專利名稱：用來(lái)除去揮發(fā)性有機(jī)化合物的裝有入口負(fù)荷平衡裝置的生物濾器系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及用來(lái)除去揮發(fā)性有機(jī)化合物的裝有入口負(fù)荷平衡裝置的生物濾器系統(tǒng)。更具體的是本發(fā)明針對(duì)用于生物去除高濃度揮發(fā)性有機(jī)化合物(例如，苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯等)的生物濾器系統(tǒng)，揮發(fā)性有機(jī)化合物來(lái)自多種工業(yè)設(shè)施如石油化工廠、煉制車間和油漆車間，以及包括污水處理設(shè)備的環(huán)境設(shè)施。
先前的領(lǐng)域一般，揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)由于它們的高蒸氣壓可容易地蒸發(fā)到大氣中，VOC產(chǎn)生自多種工業(yè)設(shè)施如石油化工廠、煉制車間和油漆車間等。這種蒸發(fā)化合物和大氣中氧化氮間的光化反應(yīng)引起光化煙霧；從而使大氣中的臭氧層降解。此外，VOC對(duì)人身體毒性很大。一個(gè)開始于1963年的新大氣凈化法律限制了在美國(guó)的VOC使用。這種限制主要在發(fā)達(dá)國(guó)家如美國(guó)、日本和歐洲執(zhí)行。在韓國(guó)，對(duì)有氣味物質(zhì)和VOC釋放設(shè)施使用的限制起始于1995年。現(xiàn)在，VOC被越來(lái)越嚴(yán)格的控制因而它可允許的釋放量一直下降。
進(jìn)行了許多去除討厭氣味和VOC的研究。常規(guī)上，采用了物理和化學(xué)方法，包括活性炭吸附、冷卻濃縮、催化劑燃燒、直接燃燒、液體化學(xué)洗滌劑等。然而，這種常規(guī)方法的缺點(diǎn)是有非常高的操作成本、危險(xiǎn)例如火、和次級(jí)污染物的產(chǎn)生。因此，最近發(fā)展了有利環(huán)境的生物過濾技術(shù)以克服前述缺點(diǎn)并用于多種應(yīng)用。
在此方面，美國(guó)專利號(hào)5,869,323揭示了空氣凈化的配置，該配置包括至少一個(gè)生物反應(yīng)床，空氣通過生物反應(yīng)床來(lái)凈化。此外，美國(guó)專利號(hào)5,891711提到用來(lái)除去VOC的微生物設(shè)備，包括每層有生物活性介質(zhì)的多層生物濾器，其中生物濾器包含有多個(gè)孔的多孔支持板，多孔支持板防止生物活性介質(zhì)從那里通過并凈化通過的污染流體。
此外，韓國(guó)專利號(hào)267632提到用于去除討厭氣味和揮發(fā)性有機(jī)化合物的方法，此方法包括的步驟是通過負(fù)荷平衡裝置如活性炭以90％或更高的效率根本上去除討厭氣味和揮發(fā)性有機(jī)化合物用于降低污染物濃度，通過冷卻或加熱系統(tǒng)和增濕系統(tǒng)預(yù)處理討厭氣味和揮發(fā)性有機(jī)化合物，通過壓力差別-使用鍋連續(xù)提供預(yù)處理的討厭氣味和揮發(fā)物，使這些物質(zhì)通過有微生物載體的生物濾器。但是沒有任何用于去除VOC的適當(dāng)設(shè)備描述于此專利中。
韓國(guó)專利待定公開號(hào)98-82118揭示了由裝有夾套的水反應(yīng)器組成的VOC去除設(shè)備，反應(yīng)器中充滿了覆蓋環(huán)(pall ring)，覆蓋環(huán)表面上有預(yù)先確定量的微生物形成生物膜。韓國(guó)專利待定公開號(hào)2000-60699提到討厭氣味和VOC去除系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括篩網(wǎng)、多孔物質(zhì)、碳過濾器和用于向下噴射微生物培養(yǎng)液的噴口。包括用于噴射微生物培養(yǎng)基于載體層上的噴口的生物過濾系統(tǒng)也描述于韓國(guó)專利待定公開號(hào)2000-12740。
然而，這種常規(guī)生物過濾技術(shù)有下列缺點(diǎn)并因此限制它們的應(yīng)用。
