一种工业废气净化用生物膜填料塔的生物膜修补方法

摘要

本发明涉及一种工业废气净化用生物膜填料塔的生物膜修补方法，属于生物法废气净化技术领域。将废气净化用生物膜填料塔系统中液体循环槽内的液体全部排出并清洗干净，然后直接将废气净化菌种液按照一定数量加入到该液体循环槽中，再向液体循环槽中加入适量的自来水，然后开动喷淋液体循环水泵，将液体循环槽内该含有新鲜菌种的液体输入生物膜填料塔内，再连续运行生物膜填料塔，使生物膜填料塔对工业废气的净化效率恢复到正常水平值，即完成对填料塔生物膜的修补。本发明解决了生物膜填料塔生物膜修补问题，具有修补效果好，实用形强，适宜工业化推广使用的优点。

说明书

技术领域：本发明涉及一种工业废气净化用生物膜填料塔的生物膜修补方法，属于生物法废气净化技术领域。

背景技术：生物法净化低浓度工业废气是一种工业废气净化的新方法，广泛的研究与应用仅有约20～30年的历史。由于生物净化反应器涉及到气、液/固相传质、菌种性能、生物膜内扩散以及生物化学降解等过程，影响因素多而复杂，人们虽然已对其基础理论和实际应用进行了许多研究，但还不够深入、广泛，目前仍有许多问题，尤其是大规模工业化应用中的相关问题，还需要进一步的研究解决和不断完善。

在以往国内外的生物法废气净化技术及装置的研究与工业应用中，由于所处理废气的成分、条件变化等原因，常会出现其中核心设备——生物膜填料塔(即人们常说的生物滴滤池或生物滴滤塔)中生物膜的脱落或老化失效等现象，严重影响了生物法废气净化装置处理效果的正常发挥。因此，随着生物法废气净化技术及装置大范围工业应用的展开，生物膜填料塔中生物膜的及时修补技术方法，已经成了一个必须要尽快加以解决的问题。目前，国内外尚无生物膜填料塔生物膜修补技术的报道。

发明内容：本发明的目的在于解决现有技术之不足，以低浓度工业废气中常见的难溶(或不溶)于水的挥发性有机物VOC(如甲苯)、硫化物(如硫化氢、二硫化碳)、NOx、SO₂等污染物的生物净化专用菌种及生物净化过程机理为基础，提供一种生物膜填料塔的生物膜的修补方法。

本发明的技术方案是：首先将工业废气净化用生物膜填料塔系统中喷淋液体循环槽内的液体全部排出并清洗干净，然后直接将事先批量繁育并运送到现场的工业废气净化菌种液按照一定数量加入到该液体循环槽中，再向液体循环槽中加入自来水，使液体总量达到该液体循环槽正常运行所需的液体总量，然后开动喷淋液体循环水泵，将液体循环槽内该含有新鲜菌种的液体输入生物膜填料塔内，并按正常工作时的操作，连续运行生物膜填料塔，使生物膜填料塔对工业废气的净化效率逐步恢复到正常水平值，即完成对填料塔生物膜的修补(即：通过生物膜填料塔的液体循环系统来进行生物膜修补操作)。在对净化处理工业废气的生物膜填料塔的生物膜修补操作期间，还可对生物膜填料塔进行正常的工业废气处理运行，使废气中的污染物(如有机物、硫化物、含氮化合物等)为微生物菌种的生长提供主要营养基质(如碳源、硫源、氮源等)。

向液体循环槽中加入的工业废气净化菌种液的数量为液体循环槽正常运行所需的液体总量的1/6～1/4，加入量根据生物膜填料塔循环液系统的实际大小及需要具体控制。在对净化处理甲苯废气的生物膜填料塔的生物膜修补操作期间，可对生物膜填料塔进行正常的甲苯废气处理运行，使废气中的甲苯等有机污染物为微生物菌种的生长提供碳源基质。同时，每天一次分别按循环液体总量的0.01％～0.05％比例向液体循环槽中加入碳、氮、磷营养液和液态目标污染物，以便为塔内微生物菌种提供良好的生长条件。在生物膜修补操作期间，需每天对生物膜填料塔的废气净化效率进行检测分析1～3次(根据生物膜填料塔实际运行状况确定)，当连续2～3天的检测分析结果均表明该生物膜填料塔对工业废气的净化效率已恢复到正常水平值时(生物膜填料塔运行平稳、正常时)，本次生物膜修补操作即可结束。

