专利名称：甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化装置及方法，属于甲苯废
气生物净化技术领域。
背景技术：
甲苯是一种重要的化工原料和燃料，被广泛应用于制备油类、树脂、橡胶、煤焦油、 沥青、醋酸纤维素，纤维素油漆，照相墨水、氯化苯酰、三硝基甲苯和许多染料等，在工业生 产中的用量极大。空气中的甲苯主要来自于汽车废气、汽油加工、工业活动所造成的溶剂损 失以及贮运过程中的意外事故。甲苯易挥发，吸入含甲苯超标的空气可出现咽喉剌痛感、发 痒和灼烧感，可引起眼部流泪、发红、充血；甲苯直接溅在皮肤上局部可出现发红、剌痛及疱 疹等。重度甲苯中毒后，或呈兴奋状，躁动不安，哭笑无常，或呈压抑状，嗜睡等，严重的会出 现虚脱、昏迷；甲苯同样可造成鱼类和动物的死亡。甲苯在环境中较为稳定，可在大气和水 体中循环，最终可因生物的和微生物的氧化而被降解。 甲苯废气在我国大气污染控制中已经被列为应重点解决的有害废气之一，其处理 技术包括物理、化学法和生物法，生物法具有处理效率高、应用范围广、极少产生二次污染、 运行与管理操作方便及运行费用较低等优点，尤其适用于有机废气的处理。目前常用的生 物法是生物滴滤法，以生物滴滤器为主体，内部有固定的填料载体附着微生物。废气从底部 进入生物滴滤器经过固定的填料层被菌体吸收，液体无机盐培养基从生物滴滤器顶部喷洒 下来润湿填料并为微生物提供无机盐营养物，生物滴滤器结构和操作均较为复杂，同时营 养物添加过量也会引起菌体大量繁殖，造成床层堵塞和压降升高。
发明内容
本发明目的在于提供一种采用鼓泡塔三相生物反应器固定化菌体净化甲苯废气 的装置及方法，该发明具有操作过程简单，动力消耗低，无二次污染的特点。本发明中以鼓 泡塔三相生物反应器净化甲苯废气，微生物通过包埋法做成固定化菌体，其稳定性、使用周 期和可控性良好，鼓泡塔三相生物反应器中气相为甲苯废气，液相为无机盐培养基，固相为 固定化菌体，鼓泡塔三相生物反应器中无内构件，气体上升阻力小，停留时间短，处理效果 好，因此在鼓泡塔三相生物反应器中利用固定化菌体净化甲苯废气的研究具有重要的实际 应用价值。 本发明是通过下述技术方案加以实现的 本发明的一种甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化装置，包括鼓泡塔三相生物 反应器、缓冲罐、流量计、气泵、无机盐培养基储罐、蠕动泵和恒温电热器；其中鼓泡塔三相 生物反应器为方柱形壳体，壳体横截面正方形边长为0. 12 0. 2m，壳体的底部中心位置设 置正方形布气板，边长为外壳体横截面边长的1/2，布气板上的通气孔孔径为0. 5 4. 5mm， 壳体的上部设置可拆卸的四棱锥形封口 ，壳体下方靠近底面的位置设有出水口 ，出水口内 径为固定化菌体直径的5倍；其中壳体的高径比为10 : 1 12 : 1。
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本发明的一种甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化方法，净化方法步骤如下
1)将海藻酸钠固定化的恶臭假单胞菌Pseudomonas putida WQ-03和无机盐培养 基，由鼓泡塔三相生物反应器顶部加入鼓泡塔三相生物反应器中，固定化菌体的用量为鼓 泡塔三相生物反应器工作容积的30 40%，无机盐培养基用量为鼓泡塔三相生物反应器 工作容积的60 70% ; 2)以甲苯浓度100 400mg/m3，经第一气泵、缓冲罐、流量计以0. 52 1. 04m3/h 的流量经鼓泡塔三相生物反应器底部布气板进入鼓泡塔三相生物反应器，出口气体流量的 20%经第二气泵回到缓冲罐，循环进入鼓泡塔三相生物反应器，鼓泡塔三相生物反应器内 在温度25 30°C ，每24h加入无机盐培养基0. 