專利名稱：一種甲醛廢氣的氣液相組合生物凈化工藝技術(shù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種采用氣相和液相生物凈化法，處理甲醛的廢氣凈化方法，特別是處理低濃度甲醛廢氣(濃度＜100mg/m3)的氣液相組合生物凈化工藝技術(shù)方法。屬環(huán)保技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
甲醛廢氣污染是目前受到人們廣泛關(guān)注的環(huán)保問題之一。甲醛廢氣主要來自木材加工、化纖紡織、塑料、有機(jī)合成、合成橡膠、油漆涂料等生產(chǎn)過程，人們?nèi)粘８惺茏疃嗟氖悄静募庸?、人造膠合板及木制家具所散發(fā)的甲醛氣體污染。對于凈化處理高濃度甲醛廢氣，目前已有較成熟的化學(xué)吸收、吸附等處理和利用方法，但對于既無回收利用價值又嚴(yán)重危害人體健康和大氣環(huán)境的低濃度甲醛廢氣(濃度＜100mg/m3)，盡管國內(nèi)外目前已有光催化氧化法、吸附凈化法、臭氧氧化法、冷等離子凈化法、甲醛捕捉劑等凈化方法，但這些方法大多由于處理效果不穩(wěn)定、處理成本高、有二次污染等因素而不能大范圍推廣應(yīng)用，因此低濃度甲醛廢氣的凈化處理就成為了近年來國內(nèi)外大氣污染治理技術(shù)研究領(lǐng)域中的熱點(diǎn)課題和難題之一。
甲醛(HCHO)具有強(qiáng)烈刺激性氣味和較高毒性，易揮發(fā)，同時也具有較大的水溶性。甲醛對人和溫血動物的毒性很強(qiáng)，對人的致死量為142mg/kg。甲醛會刺激皮膚，易引起皮炎，并已被懷疑對人有致癌作用。如果人類長時間生存在被甲醛污染環(huán)境中，則會引起頭昏、貧血以及神經(jīng)系統(tǒng)疾病。一定濃度的甲醛能與微生物體內(nèi)的蛋白質(zhì)、DNA、RNA直接起反應(yīng)，導(dǎo)致微生物死亡或抑制其生物活性。近年來，甲醛廢氣污染問題已受到了人們的普遍重視，并開展了一些污染治理工作，國家也頒布了一系列相關(guān)的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)。例如，《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB16297-1996)規(guī)定，工業(yè)廢氣中甲醛的最高允許排放濃度為25mg/m3；《室內(nèi)空氣中甲醛的衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T16127-1995)規(guī)定甲醛最高容許濃度為0.08mg/m3。
生物法廢氣凈化技術(shù)作為一項廢氣處理新技術(shù)，以其經(jīng)濟(jì)、有效、污染物處理徹底、適合于處理低濃度工業(yè)廢氣等特點(diǎn)，越來越受到人們的廣泛重視，因此近年來其已逐步發(fā)展成為世界上工業(yè)廢氣凈化的一個前沿?zé)狳c(diǎn)研究領(lǐng)域。該技術(shù)方法的研究與應(yīng)用實(shí)踐表明，其在解決幾乎沒有回收利用價值、凈化處理難度大且費(fèi)用高、同時對人體健康與生態(tài)環(huán)境的危害又不容忽視的低濃度工業(yè)廢氣的凈化處理難題方面(在國內(nèi)外都是環(huán)保方面的難題之一)，具有特殊的功效。近十多年來，我國國內(nèi)已開展了一些生物法凈化低濃度VOC(揮發(fā)性有機(jī)物)、H2S、SO2、NOx廢氣等的研究與應(yīng)用工作，并取得了一些研究與工業(yè)應(yīng)用成果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，發(fā)明一個采用一個生物膜填料塔和一個或多個循環(huán)液體生物處理裝置的組合系統(tǒng)凈化廢氣中，則采用氣相和液相生物凈化法，處理甲醛的廢氣凈化新技術(shù)，特別是處理低濃度甲醛廢氣(濃度＜100mg/m3)的甲醛廢氣的氣液相組合生物凈化方法。