首先，因?yàn)槲⑸镉昧魅氲腣OC作為碳源來(lái)呼吸和增殖，載體間的氣流通道由于微生物在時(shí)間內(nèi)過度生長(zhǎng)變得狹窄。因此，導(dǎo)致壓力損失和空氣漂移，使VOC處理效率減小。第二，因?yàn)榇蟛糠殖Ｒ?guī)生物濾器僅可在流入氣流恒定且流入VOC濃度固定維持在預(yù)定水平或更少的情況下使用，當(dāng)在操作VOC調(diào)節(jié)物質(zhì)貯槽中通過重復(fù)流入和流出間斷地釋放高濃度VOC時(shí)，不能應(yīng)用這種生物濾器。要求從10秒到幾分鐘的時(shí)間段以在流入VOC濃度的基礎(chǔ)上用微生物處理VOC。由于當(dāng)引入內(nèi)含物到貯槽中時(shí)產(chǎn)生含高濃度VOC的空氣，適合用于處理這種VOC的生物濾器應(yīng)該大規(guī)模制作。另一方面，產(chǎn)生含相對(duì)很少量VOC的氣體，直到下一次引入到貯槽中。因此，過分大的生物濾器導(dǎo)致低負(fù)荷，從而降低微生物的生理活性。在大規(guī)模生產(chǎn)認(rèn)為是高負(fù)荷VOC的生物膜的情況中，產(chǎn)生的問題包括投資成本和建廠的位置。同時(shí)，在小規(guī)模制備認(rèn)為是低負(fù)荷VOC的生物膜的情況中，存在于流入中高負(fù)荷VOC沒有被處理和釋放。因此，考慮到防止這種情形，進(jìn)行包括預(yù)處理VOC步驟的方法，但它遭受了較差的結(jié)果。
因而為了應(yīng)用生物濾器于多種工業(yè)設(shè)施，上面兩個(gè)問題應(yīng)該立即克服。
發(fā)明的描述本發(fā)明者完成的在處理高負(fù)荷VOC上的充分和徹底的研究導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)裝有負(fù)荷-平衡裝置的生物濾器系統(tǒng)，研究旨在防止先前領(lǐng)域中遇到的問題，負(fù)荷-平衡裝置有在間斷流入高濃度VOC的情況中使應(yīng)用方便的具體構(gòu)造，其中通過使用微生物生長(zhǎng)和流暢空氣流所需的多孔微生物載體最大表面積、能物理振蕩和重排微生物載體的單位，可防止微生物不等生長(zhǎng)引起的漂移和污染空氣，從而使VOC去除效率上升。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供用于去除VOC的生物濾器系統(tǒng)，其優(yōu)勢(shì)在于在間斷釋放高濃度VOC中使應(yīng)用方便上。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供能防止VOC處理效率降低的生物濾器系統(tǒng)，這是通過由于微生物過度生長(zhǎng)引起的空氣漂移和壓力損失。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是提供即使在長(zhǎng)期操作后顯示穩(wěn)定處理效率的生物濾器系統(tǒng)。
根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，提供了用于去除VOC的生物濾器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括a)負(fù)荷-平衡裝置，所述裝置包括多孔載體層、位于多孔載體層下含VOC空氣的入口、負(fù)荷-平衡溶劑的貯槽、裝有噴霧嘴的循環(huán)元件，噴霧嘴連接到貯槽并噴射負(fù)荷-平衡溶劑于載體層上，所述載體層以含VOC的空氣通過該載體層接觸負(fù)荷-平衡溶劑的方式排列，以提供在隨后通過物理轉(zhuǎn)移VOC進(jìn)行生物過濾時(shí)具有可處理的VOC濃度范圍的負(fù)荷-平衡空氣，以及用于釋放負(fù)荷-平衡空氣的出口；b)空氣轉(zhuǎn)移部分，用于將含VOC的空氣從VOC產(chǎn)生源引入負(fù)荷-平衡裝置并將負(fù)荷-平衡空氣轉(zhuǎn)移到生物過濾部分，c)生物過濾部分，包括長(zhǎng)有用來(lái)除去VOC的微生物的多孔微生物載體層、位于多孔微生物載體層下負(fù)荷-平衡空氣的入口、培養(yǎng)基貯槽和培養(yǎng)基循環(huán)元件、所述微生物載體層裝有加壓空氣/水噴射元件以振蕩和重排生物載體層從而抑制負(fù)荷-平衡空氣的壓力損失和漂移，所述培養(yǎng)基循環(huán)元件連接到培養(yǎng)基貯槽并通過循環(huán)泵使培養(yǎng)基向兩個(gè)方向循環(huán)，其中一個(gè)方向通過位于微生物載體層上方的上噴霧嘴流入生物過濾部分，另一個(gè)方向通過位于微生物載體層下的下噴霧嘴流出培養(yǎng)基，d)與培養(yǎng)基貯槽相連的存儲(chǔ)部分，用于調(diào)節(jié)培養(yǎng)基和所給營(yíng)養(yǎng)物的pH。
附圖簡(jiǎn)述