5 0. 7L ; 3)最终使出口气体中甲苯浓度低于60mg/m 达到国家规定的甲苯废气二级排放 标准，容积负荷1950 3700mg/m3/h。 所述的无机盐培养基中N+3为7. 5 22. 5,1/L，P+5为1. 5 4. 5mmol/L，Mg+2为 0. 4 l,l/L，Ca+2为0. 18 0. 5,l/L，Fe+2为0. 07 0. 2,1/L ;Mn+2、Zn+2、Mo+6、Cu+2、 Co+2为痕量。 所述的无机盐培养基中N+3由NH4C1或(NH4)2S04的一种或混合提供；P+5由KH2P04 或1(2昍04的一种或混合提供；Mg+2由MgS04 *7H20、MgCl2的一种或混合提供；Ca+2由CaCl2提 供；Fe+2由FeCl2 4H20或FeS04 7H20的一种或混合提供；Mn+2由MnS04 H20提供；Zn+2由 ZnS04或ZnCl2提供；Mo+6由Na2Mo04 7H20提供；Cu+2由CuS04 5H20或CuCl2 2H20提供； Co+2由CoCl2 6H20或CoS04 7H20提供。 本发明的一种甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化方法，是以固定化恶臭假单 胞菌Pseudomonas putida WQ-03净化甲苯废气，菌种购于中国普通微生物菌种保藏管理中 心(CGMCC)，保藏号为1. 1130。 本发明的优点在于固定化细胞的使用，延长了菌体的使用时间，使净化过程更 加稳定且更换方便；装置可连续运行；一部分出口气体可经过第二气泵进入缓冲罐，再进 入原反应器继续进行生物净化，提高了处理效果，增强了设备操作弹性。采用鼓泡塔三相 生物反应器，从底部进气，气液固三相混合均匀，增大相间接触面积，强化传质过程，增大处 理效果；另外，整体设备结构简单，成本低，克服了传统生物滴滤反应器处理甲苯废气时动 力消耗大，床层易堵塞，频繁更换填料等关键技术缺陷。该方法适用于处理成份波动的甲 苯废气。本发明通过利用鼓泡塔三相生物反应器净化甲苯废气，出口气体可达到国家规定 的大气甲苯排放标准。采用固定化恶臭甲单胞菌，出口甲苯浓度低于60mg/m 去除率为 65-85.5% (去除率=100% -出口甲苯浓度/出口甲苯浓度X100%);装置可稳定运行 三周。
图1 :鼓泡塔三相生物反应器净化装置示意图；
图2:布气板示意图； 图中，1为第一气泵，2为缓冲罐，3为流量计，4为布气板，5为鼓泡塔三相生物反应 器，6为恒温电热器，7为无机盐培养基储罐，8为蠕动泵，9为第二气泵。
具体实施例方式
下面结合附图具体的实施例对本发明作进一步说明。 采用如图1和图2的装置连接方式甲苯废气通过第一气泵1进入缓冲罐2，经过 流量计3的调节经过布气板4从底部进入鼓泡塔三相生物反应器5，鼓泡塔三相生物反应器 5中存在无机盐培养基和固定化菌体，通过恒温电热器6保持一定温度，固定化菌体净化后 的甲苯废气从鼓泡塔三相生物反应器5顶部排出，排出气体的20%经第二气泵9回到缓冲 罐2中，鼓泡塔三相生物反应器5中的无机盐培养基为固定化菌体提供代谢必需的无机盐， 鼓泡塔三相生物反应器5外部的无机盐培养基储罐7每天将一定量的无机盐通过蠕动泵8 从鼓泡塔三相生物反应器5上方加入鼓泡塔三相生物反应器5中。
以鼓泡塔三相生物反应器高径比io : i 12 : i，横截面正方形边长o. 12