本發(fā)明的發(fā)明目的是以環(huán)保領(lǐng)域中廢氣、廢水處理常用的微生物菌種組群為基礎(chǔ)，同時采用專有廢氣凈化專用菌種氣相篩選培育裝置[實(shí)用新型專利，專利號ZL200320104770.8]與技術(shù)以及常規(guī)菌種液相篩選培育方法，通過篩選及培養(yǎng)馴化獲得在氣相和液相環(huán)境條件下均具有生物降解凈化甲醛性能的微生物菌種組群，并用這一菌種組群掛膜制作生物膜填料塔和接種馴化循環(huán)液體生物處理裝置中的活性污泥，使組合生物凈化裝置具備操作運(yùn)行時所需要的生物凈化性能。
本發(fā)明甲醛廢氣的氣液相組合生物凈化工藝技術(shù)方法技術(shù)方案是即將凈化處理氣相中甲醛的生物膜填料塔和處理液相中甲醛的活性污泥法處理裝置進(jìn)行集成組合，使進(jìn)入組合凈化系統(tǒng)中的廢氣中甲醛分子能夠經(jīng)歷氣相和液相雙重生物降解的凈化處理作用過程，從而達(dá)到對甲醛廢氣生物凈化的最佳效果。
操作這一組合系統(tǒng)凈化甲醛廢氣時，由生物膜填料塔實(shí)施對氣相中甲醛的生物凈化，并需要使用循環(huán)噴淋液潤濕塔內(nèi)填料表面的生物膜，以向生物膜提供其生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)或環(huán)境調(diào)節(jié)物質(zhì)；同時，由循環(huán)液體生物處理裝置(按活性污泥法曝氣處理方式運(yùn)行)實(shí)施對液相中甲醛的生物處理。生物膜填料塔采用氣液逆流方式操作，讓甲醛廢氣先從塔底進(jìn)入，在上升過程中與附著在固體填料表面的潤濕的生物膜吸附接觸，其中的一部分甲醛被生物膜中的微生物菌捕獲、生物降解凈化；另一部分甲醛則會溶解進(jìn)入自上而下流動的循環(huán)噴淋液中，凈化后的氣體從生物膜填料塔的塔頂排出，含有溶解甲醛的循環(huán)液從塔底流出后，再進(jìn)入循環(huán)液體生物處理裝置按活性污泥法曝氣處理方式運(yùn)行，進(jìn)行液相中甲醛的生物降解、凈化處理之后，循環(huán)液流入儲槽并由循環(huán)水泵打到塔頂向下噴淋到生物膜填料上，循環(huán)使用。
本工藝技術(shù)方法是以環(huán)保領(lǐng)域中廢氣、廢水處理常用的微生物菌種組群為基礎(chǔ)，同時采用專有廢氣凈化專用菌種氣相篩選培育裝置與技術(shù)以及常規(guī)菌種液相篩選培育方法，通過篩選及培養(yǎng)馴化獲得在氣相和液相環(huán)境條件下均具有生物降解凈化甲醛性能的微生物菌種組群，并用這一菌種組群掛膜制作生物膜填料塔和接種馴化循環(huán)液體生物處理裝置中的活性污泥，使組合生物凈化裝置具備操作運(yùn)行時所需要的生物凈化性能。
在循環(huán)噴淋過程中循環(huán)液體有蒸發(fā)損失和內(nèi)含組分的消耗，需要定期向循環(huán)液儲槽中添加補(bǔ)充水、碳磷營養(yǎng)成分。
本發(fā)明甲醛廢氣的氣液相組合生物凈化工藝技術(shù)方法可將一個凈化處理氣相中甲醛的生物膜填料塔與多個處理液相中甲醛的活性污泥法處理裝置進(jìn)行集成組合，以達(dá)到對廢氣中甲醛的最大程度的生化降解去除效果。
操作這一組合系統(tǒng)凈化甲醛廢氣時，由生物膜填料塔實(shí)施對氣相中甲醛的生物凈化，并需要使用循環(huán)噴淋液潤濕塔內(nèi)填料表面的生物膜，以向生物膜提供其生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)或環(huán)境調(diào)節(jié)物質(zhì)；同時，由循環(huán)液體生物處理裝置(按活性污泥法曝氣處理方式運(yùn)行)實(shí)施對液相中甲醛的生物處理。本發(fā)明即通過這一氣液相生物處理的集成組合技術(shù)來達(dá)到生物凈化廢氣中甲醛的目的。
本發(fā)明技術(shù)原理因甲醛氣體是易溶于水的有機(jī)氣體(其在水中的溶解度為4.0×105mg/L)，在應(yīng)用生物膜填料塔凈化甲醛氣體的過程中，會有一部分甲醛氣體(約入口量的1/4～1/3)溶于水而存在于循環(huán)液中，因此就需要增加循環(huán)噴淋液的處理裝置對液相中的甲醛進(jìn)行處理，以達(dá)到對廢氣中甲醛的真正意義上的生物凈化目的(而不是甲醛從氣相轉(zhuǎn)移到液相)?；谶@一情況，本發(fā)明嘗試采用生物膜填料塔凈化氣相中甲醛，同時添加循環(huán)液體生物處理裝置處理液相中甲醛的方法，探索研究甲醛廢氣的氣液相組合生物凈化新技術(shù)，在總結(jié)成功實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果的基礎(chǔ)上，形成了本發(fā)明新技術(shù)。
