专利名称：一种甲醛废气的气液相组合生物净化工艺技术方法
技术领域：
本发明涉及一种采用气相和液相生物净化法，处理甲醛的废气净化方法，特别是处理低浓度甲醛废气(浓度＜100mg/m3)的气液相组合生物净化工艺技术方法。属环保技术领域。
背景技术：
甲醛废气污染是目前受到人们广泛关注的环保问题之一。甲醛废气主要来自木材加工、化纤纺织、塑料、有机合成、合成橡胶、油漆涂料等生产过程，人们日常感受最多的是木材加工、人造胶合板及木制家具所散发的甲醛气体污染。对于净化处理高浓度甲醛废气，目前已有较成熟的化学吸收、吸附等处理和利用方法，但对于既无回收利用价值又严重危害人体健康和大气环境的低浓度甲醛废气(浓度＜100mg/m3)，尽管国内外目前已有光催化氧化法、吸附净化法、臭氧氧化法、冷等离子净化法、甲醛捕捉剂等净化方法，但这些方法大多由于处理效果不稳定、处理成本高、有二次污染等因素而不能大范围推广应用，因此低浓度甲醛废气的净化处理就成为了近年来国内外大气污染治理技术研究领域中的热点课题和难题之一。
甲醛(HCHO)具有强烈刺激性气味和较高毒性，易挥发，同时也具有较大的水溶性。甲醛对人和温血动物的毒性很强，对人的致死量为142mg/kg。甲醛会刺激皮肤，易引起皮炎，并已被怀疑对人有致癌作用。如果人类长时间生存在被甲醛污染环境中，则会引起头昏、贫血以及神经系统疾病。一定浓度的甲醛能与微生物体内的蛋白质、DNA、RNA直接起反应，导致微生物死亡或抑制其生物活性。近年来，甲醛废气污染问题已受到了人们的普遍重视，并开展了一些污染治理工作，国家也颁布了一系列相关的法规和标准。例如，《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)规定，工业废气中甲醛的最高允许排放浓度为25mg/m3；《室内空气中甲醛的卫生标准》(GB/T16127-1995)规定甲醛最高容许浓度为0.08mg/m3。
生物法废气净化技术作为一项废气处理新技术，以其经济、有效、污染物处理彻底、适合于处理低浓度工业废气等特点，越来越受到人们的广泛重视，因此近年来其已逐步发展成为世界上工业废气净化的一个前沿热点研究领域。该技术方法的研究与应用实践表明，其在解决几乎没有回收利用价值、净化处理难度大且费用高、同时对人体健康与生态环境的危害又不容忽视的低浓度工业废气的净化处理难题方面(在国内外都是环保方面的难题之一)，具有特殊的功效。近十多年来，我国国内已开展了一些生物法净化低浓度VOC(挥发性有机物)、H2S、SO2、NOx废气等的研究与应用工作，并取得了一些研究与工业应用成果。
发明内容
本发明的目在于克服上述现有技术的缺点，发明一个采用一个生物膜填料塔和一个或多个循环液体生物处理装置的组合系统净化废气中，则采用气相和液相生物净化法，处理甲醛的废气净化新技术，特别是处理低浓度甲醛废气(浓度＜100mg/m3)的甲醛废气的气液相组合生物净化方法。
本发明的发明目的是以环保领域中废气、废水处理常用的微生物菌种组群为基础，同时采用专有废气净化专用菌种气相筛选培育装置[实用新型专利，专利号ZL200320104770.8]与技术以及常规菌种液相筛选培育方法，通过筛选及培养驯化获得在气相和液相环境条件下均具有生物降解净化甲醛性能的微生物菌种组群，并用这一菌种组群挂膜制作生物膜填料塔和接种驯化循环液体生物处理装置中的活性污泥，使组合生物净化装置具备操作运行时所需要的生物净化性能。
本发明甲醛废气的气液相组合生物净化工艺技术方法技术方案是即将净化处理气相中甲醛的生物膜填料塔和处理液相中甲醛的活性污泥法处理装置进行集成组合，使进入组合净化系统中的废气中甲醛分子能够经历气相和液相双重生物降解的净化处理作用过程，从而达到对甲醛废气生物净化的最佳效果。
