專利名稱：生物能源氣中硅氧烷的生物脫除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境保護技術(shù)領(lǐng)域，特別是生物能源氣中硅氧烷的生物脫除方法。
背景技術(shù)：
聚硅氧烷是一類在工業(yè)品和日用品的生產(chǎn)上廣泛應(yīng)用的有機硅的統(tǒng)稱。聚硅氧烷水解后生成低分子量的可揮發(fā)的甲基硅氧烷，這些揮發(fā)性的硅氧烷會從污水處理和固體廢物處理過程中揮發(fā)到出來。目前，污水處理廠的活性污泥和固體廢物都用來生產(chǎn)生物能源氣，而揮發(fā)性硅氧烷將不可避免的會被帶到生物能源氣中。硅氧烷的存在嚴重影響了生物能源氣的使用，在燃燒后會在內(nèi)燃機燃燒室內(nèi)形成一層二氧化硅膜，嚴重影響了內(nèi)燃機的熱效率，限制了生物能源氣的使用。必須采取有效的方法在生物能源氣進入內(nèi)燃機前把硅氧燒除去。目前除去硅氧烷的主要方法有吸附、吸收、深冷捕集和生物脫除法。吸附有固定床吸附和流化床吸附兩種方式，吸附劑多為活性炭含有少量的娃膠。Siloxa Engineering公司和Applied Filter Technology公司均開發(fā)出了采用活性炭吸附生物能源氣中娃氧燒的技術(shù)，但是其效果并不明顯，處理后生物能源氣中硅氧烷的含量低于0.lmgSi/m3,減少了內(nèi)燃機燃燒室內(nèi)二氧化硅的形成，但成本高，終濃度不能滿足目前內(nèi)燃機對生物能源氣的要求。Rossol等2003年報道了一種脫除硅氧烷的方法，采用兩步變溫，活性炭吸附技術(shù)，先把生物能源氣降低到5°C對其進行干燥，除去大部分水分和一些揮發(fā)性物質(zhì)，然后再加熱到15°C或者50°C，然后再用活性炭吸附。這種方法用于處理流速750m3/h，硅氧烷含量20mg/m3的生物能源氣，幾乎全部除去其中的硅氧烷，但是這種方法活性炭消耗量大，解吸過程能耗高,成本較高。硅氧烷的吸收技術(shù)主要應(yīng)用物理和化學吸附劑對其進行吸附，其中多數(shù)使用化學吸附劑，主要是強酸強堿類吸附劑。Niessner等2001年報道了用大于65%的硝酸或大于48%的硫酸吸附硅氧烷的研究，吸收率高于95%，但是溫度要在60°C以上，如不控制溫度，吸收率低于30%。物理吸附劑主要是水、有機溶劑和礦物油，文獻報道物理吸附均不成功。Schweigkofler等2001年報道在大約5°C深冷捕集時，能脫除娃氧燒12-18%,在_55°C至_70°C出口硅氧烷濃度能達到lmg/m3.VDI2006年報道當生物能源氣中硅氧烷含量在50mgSi/m3時，冷卻到_40°C去除率達到50%，冷卻到_50°C時去除率達到70%，當再降低溫度時，沒有明顯的去除效果。Rossol等報道，在溫度-30°C時，當進口氣流量1700m3/h，硅氧烷濃度7-15mgSi/m3時，去除率能到達80_90%。由于需要高的投資和操作成本，此項技術(shù)被認為只有在高流速情況下才能被采用，而生物能源氣的生產(chǎn)不會達到高流速。生物法脫除硅氧烷的技術(shù)研究較晚，Deshusses等2008年報道用生物滴慮塔脫除能源氣中的硅氧烷，好氧操作，當進口濃度為45mg/m3時，脫除率為43%，但是其空塔停留時間為19.5min，厭氧操作，脫除率15%，停留時間4min。