专利名称：一种调控气相生物过滤器内生物量的方法
技术领域：
本发明属于环境工程中大气污染控制工程的生物过滤法处理废气领域，特别涉及一种调控气相生物过滤器内生物量的方法。
背景技术：
恶臭和有机废气的排放已经严重污染了环境，导致农作物减产，破坏森林与生态系统，消耗臭氧和形成光化学烟雾，直接或间接地损害人体健康，甚至致癌和致畸。气相生物过滤技术是有机废气的一种主要生物控制方法，它利用附着在过滤填料上的生物膜，将废气中的污染物分解、转化为简单无机物(CO2、H2O等)或细胞组成物质。除需要提供微生物生命代谢必需的营养物质外，生物过滤过程一般不需要添加其他药剂，具有投资运行费用低、效果较好、无二次污染等优点，因此具有广阔的应用前景。生物膜是生物过滤技术的最关键因素。填料内均勻分布的适量高活性的生物膜有助于得到高效稳定的反应器运行性能。然而，气相生物过滤器在长期运行后常常会出现生物膜老化现象以及填料内的过度蓄积现象，特别是在高负荷条件下。这就可能直接导致气相生物过滤器出现众多操作问题，比如床层堵塞、短流、压降增大等问题，也就成了直接导致反应器长期运行时处理性能急剧恶化的罪魁祸首。目前，生物膜过度蓄积的控制方法可以分为物理、化学和生物方法等。物理方法利用机械设备去除过量的生物膜，它是当前最有效的生物膜蓄积控制方法，但是在实际应用中也存在高能耗、设备复杂、运行维护困难等缺点。化学方法通过控制供应碳源和添加营养源或用含有氧化剂、表面活性剂、杀菌剂及化学溶液进行水洗或灌注等方法来控制生物膜蓄积。物理和化学方法都无法保持反应器的长期连续稳定的性能。生物方法控制生物量过度蓄积是基于生态金字塔、营养级和捕食食物链等生态学基本原理，引入更高营养级上的生物物种，通过捕食食物链的捕食作用来减少较低营养级上的生物物种数量。由于不同营养级的微生物数量之间的关系组成了生物量金字塔，更长的食物链需要消耗更多的能量， 因而生物量产率将大大降低。然而，它尚处于初步研究阶段。到目前为止还没有找到经济有效地控制生物膜过度蓄积的方法。应用生物方法控制气相生物过滤器中生物膜的过度蓄积的研究和专利技术还较少。有研究表明，投放原生动物能增加碳的矿化度，轻微增加甲苯降解容量和降低生物量蓄禾只率(Cox HHJ, Nguyen TT, Deshusses MA. Predation of bacteria by the protozoa tetrahymena pyriformis in toluene-degrading cultures. Biotechnology Letters 1999，21 (3) : 235 - 239)。引入螨虫(mites)有助于控制真菌的过度增长和压头降低。 Bhaskarn 等(Bhaskaran K, Nadaraja AV, Balakrishnan MV, et al. Dynamics of sustainable grazing fauna and effect on performance of gas biofilter. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2008，105(3) : 192 - 197)比较了一些含微型后生动物的捕食动物包括食肉线虫(Caenorhabditis sp.)、轮虫(Phildina sp.)、节肢动物 (Echiniscus sp.)禾口纤毛虫原生动物包括 Colpoda inflata、Euplotes harpa 禾口 AcineriaSP.