操作这一组合系统净化甲醛废气时，由生物膜填料塔实施对气相中甲醛的生物净化，并需要使用循环喷淋液润湿塔内填料表面的生物膜，以向生物膜提供其生长所需要的营养物质或环境调节物质；同时，由循环液体生物处理装置(按活性污泥法曝气处理方式运行)实施对液相中甲醛的生物处理。生物膜填料塔采用气液逆流方式操作，让甲醛废气先从塔底进入，在上升过程中与附着在固体填料表面的润湿的生物膜吸附接触，其中的一部分甲醛被生物膜中的微生物菌捕获、生物降解净化；另一部分甲醛则会溶解进入自上而下流动的循环喷淋液中，净化后的气体从生物膜填料塔的塔顶排出，含有溶解甲醛的循环液从塔底流出后，再进入循环液体生物处理装置按活性污泥法曝气处理方式运行，进行液相中甲醛的生物降解、净化处理之后，循环液流入储槽并由循环水泵打到塔顶向下喷淋到生物膜填料上，循环使用。
本工艺技术方法是以环保领域中废气、废水处理常用的微生物菌种组群为基础，同时采用专有废气净化专用菌种气相筛选培育装置与技术以及常规菌种液相筛选培育方法，通过筛选及培养驯化获得在气相和液相环境条件下均具有生物降解净化甲醛性能的微生物菌种组群，并用这一菌种组群挂膜制作生物膜填料塔和接种驯化循环液体生物处理装置中的活性污泥，使组合生物净化装置具备操作运行时所需要的生物净化性能。
在循环喷淋过程中循环液体有蒸发损失和内含组分的消耗，需要定期向循环液储槽中添加补充水、碳磷营养成分。
本发明甲醛废气的气液相组合生物净化工艺技术方法可将一个净化处理气相中甲醛的生物膜填料塔与多个处理液相中甲醛的活性污泥法处理装置进行集成组合，以达到对废气中甲醛的最大程度的生化降解去除效果。
操作这一组合系统净化甲醛废气时，由生物膜填料塔实施对气相中甲醛的生物净化，并需要使用循环喷淋液润湿塔内填料表面的生物膜，以向生物膜提供其生长所需要的营养物质或环境调节物质；同时，由循环液体生物处理装置(按活性污泥法曝气处理方式运行)实施对液相中甲醛的生物处理。本发明即通过这一气液相生物处理的集成组合技术来达到生物净化废气中甲醛的目的。
本发明技术原理因甲醛气体是易溶于水的有机气体(其在水中的溶解度为4.0×105mg/L)，在应用生物膜填料塔净化甲醛气体的过程中，会有一部分甲醛气体(约入口量的1/4～1/3)溶于水而存在于循环液中，因此就需要增加循环喷淋液的处理装置对液相中的甲醛进行处理，以达到对废气中甲醛的真正意义上的生物净化目的(而不是甲醛从气相转移到液相)。基于这一情况，本发明尝试采用生物膜填料塔净化气相中甲醛，同时添加循环液体生物处理装置处理液相中甲醛的方法，探索研究甲醛废气的气液相组合生物净化新技术，在总结成功实验研究结果的基础上，形成了本发明新技术。
操作中，含有甲醛的废气(必要时作降温等预处理)由风机送入生物膜填料塔[实用新型专利，专利号ZL97211331.2]进行净化处理。生物膜填料塔采用气液逆流方式操作。甲醛废气从塔底进入，在上升过程中与附着在固体填料表面的润湿的生物膜吸附接触，其中的甲醛一部分被生物膜中的微生物菌捕获、生物降解净化；另一部分则会溶解进入自上而下流动的循环喷淋液中。净化后的气体从生物膜填料塔的塔顶排出。含有溶解的甲醛的循环液从塔底流出后，进入循环液体生物处理装置(按活性污泥法曝气处理方式运行)进行液相中甲醛的生物降解、净化处理。之后，循环液流入储槽并由循环水泵打到塔顶向下喷淋到生物膜填料上，循环使用。需要时，可在一个生物膜填料塔之后串联若干个循环液体生物处理装置，以达到对废气中甲醛的最大程度的生化降解去除效果。由于循环液体在循环喷淋过程中有蒸发损失和内含组分的消耗，因此要定期向循环液储槽中添加补充水、碳磷营养成分等。
本发明的技术实质即是将净化处理气相中甲醛的生物膜填料塔和处理液相中甲醛的活性污泥法处理装置进行集成组合，使进入组合净化系统中的废气中甲醛分子能够经历气相和液相双重生物降解的净化处理作用过程，以达到对甲醛废气生物净化的最佳效果。
