延长载体的寿命，这些都有助于维持。
实际上，本发明的生物过滤反应器具有3-10秒的较短的停留时间，即使在长期运行中也是如此，可维持压力损耗在低于30-50mmH2O的范围内，并且长期地把清除能力维持在高达90-99％的范围内。
图2是本发明固定载体搅拌器的侧视图。
图3是本发明的固态营养素注入器的横截面图。
图4是本发明的装有搅拌器与固态营养素注入器的生物过滤器的略图。
图5示出了利用本发明的装有搅拌器与固态营养素注入器的生物过滤器去除恶臭物的能力。
图6示出了利用装有搅拌器的生物过滤器分解甲苯的能力。
图7示出了在本发明中与运行周期对应的生物过滤器机舱中的压力损耗的变化情况。
图8示出了在本发明中与运行周期对应的生物过滤器机舱中的微生物固定量的变化情况。图中符号的说明1生物过滤器机舱2污染气体注入口3经过处理的气体的排放口
4载体支床5法兰盘7搅拌器8喷管9搅拌器马达10培养介质储藏罐11人孔12筛网13上支撑件14搅动杆15下支撑件16紧固件17齿轮马达18固定螺杆19反弹螺丝20固态营养素储藏罐21储藏罐的盖子22固态营养素23营养素支托24注入孔板盖25板盖支撑弹簧27固态营养素注入器28风机29储酸罐30储碱罐32循环泵33控制系统然而，应该理解，本领域的技术人员在考虑该公开内容后，可以在本发明的范围内进行修改与改进。(优选实施例1)固态营养素的制备为了制备固态营养素，使用细菌生长的基本营养元素如N，P，S，Mg等，准确地说，将K2HPO4-50g，NaH2PO4-120g，(NH4)2SO4-1000g，MgSO4-100g，和FeSO4-30g进行混合，以制备混合的营养素。然后，把400g水加入500g淀粉中并进行搅拌，以获得一种浆液状产物。依次地，将上面制备的混合营养素加入到该浆液中，搅拌3分钟，再按照120g的量放入一个制成圆形(直径10cm，高1.5cm)的模具中。然后，在80℃的烘箱中通过蒸发来干燥水，由此获得本发明的固态营养素。(优选实施例2)用装有搅拌器的生物过滤器除臭如图1中所示，载体(2cm×2cm，孔径大小1-3mm，孔隙率90％)是由发泡聚氨酯组成的。生物过滤器包括2个过滤舱(高1.7cm，内半径1.8m，2个载体支床，2个载体填充层，每个载体层高0.5cm)，并填充有约5.0m3的固定载体。含有混合细菌如硫杆菌属种(Thiobacillus sp.)，假单胞菌属种(Pseudomonas sp.)，芽胞杆菌属种(Bacillus sp.)等的各种类型的培养介质被接种到培养介质储存罐10中。如图1与图2中所示，载体搅拌器的直径为1.6米，搅动杆高0.5m，间隔为0.2m，而每个生物过滤器机舱安装两个搅拌器。当载体层上的压力损耗大于4.0cm时，以1rpm的速度运行搅拌器10分钟，接着以100L/min的速度使循环泵32运行5分钟，并喷洒循环水以分离生物膜。为了维持细菌生长与分解活性，利用循环泵向每个生物过滤器机舱1的载体层6上喷洒含有K，P，N，S，Mg与Fe的循环水(培养介质)约3小时，种菌被固定到载体上，以便准备生物过滤器机舱。恶臭物是从作为污染气体主要来源的污水输送泵站获得的。为了提供细菌生长的基本营养素，利用固态营养素注入器每10天提供一块固态营养素(15cm直径×1.5cm厚度；主要成分S，P，N，Mg，Fe，Ca等)。通过利用气相色谱的质谱仪(GC/MS)对来自污水输送泵站的发臭气体进行分析。