一种半挥发性有机废气中多环芳烃的去除方法与流程

本发明涉及有机废气处理技术领域，尤其涉及一种半挥发性有机废气中多环芳烃的去除方法。

背景技术：

挥发性有机污染物分为四类：极易挥发性有机物(vvocs)、挥发性有机物(vocs)、半挥发性有机物(svocs)和与颗粒物或颗粒有机物有关的有机物(pom)。其中，半挥发性有机废气svocs是指沸点在240～400℃范围内，蒸汽压在(0.1～10^-7)×133.322pa的有机物，空气中以气相和颗粒相两种方式存在。半挥发性有机物是一类广泛存在于环境中的污染物，严重危害人类健康。

现有技术中处理挥发性有机污染物的方法有生物过滤，如申请号为201110320024.1的中国专利公开了一种采用纳米na2ti6o13/tio2紫外光催化氧化协同生物过滤去除有机废气的方法，包括有机废气经喷淋塔后进入光催化器进行催化，然后气体再从生物滤塔下面进入塔内进行过滤。其中，有机废气进入光催化器发生催化反应，纳米na2ti6o13/tio2催化剂将部分挥发性有机化合物光催化氧化形成易溶于水的化合物；在生物过滤塔中，特定生物菌种将剩余挥发性有机物降解为co2和水后排出，生物滤塔连通有微生物活性调节系统，对菌群的活性进行调节。然而，该生物过滤的方法有机废气的去除效率较低。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种半挥发性有机废气中多环芳烃的去除方法，该方法能够提高半挥发性有机废气中多环芳烃的去除效率。

本发明提供了一种半挥发性有机废气中多环芳烃的去除方法，包括以下步骤：

将含多环芳烃的半挥发性有机废气经过预处理，得到预处理半挥发性有机废气；

在35～55℃下，与铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂的水相乳化液接触，吸收所述预处理半挥发性有机废气中的多环芳烃，得到含多环芳烃的乳化液；

将含多环芳烃的乳化液采用嗜热嗜温菌降解，得到处理后的半挥发性有机废气。

优选地，所述铜绿假单胞菌分泌的鼠李糖脂在水相乳化液中的浓度不低于500mg/l。

优选地，所述半挥发性有机废气中多环芳烃的沸点低于400℃。

优选地，所述降解的温度为37～45℃。

优选地，所述与铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂的水相乳化液接触具体包括：

与铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂的水相乳化液以雾化的形式接触。

优选地，水相乳化液的雾化喷淋量与含多环芳烃的半挥发性有机废气的气体流量比为(10～300)l/min：(2000～30000)m³/h。

优选地，所述嗜热嗜温菌采用活性炭进行固定化；所述活性炭的粒径为0.20～0.45mm，比表面积为900～1200m²/g。

优选地，所述含多环芳烃的半挥发性有机废气中总有机碳(toc)的含量小于1500mg/m³。

优选地，所述嗜热嗜温菌为acinetobacter菌。

本发明提供了一种半挥发性有机废气中多环芳烃的去除方法，包括以下步骤：将含多环芳烃的半挥发性有机废气经过预处理，得到预处理半挥发性有机废气；在35～55℃下，与铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂的水相乳化液接触，吸收所述预处理半挥发性有机废气中的多环芳烃，得到含多环芳烃的乳化液；将含多环芳烃的乳化液采用嗜热嗜温菌降解，得到处理后的半挥发性有机废气。本发明利用铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂，对水溶性差的半挥发性有机废气(svocs)中的多环芳烃产生增溶作用，结合嗜热嗜温菌降解作用，使得半挥发性有机废气中多环芳烃的去除率较高。实验结果表明：有机废气中菲的去除率达到93.7％；总有机碳toc的去除率达到80％以上。