圖1是生物濾器系統(tǒng)的示意圖，此系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的負(fù)荷-平衡裝置和生物過濾部分。
圖2a是根據(jù)本發(fā)明的一階段負(fù)荷-平衡裝置的示意圖，圖2b是根據(jù)本發(fā)明的二階段負(fù)荷-平衡裝置的示意圖。
圖3a和3b是生物濾器系統(tǒng)的示意圖，此系統(tǒng)包括根據(jù)本發(fā)明的加壓空氣和水噴射元件和培養(yǎng)基循環(huán)元件。
圖4是顯示負(fù)荷-平衡和去除苯乙烯單體性能的圖，苯乙烯單體通過根據(jù)本發(fā)明的生物濾器系統(tǒng)從苯乙烯單體貯槽中釋放。
圖5是顯示負(fù)荷-平衡和去除甲苯性能的圖，甲苯通過根據(jù)本發(fā)明的生物濾器系統(tǒng)從甲苯貯槽中釋放。
圖6是顯示負(fù)荷-平衡和去除二甲苯性能的圖，二甲苯通過根據(jù)本發(fā)明的生物濾器系統(tǒng)從對(duì)二甲苯貯槽中釋放。
圖7是顯示負(fù)荷-平衡和去除甲基乙基酮(？methylethylketone)性能的圖，甲基乙基酮通過根據(jù)本發(fā)明的生物濾器系統(tǒng)從甲基乙基酮貯槽中釋放。
圖8是顯示負(fù)荷-平衡和去除苯性能的圖，苯通過根據(jù)本發(fā)明的生物濾器系統(tǒng)從苯貯槽中釋放。
完成發(fā)明的最佳模式關(guān)于圖1，圖示了發(fā)明的生物濾器系統(tǒng)，其中負(fù)荷-平衡裝置設(shè)置在系統(tǒng)前部，它使間斷引入的含高濃度VOC的空氣以低濃度連續(xù)釋放。圖2a和2b顯示了負(fù)荷-平衡裝置的實(shí)施方案。
如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的生物濾器系統(tǒng)中的負(fù)荷-平衡裝置2包括多孔載體層3、位于多孔載體層下含VOC空氣的入口、負(fù)荷-平衡溶劑貯槽4、負(fù)荷-平衡溶劑循環(huán)元件、和置于多孔載體層上的負(fù)荷-平衡空氣出口。循環(huán)元件裝有循環(huán)泵5和負(fù)荷-平衡溶劑6的噴霧嘴。
一般，當(dāng)VOC被引入存儲(chǔ)設(shè)施如VOC貯槽或從那里釋放時(shí)，間斷產(chǎn)生含VOC空氣。流入中產(chǎn)生的VOC量與流出中產(chǎn)生的有顯著差別。如上所述，當(dāng)引入內(nèi)含物到貯槽中時(shí)產(chǎn)生含高濃度VOC，隨后VOC濃度相對(duì)很小直到下一次引入到VOC貯槽中。
根據(jù)本發(fā)明，高濃度VOC從貯存VOC的VOC貯槽上部釋放，高濃度VOC通過使用負(fù)荷-平衡裝置2中有高沸點(diǎn)的負(fù)荷-平衡溶劑來(lái)吸收。結(jié)果，生物濾器待處理的VOC濃度在VOC到貯槽的引入間隔中恒定維持在具體范圍內(nèi)(優(yōu)選的是小于1000ppm)。
貯槽4中的負(fù)荷-平衡溶劑通過循環(huán)泵5循環(huán)。當(dāng)從上噴口噴射的VOC-吸收溶劑通過載體層時(shí)，吸收在溶劑中的VOC與流入的含VOC空氣接觸，因此再次成為氣體，之后這種VOC與通過載體的含VOC空氣一起流入生物濾器。換句話說(shuō)，當(dāng)含VOC空氣通過多孔載體層中的循環(huán)元件與循環(huán)的負(fù)荷-平衡溶劑接觸時(shí)，VOC從含VOC空氣物理轉(zhuǎn)移至負(fù)荷-平衡溶劑或反之亦然，這取決于引入負(fù)荷-平衡裝置中的VOC濃度。
負(fù)荷-平衡裝置中的載體層的多孔結(jié)構(gòu)用至少一種選自聚乙烯、聚丙烯、聚酯和陶瓷的物質(zhì)制造。此外，接觸流入的含VOC空氣的載體層大小的范圍從10％到50％負(fù)荷-平衡溶劑體積。當(dāng)?shù)陀?0％時(shí)，液體/氣體比例(L/cm3)非常小，因此降低了吸收效率。另一方面，在超過50％的情況中，液體/氣體比例太大，引起載體層大小的增加。
