专利名称：一体化复合生物处理难溶难降解有机废气的工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种有机废气的生物净化方法，特别是一种一体化复合生物处理难溶难降解有机废气的工艺方法。
背景技术：
工业生产的许多工艺过程如溶剂、油漆和涂料和聚合物和树脂等化学品生产，石油化工、喷漆、仪表、金属漆包线生产和印刷等工艺，都会排出大量有机废气，对人类健康和自然环境带来了巨大危害。生物法净化有机废气是一种较新的气体净化技术，它主要利用 微生物的代谢过程去除废气中的有机物，实现废气的净化。目前的生物净化有机废气反应器内，细菌和真菌是2种主要的微生物。细菌适用于水溶性好的污染物，利用细菌进行生物降解，会获得很好的去除效果。但是，对于在水中溶解度低的有机物而言，细菌表面的水层将影响有机气体的传质速率，传质阻力过高导致处理效率降低。真菌生物滴滤塔相对于传统的生物滴滤塔来说具有耐酸、耐干燥的特点，其对疏水性难降解有机物具有较强的降解能力，真菌适应的PH值宽，处理过程中出现酸性积累时，不需要加碱调整循环液的PH值。丝状真菌可直接与气体接触具有降低传质阻力、去除负荷高等一系列优势。国内外相关研究多数涉及利用一种生物反应器处理某一种或一类有机气体。实际上，废气往往所含的污染物是多样而复杂的，既有疏水性物质，也有亲水性物质；既有常规生物可降解的，也有难以降解的；单一地利用细菌、真菌或两者的复合体系都难以同时有效地去除。
发明内容
本发明的目的是要克服已有技术中的不足之处，提供一种一体化复合生物处理难溶难降解有机废气的工艺，实现有效净化难溶难降解有机废气的目的。本发明的目的是这样实现的构建真菌-细菌复合生物滴滤塔，具体工艺过程如下
(1)、将焦化污水处理厂的活性污泥预曝气48h，配置5L菌液、营养液混合液，置于储液槽中，经循环泵直接进行循环滴滤喷淋；
(2)、气相甲苯驯化阶段，甲苯入口浓度为500 4000mg· πΓ3、进气流量O. Im3 · 1Γ1，入口负荷13. 27^106. 16 g ·πΓ3 ΙΓ1，持续23天；由连续喷淋营养液和菌液混合液改为间歇喷淋营养液，滴滤量控制为O. 06 O. 18 m3 · m_2 · h-1 ;该阶段控制循环滴滤液pH值=5. 0±0· 2 ;以上步骤结束后滴滤塔中的微生物以丝状真菌、酵母菌为优势菌种；
(3)、将进气更换为二甲苯，二甲苯气体进气流量O.4m3 · 1Γ1，空塔停留时间为33.9 S，浓度控制在701. 85 1142. 78 mg · m_3，在循环滴滤液pH值=5. O ± O. 2的基础上通过在循环液中添加NaOH (2.0 mol/L)的方式，逐渐增高pH值，pH值用酸度计进行测量，pH值调整分别至5. 5、6. 0、6. 5、7. O ;当pH值=7. O时，滴滤塔中微生物为少量丝状真菌、大量酵母菌和假单胞杆菌；每PH值下稳定运行4天；
(4)、在不同pH值时，生物滴滤塔内的微生物组成不同，pH值由低到高变化时，微生物组成由以真菌为主变为以假单胞杆菌为主，针对目标有机废气PH值在该范围内可进行调整，以改变微生物组成，得到最适宜的微生物菌种。在整个构建过程中，营养液的配方包括，常量元素NH4Cl (NaNO3)、KH2PO4、K2HPO4' MgSO4 · 7H20 ;微量元素FeCl3' H3BO3' CuSO4 · 5H20、KI、MnSO4 · H2O, NaMoO4 · 2Η20、ZnCl2 · 4H20、CoCl2 · 6Η20、AlK (SO4) 2 · 12Η20、CaCl2 · 2H20、NaCl。有益效果，由于采用了上述方案，一体化复合生物处理难溶难降解有机废气的工艺，采用高浓度的进气方式，低流量循环液的驯化方式，在驯化过程中采用变PH值的方式构建真菌-细菌复合生物系统，初期以循环液PH值为5. 0±0. 2的水平构建以丝状真菌为优势菌种的生物系统，以减小难降解有机物低溶解度的特点，之后逐渐提高PH值水平以增 加菌种中细菌的比例，以假单胞杆菌为优势菌种，最终循环液PH值控制在7. O以下，以此构建真菌-细菌复合菌种生物处理系统。