结果证实，主要成分是氨，硫化氢，醛类和VOC物质，并且污水输送泵站的发臭物质是复杂的气体混合物，包括1-10ppm的氨，0.2-2ppm的硫化氢，低于0.1ppm的醛类以及其他种类的VOC。主要的VOC发臭物质是甲烷，己烷，环戊烷，苯，苯乙烯，二甲苯等。而且，为了体现除臭的效率，污染气体在生物过滤器机舱中的停留时间要在2-4秒之间变化，这一操作是在室温下进行的。测定恶臭物的浓度(OU·m-3)以计算每台设备的除臭率，该浓度是利用作为公认的空气污染实验方法的空气稀释法获得的。该方法的实施方式是用清洁空气对发臭气体进行稀释，对稀释的比例进行计量，直至臭味消失为止。准确地说，恶臭物的浓度(OU·m-3)是检测气味的最大稀释数，当用新鲜空气稀释的发臭气体达到无臭状态时这一浓度是可以辨别出来的。在图5中示出了在生物过滤器中随着运动周期的改变而导致的去除发臭物质的比率与浓度的变化。如图5中所示，如果无臭菌被接种到生物过滤器中，在过滤系统的初期运行阶段，除臭率低至10％左右，但是运行一天之后，该比率明显地增加，约5天之后，该比率达到90％以上。在稳定下来之后的大约10天，除臭菌被固定到固定载体上，生物过滤器去除恶臭物的比率变得非常高，以至达到98-99％左右。在运行的初期，从生成源释放的恶臭物的浓度维持在3000-5000 OU·m-3的范围内，30天之后，就一直维持在5000-6000OU·m-3的范围内。在高度富集的该发臭气体在生物过滤器上进行处理的情况下，生物过滤器的排放口处恶臭物浓度在100OU·m-3以下，而在生物过滤器排放口处用器官感觉方法测量，浓度低于约1度并且维持于低水平。该结果表明去臭能力极佳。虽然被输入的恶臭物达到约2500 ou/min，但去除恶臭物的最大能力均维持在98％以上，这表明除臭能力非常好。去除恶臭物的极限能力达2500 OU/min左右。在150天的运行期间，压力损耗翻番，达到40mmH2O/m以上，当用搅拌器与喷水方法分离微生物膜时，压力损耗可保持在40mmH2O以下。因此，已经证实本发明的设备具有去除恶臭物的稳定效果。(优选实施例3)用装有搅拌器的生物过滤器分解VOC物质的能力在气体混合器中用空气对作为主要VOC物质之一的甲苯进行稀释，蒸发，并注入在优选实施例2中描述的生物过滤器机舱1。然后，在生物过滤器的搅拌器运行与不运行这两种情况下对有机化合物的分解能力进行测定。注入的污染气体流经生物过滤器机舱1中的固定了分解微生物的固定载体层6，于是，甲苯被去除。作为例子，按照污染气体的注入量，调节填入到生物过滤器机舱1中的载体层，使其在污染气体中的停留时间为4秒。按照6-8小时的间隔，周期性地向载体层喷洒循环水，以提供细菌生长所必需的湿度。如上所述，污染气体中的甲苯被脱除，而且象下面那样，在脱除过程中对气体中甲苯的浓度进行测定。用生物过滤器机舱的注入口与排放口收集空气，然后用装有分析柱HP-1和火焰电离检测器(FID)的气相色谱仪(HP5890 plus II，Hewlett Packard，美国)对气体的成分进行分析。当搅拌器运行时，甲苯浓度和随着污染气体停留期的不同而变化的去除率和随着甲苯浓度的不同而变化的去除率示于图6中。如图6中所示，作为空气净化器，本发明的生物过滤器被使用150天，用于处理含有恶臭物与VOC的污染气体，将停留时间调至4秒左右，经计算甲苯的脱除率达到90-95％。