专利名称：一种间接测算生物法净化VOCs去除负荷的方法
技术领域：
本发明涉及生物法净化挥发性有机废气(Volatile Organic Compounds, VOCs)工程中，特别涉及间接测算生物法净化VOCs去除负荷的方法。
背景技术：
近年来，随着工业生产和交通运输业的迅速发展，大量VOCs挥发到大气中，造成了空气污染。针对废气的各种处理技术应运而生，处理方式多种多样，处理技术日趋成熟。常用处理VOCs的方法主要有生物法、吸附法、吸收法、燃烧法、冷凝法、膜分离法、催化氧化法等。其中，生物法的基本原理是利用附着在反应器内填料上微生物的新陈代谢作用，将废气中污染物转化为简单的无机物和微生物细胞物质。因其具有传统方法不可比拟的操作简便、处理费用低、降解彻底无二次污染等特点，其正在废气污染控制领域得到迅速的推广和应用，尤其在处理低浓度、大气量、易生物降解的有机废气和恶臭气体方面，该方法更显优势。众所周知，生物废气处理所用的营养液一般含有除C以外的N、P、S等大量元素(C由废气中的VOCs被微生物降解断链后提供)和K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等微量元素，这些营养成分都是微生物新陈代谢所必需的。在实际生物处理工程中，由于受生产任务变化的影响废气污染物负荷波动大，通过检测进出口废气浓度，计算污染物生物去除负荷的难度较大，而且不准确。如能建立微生物利用某一微量元素与废气去除负荷之间的对应关系，对于测算污染物总体降解量具有重要意义。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种间接测算生物法净化VOCs去除负荷的方法。本发明基于生物滴滤塔中微生物在适应期、对数期、稳定期、衰亡期的数量基本保持稳定、微生物总体数量和活性处于动态平衡、对各种微量元素消耗量保持基本稳定的特点，采用原子吸收的检测方法测定循环液中某一微量元素的变化值，根据其与污染物消耗之间的经验比例关系，间接计算与污染物去除量。为解决技术问题，本发明的解决方案是提供一种间接测算生物法净化VOCs去除负荷的方法，包括以下步骤( I)以未经生物滴滤塔的初始循环液作为空白对照，对生物滴滤塔的循环液进行检测，在微量元素K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo中，确定微生物消耗量最大的一种微量元素作为指针元素；(2)在实验室生物滴滤装置中，测量在不同进气负荷下指针微量元素含量变化和污染物去除负荷的数据，并根据两者之间的关系图拟合获得两者的比例因子；(3)定期检测生物滴滤塔中指针元素的消耗量，并根据步骤(2)中所述比例因子计算污染物去除负荷数据。
本发明的步骤(I)中，所述对生物滴滤塔循环液进行检测步骤，是取检测量的生物滴滤塔的循环液过O. 45 μ m的滤膜，或者IOOOOrpm下离心20min以除去循环液中脱落的生物膜，经预处理的样品通过原子吸收仪进行元素含量的测定。相对于现有技术，本发明的有益效果主要体现在该方法可以利用循环液中的微量元素含量的变化，间接快速测算污染物的去除量。本发明方法简单、有效，能有效地应用于实际工业废气处理有机污染物去除量(减排量)的测算。同时，对于工程应用也有非凡意义①利用该方法可以根据微量元素年消耗量，来计算污染物去除量，对于企业的生产和污染物处理情况有指导意义。②利用类似方法的思路，可以建立污染物中以有机碳[C]为代表与微量元素消耗量的对应关系，从而可用于测算企业运行过程中的多组分废气污染物减排量和矿化率(有机碳[C]最终被氧化成CO2)，对于企业清洁生产也能做出相应的评估。
图1为本发明所述生物滴滤塔装置示意图；图2为本发明所述方法示意图；图3为相同时间和废气流速下，生物滴滤塔对DCM的去除量与Na+消耗量的关系图。图1中的附图标记为1空气泵；2转子流量计；3 DCM吹脱瓶；4混合瓶；5生物滴滤塔；6计量泵。
具体实施例方式各类元素是微生物从周围环境吸收利用、维持新陈代谢活动所必需的物质，是微生物进行一切生命活动的物质基础，微生物失去后无法生存；微生物在相对稳定的生长环境下，新陈代谢活动对各种元素的需求量和比例是相对稳定的。根据工程经验，在废水好氧生物处理中，微生物的营养元素比例一般取C N P = 100 5 :1 (其中C以BOD5-C计，N以NH3-N计，P以Ρ04—Ρ计)；在生物废气处理中，微生物对一些元素的需求量和比例也呈现类似关系。因此，营养元素消耗与污染物去除负荷有着某种等量关系，通过实验研究建立营养元素含量变化与污染物去除负荷变化之间的关系是具有可行性的。微生物细胞所需要的营养物质从元素上来讲，主要分为大量元素C、H、O、N、P、S，微量元素κ、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等。微生物在新陈代谢过程中，不断从外界吸收营养物质，合成细胞成分和提供代谢所需能量。