本发明甲醛废气的气液相组合生物净化方法是一种优化集成气相和液相生物净化法的优势及特性，且具有集成组合全新概念的净化废气中甲醛的新型工艺技术，具有对废气中低浓度甲醛生物净化效率高、甲醛生化降解去除较完全、操作简单方便、装置运行稳定性好、处理成本低、无甲醛二次污染等优点。
下面结合实施例对本发明工艺过程进行详细说明，但保护范围不限于实施例。
图1为本发明一个生物膜填料塔和一个循环液体生物处理装置的组合系统工艺过程示意图。
图中1-预处理器(必要时使用)；2-引风机；3-生物膜填料塔；4-循环液生物处理装置(活性污泥法，含曝气器)；5-循环液储槽及泵。
图2为安装循环液处理装置前后甲醛入口浓度对净化效率的影响比较[操作气量Q＝0.2m3/h，液量L＝20L/h]的实验曲线。
图3为安装循环液处理装置前后甲醛入口浓度对生化去除量影响比较[操作气量Q＝0.2m3/h，液量L＝20L/h]的实验曲线。
图4为安装循环液处理装置前后气体流量对净化效率的影响比较[甲醛入口气浓C＝10～25mg/m3，液量L＝20L/h]的实验曲线。
图5安装循环液处理装置前后气体流量对生化去除量的影响比较[甲醛入口气浓C＝10～25mg/m3，液量L＝20L/h]中的实验曲线。
具体实施例方式实施例1采用本发明气液相组合生物净化技术对甲醛废气进行净化处理对比实验。实验装置流程如图1所示，其中生物膜填料塔是塔径为100mm的小型玻璃生物膜填料塔，填料塔内分两段装填直径为2.5cm的类球形陶粒，填料体积3.18L×2。生物膜填料塔由经事先筛选培养获得的甲醛净化菌种组群挂膜制作。增加安装的循环液体生物处理装置由直径95mm、长1200mm的玻璃管制作，内置含有甲醛净化菌群的活性污泥液3.5L，由小风机送入曝气气体流量为0.01m3/h。系统中的微生物菌种组群主要由恶臭假单胞菌P.putida，类产碱假单胞菌P.pseudoalcaligens，绿脓假单胞菌P.aeruginosa，梭形芽胞杆菌B.fusiformis等构成。
实验操作在常温常压条件下进行，生物膜填料塔操作气体流量为0.2m3/h，废气中甲醛浓度为5～90mg/m3。循环喷淋液流量为20L/h。气相、液相甲醛样品均采用乙酰丙酮分光光度法进行检测分析测定。实验中分别按在生物膜填料塔废气净化系统中增加安装与不安装循环液体生物处理装置两种方法操作，两次独立的实验结果如图2、图3所示。
实验结果表明，在不同的甲醛入口浓度条件下操作时，本发明增加安装循环液生物处理装置的气液相组合生物净化技术装置系统对甲醛废气的净化效果明显优于没有安装循环液生物处理装置的单纯生物膜填料塔净化系统的净化效果。
实施例2采用本发明气液相组合生物净化技术对甲醛废气进行净化处理对比实验。实验装置流程如图1所示，其中生物膜填料塔是塔径为100mm的小型玻璃生物膜填料塔，填料塔内分两段装填直径为2.5cm的类球形陶粒，填料体积3.18L×2。生物膜填料塔由经事先筛选培养获得的甲醛净化菌种组群挂膜制作。增加安装的循环液体生物处理装置由直径95mm、长1200mm的玻璃管制作，内置含有甲醛净化菌群的活性污泥液3.5L，由小风机送入曝气气体流量为0.01m3/h。系统中的微生物菌种组群主要由恶臭假单胞菌P.putida，激素假单胞菌P.testosterone，强夺甲基杆菌M.extorquens，荧光假单胞菌P.fluorescens等构成。
实验操作在常温常压条件下进行，生物膜填料塔操作气体流量为0.2～0.6m3/h，废气中甲醛浓度为10～25mg/m3。循环喷淋液流量为20L/h。气相、液相甲醛样品均采用乙酰丙酮分光光度法进行检测分析测定。实验中分别按在生物膜填料塔废气净化系统中增加安装与不安装循环液体生物处理装置两种方法操作，两次独立的实验结果如图4、图5所示。