操作中，含有甲醛的廢氣(必要時作降溫等預(yù)處理)由風(fēng)機(jī)送入生物膜填料塔[實(shí)用新型專利，專利號ZL97211331.2]進(jìn)行凈化處理。生物膜填料塔采用氣液逆流方式操作。甲醛廢氣從塔底進(jìn)入，在上升過程中與附著在固體填料表面的潤濕的生物膜吸附接觸，其中的甲醛一部分被生物膜中的微生物菌捕獲、生物降解凈化；另一部分則會溶解進(jìn)入自上而下流動的循環(huán)噴淋液中。凈化后的氣體從生物膜填料塔的塔頂排出。含有溶解的甲醛的循環(huán)液從塔底流出后，進(jìn)入循環(huán)液體生物處理裝置(按活性污泥法曝氣處理方式運(yùn)行)進(jìn)行液相中甲醛的生物降解、凈化處理。之后，循環(huán)液流入儲槽并由循環(huán)水泵打到塔頂向下噴淋到生物膜填料上，循環(huán)使用。需要時，可在一個生物膜填料塔之后串聯(lián)若干個循環(huán)液體生物處理裝置，以達(dá)到對廢氣中甲醛的最大程度的生化降解去除效果。由于循環(huán)液體在循環(huán)噴淋過程中有蒸發(fā)損失和內(nèi)含組分的消耗，因此要定期向循環(huán)液儲槽中添加補(bǔ)充水、碳磷營養(yǎng)成分等。
本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)即是將凈化處理氣相中甲醛的生物膜填料塔和處理液相中甲醛的活性污泥法處理裝置進(jìn)行集成組合，使進(jìn)入組合凈化系統(tǒng)中的廢氣中甲醛分子能夠經(jīng)歷氣相和液相雙重生物降解的凈化處理作用過程，以達(dá)到對甲醛廢氣生物凈化的最佳效果。
本發(fā)明甲醛廢氣的氣液相組合生物凈化方法是一種優(yōu)化集成氣相和液相生物凈化法的優(yōu)勢及特性，且具有集成組合全新概念的凈化廢氣中甲醛的新型工藝技術(shù)，具有對廢氣中低濃度甲醛生物凈化效率高、甲醛生化降解去除較完全、操作簡單方便、裝置運(yùn)行穩(wěn)定性好、處理成本低、無甲醛二次污染等優(yōu)點(diǎn)。


下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明工藝過程進(jìn)行詳細(xì)說明，但保護(hù)范圍不限于實(shí)施例。
圖1為本發(fā)明一個生物膜填料塔和一個循環(huán)液體生物處理裝置的組合系統(tǒng)工藝過程示意圖。
圖中1-預(yù)處理器(必要時使用)；2-引風(fēng)機(jī)；3-生物膜填料塔；4-循環(huán)液生物處理裝置(活性污泥法，含曝氣器)；5-循環(huán)液儲槽及泵。
圖2為安裝循環(huán)液處理裝置前后甲醛入口濃度對凈化效率的影響比較[操作氣量Q＝0.2m3/h，液量L＝20L/h]的實(shí)驗(yàn)曲線。
圖3為安裝循環(huán)液處理裝置前后甲醛入口濃度對生化去除量影響比較[操作氣量Q＝0.2m3/h，液量L＝20L/h]的實(shí)驗(yàn)曲線。
圖4為安裝循環(huán)液處理裝置前后氣體流量對凈化效率的影響比較[甲醛入口氣濃C＝10～25mg/m3，液量L＝20L/h]的實(shí)驗(yàn)曲線。
圖5安裝循環(huán)液處理裝置前后氣體流量對生化去除量的影響比較[甲醛入口氣濃C＝10～25mg/m3，液量L＝20L/h]中的實(shí)驗(yàn)曲線。