，发现线虫、轮虫和纤毛虫都适合在较广污染物浓度范围内生长并稳定在一定数量。而利用微型动物捕食控制生物量蓄积仍然处于初级或试验阶段。我国的专利申请中，已有利用线虫和纤毛虫对生物膜的吞食作用来控制气相生物过滤器内蓄积的生物量(一种废气生物过滤器中生物量过度蓄积的生物控制方法.申请号201010523343.8;申请日 2010. 10. 28)0此外，利用昆虫纲蜚蠊目动物成虫吞食生物过滤器填料层的表面和浅层处蓄积的生物膜，进而控制填料内过度蓄积的生物膜也被申请了发明专利(一种控制气相生物过滤器中生物膜过度蓄积的方法.申请号201010504473.7，申请日2010. 10. 13)。然而，利用有关蛾蠓类昆虫来控制生物膜过度蓄积的方法尚未见报导。蛾蠓科是微小至小型多毛或鳞毛的长角亚目昆虫。头部小而略扁，复眼左右远离， 无单眼；触角长，与头胸约等或更长，由12 16节组成，轮生长毛；口器的下颚须长而曲折，4 或5节，喙短而吸血性者长。胸部粗大而背面隆突，小盾片圆；足较短或细长，胫节无端距。 翅基部窄而端部或尖或圆，常呈梭形；翅缘和脉上密生细毛，少数还有鳞片，尺脉纵脉多而明显，至少有9条伸达翅缘，横脉少而不显仅在翅基部有，基室短小Ac多短或不完整，R分 4或5条，M分3或4条，Cu只1条，A很短或退化。腹部筒形，6、节，雄外生殖器发达而显露，雌产卵器突出。幼虫细长筒形，全头型，无足，两端气门式或后气门式，体12 14节，体背侧多有骨化片，侧腹面常有膨突帮助移动，后气门式的气门位于一短粗管上；体多刚毛或棒状毛，腹端常有长毛或毛刷等饰物；水生幼虫还有气管鳃和附着用的吸盘状结构。幼虫多为腐食性或粪食性，生活在朽木烂草及土中，有些生活在下水道中，羽化后常见于室内。白斑蛾蚋和星斑蛾蚋的幼虫在都市中，主要孳生在含有腐败有机质的浅水域。室外的淤积排水沟、化粪池和一些有机质较高的积水容器中，也能发现蛾蚋幼虫的踪迹。羽化后的蛾蚋成虫大多就近停在墙壁上。蛾蠓的防治方法很多，日常防治方法可以清扫环境，清除积水和积聚的有机质。化学方法非常实用，可喷洒除虫脲、灭幼脲、氟虫脲、几丁质合成抑制剂、(拟)除虫菊脂类药物等药剂彻底控制蛾蠓的生长和繁殖。这为有效控制封闭环境中蛾蠓类昆虫的存活数量提供了直接依据。通过深入研究发现，利用蛾蠓调控气相生物过滤器内的生物量具有重要的实用价值。
发明内容
本发明的目的在于去除气相生物过滤反应器内过量蓄积或老化的生物膜，保持适量高活性的生物膜，维持反应器长期稳定的运行性能，为生物过滤方法处理恶臭或有机废气提供一种经济有效地调控生物膜蓄积量的生物方法。本发明调控气相生物过滤器内生物量的方法是对已成功运行的气相生物过滤器投入一定数量的蛾蠓虫卵或幼虫，用于吞食生物过滤器填料内蓄积的生物膜或反应器底部及周边的生物膜；并实时监控反应器内蛾蠓幼虫和成虫的数量，当超量时喷洒药剂杀灭部分蛾蠓；用于该法控制蓄积生物量的气相生物过滤反应器采用非蛾蠓食物的惰性材料为填料，且反应器是密闭的，蛾蠓可以在其内自由活动而不能出去。本发明的控制气相生物过滤器中生物膜过度蓄积的方法包括如下步骤
(1)从环境积污中筛选分离或人工培养以腐败有机质为食的蛾蠓类昆虫动物的虫卵或幼虫；(2)检查生物过滤反应器的密闭性和填料种类，确定投放数量和投放点，并确保良好的生物控制方法的运作条件；
(3)将一定数量的筛选动物随溶液喷入反应器，直接与过量蓄积的生物膜接触，并控制环境温度在15 30°C，继续稳定运行反应器，不断孵化的蛾蠓幼虫及成虫在反应器内吞食生物膜；