附图说明

图1为本发明实施例1采用的有机废气吸收装置；

图2为本发明实施例1中不同吸收液对有机废气中菲的去除率；

图3为本发明实施例1中不同温度下有机废气中菲的去除率；

图4为本发明实施例1中功能菌对喷淋废气吸收液中菲的降解效果；

图5为本发明实施例2采用的印染污泥样品中多环芳烃的组分分布图；

图6为本发明实施例2中svocs废气中多环芳烃的去除率；

图7为本发明实施例2中嗜热菌对多环芳烃的降解率；

图8为本发明实施例3提供的生物喷淋塔处理有机废气流程示意图。

具体实施方式

本发明提供了一种半挥发性有机废气中多环芳烃的去除方法，包括以下步骤：

将含有多环芳烃的半挥发性有机废气经过预处理，得到预处理半挥发性有机废气；

在35～55℃下，与含铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂的水相乳化液接触，吸收所述预处理半挥发性有机废气中的多环芳烃，得到含多环芳烃的乳化液；

将含多环芳烃的乳化液采用嗜热嗜温菌降解，得到处理后的半挥发性有机废气。

本发明利用铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂，对水溶性差的半挥发性有机废气(svocs)中的多环芳烃产生增溶作用，结合嗜热嗜温菌降解作用，使得半挥发性有机废气中多环芳烃的去除率较高。实验结果表明：有机废气中菲的去除率达到93.7％；总有机碳toc的去除率达到80％以上。

本发明将含多环芳烃的半挥发性有机废气经过预处理，得到预处理半挥发性有机废气。在本发明中，所述半挥发性有机废气(svocs)含有多环芳烃；所述多环芳烃的沸点低于400℃；所述多环芳烃包括菲、蒽、芘、荧蒽和萘等。所述含有多环芳烃的半挥发性有机废气的温度≥40℃；所述含有多环芳烃的半挥发性有机废气中总有机碳(toc)的含量小于1500mg/m³。含有多环芳烃的半挥发性有机废气可以间歇或连续排放。所述预处理包括布袋除尘和换热，将含多环芳烃的半挥发性有机废气的温度调整至45～55℃。所述含多环芳烃的半挥发性有机废气的处理量为2000～30000m³/h。

在35～55℃下，与铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂的水相乳化液接触，吸收所述预处理半挥发性有机废气中的多环芳烃，得到含多环芳烃的乳化液。

在本发明中，所述铜绿假单胞菌分泌的鼠李糖脂在乳化液中的浓度不低于500mg/l。鼠李糖脂作为一种表面活性剂，它能够将半挥发性有机废气(svocs)中的低沸点多环芳烃充分转移到液相中。研究表明随着鼠李糖脂浓度的增加，萘、菲、芘的表观溶解度均有不同程度的增加，鼠李糖脂浓度为500mg/l时，三者的表观溶解度达到最大，分别为725mg/l、53.77mg/l和2.05mg/l。低沸点的多环芳烃吸收后在水相中存在萃取平衡。

水相中的铜绿假单胞菌在添加营养液a和37℃、ph6.8等培养条件下，可分泌鼠李糖脂生物表面活性剂，铜绿假单胞菌(pseudomonasaeruginosa)初始接种量为2％。所述营养液a的配方为：调和油45.0g/l，硝酸钠4.0g/l，微量元素0.35％(v/v)；微量元素组成(g/l)：ctab，0.2；(nh4)6mo7o24·4h2o，0.6；feso4·7h2o，2.0；ph6.8。

在本发明中，所述铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂的水相乳化液接触具体优选包括：

与铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂的水相乳化液以雾化的形式接触。

水相中的铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂乳化液密度比水低，在水箱中分层后，生物表面活性剂乳化液位于上层，可通过泵回流雾化作为有机废气的喷淋液。喷淋形成比表面积大的乳化液滴，在乳化液滴的增溶作用下，可提高废气中低沸点多环芳烃的溶解度，尽可能充分转移到液相。

在本发明中，所述接触的温度为35～55℃，优选为37～45℃。

在本发明中，所述水相乳化液的雾化喷淋量与含多环芳烃的半挥发性有机废气的气体流量比优选为(10～300)l/min：(2000～30000)m³/h。在具体实施例中，所述svocs风量为10000m³/h时，鼠李糖脂乳化液的喷淋量72l/min。