這種方法脫除率低，空塔停留時間長，處理量小，在工業(yè)上將導致處理設(shè)備的大型化，此技術(shù)只處于研究階段，離工業(yè)化應(yīng)用還很遙遠，而且他所采用的菌為活性污泥馴化后的混合菌種，不便于在其它地方重現(xiàn)。國際上脫除硅氧烷的專利有約20多種，均沒有實現(xiàn)很好的工業(yè)應(yīng)用，即使已經(jīng)在工業(yè)應(yīng)用的，也存在操作成本高的問題。國內(nèi)目前還未發(fā)現(xiàn)有脫除硅氧烷的研究報道和專利。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明主要是采用生物法解決生物能源氣中硅氧烷的脫除的問題。目前報道的生物法脫除硅氧烷的方法均存在脫除效率低，處理量小的缺點，根本不能滿足工業(yè)化的要求。本發(fā)明建立了一種生物降解脫除硅氧烷的方法，該方法能使硅氧烷脫除效率提高到50%以上，氣體停留時間縮短到15-40s，工業(yè)應(yīng)用時設(shè)備體積小，占地面積小，基本能實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用，而且采用的是純種菌株，利于在其它地方重現(xiàn)本發(fā)明。本發(fā)明的技術(shù)方案如下:生物能源氣中硅氧烷的生物脫除方法，其步驟如下:I)把假單胞菌H4從保藏斜面上轉(zhuǎn)接入LB培養(yǎng)基中，30°C震蕩培養(yǎng)12-16 h，制備成種子液；把種子液以10%的接種量接種到含硅氧烷0.1-0.5%的LB培養(yǎng)基中，震蕩培養(yǎng)18-24h ；2)把步驟I)的培養(yǎng)基與生物滴濾塔用的培養(yǎng)基以10:1的比例混合，然后浸泡塔一天；之后采用l-10L/h的流 速循環(huán)浸泡液，讓假單胞菌在陶粒上均勻生長，循環(huán)培養(yǎng)一周后，掛I吳完成；3)掛膜完成后，向生物滴濾塔中通入含有娃氧燒氣體，流速l_10m3/h ;培養(yǎng)液循環(huán)，每隔一周培養(yǎng)液更換三分之一，以補充新鮮的培養(yǎng)基；塔溫30°C。所述的生物滴濾塔:生物滴濾塔采用高1500mm，直徑37.5mm的管式塔，填料采用直徑3mm的生物陶粒，陶粒內(nèi)部孔相通。本發(fā)明提供一種硅氧烷的脫除方法，對能源氣中的硅氧烷的脫除效果明顯，基本可以滿足工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用。采用假單胞菌H4在生物滴濾塔內(nèi)掛膜，掛膜周期為一周；然后通入含有硅氧烷的模擬氣體，通氣馴化一周后，脫除率達到50%以上。把培養(yǎng)好的假單胞菌H4與生物滴濾塔用的培養(yǎng)基(lg T1KH2PC^lg L_SK2HP04, Ig L_1KN03, Ig L-1NaCl, 0.2g L-1MgSCM, 0.026g L-1CaCl2.2H20, 2mL L-1 的微量元素溶液(H3BO30.232g ΙΛ ZnSO4.7Η200.174g L-1, FeSO4(NH4)2SO4.6Η200.116g ΛCoSO4.7Η200.096g L-1，(NH4)6Mo7O24.4Η200.022g Γ1，CuSO4.5H208mg L-1, MnSO4.4H208mgΓ1)參考文獻 Clean Techn Environ Policy (2008) 10:211 - 218)以 10:1 的比例混合，然后浸泡塔一天；之后采用l-10L/h的流速循環(huán)浸泡液，讓假單胞菌在陶粒上均勻生長，循環(huán)培養(yǎng)一周后，掛膜成功。