0. 2m，正方形布气板边长为外壳体横截面边长的1/2，布气板上通气孔孔径0. 5 4. 5mm，海 藻酸納固定化Pseudomonas putida WQ—03为生物质，Pseudomonas putida WQ—03菌禾中购 于中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)，保藏号为1. 1130。 固定化菌体小球直径约为3mm，加入量为鼓泡塔三相生物反应器工作容积的30 40%，无机盐培养基加入量为鼓泡塔三相生物反应器工作容积的60 70%，无机盐培养基 中N+3为7. 5 22. 5mmol/L，P+5为1. 5 4. 5,l/L，Mg+2为0. 4 l,l/L，Ca+2为0. 18 0. 5mmol/L，Fe+2为0. 07 0. 2mmol/L ;Mn+2、Zn+2、Mo+6、Cu+2、Co+2为痕量，温度25 30°C，以 0. 52m3/h的空气量曝气24h，净化甲苯废气的典型实施例如下
实施例1 将甲苯浓度为100mg/m 流量为0. 52m3/h的甲苯废气通入高径比10 : l，横截面 正方形边长0. 12m的鼓泡塔三相生物反应器中，布气板孔径0. 5mm，固定化菌体加入量为鼓 泡塔三相生物反应器工作容积的30%，无机盐培养基加入量为鼓泡塔三相生物反应器工作 容积的70%，无机盐培养基pH值为7. 2，其中NH4Cl、KH2P04、MgS04 7H20、CaCl2、FeS04 7H20 浓度分别为7. 5、1. 5、0. 4、0. 18、0. 07mmol/L，MnS04 'H20、ZnS04、Na2Mo04 *7H20、CuS04 *5H20、 CoCl2 *6H20为痕量，无机盐培养基以自来水配置，鼓泡塔三相反应器内维持温度25t:，每天 补充0. 5L无机盐培养基，出口气体流量的20%经第二气泵回到缓冲罐，出口甲苯浓度降至 35mg/m 去除率达到65%，容积负荷为1950mg/m3/h。
实施例2 将甲苯浓度为200mg/m 流量为0. 78mVh的甲苯废气通入高径比11 : l，横截面 正方形边长0. 15m的鼓泡塔三相生物反应器中，布气板孔径3mm，固定化菌体加入量为鼓泡 塔三相生物反应器工作容积的35%，无机盐培养基加入量为鼓泡塔三相生物反应器工作 容积的65%，其中(NH4)2S04、 K2HP04、 MgCl2、 CaCl2、 FeCl2 41120浓度分别为8、3、0. 8、0. 3、 0. 15,1/L， MnS04 H20、 ZnCl2、 Na2Mo04 7H20、 CuCl2 2H20、 CoS04 7H20为痕量，鼓泡塔三 相反应器内维持温度28t:，每天补充0. 6L无机盐培养基，重复实施例1中的实验步骤，进行 固定化菌体生物净化。检测出口甲苯降至52mg/m 去除率达到74%，容积负荷为3100mg/ mVh。 实施例3 将甲苯浓度为400mg/m 流量为1. 04m3/h的甲苯废气通入高径比12 : l，横截面 正方形边长0. 2m的鼓泡塔三相生物反应器中，布气板孔径4. 5mm，固定化菌体加入量为鼓泡塔三相生物反应器工作容积的40%，无机盐培养基加入量为鼓泡塔三相生物反应器工作 容积的60%，其中NH4C1、 (NH4)2S04、KH2P04、K2HP04、MgS04 7H20、 MgCl2、 CaCl2、 FeCl2 4H20、 FeS04 71120浓度分别为16. 5、3、3、1. 5、0. 6、0. 4、0. 5、0. 1、0. 1,1/L， MnS04 H20、 ZnS04、 Na2Mo04 7H20、CuS04 5H20、 CoCl2 6H20为痕量，鼓泡塔三相反应器内维持温度3(TC，每天 补充0. 7L无机盐培养基，重复实施例1中的实验步骤，进行固定化菌体生物净化。检测出 口甲苯降至58mg/m 去除率达到85. 5%，容积负荷为3700mg/m3/h。 本发明并不局限于实例中所描述的技术，它的描述是说明性的，并非限制性的，本 发明的权限由权利要求所限定，基于本技术领域人员依据本发明所能够变化、重组等方法 得到的与本发明相关的技术，都在本发明的保护范围内。
权利要求