(4)根据反应器的处理性能和运行状态，实时监控蛾蠓类动物的生活状况和数量，当超量时喷洒药剂杀灭部分蛾蠓。所述的蛾蠓虫卵或幼虫，为环境积污中常见的蛾蚋种类，投加地点靠近废气进口端，投加密度为0. 001 - 0. 1头/cm3填料。所述的调控气相生物过滤器内生物量的方法，当实时监控反应器内蛾蠓幼虫和成虫的数量超过0. 5头/cm3填料或者出现反应器性能因生物量减少而急剧降低时即喷洒药剂杀灭蛾蠓，但要保证活性虫卵或幼虫的数量大于0. 001头/cm3填料。所述的杀灭蛾蠓所用的药剂主要为除虫脲、灭幼脲、氟虫脲、几丁质合成抑制剂、 有机磷农药、(拟)除虫菊脂类药物。有益效果
本发明的实质是基于生态学基本原理，利用环境积污中常见的蛾蠓类昆虫以腐败有机质为主食、适应能力强的特点，吞食反应器内过量蓄积或老化的生物膜，并通过喷洒药剂控制蛾蠓类昆虫的存活数量达到调控气相生物过滤器内的生物量的目的。本发明能够在不增加运行设备、不改变生物过滤器运行条件的情况下，只通过存活的蛾蠓类昆虫去除反应器内过量蓄积或老化的生物膜，从而调控反应器内的生物膜蓄积量，进而提升生物过滤器长期连续稳定的运行性能。与现有技术相比，本发明的优点就在于
1、不需要增加运行设备，不需要不改变生物过滤器运行条件，只通过投加蛾蠓类昆虫来吞食去除过量蓄积或老化的生物膜，有利于维持气相生物过滤器长期连续稳定的运行性能；
2、操作简便、经济有效、环境友好。
具体实施例方式
下面通过具体的实施方案叙述本发明调控气相生物过滤器内生物量的方法。除非特别说明，本发明中所用的技术手段均为本领域技术人员所公知的方法。另外，实施方案应理解为说明性的，而非限制本发明的范围。例1通过控制存活蛾蚋的数量调控填充聚氨酯海绵填料的生物滴滤器内生物膜的蓄积量和活性
生物滴滤器(Biotrickling filter, BTF)已被成功应用于处理中低浓度甲苯废气。本实施例中使用实验规模、填充聚氨酯海绵填料的BTF为考察对象，反应器运行的环境温度为2(T30°C。它主要由柱形外筒、聚氨酯海绵填料、液体喷淋器、气/液体进出口组成。柱形外筒采用有机玻璃管材质，内径10 cm，管壁0.5 cm，高120 cm。内设填料三层，每层20 cm, 由多孔筛板承托，在每层填料上方均设置喷淋器。BTF的气密性良好，废气经过BTF顶端中心的气体进口进入，至上而下穿过长满生物膜的聚氨酯海绵填料，净化后废气从BTF底部的气体出口排出。营养液由多种宏量营养元素、微量营养元素、维生素及PH缓冲剂等组成，内含微生物生长所需的各种营养物质。通过各层填料上方的喷淋器添加，喷淋量约为10.0 L/d。反应器维持在室温(2(T30 °C)下运行。BTF的填料是采用普通市场所售、采用发泡法制得的聚氨酯海绵，其孔隙率为20 PPI。设定BTF的运行条件为停留时间15 s，进气甲苯浓度为600 mg/m3。采用某污水处理厂二沉池的污泥进行挂膜。一个月后，甲苯去除效率大于90%，并且性能一直稳定，出气甲苯浓度低于60 mg/m3。用压力计测得反应器压头损失低于100 Pa。再增大进气甲苯浓度到MOO mg/m3。维持其它运行条件不变，继续运行一个半个月，发现上层聚氨酯海绵填料的上部布满了浅黄色生物膜，并布满柱形外筒的内壁，部分生物膜聚集成团，外伸出填料5 mm 左右。肉眼已经不能通过透明的有机玻璃管材看清楚里面的填料。此时，反应器中间填料层和下层均不同程度地发生了生物膜的过量蓄积现象。同时，反应器性能急剧恶化，甲苯去除效率急剧降低，最终低于30%，出口甲苯浓度大于1600 mg/m3。此时反应器内压头损失大于 300 Pa0从环境积污中进行筛选分离蛾蠓虫卵和幼虫，数量约为200个，随营养液喷洒在反应器的填料上。