一种疏水性VOC吸附降解生物填料及其制备方法和应用与流程

一种疏水性voc吸附降解生物填料及其制备方法和应用
技术领域
1.本发明属于环境治理技术领域，具体涉及一种疏水性voc吸附降解生物填料及其制备方法和应用。


背景技术：

2.voc(volatile organic compounds)是指活泼的一类挥发性有机物，即会产生危害的那一类挥发性有机物，对人体健康有巨大影响。
3.目前，常用的voc处理方法可分为物理法、化学法和生物法这三类。生物法与吸附或催化氧化等物理和化学方法相比，具有工艺简单、操作条件温和(常温、常压)、处理效果好、无二次污染且少能耗等优点，被认为是处理低浓度voc废气的最佳方法。
4.生物反应器，是指利用自然存在的微生物或具有特殊降解能力的微生物接种至液相或固相的反应系统，是通过生物法处理voc的主要装置。常见生物反应器主要有三大类：生物过滤池(bfs)、生物洗涤塔(bs)和生物滴滤塔(btf)。尽管每种反应器基本污染物去除机理或多或少相似，但在微生物的使用(如悬浮(液态)或固定化(生物膜)形式)、填料介质、污染物浓度等方面存在差异。填料作为bfs和btf的核心组件，既是微生物生长的支撑载体，又是气液两相的传质介质，必须满足为微生物提供最佳环境条件、足够生长空间，并允许均匀的气流分布通过床层等要求。因此，bfs或btf填料的选择需要综合考虑比表面积、持水量、压缩性能、吸附特性和营养供应等因素。疏水性voc处理中由于更易受到从气态污染物到生物膜的传质限制，采用常规的填料对疏水性voc处理的去除效果较差。