相反，如果搅拌器不工作，在约40天中去除率处于90-95％的范围，但40天之后，去除率已被证实显著下降。因此，本发明的装有搅拌器的用于去除恶臭物与挥发性有机化学物质的生物过滤器已被证实具有高度的运行稳定性和显著的去除率。(优选实施例4)与长期运行相应的微生物固定量以及压力损耗的变化对使用在优选实施例3中描述的设备与方法对含有甲苯的气体进行净化的过程中填充到生物过滤器机舱中的固定载体层上的压力损耗进行测量，就要在注入口与排放口安装充水的U型monometer。此外，对在载体上固定的细胞浓度进行测量，也要执行同样的方法。具体讲，为计算固定载体上细胞浓度，从生物过滤器机舱中取出固定载体，在100℃的烘箱中干燥24小时，然后用电子天平来测算细胞重量。将干燥的载体加入到0.1N的NaOH溶液中，在100℃的沸水中加热30分钟以便消除细胞，再次干燥，然后测量重量以进行测算。在搅拌器不运行的情况下，已经确认，约40天之后压力损耗显著增至4.5cmH2O/m以上(见图7)。与此相反，本发明所设计的设备已被证实，通过对搅拌器与清洗的控制，在约150天的运行当中，能把每1m高的载体层的压力损耗维持在4.5cmH2O以下的水平(见图7)。还有，载体上所固定的微生物的量已被证实是一个定值，为0.5-3.0g干细胞重量/每单位g载体(见图8)。
因而，已证实，本发明的装有搅拌器的生物过滤器具有降解恶臭物与VOC物质的能力，并能通过搅动载体层与喷水来防止由于微生物的过度增殖而造成的阻塞现象。因此，本发明的生物过滤器能够稳定地执行清除作业。
工业适用性正如在上面清楚地说明与证实的那样，本发明的生物过滤器包括固定微生物的载体层，由固定微生物并保持高湿度的发泡聚合物材料或者是具有网状结构的聚合物材料组成，因而能提高对污染气体中所含的恶臭物与VOC的分解效率。固定载体的搅拌器能防止由于细菌生长所致的阻塞并去除生物膜。因此，即使在长期的运行中，每个固定载体上的菌量也能始终如一地得以维持，这就解决了由于微生物的过度生长而导致的压力损耗增大与恶臭物和VOC的清除率下降的问题。固态营养素的制备方法以及固态营养素注入器便于操作与管理。因此，本发明能广泛地用于在各种工矿企业和环境基地中产生的含有恶臭物与挥发性有机化学物质的污染气体的治理。
权利要求
1.一种用于脱除恶臭物与挥发性有机化学物质(VOC)的生物过滤器机舱，其包括机壳，其中装有污染气体的注入口和经处理的气体的排放口；支床，位于所述机壳的内下表面上；微生物载体层，加载在所述支床上；喷管，安装在在所述载体层的上表面与所述机壳的内上表面之间所形成的空间中，用于把微生物培养介质注入到载体层的上面；以及搅拌器，其能够对所述载体层上的固定微生物的载体进行搅动，并去掉在载体表面上形成的生物膜。
2.根据权利要求1的用于脱除恶臭物与挥发性有机化学物质的生物过滤器机舱，其中，在所述的微生物载体层上的载体具有网状结构或者发泡结构，该结构可以用选自聚苯乙烯，聚乙烯，聚丙烯和聚氨酯的一种物质或者是两种以上物质的混合物来制备。
3.一种用于脱除恶臭物与挥发性有机化学物质的设备，其中污染气体通过所述注入口注入并通过所述微生物载体层，而经处理的气体通过所述排放口排出，该设备包括权利要求1和权利要求2所述的生物过滤器机舱；和培养介质储存罐，其向固定微生物并填充所述生物过滤器机舱的载体提供水与营养素。
4.根据权利要求3的用于脱除恶臭物与挥发性有机化学物质的设备，其包括调节所述介质pH值的pH控制器以及向营养介质提供固态营养素的固态营养素注入器。