具體實(shí)施例方式實(shí)施例1采用本發(fā)明氣液相組合生物凈化技術(shù)對甲醛廢氣進(jìn)行凈化處理對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置流程如圖1所示，其中生物膜填料塔是塔徑為100mm的小型玻璃生物膜填料塔，填料塔內(nèi)分兩段裝填直徑為2.5cm的類球形陶粒，填料體積3.18L×2。生物膜填料塔由經(jīng)事先篩選培養(yǎng)獲得的甲醛凈化菌種組群掛膜制作。增加安裝的循環(huán)液體生物處理裝置由直徑95mm、長1200mm的玻璃管制作，內(nèi)置含有甲醛凈化菌群的活性污泥液3.5L，由小風(fēng)機(jī)送入曝氣氣體流量為0.01m3/h。系統(tǒng)中的微生物菌種組群主要由惡臭假單胞菌P.putida，類產(chǎn)堿假單胞菌P.pseudoalcaligens，綠膿假單胞菌P.aeruginosa，梭形芽胞桿菌B.fusiformis等構(gòu)成。
實(shí)驗(yàn)操作在常溫常壓條件下進(jìn)行，生物膜填料塔操作氣體流量為0.2m3/h，廢氣中甲醛濃度為5～90mg/m3。循環(huán)噴淋液流量為20L/h。氣相、液相甲醛樣品均采用乙酰丙酮分光光度法進(jìn)行檢測分析測定。實(shí)驗(yàn)中分別按在生物膜填料塔廢氣凈化系統(tǒng)中增加安裝與不安裝循環(huán)液體生物處理裝置兩種方法操作，兩次獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2、圖3所示。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在不同的甲醛入口濃度條件下操作時，本發(fā)明增加安裝循環(huán)液生物處理裝置的氣液相組合生物凈化技術(shù)裝置系統(tǒng)對甲醛廢氣的凈化效果明顯優(yōu)于沒有安裝循環(huán)液生物處理裝置的單純生物膜填料塔凈化系統(tǒng)的凈化效果。
實(shí)施例2采用本發(fā)明氣液相組合生物凈化技術(shù)對甲醛廢氣進(jìn)行凈化處理對比實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)裝置流程如圖1所示，其中生物膜填料塔是塔徑為100mm的小型玻璃生物膜填料塔，填料塔內(nèi)分兩段裝填直徑為2.5cm的類球形陶粒，填料體積3.18L×2。生物膜填料塔由經(jīng)事先篩選培養(yǎng)獲得的甲醛凈化菌種組群掛膜制作。增加安裝的循環(huán)液體生物處理裝置由直徑95mm、長1200mm的玻璃管制作，內(nèi)置含有甲醛凈化菌群的活性污泥液3.5L，由小風(fēng)機(jī)送入曝氣氣體流量為0.01m3/h。系統(tǒng)中的微生物菌種組群主要由惡臭假單胞菌P.putida，激素假單胞菌P.testosterone，強(qiáng)奪甲基桿菌M.extorquens，熒光假單胞菌P.fluorescens等構(gòu)成。
實(shí)驗(yàn)操作在常溫常壓條件下進(jìn)行，生物膜填料塔操作氣體流量為0.2～0.6m3/h，廢氣中甲醛濃度為10～25mg/m3。循環(huán)噴淋液流量為20L/h。氣相、液相甲醛樣品均采用乙酰丙酮分光光度法進(jìn)行檢測分析測定。實(shí)驗(yàn)中分別按在生物膜填料塔廢氣凈化系統(tǒng)中增加安裝與不安裝循環(huán)液體生物處理裝置兩種方法操作，兩次獨(dú)立的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖4、圖5所示。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在不同的氣體流量條件下操作時，本發(fā)明增加安裝循環(huán)液生物處理裝置的氣液相組合生物凈化技術(shù)裝置系統(tǒng)對甲醛廢氣的凈化效果明顯優(yōu)于沒有安裝循環(huán)液生物處理裝置的單純生物膜填料塔凈化系統(tǒng)的凈化效果。
權(quán)利要求