生物膜填料塔净化效率的检测分析设备可使用常规环境监测仪器设备(如：气相色谱仪、液相色谱仪、分光光度计等)，检测分析相应气态污染物的进、出口浓度值，而后计算出净化效率值。

批量繁育的工业废气净化菌种的工艺步骤为：

第一步，针对目标污染物甲苯配制选择培养基，也即配制不含构成目标污染物主体元素(如：碳或硫源)，但含有微生物菌种生长所需要的其它基质成分(如氮磷等)的选择性培养基。并按常规微生物学实验方法及需要修补的生物膜填料塔系统中喷淋液体循环槽总液量(如20L)的1/5的体积，配制成一定数量的选择性培养基溶液(如4L)。

第二步，按常规微生物学实验方法，将事先培养获得的工业废气(有机物VOC、硫化物、NOx、SO₂等)净化专用基础菌种(获得方法及装置见ZL200310121012.1及ZL200320104770.8专利申请)，分别接种到多个装有上述选择性培养基溶液的锥形瓶中(使用常规微生物学实验的菌种接种器具即可，如接种环、无菌工作台、接种液锥形瓶、酒精灯等；锥形瓶数量根据实际需要培养菌种数量确定，可用250mL的锥形瓶13～25瓶，每瓶内装约200mL的培养基溶液，共计约2500～5000mL)，再按目标污染物液∶培养基溶液＝1∶50～1∶150的体积比向培养瓶中培养基溶液加入液态的目标污染物(如甲苯液、硫化物溶液、亚硫酸盐溶液等)，然后将这些培养瓶放入常规微生物学实验恒温摇床培育器中，在25～37℃条件下进行菌种批量繁育培养20～26小时，使培养基溶液中的菌种浓度达到1.3×10⁸～3.5×10⁹个活菌体/mL，由此获得一定数量的甲苯废气净化专用基础菌种的批量繁育菌种液产品。

附图说明：

图1为本发明工艺流程图；

图2为本发明甲苯废气净化生物膜修补实施例中，生物膜修补操作期间的生物膜填料塔的甲苯废气净化效率的变化情况；

图3为本发明甲苯废气净化生物膜修补实施例中，生物膜修补操作期间的生物膜填料塔的SO₂废气净化效率的变化情况。

具体实施方式：下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

例1：以甲苯废气净化用生物膜填料塔的生物膜修补操作为例。某再生胶生产企业的再生胶脱硫工业废气中的目标污染物是甲苯(VOC)，因胶粉脱硫工序使用的煤焦油的改变，使该废气净化工程装置中的生物膜填料塔系统的甲苯净化效率从98％下降到了82％，已不能满足废气达标排放的要求，因此急需对生物膜填料塔中的生物膜进行修补，其生物膜的修补方法及应用效果说明如下：

首先将甲苯废气净化用生物膜填料塔系统中喷淋液体循环槽内的液体全部排出并清洗干净，然后直接将事先批量繁育并运送到现场的40L甲苯废气净化用菌种液加入到该液体循环槽中(向液体循环槽中加入的甲苯废气净化用菌种液的数量为液体循环槽的1/5)，再向液体循环槽中加入自来水，使液体总量达到该液体循环槽正常运行所需的液体总量(200L)，然后开动喷淋液体循环水泵，将液体循环槽内该含有新鲜菌种的液体输入生物膜填料塔内，并按正常工作时的操作，连续运行生物膜填料塔，使生物膜填料塔对工业废气的净化效率逐步恢复到正常水平值，即完成对填料塔生物膜的修补。