得到含多环芳烃的乳化液后；本发明将含多环芳烃的乳化液采用嗜热嗜温菌降解，得到处理后的半挥发性有机废气。在本发明中，所述嗜热嗜温菌在营养液b中进行培养；所述营养液b的配方包括：无机盐培养基(msm)：kcl1.0g/l，nacl1.0g/l，cacl2·2h2o0.1g/l，mgso40.2g/l，na2hpo4·12h2o3.0g/l，nano31.0g/l，kh2po43g/l，微量元素0.2％(v/v)，ph值7.0。

在本发明中，所述降解的温度优选为37～45℃。所述嗜热嗜温菌优选为acinetobacter菌。

在本发明中，所述嗜热嗜温菌优选采用活性炭进行固定化；所述活性炭的粒径优选为0.20～0.45mm，比表面积优选为900～1200m²/g。在本发明具体实施例中，嗜热嗜温菌优选采用活性炭进行固定化具体包括：称取粒径范围为0.20～0.45mm，比表面积900～1200m²/g的活性炭0.5g于100ml的敞口锥形瓶中(平行样10个)，加入ph7.0～8.0的菌悬液35ml，锥形瓶于恒温振荡器(37℃，150r/min)中进行振荡吸附固定化。嗜热嗜温菌固定化细胞可通过沉降浓缩于下相，通过嗜热菌的高效生物催化作用进行芳香烃的降解，使得萃取平衡向生物反应方向进行。若采用生物滤塔作为反应器，生物滤塔中包括填料段；本发明通过泵将嗜热嗜温菌固定化细胞回流到生物滤塔填料段，增大接触反应面积，有利于铜绿假单胞菌和固定化细胞(嗜热菌嗜温菌等功能微生物)对低沸点芳香烃进行协同生物降解。按照svocs风量10000m³/h计算，固定化细胞回流量为2000l/h。

本发明将鼠李糖脂乳化液和嗜热嗜温菌分层分段回流，可提升系统处理效率的稳定性。铜绿假单胞菌和嗜热嗜温菌培养过程中，镜检发现细胞数量少于10⁶cfu/ml时添加相应温度对应的营养液。

该去除工艺可以用于生物喷淋塔或生物滤塔，处理不同风量的低浓度高温有机废气。所述含多环芳烃的半挥发性有机废气的处理量为2000～30000m³/h。

本发明提供了一种半挥发性有机废气中多环芳烃的去除方法，包括以下步骤：将含多环芳烃的半挥发性有机废气经过预处理，得到预处理半挥发性有机废气；在35～55℃下，与含铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂的水相乳化液接触，吸收所述预处理半挥发性有机废气中的多环芳烃，得到含多环芳烃的乳化液；将含多环芳烃的乳化液采用嗜热嗜温菌降解，得到处理后的半挥发性有机废气。本发明利用铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂，对水溶性差的半挥发性有机废气(svocs)中的多环芳烃产生增溶作用，结合嗜热嗜温菌降解作用，使得半挥发性有机废气中多环芳烃的去除率较高。实验结果表明：有机废气中菲的去除率达到93.7％；总有机碳toc的去除率达到80％以上。

为了进一步说明本发明，下面结合实施例对本发明提供的一种半挥发性有机废气中多环芳烃的去除方法进行详细地描述，但不能将它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1含菲有机废气的处理方法

管式电炉600℃加热产生的含菲有机废气流速1.5m/s，初始菲浓度1000～1200mg/m³，采用如图1所示装置分别用清水、铜绿假单胞菌菌液(10⁷cfu/ml)、acinetobacter菌液(10⁷cfu/ml)、500mg/l鼠李糖脂乳化液对有机废气进行吸收处理，进出气浓度稳定后，分别测定有机废气中菲的去除率；磁力搅拌48h后，分别测定acinetobacter菌液添加500mg/l鼠李糖脂前后对菲的降解率。