1.一種甲醛廢氣的氣液相組合生物凈化工藝技術(shù)方法，其特征在于即將凈化處理氣相中甲醛的生物膜填料塔和處理液相中甲醛的活性污泥法處理裝置進(jìn)行集成組合，使進(jìn)入組合凈化系統(tǒng)中的廢氣中甲醛分子能夠經(jīng)歷氣相和液相雙重生物降解的凈化處理作用過程，從而達(dá)到對甲醛廢氣生物凈化的最佳效果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的甲醛廢氣的氣液相組合生物凈化工藝技術(shù)方法，其特征在于操作這一組合系統(tǒng)凈化甲醛廢氣時，由生物膜填料塔實(shí)施對氣相中甲醛的生物凈化，并需要使用循環(huán)噴淋液潤濕塔內(nèi)填料表面的生物膜，以向生物膜提供其生長所需要的營養(yǎng)物質(zhì)或環(huán)境調(diào)節(jié)物質(zhì)；同時，由循環(huán)液體生物處理裝置(按活性污泥法曝氣處理方式運(yùn)行)實(shí)施對液相中甲醛的生物處理。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的甲醛廢氣的氣液相組合生物凈化工藝技術(shù)方法，其特征在于生物膜填料塔采用氣液逆流方式操作，讓甲醛廢氣先從塔底進(jìn)入，在上升過程中與附著在固體填料表面的潤濕的生物膜吸附接觸，其中的一部分甲醛被生物膜中的微生物菌捕獲、生物降解凈化；另一部分甲醛則會溶解進(jìn)入自上而下流動的循環(huán)噴淋液中，凈化后的氣體從生物膜填料塔的塔頂排出，含有溶解甲醛的循環(huán)液從塔底流出后，再進(jìn)入循環(huán)液體生物處理裝置按活性污泥法曝氣處理方式運(yùn)行，進(jìn)行液相中甲醛的生物降解、凈化處理之后，循環(huán)液流入儲槽并由循環(huán)水泵打到塔頂向下噴淋到生物膜填料上，循環(huán)使用。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的甲醛廢氣的氣液相組合生物凈化工藝技術(shù)方法，其特征在于本工藝技術(shù)方法是以環(huán)保領(lǐng)域中廢氣、廢水處理常用的微生物菌種組群為基礎(chǔ)，同時采用專有廢氣凈化專用菌種氣相篩選培育裝置與技術(shù)以及常規(guī)菌種液相篩選培育方法，通過篩選及培養(yǎng)馴化獲得在氣相和液相環(huán)境條件下均具有生物降解凈化甲醛性能的微生物菌種組群，并用這一菌種組群掛膜制作生物膜填料塔和接種馴化循環(huán)液體生物處理裝置中的活性污泥，使組合生物凈化裝置具備操作運(yùn)行時所需要的生物凈化性能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的甲醛廢氣的氣液相組合生物凈化工藝技術(shù)方法，其特征是在循環(huán)噴淋過程中循環(huán)液體有蒸發(fā)損失和內(nèi)含組分的消耗，需要定期向循環(huán)液儲槽中添加補(bǔ)充水、碳磷營養(yǎng)成分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的甲醛廢氣的氣液相組合生物凈化工藝技術(shù)方法，其特征在于可將一個凈化處理氣相中甲醛的生物膜填料塔與多個處理液相中甲醛的活性污泥法處理裝置進(jìn)行集成組合，以達(dá)到對廢氣中甲醛的最大程度的生化降解去除效果。
全文摘要
本發(fā)明工藝技術(shù)方法是一種甲醛廢氣的氣液相組合生物凈化工藝技術(shù)方法，即將凈化處理氣相中甲醛的生物膜填料塔和處理液相中甲醛的活性污泥法處理裝置進(jìn)行集成組合，分別由一個生物膜填料塔實(shí)施對氣相中甲醛的生物凈化、由一個或多個循環(huán)液體生物處理裝置(按活性污泥法曝氣處理方式運(yùn)行)實(shí)施對液相中甲醛的生物處理，使進(jìn)入組合凈化系統(tǒng)中的廢氣中甲醛分子能夠經(jīng)歷氣相和液相雙重生物降解的凈化處理作用過程，從而達(dá)到對甲醛廢氣生物凈化的最佳效果。其是一種具有集成組合新概念的凈化甲醛廢氣的新型工藝技術(shù)方法。本發(fā)明使用的氣液相組合生物凈化新技術(shù)系統(tǒng)具有對廢氣中低濃度甲醛生物凈化效率高、甲醛生化降解去除較完全、操作簡單方便、裝置運(yùn)行穩(wěn)定性好、處理成本低、無甲醛二次污染等優(yōu)點(diǎn)。
文檔編號B01D53/72GK1973968SQ20061004883
公開日2007年6月6日 申請日期2006年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2006年11月21日
發(fā)明者孫珮石, 黃若華, 鄭順生, 鄧輔唐, 王潔 申請人:云南大學(xué)