生物滴滤塔循环液中的营养元素被填料上附着的微生物吸收利用，营养元素通过微生物的代谢活动，一部分转化为填料上生物膜中新生微生物的细胞成分，另一部分被固定在老化脱落的微生物细胞中进入循环液，并以活性污泥的形式被除去，具体的表达式为游离营养元素」新生物膜成分+老化脱落生物膜中固定元素(最终成为污泥)。选定适合的微量元素作为计算、评价污染物的去除负荷的指针元素，是本发明研究的重点内容。据考察，选择大量元素H、O、N、P、S等作为指针元素并不合适，理由有如下几点一是作为大量元素，在循环液中的含量大，与其他元素的关联大，往往涉及到与其他多种元素共被微生物吸收，相应的机理复杂，不能直观地表现微生物生长情况和污染物降解情况；二是作为大量元素，且都为非金属元素，往往以阴离子团形式存在，如NO3' SO42'P0/_等阴离子团，检测响应困难。而微生物通常所需的微量元素K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo等都是金属元素，在循环液中都是以阳离子态存在，且在溶液中移动性好、分布均匀，浓度含量低，变化波动灵敏，同时金属元素又有很好的原子吸收响应值而便于检测。因此，选择微量元素变化来表征微生物降解性能和污染物去除负荷是可行的。
原子吸收检测方法的原理根据郎伯-比尔定律来确定样品中化合物的含量。已知所需样品元素的吸收光谱和摩尔吸光度，以及每种元素都将优先吸收特定波长的光，因为每种元素需要消耗一定的能量使其从基态变成激发态。检测过程中，基态原子吸收特征辐射，通过测定基态原子对特征辐射的吸收程度，从而测量待测元素含量，是一种利用被测元素的基态原子特征辐射线的吸收程度进行定量分析的方法。本发明通过原子吸收测定实验室生物滴滤塔中循环液所含某一微量元素的变化量来间接测算目标污染物的去除负荷大小。同时，在相同的生长环境(循环液pH、温度、盐浓度等保持稳定)下，微生物降解菌新陈代谢活动对各类元素的需求量之间的比例是固定不变的，与生物反应器类型和填料特点无关。因此，在污染物进出口浓度易于准确检测的实验室装置中获得的指针微量元素与污染物去除负荷之间的比例关系，可以应用于实际工程(污染物进口浓度波动大、出口取样困难)的计算和应用。下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此本发明对不同废气具有通用性，通用步骤为①检测分析循环液中各种微量元素(在配比循环液时是已知的)的消耗量。②选取微生物代谢需求量最(较)大、便于检测的微量元素作为指针元素。③作出污染物不同去除负荷与循环液中指针元素消耗量的对应关系图，拟合获得比例因子。④测量循环液的指针元素变化量，根据比例因子间接计算污染物去除负荷。以生物法去除二氯甲烷(DCM)废气为例，隔6h测定循环液中元素含量的变化，循环液量为2L，根据原子吸收检测的结果(平行测定循环液三次)，污染物去除量经过计算为1.78 g DCM,得到相对应的三次测量结果中元素变化量如下所示
权利要求
1.一种间接测算生物法净化VOCs去除负荷的方法，其特征在于，包括以下步骤 (1)以未经生物滴滤塔的初始循环液作为空白对照，对生物滴滤塔的循环液进行检测，在微量元素K、Na、Mg、Ca、Fe、Mn、Cu、Co、Zn、Mo中，确定微生物消耗量最大的一种微量元素作为指针元素； (2)在实验室生物滴滤装置中，测量不同进气负荷下指针微量元素含量和污染物去除负荷的数据，并根据两者之间的关系图拟合获得两者的比例因子； (3)定期检测生物滴滤塔中指针元素的消耗量，并根据步骤(2)中所述比例因子计算污染物去除负荷数据。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(I)中，所述对生物滴滤塔循环液进行检测步骤是取检测量的生物滴滤塔循环液过O. 45 μ m的滤膜，或者IOOOOrpm下离心20min以除去循环液中脱落的生物膜，经预处理的样品通过原子吸收仪进行元素含量的测定。
全文摘要
本发明涉及生物法净化VOCs去除技术，旨在提供一种间接测算生物法净化VOCs去除负荷的方法。该方法是对生物滴滤塔的循环液进行检测，确定微生物消耗量最大的一种微量元素作为指针元素；然后在实验室生物滴滤装置中，测量不同进气负荷下指针微量元素含量和污染物去除负荷的数据，并根据两者之间的关系图拟合获得两者的比例因子；定期检测生物滴滤塔中指针元素的消耗量，并根据比例因子计算污染物去除负荷数据。该方法可以利用循环液中的微量元素含量的变化间接快速测算污染物的去除量。本发明方法简单、有效，能有效地应用于实际工业废气处理有机污染物去除量(减排量)的测算。
文档编号B01D53/84GK103007739SQ20121057090
公开日2013年4月3日 申请日期2012年12月24日 优先权日2012年12月24日
发明者於建明, 成卓韦, 陈建孟, 蔡文吉, 蒋轶锋, 余志良 申请人:浙江工业大学