通氣:掛膜成功后，向生物滴濾塔中通入模擬氣體，模擬氣體中含有娃氧燒10-100mg/m3,流速l_10m3/h;在通入模擬氣體一周后，認為生物滴濾塔運行平穩(wěn)，開始檢測其出口硅氧烷的濃度，通氣運行過程中，培養(yǎng)液一直在循環(huán)，每隔一周培養(yǎng)液更換三分之一，以補充新鮮的培養(yǎng)基。運行一周后，檢測出口氣體中硅氧烷的濃度，計算脫除率達到50-55%，處理量達到10m3/h。本發(fā)明采用生物滴濾塔技術(shù)，利用高效純菌種掛膜，實現(xiàn)了硅氧烷的脫除，脫除率達到50-55%，與現(xiàn)有報道相比，硅氧烷的脫除效果提高了很多，而且由于采用純菌種，該發(fā)明所涉及的硅氧烷的脫除方法可以很方便的在任何地方重現(xiàn)。
具體實施例方式所述的生物滴濾塔:生物滴濾塔采用高1500mm，直徑37.5mm的管式塔，填料采用直徑3mm的生物陶粒，陶粒內(nèi)部孔相通。保持塔溫30°C，氣體進氣流速l_10m3/h，硅氧烷濃度 10-100mg/m3，循環(huán)液流量 l_3L/h。滴濾塔用的培養(yǎng)基使用參考文獻Clean Techn EnvironPolicy(2008) 10:211 - 218):lg L-1KH2POllg L-1, K2HP04, Ig L-1KNOS, Ig IZ1NaCl, 0.2gL_1MgS04, 0.026g L^1CaCl2.2H20, 2mL Γ1 的微量元素溶液(H3BO30.232g ΛZnSO4.7Η200.174g I/1，F(xiàn)eSO4(NH4)2SO4.6Η200.116g I/1，CoSO4.7Η200.096g I/1，(NH4)6Mo7O24.4Η200.022g L' CuSO4.5H208mg L-1, MnSO4.4H208mg Γ1)。實施例1:·把假單胞菌H4 (天津科技大學微生物菌種保藏管理中心保存，編號TCCC10026)從保藏斜面上轉(zhuǎn)接入LB培養(yǎng)基中，30°C震蕩培養(yǎng)12-16 h，制備成種子液；把種子液以10%的接種量接種到含硅氧烷0.1-0.5%的LB培養(yǎng)基中，震蕩培養(yǎng)24-18h.
把得到的假單胞菌H4的培養(yǎng)液按照10:1的比例與滴濾塔培養(yǎng)基混合，混合液用來浸泡塔。浸泡一天后，循環(huán)培養(yǎng)液，循環(huán)一周后，掛膜成功，期間更換培養(yǎng)液兩次。向掛膜成功后的滴濾塔內(nèi)通入含有娃氧燒的模擬氣，模擬氣體中含有娃氧燒25mg/m3,流速10m3/h;循環(huán)液流量2.5L/h，在通入模擬氣體一周后，檢測出口氣體中硅氧烷的濃度，計算脫除率達到54.2%。實施例2:把假單胞菌H4從保藏斜面上轉(zhuǎn)接入LB培養(yǎng)基中，30°C震蕩培養(yǎng)12_16 h，制備成種子液；把種子液以10%的接種量接種到含硅氧烷0.1-0.5%的LB培養(yǎng)基中，震蕩培養(yǎng)24-18h.