至于本發(fā)明中的負(fù)荷-平衡溶劑，根據(jù)流入VOC性質(zhì)的脂溶性溶劑和水溶性溶劑可單獨(dú)或組合使用。合適的脂溶性溶劑包括C14-15石蠟和環(huán)烷烴，這是一種無(wú)色無(wú)味的液體，不含任何臭氧層-破壞成分，且為非芳香性溶劑，其比重為0.8-0.9g/cm3、沸點(diǎn)為270-320℃、燃點(diǎn)為110-140℃并含有小于0.5％的芳香族成分，或者包括硅油，其比重為0.76-1.00g/cm3、粘度(25℃)為0.65-10,000cSt、流點(diǎn)為-75--40C、表面張力為20.0-25.5達(dá)因/cm。上面以烴為基礎(chǔ)的溶劑包括60-70％石蠟和30-40％環(huán)烷。此外，溶劑有在具體范圍內(nèi)的負(fù)荷-平衡容量常數(shù)k，這取決于VOC的種類。負(fù)荷-平衡容量常數(shù)k定義為當(dāng)VOC在密閉容器中吸收于溶劑并隨后在室溫到達(dá)平衡時(shí)，頂部空間中VOC氣體濃度和溶劑中VOC液體濃度間的比率。即k是‘氣體濃度(mg/Nm3)/液體濃度(mg/L)’。在此方面，脂溶性溶劑對(duì)單個(gè)苯環(huán)化合物如苯、甲苯、二甲苯、乙苯和苯乙烯單體的范圍從0.005-0.6。
此外，水溶性溶劑主要包括水且可另外加入丙二醇、粘度增強(qiáng)劑和冷凍保護(hù)化合物。更具體的，水溶性溶劑對(duì)甲醇和甲基乙基酮的k范圍從0.001-0.1。
如圖2a和2b所示，負(fù)荷-平衡裝置可用2階段或更多來(lái)設(shè)計(jì)，目的是維持待流入生物濾器VOC的適當(dāng)濃度，這取決于VOC的產(chǎn)生段和濃度。
圖3a和3b闡述了發(fā)明生物過濾部分的實(shí)施方案，過濾部分包括加壓空氣/水噴射元件和置入多孔載體層中的培養(yǎng)基循環(huán)元件。關(guān)于圖1和圖3a，根據(jù)本發(fā)明的載體-裝載生物濾器系統(tǒng)包含安裝在其前部的負(fù)荷-平衡裝置，用于使污染空氣中的VOC濃度可調(diào)節(jié)。此外，生物濾器系統(tǒng)包括含吹風(fēng)機(jī)7的空氣轉(zhuǎn)移部分，此部分用于從VOC產(chǎn)生源引入含污染空氣到負(fù)荷-平衡裝置并轉(zhuǎn)移負(fù)荷-平衡空氣到生物過濾部分、長(zhǎng)有用來(lái)除去VOC的微生物的多孔微生物載體層12、培養(yǎng)基貯槽9和使?fàn)I養(yǎng)物和水流入微生物載體層的培養(yǎng)基循環(huán)元件、用于從載體層中分離過量微生物并通過誘導(dǎo)微生物均勻生長(zhǎng)來(lái)阻止負(fù)荷-平衡空氣漂移的加壓空氣/水噴射元件25、用于使高濃度營(yíng)養(yǎng)物以預(yù)定量流入培養(yǎng)基貯槽的營(yíng)養(yǎng)物貯槽16、存儲(chǔ)用于調(diào)節(jié)酸度的酸性和堿性營(yíng)養(yǎng)物的pH調(diào)節(jié)溶液貯槽。
同時(shí)可加入溫度控制器19用于在冬季維持培養(yǎng)基貯槽的適當(dāng)溫度、水-平面控制器(沒有顯示)用于在生物濾器中維持培養(yǎng)基貯槽的水平面、和在通過生物濾器凈化的空氣中去除濕氣的出口前的去霧器(沒有顯示)。
根據(jù)圖1和3a所示實(shí)施方案，生物過濾部分的主機(jī)8可由不銹鋼或FRP制造。位于生物過濾部分底部的培養(yǎng)基貯槽9的大小范圍確定在10-30％體積微生物載體層12。培養(yǎng)基貯槽中的培養(yǎng)基通過使用循環(huán)泵11以兩個(gè)方向循環(huán)。在一個(gè)方向中，培養(yǎng)基通過下噴霧嘴10流入培養(yǎng)基貯槽以使培養(yǎng)基循環(huán)。噴射覆蓋相當(dāng)于貯槽中培養(yǎng)基表面的總面積，培養(yǎng)基連續(xù)地循環(huán)。培養(yǎng)基循環(huán)的原因是使流入的污染空氣接觸培養(yǎng)基，溶解于培養(yǎng)基中的VOC直接被培養(yǎng)基貯槽中的微生物分解。如圖3b所示，考慮到使負(fù)荷-平衡空氣接觸培養(yǎng)基，裝滿覆蓋環(huán)的填充層26可設(shè)置在下噴霧嘴10下面，覆蓋環(huán)以直徑和高度分別為0.5-2.0英寸的多孔圓筒形式并由聚乙烯或聚丙烯制造。
另一方面，在另一個(gè)方向中，培養(yǎng)基通過上噴霧嘴13噴射到載體層中。通過上噴霧嘴的噴射提供水和營(yíng)養(yǎng)物如氮和磷給生活在載體層中的VOC去除微生物。培養(yǎng)基循環(huán)元件中的噴霧嘴可使用電磁閥24根據(jù)可控制時(shí)間段來(lái)操作。
此外，溫度計(jì)、pH計(jì)和pH校準(zhǔn)儀可設(shè)置于培養(yǎng)基貯槽9中。通過定量泵15從pH調(diào)節(jié)溶液貯槽17和營(yíng)養(yǎng)物貯槽16分別提供用于調(diào)節(jié)pH和營(yíng)養(yǎng)物的酸/堿。
可有效去除VOC的微生物生活在生物過濾部分的微生物載體層中。這種載體層通過固定至少一種選自假單胞菌屬、氣桿菌屬、芽孢桿菌屬、微桿菌屬和節(jié)桿菌屬的微生物來(lái)制備，制造多孔載體的材料選自聚醚、聚酯和聚乙烯。微生物載體層高0.5-2m，可取決于流入空氣中VOC負(fù)荷來(lái)提供兩個(gè)或更多層。
