專利名稱：一種生物填料及制法和由其構成的裝置及用途的制作方法
所屬領域本發(fā)明涉及生物填料及制法和由其構成的裝置及用途的領域，特別是涉及一種處理有惡臭和有機污染物成分的氣體的生物填料及制法和由其構成的裝置及用途。
背景技術：
在工、農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)中，有許多有害氣體進入大氣中，比如含有惡臭物質(zhì)及對人體有害的揮發(fā)性有機物的工業(yè)廢氣等等。這些物質(zhì)對人類健康及生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生很大的危害。
近年來的研究表明，生物過濾技術是處理有害氣體的有效方法之一。該方法是采用一種裝有生物填料層的濾池或反應塔。當經(jīng)潤濕后的廢氣通過附有生物膜的填料層時，污染物成分被微生物吸收，并氧化分解為無害的無機物。這些填料的材料常選用堆肥、土壤、泥炭、陶瓷環(huán)以及活性炭等。如專利CN2293376和CN1187777公開了這種類型的廢氣處理裝置。但這些填料中的微生物(特別是有效微生物)需要一個接種附著和培養(yǎng)增殖的過程。特別對于一些自然環(huán)境中數(shù)量較少的特殊降解菌，往往需要一個較長的富集時間，才能達到凈化氣體污染物的要求。而且即便經(jīng)過這樣的培養(yǎng)馴化和富集后，填料中有效菌群的種類和數(shù)量也很難控制，因此限制了這種方法的處理能力。因此目前該技術多用于處理低濃度有機廢氣。而當基質(zhì)濃度高時，由于廢氣中的顆粒物在濾床中積累過多以及生物量增長快，往往容易發(fā)生填料堵塞，使得系統(tǒng)阻力增大、導致氣體短路等問題，影響了傳質(zhì)效果，因而制約了填料層的厚度，一般僅約30～1000mm左右。同時，由于系統(tǒng)阻力大、填料層的厚度受到限制，通常只能用增加濾床的截面積來擴大廢氣的處理量，這樣造成了整個處理裝置占地面積很大。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術的以上缺點，本發(fā)明提出了一種生物填料及制法和由其構成的裝置及用途。
本發(fā)明之一的一種生物填料，包括載體和負載與其上的生物膜，其特征在于
a.所述的生物膜為鑲嵌有有效菌細胞的高分子材料的交聯(lián)物；b.所述的載體由周邊構架[1]和安放在其中的生物膜片架[2]組成；c.所述的生物膜片架[2]由框架及固定在框架上的織物構成；d.各生物膜片架[2]與周邊構架[1]底部平面呈10°～90°角。
在具體實施的時候，上述的周邊構架[1]的形狀可以選擇圓柱體、正方體、長方體、菱形柱體或多邊形柱體等等。
在具體實施的時候，上述的生物膜片架[2]的形狀包括平板型、鋸齒形、圓弧形或波紋板形；所述的生物膜片架[2]之間的安放間隔為0.5～10mm。
在具體實施的時候，上述的生物膜片架[2]在周邊構架[1]中的組裝形式可以為豎直地平行排列，或豎直地交叉排列而組成菱形或蜂窩網(wǎng)格形間隔。
在具體實施的時候，上述的生物膜中的高分子材料為天然和/或合成的高分子材料，其中優(yōu)選聚乙烯醇和海藻酸鈉的復合物或膠乳。
在具體實施的時候，上述的生物膜片架中[2]的織物為天然或合成的纖維織物，其中優(yōu)選棉、麻、尼龍或化纖織物。
在具體實施的時候，上述的生物膜片架[2]的織物的網(wǎng)格孔徑為0.1～2mm，組成網(wǎng)格的纖維直徑為0.05～1mm；網(wǎng)格形狀為圓形、橢圓形、三角形或三邊以上的多邊形。