生物膜修补操作期间，生物膜填料塔进行正常的甲苯废气处理运行，废气中的甲苯等有机污染物可被微生物捕获、降解并为其的生长提供碳源基质。同时，每天一次分别按循环液体总量的0.01％和0.05％的比例向液体循环槽中加入氮磷营养液和液态甲苯液，以便为塔内微生物菌种提供良好的生长条件。在生物膜修补操作期间，每天用气相色谱仪对生物膜填料塔的甲苯废气净化效率进行检测分析3次，并得知生物膜填料塔对甲苯废气的净化效率在逐步升高，当修补操作到第20天、21天和22天时，连续3天的检测分析结果均表明该生物膜填料塔对甲苯废气的净化效率已恢复到正常水平值(该生物膜填料塔对甲苯废气的净化效率已达到98.5％～99.1％)，即本次生物膜修补操作已告结束，生物膜填料塔系统即进入正常运行状态。该生物膜修补操作期间的生物膜填料塔的甲苯废气净化效率的变化情况如图2所示。

批量繁育的废气净化菌种的工艺步骤为：

第一步，针对目标污染物甲苯配制选择培养基，也即配制不含碳源，但含有微生物菌种生长所需要的其它基质成分(如氮磷等)的选择性培养基。并按常规微生物学实验方法及需要修补的生物膜填料塔系统中喷淋液体循环槽总液量(如200L)的1/5的体积，配制成一定数量的选择性培养基溶液(如40L)。

第二步，按常规微生物学实验方法，将由前期工作获得的甲苯废气净化专用基础菌种(获得方法及装置见ZL200310121012.1及ZL200320104770.8专利申请)，分别接种到一定数量的装有上述选择性培养基溶液的锥形瓶中(1000mL的锥形瓶50个，每瓶内装约800mL的培养基溶液，共计40000mL)，同时在各瓶中分别加入8mL液态的甲苯液态的目标污染物甲苯(甲苯液∶培养基溶液＝2mL∶200mL)，然后将这些锥形瓶放入2台常规微生物学实验常用的恒温摇床培育器中(每台装25瓶)，进行菌种批量繁育培养；菌种在恒温摇床中批量繁育培养的温度范围是25℃，培养时间为26小时，完成时培养基溶液中的菌种浓度经检测应达到2.7×10⁹个活菌体/mL，由此就得到了甲苯废气净化专用基础菌种的批量繁育菌种液产品40L。

实施例2：以低浓度SO₂废气净化用生物膜填料塔的生物膜修补操作为例。某研究项目进行生物法净化低浓度SO₂废气的工业试验，废气中的目标污染物是SO₂，因操作条件改变，使该废气净化工业试验装置中的生物膜填料塔系统的SO₂净化效率从82％下降到了71％，已不能满足废气达标排放的要求，因此急需对生物膜填料塔中的生物膜进行修补，其生物膜的修补方法及应用效果说明如下：

首先将低浓度SO₂废气净化用生物膜填料塔系统中喷淋液体循环槽内的液体全部排出并清洗干净，然后直接将事先批量繁育并运送到现场的20LSO₂废气净化用菌种液加入到该液体循环槽中，再向液体循环槽中加入自来水，使液体总量达到该液体循环槽正常运行所需的液体总量(120L)，然后开动喷淋液体循环水泵，将液体循环槽内该含有新鲜菌种的液体输入生物膜填料塔内，并按正常工作时的操作，连续运行生物膜填料塔，使生物膜填料塔对低浓度SO₂废气的净化效率逐步恢复到正常水平值，即完成对填料塔生物膜的修补。

生物膜修补操作期间，生物膜填料塔进行正常的低浓度SO₂废气处理运行，废气中的低浓度SO₂等有机污染物可为微生物菌种的生长提供硫源基质。同时，每天一次分别按循环液体总量的0.02％和0.03％的比例向液体循环槽中加入碳氮磷营养液和浓度为75％的亚硫酸纳溶液，以便为塔内微生物菌种提供良好的生长条件。在生物膜修补操作期间，生物膜填料塔对SO₂废气的净化效率会逐步升高，每天用SO₂浓度测定仪对生物膜填料塔的SO₂废气净化效率进行检测分析1次，并得知生物膜填料塔对SO₂废气的净化效率在逐步升高。当修补操作第24天、25天和26天时，连续3天的检测分析结果表明该生物膜填料塔对SO₂废气的净化效率已达到83％～84％，即已恢复到了正常水平值，本次生物膜修补操作即告结束，生物膜填料塔系统即进入正常运行状态。该生物膜修补操作期间的生物膜填料塔的SO₂废气净化效率的变化情况如图3所示。