裝在較低微生物載體層中的加壓空氣/水噴射元件23通過朝向上面的噴霧嘴25向上噴射加壓空氣/水，振蕩和微重排生物載體層，因此可防止過量微生物引起的壓力損失和負(fù)荷-平衡空氣漂移。為了這個(gè)目的，生物過濾部分另外包括壓縮機(jī)22和控制噴射元件的控制器，當(dāng)引入微生物載體層的負(fù)荷-平衡空氣壓力損失到達(dá)預(yù)定值時(shí)，例如200mm H2O，控制器使加壓空氣/水自動(dòng)噴射。
為了維持生物過濾部分中的微生物活性，應(yīng)維持適于活微生物的溫度。因此，溫度控制器19與培養(yǎng)基貯槽相連以維持載體層溫度在預(yù)定水平(即20℃或更高)。這樣，蒸汽和電可用作熱源。
為促進(jìn)通過存在于培養(yǎng)基貯槽中的微生物分解VOC，通過環(huán)形吹風(fēng)機(jī)18提供空氣給培養(yǎng)基貯槽的下面部分。這樣設(shè)計(jì)使培養(yǎng)基貯槽作為通風(fēng)槽。
對(duì)本發(fā)明更好的理解可根據(jù)下列實(shí)施例獲得，下列實(shí)施例用于闡明，但不用于限制本發(fā)明。
實(shí)施例1-負(fù)荷-平衡效果和去除從苯乙烯單體貯槽中間斷釋放的苯乙烯單體包括負(fù)荷-平衡裝置和生物過濾部分的生物濾器系統(tǒng)在下表1所示的條件下操作。分析了負(fù)荷-平衡效果和苯乙烯單體的去除。結(jié)果示于圖4。
表1苯乙烯單體(SM)貯槽和其操作數(shù)據(jù)的說(shuō)明

在用吹風(fēng)機(jī)以10m3/分鐘吸來(lái)自SM貯槽的污染空氣的情況中，吹風(fēng)機(jī)在上表所述條件下操作，流進(jìn)負(fù)荷-平衡裝置的苯乙烯單體流入濃度約3,290ppm(在18℃)且隨后在下次流入前為0ppm。如上間斷流入的高濃度苯乙烯單體通過兩階段的負(fù)荷-平衡裝置減少到小于700ppm，每個(gè)階段有2m3負(fù)荷-平衡溶劑體積(脂-可溶性負(fù)荷-平衡溶劑Qvesol-O(獲得自Q-BioTech公司))。接著苯乙烯單體用大氣稀釋并以500ppm流入生物濾器。通過負(fù)荷-平衡，即使穿過小生物濾器可獲得95％或更高的穩(wěn)定處理效率。因此，空氣中含有的苯乙烯單體可用有14m3微生物載體層的生物濾器處理，這是通過在上述條件下使用負(fù)荷-平衡裝置。
對(duì)比例1對(duì)比例1在與實(shí)施例1相同條件下進(jìn)行，除了使用沒有負(fù)荷-平衡裝置的生物濾器系統(tǒng)。結(jié)果，需要有70m3微生物載體層，約為實(shí)施例1中所用層的5倍，的生物濾器來(lái)處理苯乙烯單體流入釋放的VOC。
實(shí)施例2-負(fù)荷-平衡效果和去除從甲苯貯槽中間斷釋放的甲苯包括負(fù)荷-平衡裝置和生物過濾部分的生物濾器系統(tǒng)在下表2所示的條件下操作。分析了負(fù)荷-平衡效果和甲苯的去除。結(jié)果示于圖5。
表2甲苯貯槽和其操作數(shù)據(jù)的說(shuō)明

在用吹風(fēng)機(jī)以4.5m3/分鐘吸污染空氣的情況中，吹風(fēng)機(jī)在上表所述條件下操作，流進(jìn)負(fù)荷-平衡裝置的甲苯流入濃度約26,190ppm(在19.3℃)且隨后在下次流入前為0ppm。如上間斷流入的高濃度甲苯通過兩階段的負(fù)荷-平衡裝置減少到小于2400ppm，每個(gè)階段有2m3負(fù)荷-平衡溶劑體積(脂-可溶性溶劑Qvesol-O(獲得自Q-BioTech公司))。接著甲苯用大氣稀釋并以500ppm流入生物濾器。
通過負(fù)荷-平衡，即使穿過小生物濾器可獲得95％或更高的穩(wěn)定處理效率。這樣，所用生物濾器有11m3微生物載體層。
對(duì)比例2對(duì)比例2在與實(shí)施2相同條件下進(jìn)行，除了使用沒有負(fù)荷-平衡裝置的生物濾器系統(tǒng)。結(jié)果，需要有120m3微生物載體層，約為實(shí)施例2中所用層的10倍，的生物濾器來(lái)處理甲苯流入釋放的VOC。
實(shí)施例3負(fù)荷-平衡效果和去除從對(duì)二甲苯貯槽中間斷釋放的對(duì)二甲苯包括負(fù)荷-平衡裝置和生物過濾部分的生物濾器系統(tǒng)在下表3所示的條件下操作。分析了負(fù)荷-平衡效果和對(duì)二甲苯的去除。結(jié)果示于圖6。
表3對(duì)二甲苯(p-X)貯槽和其操作數(shù)據(jù)的說(shuō)明