维持其它条件不变，继续运行反应器所，蛾蠓虫卵和幼虫开始在反应器内不断生长，繁殖。一个星期后，有机玻璃管内壁的浑浊物质逐渐减少，少量黑褐色的条状小虫附着在管壁和填料中。反应器的性能逐渐回升，压头损失为MO Pa。两个星期后，少量飞蛾状昆虫出现在反应器内空腔中，条状小虫的数量大大增加，过度蓄积的生物膜的量显著减少，甲苯去除效率升高到95%以上，反应器压头损失为105 Pa。一个月以后，大量飞蛾状昆虫附着在反应器内壁上，条状小虫的数量有增无减，有机玻璃管内壁非常干净，聚氨酯海绵填料上很难肉眼发现蓄积的生物膜，而反应器性能明显降低，出口甲苯浓度大于1000 mg/m3，压头损失小于30 Pa。停止运行生物滴滤器，使用普通市售50%氰戊菊酯.辛硫磷乳油(全丰氰辛)1 mL 按1:1000配制成溶液，从各层喷淋口均勻喷洒到填料上。半小时后，大量蛾蠓成虫掉落到填料上面或反应器底部。两小时后，基本看不到飞动的昆虫。维持其它运行条件不变，继续运行反应器。两天后，反应器的性能逐渐回升，甲苯去除效率逐渐升高，出口甲苯浓度小于 950 mg/m3。一个星期后，反应器的性能恢复到90%以上，BTF填料内的生物膜慢慢增多，肉眼开始可见到少量的生物膜，并有几只黑褐色的条状小虫附着在管壁上和填料中。
权利要求
1.一种调控气相生物过滤器内生物量的方法，其特征在于对已成功运行的气相生物过滤器投入一定数量的蛾蠓虫卵或幼虫，用于吞食生物过滤器填料内蓄积的生物膜或反应器底部及周边的生物膜；并实时监控反应器内蛾蠓幼虫和成虫的数量，当超量时喷洒药剂杀灭部分蛾蠓；用于该法控制蓄积生物量的气相生物过滤反应器采用非蛾蠓食物的惰性材料为填料，且反应器是密闭的，蛾蠓可以在其内自由活动而不能出去。
2.根据权利要求1所述的调控气相生物过滤器中生物量的方法，其特征在于调控气相生物过滤器内生物量投加的蛾蠓虫卵或幼虫，为环境积污中常见的蛾蚋种类，投加地点靠近废气进口端，投加密度为0. 001 - 0. 1头/cm3填料。
3.根据权利要求1或2所述的调控气相生物过滤器内生物量的方法，其特征在于当实时监控反应器内蛾蠓幼虫和成虫的数量超过0. 5头/cm3填料或者出现反应器性能因生物量减少而急剧降低时即喷洒药剂杀灭蛾蠓，但要保证活性虫卵或幼虫的数量大于0. 001头 /cm3填料。
4.根据权利要求1-3所述的调控气相生物过滤器内生物量的方法，其特征在于杀灭蛾蠓所用的药剂主要为除虫脲、灭幼脲、氟虫脲、几丁质合成抑制剂、有机磷农药、(拟)除虫菊脂类药物。
全文摘要
本发明公开了一种调控气相生物过滤器内生物量的方法，属于环境工程中大气污染控制工程的生物过滤法处理废气领域。该方法通过对已成功运行的气相生物过滤器投入一定数量的蛾蠓虫卵或幼虫，利用蛾蠓吞食生物过滤器填料内蓄积的生物膜或反应器底部及周边的生物膜，并实时监控反应器内蛾蠓幼虫和成虫的数量，当超量时喷洒药剂杀灭部分蛾蠓，通过调控存活蛾蠓的数量从而达到调控反应器内生物膜的蓄积量。本发明能够在不增加运行设备、不改变生物过滤器运行条件的情况下，利用存活的蛾蠓类昆虫去除反应器内过量蓄积或老化的生物膜，达到维持反应器内生物量的平衡，进而获得长期稳定的运行性能，具有操作简便、经济有效、环境友好等优点。
文档编号B01D53/84GK102500229SQ20111033703
公开日2012年6月20日 申请日期2011年10月31日 优先权日2011年10月31日
发明者万俊力, 余关龙, 杜春艳, 杨春平, 王云波, 蒋昌波, 陈宏 , 隋海清 申请人:长沙理工大学