本發(fā)明之二是上述的生物填料的制造方法，它包括以下步驟a.將所述高分子材料的水溶膠與有效菌細胞混合制成均勻膠液；b.然后用浸沒或刷涂的方式將上述膠液覆蓋于周邊構架[1]和安放在其中的生物膜片架[2]所構成的生物填料的載體上；c.將以上覆蓋了膠液的載體于含交聯(lián)劑的溶液中浸泡交聯(lián)；d.將以上處理過的載體于含固化劑的溶液中浸泡后得到所述的生物填料。
在具體實施的時候，上述的步驟a中高分子材料的水溶膠可以為聚乙烯醇和海藻酸鈉復合物的水溶膠，并且聚乙烯醇在水溶膠中的重量百分數(shù)可以為5～12％，海藻酸鈉的在水溶膠中的重量百分數(shù)可以為0.5～2％；所述的有效菌細胞與高分子材料水溶膠的混和重量比可以為1∶2～1∶10。
在具體實施的時候，上述的步驟c中含交聯(lián)劑的溶液可以為含CaCl2的飽和硼酸水溶液，并且CaCl2在飽和硼酸水溶液中的重量百分數(shù)可以為1～2％；所述的覆蓋了膠液的載體于含交聯(lián)劑的溶液中浸泡交聯(lián)的時間可以為0.5～24小時。
在具體實施的時候，上述的步驟d中含固化劑的溶液可以為磷酸鹽的水溶液，其溶液濃度可以為0.5～8％重量；所述的載體于含固化劑的溶液中浸泡的時間可以為0.5～2小時，所述的固化劑可以選自磷酸二氫鈉、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉或磷酸氫二鉀。
本發(fā)明之三是用上述的生物填料裝備的氣體凈化裝置，其特征在于所述的裝置為單級或多級的填料塔、反應箱或反應器；該裝置內(nèi)部垂直放置有一個或多個上述生物填料；其相鄰兩層填料的生物膜片架反向布置。
本發(fā)明之四是上述的生物填料在凈化處理有惡臭和/或包括有機污染物成分的氣體中的應用。
本發(fā)明的特點為(1)以本發(fā)明制得的固定化細胞填料，其中的有效降解菌的種類、數(shù)量可以人為控制，一次固定，與其它生物法處理廢氣相比，該填料膜上的專屬有效菌數(shù)量大并可定量控制，能大幅提高設備的處理能力。(2)節(jié)省了廢氣處理裝置啟動初期的掛膜時間。(3)固定化細胞凝膠層有彈性，其內(nèi)部具有豐富網(wǎng)狀結構，有利于細胞的附著與生長。在進行生化反應時，通透性好，傳質(zhì)阻力小。(4)固定化細胞的外觀呈規(guī)則的平板狀，有利于組成不同大小、規(guī)格、形狀的生物填料，具有機械強度好，耐磨損，抗擠壓的優(yōu)點。(5)該填料采用規(guī)則的組裝方式，保證了廢氣處理裝置中氣體通路的足夠暢通，克服了一般生物濾床易堵塞、壓降大的問題，整個填料層可以建得較高，從而節(jié)省了占地面積。


圖1為本發(fā)明的圓柱體生物填料示意圖；圖2為本發(fā)明的90度角長方體生物填料示意圖；圖3為本發(fā)明的另一種角度長方體生物填料示意圖；圖4為本發(fā)明的生物填料氣體凈化裝置流程示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的微生物固定化技術，是將人工培養(yǎng)的降解特定污染物的有效菌按所需數(shù)量固定在平面網(wǎng)狀的織物體上，形成固定化生物催化劑膜片。該織物系固定在由金屬物或硬塑料制成一定形式的框架上。微生物的固定化是由一種或數(shù)種天然或合成高分子材料組成，在交聯(lián)劑作用下形成凝膠，其內(nèi)部具有空間網(wǎng)狀結構，微生物細胞即被鑲嵌在網(wǎng)格之間。將多層該種膜片平行組裝成具有一定孔隙率、不同縱向和橫向角度和立體空間形狀的生物填料。該填料規(guī)則地擺放在廢氣處理裝置中，形成各種形式的氣體通路，由此可以解決一般廢氣處理裝置中的有效菌量不足以及氣阻過大、廢氣處理裝置占地面積大的問題，可大大增加裝置的處理能力及填料層厚度。該方法不僅適用于低濃度廢氣的處理，而且也適用于高濃度、大氣量廢氣的處理。