技术实现要素：

5.为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种疏水性voc吸附降解生物填料，其具有丰富的多孔结构、高比表面积，对疏水性voc具有良好的去除效果。
6.本发明的目的之二在于提供一种疏水性voc吸附降解生物填料的制备方法，制备工艺简单，可操作性强，可大批量生产。
7.本发明的目的之三在于提供上述疏水性voc吸附降解生物填料在生物反应器中处理疏水性voc的应用。
8.本发明的目的之一采用如下技术方案实现：
9.一种疏水性voc吸附降解生物填料，包括按重量份数计的以下组分：
[0010][0011]
进一步地，所述吸附树脂为多孔性交联聚合物。
[0012]
进一步地，所述吸附树脂为聚苯乙烯树脂和/或聚丙烯酸酯树脂。
[0013]
进一步地，所述粘合剂为水性聚丙烯酸、水性聚苯乙烯、水性聚甲基丙烯酸酯、水性聚醋酸乙烯酯和水性聚氨酯中的至少一种。
[0014]
本发明的目的之二采用如下技术方案实现：
[0015]
一种疏水性voc吸附降解生物填料的制备方法，用于制备所述的疏水性voc吸附降解生物填料，包括以下步骤：
[0016]
s1，将吸附树脂和水混合，球磨后，离心甩干，得到吸附树脂粉料；
[0017]
s2，将所述吸附树脂粉料与凹凸棒土、葡萄糖、粘合剂和水混合并搅拌均匀，得到混合物料；
[0018]
s3，将所述混合物料挤出造粒，热风烘干，冷却后，即得疏水性voc吸附降解生物填料。
[0019]
进一步地，步骤s1中，具体的操作为：将吸附树脂和水按体积比为(1～2.5)∶1混合后，通过球磨机研磨1-2h，转速为30-40rpm/min，离心甩干后，过450-550目筛，得到吸附树脂粉料。
[0020]
进一步地，步骤s2中，所述混合物料的含水量为30-40％。
[0021]
进一步地，步骤s3中，热风烘干的温度为180-220℃，烘干时间为3-5h。
[0022]
本发明的目的之三采用如下技术方案实现：
[0023]
一种所述疏水性voc吸附降解生物填料在生物反应器中处理voc的应用。
[0024]
进一步地，所述生物反应器包括生物滤池，所述生物滤池内设有双层填料层，所述填料层由所述疏水性voc吸附降解生物填料组成，每层填料层的高度均为500-700mm，两层填料层的间距为250-350mm，待处理的气体自下而上经过生物滤池，进气浓度为50-100mg/m3，气体停留时间为15-16s。
[0025]
相比现有技术，本发明的有益效果在于：
[0026]
本发明的一种疏水性voc吸附降解生物填料，包括吸附树脂，吸附树脂优选为多孔性交联聚合物，且不带离子交换官能团，使生物填料具有丰富的多孔结构和高比表面积，生物填料可在疏水界面作用吸附有机物，对疏水性voc具有良好的去除效果；此外，生物填料还具有葡萄糖、凹凸棒土和石灰石，可以为负载的微生物菌株提供碳源及微量元素，同时可调节ph，消除菌株代谢产生的酸性物质，维持菌株生长适合的ph条件。
[0027]
本发明的一种疏水性voc吸附降解生物填料的制备方法，制备工艺简单，可操作性强，可大批量生产，得到的生物填料性能稳定，具有良好的疏水性voc吸附效果。
[0028]
本发明的疏水性voc吸附降解生物填料在生物反应器中处理疏水性voc的应用，其能提高生物反应器对疏水性voc的去除率。
附图说明
[0029]
图1是本发明的一种疏水性voc吸附降解生物填料的结构图。
[0030]
图2是本发明的生物反应器的工艺流程图。
[0031]
图3是本发明的不同填料在挂膜过程中ph值与时间变化的关系曲线图。
[0032]
图4是本发明的不同填料在挂膜过程中去除率与时间变化的关系曲线图。
具体实施方式
[0033]
下面，结合附图与具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。
[0034]
实施例1
[0035]
一种疏水性voc吸附降解生物填料，包括重量份数计的以下组分：
[0036][0037]
进一步地，所述吸附树脂为聚苯乙烯树脂；所述粘合剂为水性聚丙烯酸。
[0038]
上述疏水性voc吸附降解生物填料的制备方法，包括以下步骤：
[0039]
s1，将吸附树脂和水按体积比为1∶1混合后，通过球磨机研磨2h，转速为35rpm/min，离心甩干后，过500目筛，得到吸附树脂粉料；
[0040]
s2，将所述吸附树脂粉料与凹凸棒土、葡萄糖、粘合剂和水混合并搅拌均匀，得到含水量为35％的混合物料；
[0041]
s3，将所述混合物料挤出造粒，热风烘干，热风烘干的温度为200℃，烘干时间为4h，冷却后，即得疏水性voc吸附降解生物填料，所述疏水性voc吸附降解生物填料的成品图如图1所示。
[0042]
本实施例得到的生物填料具有丰富的多孔结构和高比表面积，对疏水性voc具有良好的吸附去除效果；同时生物填料可以为负载的微生物菌株提供碳源及微量元素，同时可调节ph，消除菌株代谢产生的酸性物质，维持菌株生长适合的ph条件。
[0043]
实施例2
[0044]
一种疏水性voc吸附降解生物填料，包括重量份数计的以下组分：
[0045][0046]
进一步地，所述吸附树脂为聚丙烯酸酯树脂。
[0047]
进一步地，所述粘合剂为水性聚甲基丙烯酸酯。
