专利名称：控制生物滤塔内微生物过量生长或去除老化生物膜的方法
技术领域：
本发明涉及一种控制生物滤塔内微生物过量生长和去除老化生物量的方法，属于环境污染物治理技术领域。
背景技术：
生物法处理有机废气具有费用低、易操作、无二次污染等优点，近年来广泛受到了许多研究者的重视。生物过滤塔和生物滴滤塔是生物法净化有机废气的典型装置，两者均是利用附着在填料上的微生物代谢作用而达到净化有机污染物的目的。一些研究者发现， 生物滤塔稳定运行一段时间后，通常会出现污染物传质性能变差、床体压降上升、局部出现厌氧区域等现象，从而引起了生物滤塔去除性能下降。造成这种结果的原因主要是由于生物滤塔内微生物过量生长或是一些老化的生物膜没能及时脱落，使得生物滤塔内生物膜过度积累，影响了有机污染物的去除能力。因此，控制合理微生物量、避免填料层堵塞是维持生物滤塔长期稳定运行的一个关键工艺因素。为了解决生物滤塔实际运行中存在的弊端，许多研究者提出了去除老化生物膜或是控制微生物过量生长的方法，主要有定期反冲洗、生物滤塔停运、添加抑制微生物生长的化学物质等。虽然定期反冲洗和生物滤塔停运在实际应用中较易实现，但存在许多弊端。若反冲洗液体强度过大，不但一些老化生物膜得到了去除，而且一些有降解活性的微生物也随着冲洗液体离开了生物滤塔，同时为了达到较好地去除效果，冲洗液体一般是酸液或是碱液，这使得生物滤塔重新成功启动需要经历较长的时间；而采用生物滤塔停运的方式去除老化生物膜，即利用微生物内源呼吸使微生物大量死亡达到去除老化生物膜的效果，一般需要数天的时间，这就必须利用别的处理装置在生物滤塔停运过程中替代其净化有机废气。因此，研发合适的控制滤塔内微生物过量生长或是去除老化生物膜的方法来替代上述传统控制方法，对于生物滤塔工艺大规模运用于实际工业废气的治理具有重要的意义。
发明内容
为解决传统方法存在的不足和缺陷，本发明提供了一种去除老化生物膜和控制微生物过量生长的方法。本发明采用的技术方案是一种控制生物滤塔内微生物过量生长或去除老化生物膜的方法，所述方法包括 生物滤塔运行至处理效率下降至80%以下时，关闭废气源，将相对湿度小于3%的空气经紫外灯照射光解处理50 150s (空气在紫外灯光解装置中的停留时间)后，通入生物滤塔中运行处理1 1. 5小时，处理过程中滤塔内营养液喷淋强度维持在20 25L ^irT1 ·πΓ3， 以使脱落的生物膜及时离开生物滤塔，之后再接通废气源继续运行处理；所述紫外灯光源为主波长为185nm的低压汞灯(功率18w或36w，北京电光源研究所)，为防止臭氧对微生物造成过多的伤害，处理过程中光源采用间歇式操作，具体为开启2 ;3min和关闭2 3min交替。光解过程可采用光解装置，将紫外灯置于装有进气、出气口的容器中央，空气从进气口进入，经紫外灯照射后从出气口排出通入到生物滤塔中。本发明以真空紫外光解技术作为预处理技术，利用其光解过程产生的强氧化剂-臭氧(O3)，去除老化生物膜或是控制微生物过量生长，以确保生物滤塔长期稳定运行。所述的生物滤塔在床层特性得到改善后，为加快生物滤塔在短时间内恢复去除性能，紫外光解工艺可以与生物滤塔工艺联合运行一段时间，具体为所述生物滤塔经空气处理后，废气源先经所述紫外灯照射处理10 30s后，再通入生物滤塔中进行处理，至废气去除率达到95%以上时撤去紫外灯光源，废气直接通入生物滤塔中继续进行废气处理。利用光解有机污染物产生易降解、水溶性较好的物质加快滤塔内生物活性恢复，使生物滤塔重新启动成功，即可撤去紫外灯光解装置。为防止生物滤塔内微生物过量生长的现象再次发生，可定期利用光解空气产生的低浓度臭氧(不高于20mg*m_3)直接通入生物滤塔，试微生物生长情况决定灯源间歇操作时间，从而达到控制滤塔内微生物生长速度，维持生物滤塔长期稳定运行。所述方法用于控制生物滤塔内微生物过量生长，所述空气用紫外灯光解处理 50 7 后通入生物滤塔中，此时光解出气中臭氧浓度不高于20mg · m_3 ；。所述方法用于去除老化生物膜，所述空气用紫外灯光解处理120 150s后通入生物滤塔中，此时光解出气中臭氧浓度不低于IOOmg · πΓ3。本发明方法适用于常规用生物滤塔进行的废气处理过程，优选的，所处理的废气为α-菔烯或氯苯。本发明的有益效果主要体现在利用紫外光解过程在线产生臭氧的方法作为去除老化生物膜或控制微生物过量生长，既克服了传统方法存在诸如生物活性恢复期长、去除过程不易控制等弊端，也解决了利用臭氧发生装置费用较高、不易就地取材等问题；该方法可以应用于处理各类气态有机污染物的生物净化工艺中，从而达到控制生物反应器内微生物过量生长和去除老化生物膜的效果。