该复合生物塔兼具真菌和细菌两种微生物，微生物的多样性可有效适合于各种难溶难降解有机物对不同菌种的需求；通过引入真菌系统，减少了系统阻力；低循环流量有效减少了水膜阻力，加快有机废气的传质过程；真菌、细菌采用一体式工艺结构，简化了处理工艺，降低了投资费用和运行费用。I、该系统启动阶段采用pH逐级提高的方式构建真菌-细菌复合生物处理系统。由于真菌较细菌的繁殖能力差，真菌体系可以用气生菌丝直接在气相进行有机废气补集，因此在初期控制pH=5. 0±0. 2以此构建真菌为主的微生物系统，之后逐渐提高循环液pH水平，使细菌的数量逐渐提高，pH控制在< 7.0，真菌以其强适应性与细菌共存于系统中，构建了真菌-细菌复合生物高效处理系统。该系统的微生物多样性可适用于PH比较宽的范围，在低PH值下真菌仍有很强的降解能力，有效解决了生物滴滤系统中的酸化问题。2、采用一体式设计工艺，真菌、细菌无需在分别在不同的工艺反应器体系中单独培养，将真菌处理系统和细菌处理两个独立过程合二为一，减小了处理工艺体积和复杂程度，减少了循环液量以及相关费用，在设备成本、占地等方面节省了工程投资，也节约了运行管理费用。3、运行过程中采用低循环流量降低了水膜阻力。滴滤量控制在0.06、. 18πι'πΓ 1。并采用了间歇喷淋的方式进行，交替时间为12 h。低滴滤量保证了微生物代谢所需水分并且尽可能降低水膜阻力。采用高浓度进气、低滴滤量的启动方式缩短了启动时间。4、该系统由于真菌的存在，减少了系统阻力，系统中微生物的多样性为有机废气处理提供了更高的去除能力和稳定性。以二甲苯为例，入口负荷为100.05 g ^nT3IT1时该复合生物系统获得了 92. 77%的最大去除率和91. 58 g · m_3 · IT1的最大去除负荷，针对苯乙烯，获得了 98. 8%的最大去除率和153. 4 g · m_3 · IT1的最大去除负荷。优点利用传统的生物滴滤塔，通过调控循环液的pH值及循环液，构建真菌-细菌复合生物处理系统，从而实现有效净化难溶难降解有机废气。该系统对难溶难降解有机废气去除效率高，去除负荷高，并具有广泛适用性。
图I是处理有机废气的生物滴滤塔的结构示意图。图2-a是本发明pH值为4. 0-5. 5时二甲苯去除效率随入口浓度的变化。图2-b是本发明pH值为6. 0-7. O时二甲苯去除效率随入口浓度的变化。 图3-a是本发明pH值为4. 0-5. 5时二甲苯去除能力随入口负荷的变化。图3-b是本发明pH值为6. 0-7. O时二甲苯去除能力随入口负荷的变化。图4-a是本发明pH值为4. O时生物滴滤塔中微生物的形态，主要以大量丝状菌为主，有少部分球状菌。图4-b是本发明pH值为4. 5时生物滴滤塔中微生物的形态，视野中球状菌广泛紧密为优势菌种，同时存在丝状菌和大量孢子。图4-c是本发明pH值为5. O时生物滴滤塔中微生物的形态，以酵母菌为主，同时存在丝状真菌和孢子。图4-d是本发明pH值为5. 5时生物滴滤塔中微生物的形态，为大量酵母菌，少量丝状真菌孢子及假单胞杆菌。图4-e是本发明pH值为6. O时生物滴滤塔中微生物的形态，主要为球状酵母菌和短杆状假单胞杆菌。图4-f是本发明pH值为6. 5时生物滴滤塔中微生物的形态，主要为假单胞杆菌，同时含酵母菌。图4-g是本发明pH值为7. O时生物滴滤塔中微生物的形态，主要为假单胞杆菌，同时含酵母菌。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的实施例作进一步的描述。实施例I :图I中，本发明的一体化复合生物处理难溶难降解有机废气的工艺采用的处理有机废气的生物滴滤塔为循环液回流装置，所述的循环液回流装置包括滴滤液储槽3，滴滤液循环管6，流量计7、循环泵8、进气管4和出气管5。构建真菌-细菌复合生物滴滤塔，具体工艺过程如下