1.鼠李糖脂乳化液对svocs中菲的增溶吸收

图2为本发明实施例1中不同吸收液对有机废气中菲的去除率；不同吸收液分别为清水、铜绿假单胞菌菌液、嗜热降解菌菌液、500mg/l鼠李糖脂乳化液。由图2可以看出：清水对菲的溶解性很差；在处于对数生长期的铜绿假单胞菌菌液中，由于有一定浓度的鼠李糖脂产生，增强了对菲的吸收作用。acinetobacter菌液对废气中的菲具有生物降解作用，但菌液并不能增大菲的溶解度，故在acinetobacter菌液中存在一定的降解平衡但其对菲的吸收量少于铜绿假单胞菌菌液。实验表明鼠李糖脂的存在对含菲有机废气具有增溶吸收作用，acinetobacter菌液对菲具有生物降解作用。同时，测得各吸收液中对应的菲浓度分别为0.96mg/l，25.2mg/l，7.2mg/l，50.26mg/l。

图3为本发明实施例1中不同温度下有机废气中菲的去除率；由图3可以看出：随着温度的升高，4种吸收液对菲气体去除率随之上升，当温度达到50℃时，气体去除率最佳，继续升温到55℃时，气体的去除率开始降低，说明吸收液对气体中菲的吸收在50℃达到最大，而且温度大于50℃时菲在吸收液中表观溶解度降低。由于鼠李糖脂是一种生物表面活性剂，对svocs具有良好的增溶、乳化效果，在50℃时通过喷淋吸收对废气中菲的去除率达到83.76％。

结合图2和图3可知：吸收液中添加鼠李糖脂有助于增加菲的传质效果。

2.液相中菲的生物降解

在控制摇床温度37℃、转速150r/min、摇瓶装液量50ml/250ml的条件下，进行嗜热菌降解菲的对照实验，参见图4，图4为本发明实施例1中功能菌对喷淋废气吸收液中菲的降解效果；其中a为不添加鼠李糖脂的情况下，24h内主要为菌株自身生物量的增长，不同的培养基中菲的降解率无明显差距；24～48h菌株对菲的降解陡增，菌株24h的降解量为15.3mg/l。b为在摇瓶菌液中添加500mg/l鼠李糖脂的情况下，24h时菲的降解量达17.8mg/l，降解率比对照提高4.9％；而在48h～72h，菲的降解率比不添加鼠李糖脂则高出7.0％。表明鼠李糖脂对svocs吸收液中菲的微生物降解具有增效作用。

在未添加鼠李糖脂的情况下，培养96h之后菲仍残留20.7％，而添加鼠李糖脂的培养基中培养96h之后，菲残留率仅为6.3％，降解率达到93.7％，比空白对照组高出14.4％，表明液相中添加500mg/l鼠李糖脂后，acinetobacter菌液对菲的降解率可得到明显提升。

实施例2印染污泥干化废气的处理

图5为本发明实施例2采用的印染污泥样品中多环芳烃(polycyclicaromatichydrocarbons，pahs)的组分分布图；由图5可以看出：印染污泥中低分子量pahs浓度为177.65～5,360.59ng/g，2环占的比例较小，主要是3环；高分子量pahs浓度为710.02～12,963.76ng/g，6环和5环占的比例较小，主要是4环占优。其成分分布主要以3环和4环pahs为主，其中菲(phe)，蒽(ant)和荧蒽(flu)含量最高。

在800℃条件下进行某印染污泥的流化床焚烧，对尾气进行布袋除尘处理后，经风机加压进入生物喷淋滤塔处理，风量250m³/h，流速1.2m/s，初始toc浓度为1300～1500mg/m³，进入喷淋塔(h：d＝2)，控制喷淋段温度为50℃，循环水箱温度40℃，采用本专利所述菌剂制备方法及工艺控制。

样品处理：50ml样品经60ml二氯甲烷萃取(萃取3次，每次20ml)，无水硫酸钠干燥，旋转蒸发仪浓缩后，氮吹至干，转入比色管中定容到50ml，再稀释后置于四通石英样品池中进行荧光定量检测，结果见表1，表1为本发明实施例2中有机废气中多环芳烃的定量分析结果。