在用吹風(fēng)機(jī)以3m3/分鐘吸污染空氣的情況中，吹風(fēng)機(jī)在上表所述條件下操作，流進(jìn)負(fù)荷-平衡裝置的對(duì)二甲苯流入濃度約6,580ppm(在17.8℃)且隨后在下次流入前為0ppm。如上間斷流入的高濃度對(duì)二甲苯通過兩階段的負(fù)荷-平衡裝置減少到小于1,800ppm，每個(gè)階段有2m3負(fù)荷-平衡溶劑體積(脂-可溶性溶劑Qvesol-O(獲得自Q-BioTech公司))。接著對(duì)二甲苯用大氣稀釋并以500ppm流入生物濾器。
通過負(fù)荷-平衡，即使穿過小生物濾器可獲得95％或更高的穩(wěn)定處理效率。所用生物濾器有6m3微生物載體層。
對(duì)比例3對(duì)比例3在與實(shí)施3相同條件下進(jìn)行，除了使用沒有負(fù)荷-平衡裝置的生物濾器系統(tǒng)。結(jié)果，需要有20m3載體層，約為實(shí)施例3中所用層的6倍，的生物濾器來(lái)處理對(duì)二甲苯流入釋放的VOC。
實(shí)施例4負(fù)荷-平衡效果和去除從甲基乙基酮貯槽中間斷釋放的甲基乙基酮(MEK)包括負(fù)荷-平衡裝置和生物過濾部分的生物濾器系統(tǒng)在下表4所示的條件下操作。分析了負(fù)荷-平衡效果和甲基乙基酮的去除。結(jié)果示于圖7。
表4甲基乙基酮(MEK)貯槽和其操作數(shù)據(jù)的說(shuō)明

在用吹風(fēng)機(jī)以3.5m3/分鐘吸污染空氣的情況中，吹風(fēng)機(jī)在上表所述條件下操作，流進(jìn)負(fù)荷-平衡裝置的甲基乙基酮流入濃度約78,920ppm(在15℃)且隨后在下次流入前為0ppm。如上間斷流入的高濃度甲基乙基酮通過兩階段的負(fù)荷-平衡裝置減少到小于2,500ppm，每個(gè)階段有2m3負(fù)荷-平衡溶劑體積(水溶性溶劑Qvesol-W(獲得自Q-BioTech公司))。接著甲基乙基酮用大氣稀釋并以500ppm流入生物濾器。
通過負(fù)荷-平衡，即使穿過小生物濾器可獲得95％或更高的穩(wěn)定處理效率。所用生物濾器有15m3微生物載體層。
對(duì)比例4對(duì)比例4在與實(shí)施4相同條件下進(jìn)行，除了使用沒有負(fù)荷-平衡裝置的生物濾器系統(tǒng)。結(jié)果，需要有150m3載體層，約為實(shí)施例4中所用層的10倍，的生物濾器來(lái)處理甲基乙基酮流入釋放的VOC。
實(shí)施例5負(fù)荷-平衡效果和去除從苯貯槽中間斷釋放的苯包括負(fù)荷-平衡裝置和生物過濾部分的生物濾器系統(tǒng)在下表5所示的條件下操作。分析了負(fù)荷-平衡效果和苯的去除。結(jié)果示于圖8。
表5苯貯槽和其操作數(shù)據(jù)的說(shuō)明

在用吹風(fēng)機(jī)以10m3/分鐘吸污染空氣的情況中，吹風(fēng)機(jī)在上表所述條件下操作，流進(jìn)負(fù)荷-平衡裝置的苯流入濃度約9,210ppm(在32℃，苯貯槽是內(nèi)部浮動(dòng)頂槽(IFRT))且隨后在下次流入前為0ppm。如上間斷流入的高濃度苯通過兩階段的負(fù)荷-平衡裝置減少到小于700ppm，每個(gè)階段有2m3負(fù)荷-平衡溶劑體積(脂-可溶性溶劑Qvesol-O(獲得自Q-BioTech公司))。接著苯用大氣稀釋并以500ppm流入生物濾器。
通過負(fù)荷-平衡，即使穿過小生物濾器可獲得95％或更高的穩(wěn)定處理效率。所用生物濾器有25m3微生物載體層。
對(duì)比例5對(duì)比例5在與實(shí)施5相同條件下進(jìn)行，除了使用沒有負(fù)荷-平衡裝置的生物濾器系統(tǒng)。結(jié)果，需要有150m3載體層，約為實(shí)施例5中所用層的7倍，的生物濾器來(lái)處理苯流入釋放的VOC。
工業(yè)適用性因此，通過裝有根據(jù)本發(fā)明負(fù)荷-平衡裝置的小生物濾器系統(tǒng)，即使當(dāng)VOC間斷產(chǎn)生且產(chǎn)生濃度區(qū)別很大時(shí)，可穩(wěn)定處理VOC。常規(guī)生物濾器僅可在穩(wěn)定條件下使用，其中VOC以1000ppm或更小的恒定范圍連續(xù)產(chǎn)生，但裝有VOC負(fù)荷-平衡裝置的本生物濾器系統(tǒng)使VOC濃度有效控制在預(yù)定范圍內(nèi)。因而，在較差釋放條件下，可維持微生物穩(wěn)定活性且系統(tǒng)可小規(guī)模設(shè)計(jì)。此外，通過裝于較低載體的加壓空氣/水噴射元件，生物濾器系統(tǒng)即使長(zhǎng)期操作仍可獲得穩(wěn)定處理效率。