I、将焦化污水处理厂的活性污泥预曝气48h，配置5L活性污泥、营养液混合液，置于储液槽3中，经循环泵8直接进行循环滴滤。2、气相甲苯驯化第一阶段，甲苯入口浓度为50(Tl000mg ·πΓ3、进气流量O. Im3 · Λ入口负荷13. 27^26. 54 g · m_3 · h—1，持续4天。连续喷淋营养液和菌液混合液。滴滤量控制在 O. 12 O. 18 m3 · m 2 · h 1 ο 3、气相甲苯驯化第二阶段，甲苯入口浓度为100(T2000mg · m_3、进气流量O. Im3 · 1Γ1，入口负荷26. 54 53. 08g · m_3 · h-1，持续9天。间歇I h喷淋营养液和菌液混合液。滴滤量控制在O. 06、· 18 m3 · m_2 · IT1。4、气相甲苯净化稳定阶段，甲苯入口浓度为200(T4000mg · m_3、进气流量O. Im3 · h-1，入口负荷53. 08 106. 16g · m_3 · h-1，持续10天。间歇I h喷淋营养液。滴滤量控制在 O. 06 O. 18 m3 · m 2 · h I。
该阶段控制循环滴滤液pH =5. 0±0. 2。以上步骤结束后滴滤塔中的微生物以丝状真菌、酵母菌为优势菌种。5、将进气更换为二甲苯，逐渐增高循环滴滤液pH值，调整幅度为O. 5，至pH为
7.O。二甲苯气体进气流量O. 4m3 .tT1，EBRT为33. 9 s，浓度控制在701. 85 1142. 78 mg ·πΓ3，此时滴滤塔中微生物为少量丝状真菌、大量酵母菌和假单胞杆菌。步骤(5)中调整pH值时，每pH值下稳定运行4天
此时，在单个塔中存在多种微生物 ，真菌-细菌复合生物滴滤塔构建完成。(I)实验条件
气体组成二甲苯，二甲苯浓度701. 85 1142. 78 mg · πΓ3 ；
生物滴滤塔填料陶瓷拉西环；
气体流量0. 4 m3 · IT1，EBRT 为 33. 9s ；
实验所得菌种酵母菌+假单胞杆菌；
(2)利用附图I所示的生物滴滤塔净化系统净化二甲苯废气，运行情况及效果如附图2所示，通过调控营养液PH值将系统pH控制在4. (Γ7. 0，并以O. 5为梯度逐渐提高。通过监测二甲苯出口浓度，考察不同PH值对二甲苯净化性能的影响。随着系统营养液pH值的不断增大，生物滴滤塔对二甲苯的净化性能也不断增强，由pH值为4的26. 74%逐渐上升到pH值为7的92. 77%，入口负荷-去除能力曲线越来越靠近100%去除线，最大去除能力相应地从 32. 44 g · m_3 · h—1 增长为 91. 58 g · m_3 · h—1。通过调控营养液pH值将系统pH控制在4. (Γ7.0，并以O. 5为梯度逐渐提高。采用尼康ElOO光学显微镜观察填料上生物膜中微生物的菌系状态，考察不同pH条件下生物膜内微生物相的变化。如图3所示，生物膜内的优势菌群随pH值的改变逐渐发生变化，菌系状态从丝状真菌变为酵母菌，再变为假单胞杆菌，生物滴滤塔也由单一的真菌滴滤塔变为真菌、细菌共存的复合生物滴滤塔。循环液pH=4. 5^5. O时，真菌菌落数为O. 83 X IO9CFU -g^1,占总菌落数的81. 37%，而在pH=7. O的条件下，细菌的数量则占到了 90. 38%。这表明本发明具有良好地菌落可调控性。循环滴滤即喷淋过程，分为连续和间歇是为了控制滴滤塔内湿度，湿度的变化会影响滴滤塔中微生物的组成。连续喷淋营养液和菌液混合液主要是为了在微生物的驯化过程中前期提供足够的碳源和微生物菌种，间歇喷淋营养液主要是排除掉循环液中的微生物，使对处理有机废气的微生物全部来自于生物滴滤塔中，同时在无碳源的条件下促使微生物以有机废气为碳源，进行有机废气的处理。整个实验的目的就是真菌-细菌复合生物滴滤塔，传统意义上构建的生物滴滤塔中的细菌均为单一菌种，如细菌生物滴滤塔、真菌滴滤塔，这种滴滤塔的缺陷是单一的菌种对有机废气的去除机理和去除能力都是不相同的，无法使菌种组成随着有机废气的变化而发生改变。真菌-细菌复合生物滴滤塔也属于生物滴滤塔，但是塔中的微生物是由多种微生物构成的，这种结构可以根据不同的条件调整微生物组成进而达到最适合的所需微生物群落。本发明的内容就是构建真菌-细菌复合生物滴滤塔中复合微生物群落的过程。“菌液”既是“活性污泥”，“营养液”是微生物所需的必要营养物质(不含碳源)，“混合液”既“菌液混合液”，是“菌液”和“营养液”的混合溶液。