一种甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化装置，包括鼓泡塔三相生物反应器、缓冲罐、流量计、气泵、无机盐培养基储罐、蠕动泵和恒温电热器；其特征是鼓泡塔三相生物反应器为方柱形壳体，壳体横截面正方形边长为0.12～0.2m，壳体的底部中心位置设置布气板，壳体的上部设置可拆卸的四棱锥形封口，壳体下方靠近底面的位置设有出水口，出水口内径为固定化菌体直径的5倍；其中壳体的高径比为10∶1～12∶1。
2. —种甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化方法，其特征是净化方法步骤如下1) 将海藻酸钠固定化的恶臭假单胞菌Pseudomonasputida WQ-03和无机盐培养基，由 鼓泡塔三相生物反应器顶部加入鼓泡塔三相生物反应器中，固定化菌体的用量为鼓泡塔三 相生物反应器工作容积的30 40%，无机盐培养基用量为鼓泡塔三相生物反应器工作容 积的60 70% ;2) 以甲苯浓度100 400mg/m 经第一气泵、缓冲罐、流量计以0. 52 1. 04m3/h的流 量经鼓泡塔三相生物反应器底部布气板进入鼓泡塔三相生物反应器，出口气体流量的20% 经第二气泵回到缓冲罐，循环进入鼓泡塔三相生物反应器，鼓泡塔三相生物反应器内在温 度25 30°C ，每24h加入无机盐培养基0. 5 0. 7L ;3) 最终使出口气体中甲苯浓度低于60mg/m 达到国家规定的甲苯废气二级排放标准， 容积负荷1950 3700mg/m3/h。
3. 如权利要求2所述的甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化方法，其特征是所述的 无机盐培养基中N+3为7. 5 22. 5mmol/L，P+5为1. 5 4. 5mmol/L，Mg+2为0. 4 lmmol/L， Ca+2为0. 18 0. 5mmol/L， Fe+2为0. 07 0. 2mmol/L ;Mn+2、 Zn+2、 Mo+2、 Cu+2、 Co+2为痕量。
4. 如权利要求3所述的甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化方法，其特征是所述 的无机盐培养基中N+3由NH4C1或(NH4)2804的一种或混合提供；P+5由KH2P04或K2HP04的 一种或混合提供；Mg+2由MgS04 7H20、 MgCl2的一种或混合提供；Ca+2由CaCl2提供；Fe+2由 FeCl2 4H20或FeS04 7H20的一种或混合提供；Mn+2由MnS04 H20提供；Zn+2由ZnS04或 ZnCl2提供;Mo+6由Na2Mo04 7H20提供;Cu+2由CuS04 5H20或CuCl2 2H20提供;Co+2由 CoCl2 6H20或CoS04 7H20提供。
全文摘要
本发明涉及一种甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化装置及方法，装置包括鼓泡塔三相生物反应器、缓冲罐、流量计、气泵、无机盐培养基储罐、蠕动泵和恒温电热器；其中鼓泡塔三相生物反应器为方柱形壳体，壳体横截面正方形边长为0.12～0.2m，壳体的底部中心位置设置布气板，壳体的上部设置可拆卸的四棱锥形封口，壳体下方靠近底面的位置设有出水口，出水口内径为固定化菌体直径的5倍；其中壳体的高径比为10∶1～12∶1。以固定化恶臭假单胞菌Pseudomonas putida WQ-03净化甲苯废气，液相为无机盐培养基，鼓泡塔三相生物反应器中无内构件，气体上升阻力小，停留时间短，处理效果好，因此在鼓泡塔三相生物反应器中利用固定化菌体净化甲苯废气的研究具有重要的实际应用价值。
文档编号B01D53/72GK101700469SQ20091022894
公开日2010年5月5日 申请日期2009年12月2日 优先权日2009年12月2日
发明者王雪, 贾晓强, 闻建平 申请人:天津大学