5.一种制备权利要求4中所述的固态营养素的方法，其包括(1)混合细菌生长的基本营养素，并收集混合的营养素；(2)向淀粉、米粉等中加入适量的水，搅拌并得到一种浆液；(3)把在上面收集的所述混合营养素加入到所述浆液中，搅拌并制得一种混合物以及(4)把所述混合物加入到具有不同形状如圆形或方形的模具中并干燥。
6.一种制备权利要求4中所述的固态营养素的方法，其包括如下的步骤(1)混合细菌生长的基本营养素，并收集混合的营养素；(2)向糖(葡萄糖或蔗糖)或在所述的营养素中熔点最低的一种营养素中加入少量的水，加热并收集熔化的溶液；(3)把所述混合营养素加入到所述熔化的溶液中，搅拌并制备一种浆状溶液；(4)把所述浆状溶液放入具有不同形状如圆形或方形的模具中，使所述浆状溶液固化。
7.一种制备根据权利要求5或权利要求6所述的固态营养素的方法，其中所述细菌生长的基本营养素包括N，P，S和Mg的源物质，并且优选依序分别在总重量中按照1-4％，2-5％，5-10％，7-11％和70-85％的比例含有FeSO4，K2HPO4，MgSO4，NaH2PO4和(NH4)2SO4。
8.一种用权利要求5或权利要求6所述的方法制备的固态营养素，其具有各种不同的形状，如圆形，棒形，方形等，并且由不同的组分组成。
9.一种固态营养素注入器，包括一个固态营养素储藏罐，其能够把权利要求8中所述的固态营养素注入到脱除恶臭物与挥发性有机化学物质的设备中或者以生物学的方式处理恶臭物与挥发性有机化学物质的设备中，一个齿轮马达，一个包括固定螺杆等的操作设备，一个抛入口的板盖等。
10.根据权利要求9的固态营养素注入器，其中所述操作设备是螺旋形或圆筒形的。
11.根据权利要求3的脱除恶臭物与挥发性有机化学物质的设备，其中使用权利要求9或权利要求10中描述的固态营养素注入器。
12.一种脱除恶臭物与挥发性有机化学物质的方法，其包括如下步骤，该步骤应用权利要求1-3中所述的脱除恶臭物与挥发性有机化学物质的所述设备(1)把分解恶臭物与挥发性有机化学物质的微生物接种到所述微生物载体层和所述培养介质的储藏罐中，培养，将所述分解微生物固定到所述载体上并进行增殖；(2)把从污染气体的外部来源收集的所述污染气体输入到所述污染气体注入口，经由生物过滤层通过载体层，并利用固定到所述载体上的微生物来分解污染物；(3)间歇地把所述储藏罐中的培养液喷洒到所述载体层上，以便向固定在所述载体上的微生物提供营养素与水；(4)周期性地用新鲜的培养介质交换所述的培养液；(5)当微生物在所述去除恶臭物与挥发性有机化学物质的载体层上增殖时，运行载体的搅拌器，搅动所述载体，并通过运行喷洒器洗涤在所述载体的表面上形成的生物膜。
全文摘要
本发明涉及一种利用生物过滤器来脱除污染气体的设备与方法，该生物过滤器借助于微生物把在工厂以及与环境有关的企业中生成的废气所含的恶臭物质与与挥发性有机化合物分解为无害物质，如水、微生物和二氧化碳。本发明的微生物载体搅拌器能通过使生物膜脱附来防止因微生物的生长诱发的阻塞，进而的压力损耗的增大，以及恶臭物质与挥发性有机化合物脱除能力的下降。
文档编号C12M1/00GK1398195SQ01804540
公开日2003年2月19日 申请日期2001年12月4日 优先权日2000年12月4日
发明者柳熙旭, 赵敬淑, 李泰昊 申请人:百奥森特有限公司, 柳熙旭