图1为紫外光解臭氧处理对α -菔烯去除率的影响；图2为紫外光解联合生物滤塔运行对α -菔烯去除率的影响。
具体实施例方式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各实施例中生物滤塔的尺寸均为内径12cm，总高110cm，填料层有效高度为 60cm。生物过滤塔采用泥炭和木屑的混合物作为填料，间歇喷淋，强度为ISOmL · mirT1，每天5min ；生物滴滤塔采用聚氨酯泡沫作为填料，连续喷淋，强度为ISOmL · mirT1。光反应器有效容积为2. 25L，中央放置1 4根高臭氧低压汞灯(36w，主波长为185nm)，利用装有电子继电器的电源供电，以维持灯源间歇开闭(开启anin和关闭:3min交替)运行。实施例1:处理α -菔烯的生物滴滤塔在运行130d后单位床层压降上升至236. 5Pa · πΓ1， 滤塔内传质状况和微生物活性受到抑制，α-菔烯的去除效率下降至45%左右。此时切断α “菔烯发生源，采用相对湿度< 3 %的空气作为反应介质，经紫外光解120s后直接通入生物滴滤塔中(瞬时臭氧浓度约为105mg · m_3)，同时加大滤塔内营养液喷淋强度 (22. 5L · mirT1 · πΓ3)(营养液组成NH4C1 860mg/L, NaNO3 2250mg/L, K2HPO4 600mg/L, KH2PO4 150mg/L，MgCl2 60mg/L, CaCl2 6mg/L，Fe2SO4 3mg/L，溶剂为水，pH 7. 2)，整个间歇操作维持lh。Ih后单位床层压降下降为142Pa ^nT1,并测定了间歇光解操作前后单位填料的生物量，分别为10. 97kg · m_3干填料和8. 75kg · m_3干填料。通过上述操作，生物滴滤塔内老化生物膜得到去除，填料层堵塞现象得到改善。撤去紫外光解装置，恢复生物滴滤塔正常运行状态，打开α-菔烯发生源，维持进口浓度为600mg*m_3，废气在滤塔内停留时间为102s去除效率大约为35%。7 IOd后，整体去除效率上升至90%，明显高于改善前的处理水平。实施例2:前述操作同实施例1。为加快去除老化生物膜后的滴滤塔迅速恢复处理α -菔烯废气的能力，紫外光解和生物滴滤塔联合运行数日。在这期间，浓度为600mg · m_3、相对湿度为35 40%的α-菔烯废气经紫外光解(废气停留时间18s)后，产物随剩余α -菔烯一起进入后续滴滤塔(废气停留时间为81s)中。由于α-菔烯光解产物多为一些水溶性较好且易生物降解的物质(醛类、酮类、羧酸类等)，能加快滤塔内微生物活性复壮，促使生物膜再次形成，4d后整体去除率由55%上升至85%以上(图1)。待去除率达到95%时撤去紫外光解装置，去除率2d后稳定在92%左右。与实施例1相比，重新启动时间缩短1/2 左右ο实施例3:处理α -菔烯的生物过滤塔在运行130d后单位床层压降上升至490Pa · πΓ1，滤塔内传质状况和微生物活性受到抑制，α-菔烯的去除效率下降至78%左右。此时切断α-菔烯发生源，采用相对湿度< 3 %的空气作为反应介质，经紫外光解120s后直接通入生物过滤塔中(瞬时臭氧浓度约为IOOmg ·πΓ3)，同时加大滤塔内喷淋强度OlI^mirT1 ·πΓ3)，整个间歇操作维持lh。Ih后单位床层压降下降为424Pa · πΓ1，并测定了间歇光解操作前后单位填料的生物量，分别为15. 27kg ·πΓ3干填料和14. 59kg ·πΓ3干填料。通过上述操作，生物过滤塔内老化生物膜得到去除，填料层堵塞现象得到改善。撤去紫外光解装置，恢复生物过滤塔正常运行状态，打开α _菔烯发生源，维持进口浓度为600mg · m_3，废气在滤塔内停留时间为102s去除效率大约为75%。4 5d后，整体去除效率上升至92%，明显高于改善前的处理水平。实施例4 前述操作同实施例3。为加快去除老化生物膜后的过滤塔迅速恢复处理α -菔烯废气的能力，紫外光解和生物过滤塔联合运行数日。在这期间，浓度为600mg · πΓ3、相对湿度为35 40%的α-菔烯废气经紫外光解(废气停留时间18s)后，产物随剩余α -菔烯一起进入后续滴滤塔(废气停留时间为81s)中。由于α-菔烯光解产物多为一些水溶性较好且易生物降解的物质(醛类、酮类、羧酸类等)，能加快滤塔内微生物活性复壮，促使生物膜再次形成，2d后整体去除率由75%上升至95%以上(图2)。