把得到的假單胞菌H4的培養(yǎng)液按照5:1的比例與滴濾塔培養(yǎng)基混合，混合液用來浸泡塔。浸泡一天后，循環(huán)培養(yǎng)液，循環(huán)4天后，掛膜成功，期間更換培養(yǎng)液兩次。向掛膜成功后的滴濾塔內(nèi)通入含有娃氧燒的模擬氣，模擬氣體中含有娃氧燒60mg/m3,流速8m3/h;循環(huán)液流量3L/h,在通入模擬氣體一周后,檢測出口氣體中娃氧燒的濃度，計算脫除率達到54.9%。實施例3:利用實施例1的方法掛膜成功后，向滴濾塔中通入含娃氧燒的模擬氣體，模擬氣體中含有硅氧烷50mg/m3，流速5m3/h;循環(huán)液流量2L/h，在通入模擬氣體一周后，檢測出口氣體中硅氧烷的濃度，計算脫除率達到52.4%。實施例4:利用實施例1的方法掛膜成功后，向滴濾塔中通入含娃氧燒的模擬氣體，模擬氣體中含有硅氧烷100mg/m3，流速3m3/h，循環(huán)液流量1.5L/h;在通入模擬氣體一周后，檢測出口氣體中硅氧烷的濃度，計算脫除率達到50.8%。實施例5:利用實施例1的方法掛膜成功后，向滴濾塔中通入含硅氧烷的模擬氣體，模擬氣體中含有硅氧烷100mg/m3，流速lm3/h，循環(huán)液流量2L/h;在通入模擬氣體一周后，檢測出口氣體中硅氧烷的濃度，計算脫除率達到50.4%。實施例6:利用實施例1的方法掛膜成功后，向滴濾塔中通入含娃氧燒的模擬氣體，模擬氣體中含有硅氧烷100mg/m3，流速10m3/h，循環(huán)液流量3L/h;在通入模擬氣體一周后，檢測出口氣體中硅氧烷的濃度，計算脫除率達到51.3%。實施例7:利用實施例1的方法掛膜成功后，向滴濾塔中通入含硅氧烷的模擬氣體，模擬氣體中含有硅氧烷10mg/m3，流速lm3/h，循環(huán)液流量lL/h;在通入模擬氣體一周后，檢測出口氣體中硅氧烷的濃度，計算脫除率達到55.0%。
權(quán)利要求
1.物能源氣中硅氧烷的生物脫除方法，其特征是步驟如下: O把假單胞菌H4從保藏斜面上轉(zhuǎn)接入LB培養(yǎng)基中，30°C震蕩培養(yǎng)12-16 h，制備成種子液；把種子液以10%的接種量接種到含硅氧烷0.1-0.5%的LB培養(yǎng)基中，震蕩培養(yǎng)18-24h ； 2)把步驟I)培養(yǎng)后的培養(yǎng)基與生物滴濾塔用的培養(yǎng)基以10:1的比例混合，然后浸泡塔一天；之后采用l-10L/h的流速循環(huán)浸泡液，讓假單胞菌在陶粒上均勻生長，循環(huán)培養(yǎng)一周后，掛I吳完成； 3)掛膜完成后，向生物滴濾塔中通入含有硅氧烷氣體，流速l_10m3/h;培養(yǎng)液循環(huán)，每隔一周培養(yǎng)液更換三分之一，以補充新鮮的培養(yǎng)基；塔溫30°C。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征是所述的生物滴濾塔:生物滴濾塔采用高1500mm，直徑37.5mm的管式塔，填料采用直徑3mm的生物陶粒，陶粒內(nèi)部孔相通。
全文摘要
本發(fā)明涉及生物能源氣中硅氧烷的生物脫除方法，把假單胞菌H4從保藏斜面上轉(zhuǎn)接入LB培養(yǎng)基中，30℃震蕩培養(yǎng)，制備成種子液；把種子液以10%的接種量接種到含硅氧烷0.1-0.5%的LB培養(yǎng)基中，震蕩培養(yǎng)18-24h；把培養(yǎng)基與生物滴濾塔用的培養(yǎng)基以10:1的比例混合，然后浸泡塔一天；之后采用1-10L/h的流速循環(huán)浸泡液，讓假單胞菌在陶粒上均勻生長，循環(huán)培養(yǎng)一周后，掛膜完成；向生物滴濾塔中通入含有硅氧烷氣體,流速1-10m3/h；培養(yǎng)液循環(huán)，每隔一周培養(yǎng)液更換三分之一，以補充新鮮的培養(yǎng)基；該方法能使硅氧烷脫除效率提高到50%以上，工業(yè)應(yīng)用時設(shè)備體積小，占地面積小，基本能實現(xiàn)工業(yè)化應(yīng)用。
文檔編號B01D53/72GK103084060SQ20131002126
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月21日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月21日
發(fā)明者張衛(wèi)江, 張朝正, 徐姣, 曲萌, 李云輝 申請人:天津大學