实验结果表明，在不同的气体流量条件下操作时，本发明增加安装循环液生物处理装置的气液相组合生物净化技术装置系统对甲醛废气的净化效果明显优于没有安装循环液生物处理装置的单纯生物膜填料塔净化系统的净化效果。
权利要求
1.一种甲醛废气的气液相组合生物净化工艺技术方法，其特征在于即将净化处理气相中甲醛的生物膜填料塔和处理液相中甲醛的活性污泥法处理装置进行集成组合，使进入组合净化系统中的废气中甲醛分子能够经历气相和液相双重生物降解的净化处理作用过程，从而达到对甲醛废气生物净化的最佳效果。
2.根据权利要求1或2所述的甲醛废气的气液相组合生物净化工艺技术方法，其特征在于操作这一组合系统净化甲醛废气时，由生物膜填料塔实施对气相中甲醛的生物净化，并需要使用循环喷淋液润湿塔内填料表面的生物膜，以向生物膜提供其生长所需要的营养物质或环境调节物质；同时，由循环液体生物处理装置(按活性污泥法曝气处理方式运行)实施对液相中甲醛的生物处理。
3.根据权利要求1或2所述的甲醛废气的气液相组合生物净化工艺技术方法，其特征在于生物膜填料塔采用气液逆流方式操作，让甲醛废气先从塔底进入，在上升过程中与附着在固体填料表面的润湿的生物膜吸附接触，其中的一部分甲醛被生物膜中的微生物菌捕获、生物降解净化；另一部分甲醛则会溶解进入自上而下流动的循环喷淋液中，净化后的气体从生物膜填料塔的塔顶排出，含有溶解甲醛的循环液从塔底流出后，再进入循环液体生物处理装置按活性污泥法曝气处理方式运行，进行液相中甲醛的生物降解、净化处理之后，循环液流入储槽并由循环水泵打到塔顶向下喷淋到生物膜填料上，循环使用。
4.根据权利要求1或2所述的甲醛废气的气液相组合生物净化工艺技术方法，其特征在于本工艺技术方法是以环保领域中废气、废水处理常用的微生物菌种组群为基础，同时采用专有废气净化专用菌种气相筛选培育装置与技术以及常规菌种液相筛选培育方法，通过筛选及培养驯化获得在气相和液相环境条件下均具有生物降解净化甲醛性能的微生物菌种组群，并用这一菌种组群挂膜制作生物膜填料塔和接种驯化循环液体生物处理装置中的活性污泥，使组合生物净化装置具备操作运行时所需要的生物净化性能。
5.根据权利要求1或2所述的甲醛废气的气液相组合生物净化工艺技术方法，其特征是在循环喷淋过程中循环液体有蒸发损失和内含组分的消耗，需要定期向循环液储槽中添加补充水、碳磷营养成分。
6.根据权利要求1或2所述的甲醛废气的气液相组合生物净化工艺技术方法，其特征在于可将一个净化处理气相中甲醛的生物膜填料塔与多个处理液相中甲醛的活性污泥法处理装置进行集成组合，以达到对废气中甲醛的最大程度的生化降解去除效果。
全文摘要
本发明工艺技术方法是一种甲醛废气的气液相组合生物净化工艺技术方法，即将净化处理气相中甲醛的生物膜填料塔和处理液相中甲醛的活性污泥法处理装置进行集成组合，分别由一个生物膜填料塔实施对气相中甲醛的生物净化、由一个或多个循环液体生物处理装置(按活性污泥法曝气处理方式运行)实施对液相中甲醛的生物处理，使进入组合净化系统中的废气中甲醛分子能够经历气相和液相双重生物降解的净化处理作用过程，从而达到对甲醛废气生物净化的最佳效果。其是一种具有集成组合新概念的净化甲醛废气的新型工艺技术方法。本发明使用的气液相组合生物净化新技术系统具有对废气中低浓度甲醛生物净化效率高、甲醛生化降解去除较完全、操作简单方便、装置运行稳定性好、处理成本低、无甲醛二次污染等优点。
文档编号B01D53/72GK1973968SQ20061004883
公开日2007年6月6日 申请日期2006年11月21日 优先权日2006年11月21日
发明者孙珮石, 黄若华, 郑顺生, 邓辅唐, 王洁 申请人:云南大学