在整个构建过程中，菌液为焦化厂的活性污泥，营养液的配方包括常量元素NH4Cl (NaNO3)、KH2PO4' K2HPO4' MgSO4 · 7H20 ;微量元素FeCl3、H3BO3' CuSO4 · 5Η20、ΚΙ、MnSO4 · H2O, NaMoO4 · 2H20、ZnCl2 · 4Η20、CoCl2 · 6Η20、AlK (SO4) 2 · 12Η20、CaCl2 · 2H20、NaCl。实施例2
(O实验条件
气体组成苯乙烯，苯乙烯浓度200 500 mg · πΓ3 ；
生物滴滤塔填料陶粒；
气体流量0. 4 m3 · 1Γ1，EBRT 为 45 s ;
实验所得菌种假丝酵母菌；
(2)利用附图I所示的生物滴滤塔净化系统净化苯乙烯废气，通过验证不同pH条件下生物滴滤塔对苯乙烯的处理能力，我们得到在PH值为4. O时，生物滴滤塔对苯乙烯的去除效率持续维持在95%以上，获得了最高的去除效率。此时真菌菌落数为3. OOX IO9CFU -g^1,占总菌落数的92. 58%。从两个实例中可以看出，对于二甲苯获得最佳处理效果时的pH为7.0，而苯乙烯则是在pH=4. O时获得最佳处理能力，同时在不同的pH值下菌落的组成也截然不同。一体化复合生物处理工艺通过调控PH值可人为改变填料中菌落组成，以适用于不同有机废气的差异性。其它与实施例I同。
权利要求
1.一种一体化复合生物处理难溶难降解有机废气的工艺，其特征是构建真菌-细菌复合生物滴滤塔，具体工艺过程如下 (1)、将焦化污水处理厂的活性污泥预曝气48h，配置5L菌液、营养液混合液，置于储液槽中，经循环泵直接进行循环滴滤喷淋； (2)、气相甲苯驯化阶段，甲苯入口浓度为500 4000mg nT3、进气流量0. Im3 h'入口负荷13. 27^106. 16 g nT3 持续23天；由连续喷淋营养液和菌液混合液改为间歇喷淋营养液，滴滤量控制为0. 06 0. 18 m3 m_2 h-1 ;该阶段控制循环滴滤液pH值=5. 0±0. 2 ;以上步骤结束后滴滤塔中的微生物以丝状真菌、酵母菌为优势菌种； (3)、将进气更换为二甲苯，二甲苯气体进气流量0.4m3 h—1，空塔停留时间为33.9 S，浓度控制在701. 85 1142. 78 mg m_3，在循环滴滤液pH值=5. 0±0. 2的基础上通过在循环液中添加NaOH (2.0 mol/L)的方式，逐渐增高pH值，pH值用酸度计进行测量，pH值调整分别至5. 5,6. 0,6. 5、7. 0 ;当pH值=7. 0时，滴滤塔中微生物为少量丝状真菌、大量酵母菌和假单胞杆菌；每PH值下稳定运行4天； (4)、在不同pH值时，生物滴滤塔内的微生物组成不同，pH值由低到高变化时，微生物组成由以真菌为主变为以假单胞杆菌为主，针对目标有机废气PH值在该范围内可进行调整，以改变微生物组成，得到最适宜的微生物菌种。
全文摘要
一种一体化复合生物处理难溶难降解有机废气的工艺，适合于低浓度难容难降解有机废气的净化处理。采用高浓度、低速率的进气方式，低流量循环液的驯化方式，在驯化过程中采用变pH的方式构建以假单胞杆菌和为优势菌种的真菌-细菌复合生物系统。该复合生物塔兼具真菌和细菌两种微生物，微生物的多样性可有效适合于各种难溶难降解有机物对不同菌种的需求；通过引入真菌系统，减少了系统阻力；低循环流量有效减少了水膜阻力，加快有机废气的传质过程；真菌、细菌采用一体式工艺结构，简化了处理工艺，降低了投资费用和运行费用。该系统对难溶难降解有机废气去除效率高，去除负荷高，并具有广泛适用性。
文档编号B01D53/72GK102961962SQ20121054365
公开日2013年3月13日 申请日期2012年12月14日 优先权日2012年12月14日
发明者王丽萍, 张会来 申请人:中国矿业大学