[0048]
上述疏水性voc吸附降解生物填料的制备方法，包括以下步骤：
[0049]
s1，将吸附树脂和水按体积比为2.5∶1混合后，通过球磨机研磨1h，转速为40rpm/min，离心甩干后，过450目筛，得到吸附树脂粉料；
[0050]
s2，将所述吸附树脂粉料与凹凸棒土、葡萄糖、粘合剂和水混合并搅拌均匀，得到含水量为40％的混合物料；
[0051]
s3，将所述混合物料挤出造粒，热风烘干，热风烘干的温度为220℃，烘干时间为3h，冷却后，即得疏水性voc吸附降解生物填料。
[0052]
本实施例得到的生物填料具有丰富的多孔结构和高比表面积，对疏水性voc具有良好的吸附去除效果。
[0053]
实施例3
[0054]
一种疏水性voc吸附降解生物填料，包括重量份数计的以下组分：
[0055][0056]
进一步地，所述吸附树脂为聚苯乙烯树脂和/或聚丙烯酸酯树脂。
[0057]
进一步地，所述粘合剂为水性聚丙烯酸、水性聚苯乙烯、水性聚甲基丙烯酸酯、水性聚醋酸乙烯酯和水性聚氨酯中的至少一种。
[0058]
上述疏水性voc吸附降解生物填料的制备方法，包括以下步骤：
[0059]
s1，将吸附树脂和水按体积比为1.5∶1混合后，通过球磨机研磨1.5h，转速为30rpm/min，离心甩干后，过550目筛，得到吸附树脂粉料；
[0060]
s2，将所述吸附树脂粉料与凹凸棒土、葡萄糖、粘合剂和水混合并搅拌均匀，得到含水量为30％的混合物料；
[0061]
s3，将所述混合物料挤出造粒，热风烘干，热风烘干的温度为180℃，烘干时间为
5h，冷却后，即得疏水性voc吸附降解生物填料。
[0062]
本实施例得到的生物填料具有丰富的多孔结构和高比表面积，对疏水性voc具有良好的吸附去除效果。
[0063]
实施例4
[0064]
一种生物反应器，如图2所示，包括和生物滤池，所述生物滤池内设有双层填料层，所述填料层由实施例1制得的疏水性voc吸附降解生物填料组成，每层填料层的高度均为600mm，两层填料层的间距为300mm。待处理的气体(臭气)自下而上经过预洗池，进气浓度为80mg/m3，输送到生物滤池的生物填料底部，气体从生物滤池顶部流出，通过离心风机输送到高空排气管中，从而实现臭气中的疏水性voc净化处理。
[0065]
所述预洗池设有循环水系统，循环水系统包括循环水喷淋管、循环水池和预洗水泵，通过预洗水泵将水从循环水池抽到至循环水喷淋管内，通过循环水喷淋管喷淋在预洗池中，预洗池的通过回流管回流至循环水池，从而形成水循环。
[0066]
所述生物滤池设有喷淋水系统，喷淋水系统包括生物滤池水喷淋管、喷淋水池和喷淋水泵，通过喷淋水泵将水从喷淋水池抽到至生物滤池水喷淋管内，通过生物滤池水喷淋管喷淋在生物滤池的生物填料中，生物滤池的通过回流管回流至喷淋水池，从而形成喷淋水循环；所述喷淋水池和循环水池中的水定期排入厂区污水系统进行治理。
[0067]
性能测试
[0068]
生物填料处理乙酸乙酯的效果测试
[0069]
1、实验方法：取本发明实施例1得到的生物填料与传统的填料竹炭、陶粒和火山岩分别装填在生物反应器的填料层中，用于处理乙酸乙酯。
[0070]
所述生物反应器由预洗池和生物滤池两部分组成，设计废气风量1000m3/h，预洗池尺寸：φ0.6m
×
2.5m，生物滤池尺寸：3m
×
1.2m
×
2.8m。填料层为双层设计，单层高度600mm，两层填料层的间距为300mm，生物滤池停留时间15.5s。
[0071]
乙酸乙酯气体由鼓泡的方式产生，经过生物反应器负压风机吸入入口管道中，通过调节鼓泡气体的流量控制进气浓度，进气浓度控制在50-100mg/m3之间，观察四组填料在挂膜过程中ph的变化情况，并通过测试进气口与出气口的乙酸乙酯浓度，计算四组填料对废气的去除率情况。
[0072]
2、实验结果
[0073]
如图3所示，随着时间的延长，竹炭、陶粒和火山岩填料表面微生物逐渐生长起来，产生的代谢产物导致循环液的ph值为逐渐下降的趋势。本发明的生物填料在ph值-时间的曲线中，ph值在较长时间内保持ph值6.5-7.5的水平，即本发明的生物填料可消除菌株代谢产生的酸性物质，维持微生物适合的生长环境，起到调节ph的作用。
[0074]
如图4所示，本发明的生物填料在挂膜启动开始时，对乙酸乙酯的去除率为95％，这是因为生物填料中主要成分为疏水性吸附树脂，对疏水性voc(乙酸乙酯)具有很好的吸附效果，去除率高是物理吸附的原因不是生物降解的作用，随着时间的推移，树脂吸附饱和去除率下降，随后微生物随着生物量的上升逐渐发挥生物降解的作用，生物膜能同时对膜外的乙酸乙酯和所吸附的乙酸乙酯进行处理，提高生物膜的利用率，最终在物理吸附和生物降解的双重作用下，到30天生物填料的去除率高达99％以上。采用火山岩、陶粒和竹炭制成的填料，挂膜启动时对乙酸乙酯的去除率也是经历的先下降后上升的过程，只是由于这
三种填料对乙酸乙酯的吸附性较差，挂膜启动时去除率均低于生物填料，随着生物量的增长，去除率逐渐提高，但是其去除率均低于本发明的生物填料。其中，菌株在陶粒填料上的挂膜效果最差，最终去除率最低。
[0075]
上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。