本發(fā)明以說(shuō)明方式描述，要理解的是所用術(shù)語(yǔ)旨在描述性質(zhì)而不是限制。本發(fā)明的許多修飾和變化根據(jù)上述教授是可行的。因此，要理解在所附權(quán)利要求書范圍中，發(fā)明可除具體描述之外進(jìn)行實(shí)踐。
權(quán)利要求
1.一種去除揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括a)負(fù)荷-平衡裝置，所述裝置包括多孔載體層、位于多孔載體層下含VOC空氣的入口、負(fù)荷-平衡溶劑的貯槽、裝有噴霧嘴的循環(huán)元件，噴霧嘴連接到貯槽并噴射負(fù)荷-平衡溶劑于載體層上，所述載體層以含VOC的空氣通過該載體層接觸負(fù)荷-平衡溶劑的方式排列，以提供在隨后通過物理轉(zhuǎn)移VOC進(jìn)行生物過濾時(shí)具有可處理的VOC濃度范圍的負(fù)荷-平衡空氣，以及用于釋放負(fù)荷-平衡空氣的出口；b)空氣轉(zhuǎn)移部分，用于將含VOC的空氣從VOC產(chǎn)生源引入負(fù)荷-平衡裝置并將負(fù)荷-平衡空氣轉(zhuǎn)移到生物過濾部分，c)生物過濾部分，包括長(zhǎng)有用來(lái)除去VOC的微生物的多孔微生物載體層、位于多孔微生物載體層下負(fù)荷-平衡空氣的入口、培養(yǎng)基貯槽和培養(yǎng)基循環(huán)元件、所述微生物載體層裝有加壓空氣/水噴射元件以振蕩和重排生物載體層從而抑制負(fù)荷-平衡空氣的壓力損失和漂移，所述培養(yǎng)基循環(huán)元件連接到培養(yǎng)基貯槽并通過循環(huán)泵使培養(yǎng)基向兩個(gè)方向循環(huán)，其中一個(gè)方向通過位于微生物載體層上方的上噴霧嘴流入生物過濾部分，另一個(gè)方向通過位于微生物載體層下的下噴霧嘴流出培養(yǎng)基，d)與培養(yǎng)基貯槽相連的存儲(chǔ)部分，用于調(diào)節(jié)培養(yǎng)基和所給營(yíng)養(yǎng)物的pH。
2.如權(quán)利要求1所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括與培養(yǎng)基貯槽相連的溫度控制器，從而維持載體層溫度于預(yù)定水平。
3.如權(quán)利要求2所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，溫度控制器的熱源是蒸汽或電。
4.如權(quán)利要求1所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)進(jìn)一步包括用來(lái)給培養(yǎng)基貯槽的下面部分提供空氣的環(huán)形吹風(fēng)機(jī)，以促進(jìn)通過存在于培養(yǎng)基貯槽中的微生物分解VOC。
5.如權(quán)利要求1所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)荷-平衡裝置中的載體層用至少一種選自聚乙烯、聚丙烯、聚酯和陶瓷的物質(zhì)制造。
6.如權(quán)利要求1所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述生物過濾部分進(jìn)一步包括設(shè)置在下噴霧嘴下的填充層，以最大化負(fù)荷-平衡空氣和噴射培養(yǎng)基的接觸面積。
7.如權(quán)利要求6所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述填充層被直徑和高度分別為0.5到2.0英寸、由聚乙烯或聚丙烯制造的多孔圓筒形的覆蓋環(huán)裝滿。
8.如權(quán)利要求1所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)荷-平衡裝置中的載體層結(jié)構(gòu)為兩個(gè)或更多階段。
9.如權(quán)利要求1所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)荷-平衡裝置中的載體層體積與10-15％負(fù)荷-平衡溶劑體積相應(yīng)。