批量繁育的SO₂废气净化菌种的工艺步骤为：

第一步，针对目标污染物SO₂配制选择培养基，也即配制不含硫源，但含有微生物菌种生长所需要的其它基质成分(如碳氮磷等)的选择性培养基。并按常规微生物学实验方法及需要修补的生物膜填料塔系统中喷淋液体循环槽总液量120L的1/6的体积，配制成一定数量的选择性培养基溶液20L。

第二步，按常规微生物学实验方法，将由前期工作获得的SO₂废气净化专用基础菌种，分别接种到25个装有上述选择性培养基溶液的容积为1000mL的锥形瓶中，每瓶内装800mL的培养基溶液，共计20000mL。同时在各瓶中分别加入8mL浓度为75％的亚硫酸纳溶液(配比为，亚硫酸纳液∶培养基溶液＝2mL∶200mL)，然后将这些锥形瓶放入1台常规微生物学实验常用的恒温摇床培育器中(1台容量装25瓶)，进行菌种批量繁育培养。

SO₂废气净化专用菌种在恒温摇床中繁育培养的温度范围是33℃，培养时间为24小时，完成时培养基溶液中的菌种浓度经检测已达到2.9×10⁸个活菌体/mL。由此就得到了SO₂废气净化专用基础菌种的原种繁育菌种液20L。

实施例3：以甲醛废气净化用生物膜填料塔的生物膜修补操作为例。

首先将甲醛废气净化用生物膜填料塔系统中喷淋液体循环槽内的液体全部排出并清洗干净，然后直接将事先批量繁育并运送到现场的4L甲醛废气净化用菌种液加入到该液体循环槽中(向液体循环槽中加入的甲醛废气净化用菌种液的数量为液体循环槽的1/4)，再向液体循环槽中加入自来水，使液体总量达到该液体循环槽正常运行所需的液体总量(16L)，然后开动喷淋液体循环水泵，将液体循环槽内该含有新鲜菌种的液体输入生物膜填料塔内，并按正常工作时的操作，连续运行生物膜填料塔，使生物膜填料塔对甲醛废气的净化效率逐步恢复到正常水平值，即完成对填料塔生物膜的修补。

生物膜修补操作期间，生物膜填料塔进行正常的甲醛废气处理运行，废气中的甲醛等有机污染物可为微生物菌种的生长提供碳源基质。同时，每天一次分别按循环液体总量的0.05％和0.01％的比例向液体循环槽中加入氮磷营养液和液态甲醛液，以便为塔内微生物菌种提供良好的生长条件。在生物膜修补操作期间，生物膜填料塔对甲醛废气的净化效率会逐步升高，每天用分光光度计测定法对生物膜填料塔的甲醛废气净化效率进行检测分析2次，当连续3天的检测分析结果均表明该生物膜填料塔对甲醛废气的净化效率已恢复到正常水平值时，本次生物膜修补操作即告结束，生物膜填料塔系统即进入正常运行状态。

批量繁育的甲醛废气净化菌种的工艺步骤同例1。

若对净化低浓度工业废气中常见的其它难溶(或不溶)于水的挥发性有机物(如苯、二甲苯、苯乙烯、甲醛等)、硫化物(如硫化氢、二硫化碳等)、NOx、SO₂等污染物的生物膜填料塔进行生物膜修补操作时，只要将目标污染物由甲苯更换为其它需要处理的污染物即可。如难以获得需要添加的液态目标污染物时(如NOx、SO₂、H₂S等)，则可选用含有相似主体元素的化合物来代替(如硫化物、含氮化合物等)。

按本方法对因生物膜脱落或老化失效而不能正常发挥净化作用的生物膜填料塔进行生物膜修补操作，可在15～26天期间使生物膜填料塔的净化处理效果恢复到正常水平，修补操作时间周期可以满足目前生物法废气净化技术的实验研究和工程应用项目的要求，从而为生物法废气净化技术的工业化推广应用和深入研究奠定了坚实的基础。