表1多环芳烃定量分析

比较嗜热降解菌在营养液b中添加鼠李糖脂前后对有机废气中菲、芴、蒽、荧蒽、芘等多环芳烃的去除率，参见图6，图6为本发明实施例2中svocs废气中多环芳烃的去除率；由图6可以看出：由于菲等五种物质是几乎不溶于水的多环芳烃，所以在清水喷淋液中气体的去除率最多只达到0.1％。图6数据表明：鼠李糖脂乳化液相较于其他喷淋液而言对低沸点多环芳烃的去除效果最好，尤其是对芴的去除率可达83.6％，菲和芘次之，蒽和荧蒽去除率最低，分别为43.2％和32.6％。由上述实验数据可知，生物表面活性剂鼠李糖脂进行喷淋吸收有机废气，有助于增加低沸点多环芳烃的溶解和传质。

参见图7，图7为本发明实施例2中嗜热菌对多环芳烃的降解率；在无机盐培养基(msm)中，菌液对菲的降解率为34.9％，对芴、蒽、荧蒽、芘的降解率分别为43.2％，27.9％，2.2％和41.3％。添加鼠李糖脂后，菌株对这几种物质的降解有显著的升高，尤其是对芴、蒽和芘的降解率分别上升了14.8％，16.2％以及14.3％。在液相中表面活性剂的增溶作用与功能菌的生物降解作用相耦合，在印染污泥干化废气风量250m³/h，流速1.2m/s，初始toc浓度为1400mg/m³基本条件下，采用本申请所述方法处理后，toc的去除率达到80％。

实施例3实验室通风橱有机废气的处理

某实验室通风橱有机废气为半挥发性有机废气(svocs)，废气风量10000m³/h，流速1.5m/s，toc浓度为850mg/m³。在实验楼顶进行有机废气处理，通风橱有机废气由集气罩密闭收集，经布袋除尘前处理后，采用图8所示生物喷淋塔进行svocs的吸收与生物降解，图8为本发明实施例3提供的生物喷淋塔处理有机废气流程示意图。生物喷淋塔有效高度4.5m，直径2m，风机功率3kw，填料高度为1100mm，喷淋吸收段采用生物表面活性剂(鼠李糖脂)乳化液喷淋增溶，可将半挥发性有机废气(svocs)中的低沸点多环芳烃充分转移到液相。

通过自动控温装置保持下部循环水箱温度，微生物降解作用的温度为37～45℃，并定期添加营养液。采用本申请所述工艺技术，铜绿假单胞菌(pseudomonasaeruginosa)接种量为1％，活性炭吸附固定嗜热降解菌接种量为2.5％，培养5d后系统稳定运行后开始进气，并打开循环泵。由于铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂乳化液密度比水低，生物表面活性剂乳化液分层后位于上层，可通过泵回流雾化作为svocs的喷淋液。

在循环喷淋液中生物表面活性剂乳化液的增溶作用下，可提高svocs中低沸点多环芳烃的溶解度，尽可能充分转移到液相。同时，控制生物滤塔的pp花球填料段的细胞循环液流量为1800l/h，填料层有利于增大气液接触面积。嗜热嗜温微生物细胞经活性炭固定化，将液相中的低沸点多环芳烃生物降解。该废气处理系统对通风橱有机废气中toc的去除率达到86％。

由以上实施例可知，本发明提供了一种半挥发性有机废气中多环芳烃的去除方法，包括以下步骤：将含多环芳烃的半挥发性有机废气经过预处理，得到预处理半挥发性有机废气；在35～55℃下，与含铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂的水相乳化液接触，吸收所述预处理半挥发性有机废气中的多环芳烃，得到含多环芳烃的乳化液；将含多环芳烃的萃取液采用嗜热嗜温菌降解，得到处理后的半挥发性有机废气。本发明利用铜绿假单胞菌产生的鼠李糖脂，对水溶性差的半挥发性有机废气(svocs)中的多环芳烃产生增溶作用，结合嗜热嗜温菌降解作用，使得半挥发性有机废气中多环芳烃的去除率较高。实验结果表明：经铜绿假单胞菌和嗜热嗜温菌的协同作用，96小时后有机废气中菲的去除率达到93.7％；总有机碳toc的去除率达到80％以上。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。