本發(fā)明填料的平面網(wǎng)狀支持物由天然或合成絲織物構成，如棉、麻、尼龍、化纖等，其中以不易被生物降解的材料為好。網(wǎng)線粗細在0.05～1mm之間，網(wǎng)狀織物的網(wǎng)格孔徑為0.1～1mm，網(wǎng)格形狀可以是三角形、四邊形、六邊形或圓形等。填料體的形狀可以是圓柱體，也可以是四邊形或多邊形的柱體。填料外型尺寸為圓柱體直徑0.01～2m，柱高0.01～2m；邊形或多邊形的柱體。填料外形尺寸為柱體截面周長0.04～4m，柱高0.01～2m。填料內(nèi)膜片間的間隔距離為0.5～10mm。膜片與縱向的導角為0°～90°。
網(wǎng)狀織物可以浸沒于溶解混勻的含菌水溶膠中，也可以采用涂布的方法完成，使其兩面均勻附有膠液，網(wǎng)線完全包埋于膠液之中。然后將膠片再依次浸入交聯(lián)劑、固定劑中一定時間，制成固定化微生物填料。一般采用多個填料垂直疊放在反應器中，并且每組膜片在水平面的平行方向均相差一定角度，有利于氣體的均勻分布。
實施例1采用本發(fā)明的生物填料固定硝化菌，用于處理含氨廢氣。
固定化細胞凝膠組成聚乙烯醇6.5％海藻酸鈉1％硝化菌濕菌體50％填料框架采用不銹鋼板及不銹鋼絲制成，外型為高85mm、直徑140mm的圓柱體，網(wǎng)狀織物為孔徑0.3×0.2mm的尼龍窗紗，每兩片窗紗間的距離為8～10mm。
固定好窗紗的填料框架在混合均勻的含菌水溶膠中浸提幾次，使膠均勻覆蓋在窗紗上，然后再在含1％CaCl2的飽和硼酸溶液中浸泡2h，在8％KH2PO4溶液中浸泡40min，取出用水沖洗后待用。
本實施例采用的是高2000mm，內(nèi)徑150mm的生物過濾塔，內(nèi)裝19個如上的生物填料，床層體積0.0285m3，工藝流程見圖2。
處理效果見表1。
表1

實施例2固定化細胞凝膠組成聚乙烯醇7.5％海藻酸鈉1％硝化菌濕菌體10％其余條件同實施例1。采用本發(fā)明的生物填料固定硝化菌處理含氨廢氣的效果見表2。
表2

權利要求
1.一種生物填料，包括載體和負載與其上的生物膜，其特征在于a.所述的生物膜為鑲嵌有有效菌細胞的高分子材料的交聯(lián)物；b.所述的載體由周邊構架[1]和安放在其中的生物膜片架[2]組成；c.所述的生物膜片架[2]由框架及固定在框架上的織物構成；d.各生物膜片架[2]與周邊構架[1]底部平面呈10°～90°角。
2.根據(jù)權利要求1所述的生物填料，其特征在于所述的周邊構架[1]的形狀包括圓柱體、正方體、長方體、菱形柱體或多邊形柱體。
3.根據(jù)權利要求1所述的生物填料，其特征在于所述的生物膜片架[2]的形狀包括平板型、鋸齒形、圓弧形或波紋板形；所述的生物膜片架[2]之間的安放間隔為0.5～10mm。
4.根據(jù)權利要求1所述的生物填料，其特征在于所述的生物膜片架[2]在周邊構架[1]中的組裝形式為豎直地平行排列，或豎直地交叉排列而組成菱形或蜂窩網(wǎng)格形間隔。
5.根據(jù)權利要求1所述的生物填料，其特征在于所述的生物膜中的高分子材料為天然和/或合成的高分子材料。