实施例5 分别建立两套相同的生物滴滤塔处理α -菔烯废气，以经驯化的活性污泥对滴滤塔进行接种挂膜，约25d后挂膜启动成功。两套生物滴滤塔维持相同的运行条件，唯一不同的是其中一套每20d采用间歇光解操作对滤塔内的微生物生长进行控制。间歇光解操作的条件为湿度< 3%的空气作为反应介质，光解停留时间为45 70s，光解出气中臭氧浓度为18mg*m_3左右，总间歇操作时间为1. ！。在整个运行期间(150d)，控制微生物过量生长的生物滴滤塔单位床层压降始终在133 160Pa · πΓ1内波动，即经间隙光解操作后压降由160Pa · πΓ1立即下降至135Pa · πΓ1，α -菔烯的去除性能也较为稳定；而对于微生物生长不受控制的生物滴滤塔，虽然前期(30 IOOd)去除性能较为稳定，几乎和另一套滴滤塔相同，但是随着运行时间的增加，单位床层压降逐渐升高，α-菔烯的去除性能也随之下降，当滤塔运行至150d时，压降上升至300. 5Pa ^nT1,去除效率下降至30%以下。由此可见，此方法能较好控制生物滤塔内微生物的生长情况，维持滤塔长期稳定运行。实施例6 分别建立两套相同的生物滴滤塔处理氯苯废气，以经驯化的活性污泥对滴滤塔进行接种挂膜，约18d后挂膜启动成功。两套生物滴滤塔维持相同的运行条件，唯一不同的是其中一套每15d采用间歇光解操作对滤塔内的微生物生长进行控制。间歇光解操作的条件为湿度< 3%的空气作为反应介质，光解停留时间为45 70s，光解出气中臭氧浓度为 18mg*m_3左右，总间歇操作时间为lh。在整个运行期间(120d)，控制微生物过量生长的生物滴滤塔单位床层压降始终在145 178 .m-1内波动，氯苯的去除性能也较为稳定；而对于微生物生长不受控制的生物滴滤塔，虽然前期(30 90d)去除性能较为稳定，几乎和另一套滴滤塔相同，但是随着运行时间的增加，单位床层压降逐渐升高，氯苯的去除性能也随之下降，当滤塔运行至120d时，压降上升至324 ^nT1,去除效率下降至25%以下。由此可见，此方法能较好控制生物滤塔内微生物的生长情况，维持滤塔长期稳定运行。
权利要求
1.一种控制生物滤塔内微生物过量生长或去除老化生物膜的方法，所述方法包括生物滤塔运行至处理效率下降至80%以下时，关闭废气源，将相对湿度小于3%的空气经紫外灯照射光解处理50 150s后，通入生物滤塔中运行处理1 1. 5小时，之后再接通废气源继续运行处理；所述紫外灯光源为主波长为185nm的低压汞灯，处理过程中光源间歇式操作，具体为开启2 ;3min和关闭2 ^iin交替。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述生物滤塔经空气处理后，废气源先经所述紫外灯照射处理10 30s后，再通入生物滤塔中进行处理，至废气去除率达到95%以上时撤去紫外灯光源，废气直接通入生物滤塔中继续进行废气处理。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法用于控制生物滤塔内微生物过量生长，所述空气用紫外灯光解处理50 7 后通入生物滤塔中。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法用于去除老化生物膜，所述空气用紫外灯光解处理120 150s后通入生物滤塔中。
5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于所处理的废气为α-菔烯或氯苯。
全文摘要
本发明提供了一种控制生物滤塔内微生物过量生长或去除老化生物膜的方法，所述方法包括生物滤塔运行至处理效率下降至80％以下时，关闭废气源，将相对湿度小于3％的空气经紫外灯照射光解处理50～150s后，通入生物滤塔中运行处理1～1.5小时，之后再接通废气源继续运行处理；本发明利用紫外光解过程在线产生臭氧的方法作为去除老化生物膜或控制微生物过量生长，既克服了传统方法存在诸如生物活性恢复期长、去除过程不易控制等弊端，也解决了利用臭氧发生装置费用较高、不易就地取材等问题；该方法可以应用于处理各类气态有机污染物的生物净化工艺中，从而达到控制生物反应器内微生物过量生长和去除老化生物膜的效果。
文档编号B01D53/84GK102258940SQ20111010086
公开日2011年11月30日 申请日期2011年4月21日 优先权日2011年4月21日
发明者张丽丽, 成卓韦, 於建明, 蒋轶锋, 陈建孟 申请人:浙江工业大学