10.如權(quán)利要求1所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述負(fù)荷-平衡溶劑是脂溶性溶劑、水溶性溶劑或它們的組合，所述脂溶性溶劑包括C14-15石蠟和環(huán)烷烴，這是一種無(wú)色無(wú)味的液體，不含任何臭氧層-破壞成分，且為非芳香性溶劑，其比重為0.8-0.9g/cm3、沸點(diǎn)為270-320℃、燃點(diǎn)為110-140℃并含有小于0.5％的芳香族成分，或者包括硅油，其比重為0.76-1.00g/cm3、粘度(25℃)為0.65-10,000cSt、流點(diǎn)為-75--40℃、表面張力為20.0-25.5達(dá)因/cm，所述水溶性溶劑包括水。
11.如權(quán)利要求1所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述脂溶性溶劑對(duì)單個(gè)苯環(huán)化合物的負(fù)荷-平衡容量常數(shù)k為0.005-0.6，所述水溶性溶劑對(duì)水溶性VOC的負(fù)荷-平衡容量常數(shù)k為0.001-0.1。
12.如權(quán)利要求1所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述生物過濾部分的微生物載體層由至少一種選自聚醚、聚酯和聚乙烯的材料制造。
13.如權(quán)利要求1所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述微生物載體層中所用的微生物選自假單胞菌屬、氣桿菌屬、芽孢桿菌屬、微桿菌屬和節(jié)桿菌屬中的一種。
14.如權(quán)利要求1所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述生物過濾部分進(jìn)一步包括壓縮機(jī)和控制噴射元件的控制器，從而當(dāng)將負(fù)荷-平衡空氣引入微生物載體層的壓力損失到達(dá)預(yù)定值時(shí)，加壓空氣/水自動(dòng)噴射。
15.如權(quán)利要求1所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述培養(yǎng)基循環(huán)元件中通過循環(huán)泵循環(huán)到培養(yǎng)基的流體被提供給所述循環(huán)泵入口對(duì)面的培養(yǎng)基中。
16.如權(quán)利要求1所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述置于負(fù)荷-平衡空氣入口下的培養(yǎng)基貯槽與10-30％體積多孔微生物載體層相應(yīng)。
17.如權(quán)利要求1所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述培養(yǎng)基循環(huán)元件中的噴霧嘴使用電磁閥根據(jù)可控制時(shí)間段來(lái)操作。
18.如權(quán)利要求1所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述加壓空氣/水噴射元件位于多孔微生物載體層下面部分以向上噴射加壓空氣/水。
19.如權(quán)利要求1所述的生物濾器系統(tǒng)，其特征在于，所述存儲(chǔ)部分包括用于調(diào)節(jié)培養(yǎng)基貯槽中培養(yǎng)基pH的pH調(diào)節(jié)溶液貯槽和提供營(yíng)養(yǎng)物的高濃度營(yíng)養(yǎng)物貯槽。
全文摘要
所揭示的是用于去除揮發(fā)性有機(jī)化合物的生物濾器系統(tǒng)，揮發(fā)性有機(jī)化合物產(chǎn)生自多種工業(yè)設(shè)施如石油化工廠、煉制車間和油漆車間，以及包括污水處理設(shè)備的環(huán)境設(shè)施。生物濾器系統(tǒng)包括揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOC)負(fù)荷平衡部分、含VOC的污染空氣轉(zhuǎn)移部分、生物過濾部分、用于調(diào)節(jié)生物過濾部分中pH和營(yíng)養(yǎng)物的存儲(chǔ)部分。通過使用這種系統(tǒng)，可有效控制來(lái)自多種工業(yè)設(shè)施和環(huán)境設(shè)施的討厭氣味。此外，即使在生產(chǎn)過程和存儲(chǔ)設(shè)施中可有效去除VOC，在這些設(shè)施中高VOC濃度調(diào)節(jié)物質(zhì)間斷地流出。
文檔編號(hào)B01D53/81GK1525877SQ02808482
公開日2004年9月1日 申請(qǐng)日期2002年4月12日 優(yōu)先權(quán)日2001年4月20日
發(fā)明者樸龍錫, 黃烈淳, 金亨燦, 李镕澤 申請(qǐng)人:Q-B10Tech株式會(huì)社