6.根據(jù)權利要求5所述的生物填料，其特征在于所述的生物膜中的高分子材料為包括聚乙烯醇和海藻酸鈉的復合物或膠乳。
7.根據(jù)權利要求7所述的生物填料，其特征在于其中所述的生物膜片架中的織物包括棉、麻、尼龍或化纖織物。
8.根據(jù)權利要求1所述的生物填料，其特征在于其中所述的生物膜片架[2]的織物的網(wǎng)格孔徑為0.1～2mm，組成網(wǎng)格的纖維直徑為0.05～1mm；網(wǎng)格形狀為圓形、橢圓形、三角形或三邊以上的多邊形。
9.根據(jù)權利要求1～8之一所述的生物填料的制造方法，包括以下步驟a.將所述高分子材料的水溶膠與有效菌細胞混合制成均勻膠液；b.然后用浸沒或刷涂的方式將上述膠液覆蓋于周邊構架[1]和安放在其中的生物膜片架[2]所構成的生物填料的載體上；c.將以上覆蓋了膠液的載體于含交聯(lián)劑的溶液中浸泡交聯(lián)；d.將以上處理過的載體于含固化劑的溶液中浸泡后得到所述的生物填料。
10.根據(jù)權利要求9所述的生物填料的制造方法，其特征在于所述的步驟a中高分子材料的水溶膠為聚乙烯醇和海藻酸鈉復合物的水溶膠，并且聚乙烯醇在水溶膠中的重量百分數(shù)為5～12％，海藻酸鈉的在水溶膠中的重量百分數(shù)為0.5～2％；所述的有效菌細胞與高分子材料水溶膠的混和重量比為1∶2～1∶10。
11.根據(jù)權利要求9所述的生物填料的制造方法，其特征在于所述的步驟c中含交聯(lián)劑的溶液為含CaCl2的飽和硼酸水溶液，并且CaCl2在飽和硼酸水溶液中的重量百分數(shù)為1～2％；所述的覆蓋了膠液的載體于含交聯(lián)劑的溶液中浸泡交聯(lián)的時間為0.5～24小時。
12.根據(jù)權利要求9所述的生物填料的制造方法，其特征在于步驟d中含固化劑的溶液為磷酸鹽的水溶液，其溶液濃度為0.5～8％重量；所述的載體于含固化劑的溶液中浸泡的時間為0.5～2小時。
13.根據(jù)權利要求12所述的生物填料的制造方法，其特征在于所述的固化劑選自磷酸二氫鈉、磷酸二氫鉀、磷酸氫二鈉或磷酸氫二鉀。
14.一種用權利要求1～8之一所述的生物填料裝備的氣體凈化裝置，其特征在于所述的裝置為單級或多級的填料塔、反應箱或反應器；該裝置內(nèi)部垂直放置有一個或多個上述生物填料；其相鄰兩層填料的生物膜片架反向布置。
15.根據(jù)權利要求1～8之一所述的生物填料在凈化處理有惡臭和/或包括有機污染物成分的氣體中的應用。
全文摘要
本發(fā)明為一種生物填料及制法和由其構成的裝置及用途。本發(fā)明包括由周邊構架[1]和安放在其中的生物膜片架[2]組成的載體，和負載與其上鑲嵌有有效菌細胞的高分子材料的交聯(lián)物的生物膜，各生物膜片架[2]與周邊構架[1]底部平面呈10°～90°角。本發(fā)明提高設備的處理能力、節(jié)省了廢氣處理裝置啟動初期的掛膜時間；在進行生化反應時，通透性好，傳質(zhì)阻力小、克服了一般生物濾床易堵塞、壓降大的問題；并且整個填料層可以建得較高，從而節(jié)省了占地面積。本發(fā)明可以用于處理工業(yè)廢氣中有惡臭和有機污染物成分，達到凈化氣體的目的。
文檔編號B01D53/85GK1508081SQ02156510
公開日2004年6月30日 申請日期2002年12月16日 優(yōu)先權日2002年12月16日
發(fā)明者高明華, 葉晶菁, 薛金城, 趙璞, 梁云, 柴本忠, 侯秀華 申請人:中國石油化工股份有限公司, 中國石油化工股份有限公司北京化工研究院