專利名稱：一種控制氣相生物過濾器中生物膜過度蓄積的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于環(huán)境工程中大氣污染控制工程的生物過濾法處理廢氣領(lǐng)域，特別涉及 一種氣相生物過濾器中生物膜過度蓄積的生物控制方法。
背景技術(shù)：
含有揮發(fā)性有機物的廢氣排放已經(jīng)嚴重污染環(huán)境，導致農(nóng)作物減產(chǎn)，破壞森林與 生態(tài)系統(tǒng)，消耗臭氧和形成光化學煙霧，直接或間接地損害人體健康，甚至致癌和致畸。目 前，凈化有機廢氣的技術(shù)可以分成兩大類回收法和分解法?；厥辗òㄎ椒?、吸收法和 冷凝法；分解法包括焚燒法、火焰法和生物降解法。其它技術(shù)尚處于初始研發(fā)階段，包括膜 分離、紫外線室溫氧化、電弧分解、等離子體分解和臭氧催化氧化法等。物理方法或化學方 法可能存在投資運行費用高、去除效率低或二次污染等問題。氣相生物過濾技術(shù)是有機廢氣的一種主要生物控制方法，它利用附著在濾層填料 上的生物膜，將廢氣中的污染物分解、轉(zhuǎn)化為簡單無機物(CO2、H2O等)或細胞組成物質(zhì)。除 需要提供微生物生命代謝必需的營養(yǎng)物質(zhì)外，生物過濾過程一般不需要添加其他藥劑，具 有投資運行費用低、效果較好、無二次污染等優(yōu)點。因此，近年來氣相生物過濾技術(shù)正越來 越廣泛地應用于處理多種污染物，如烴類(鏈烴、鹵代烷烴、脂肪烴、芳香烴)、含氧有機物 (醇、醚、酮、醛)、含氮或硫有機物(胺、硫醇、硫醚)和硫化氫、二氧化硫、氨、氮氧化物等無 機物。氣相生物過濾器在長期運行后常常會出現(xiàn)生物膜在填料內(nèi)的過度蓄積現(xiàn)象，特別 是在高負荷條件下。生物膜的過度蓄積會導致氣相生物過濾器出現(xiàn)眾多操作問題，比如床 層堵塞、短流、壓降增大等問題，也是導致反應器長期運行時處理性能急劇惡化的直接原 因。目前，生物膜過度蓄積的控制方法可以分為物理、化學和生物方法等。物理方法是當前 最有效的生物膜蓄積控制方法，但是在實際應用中也存在高能耗、設備復雜、運行維護困難 等缺點?；瘜W方法通過控制供應碳源和添加營養(yǎng)源或用含有氧化劑、表面活性劑、殺菌劑及 化學溶液進行水洗或灌注等方法來控制生物膜蓄積。物理和化學方法都無法保持反應器的 長期連續(xù)穩(wěn)定的性能。生物方法控制生物量過度蓄積是基于生態(tài)金字塔、營養(yǎng)級和捕食食 物鏈等生態(tài)學基本原理，引入更高營養(yǎng)級上的生物物種，通過捕食食物鏈的捕食作用來減 少較低營養(yǎng)級上的生物物種數(shù)量。由于不同營養(yǎng)級的微生物數(shù)量之間的關(guān)系組成了生物量 金字塔，更長的食物鏈需要消耗更多的能量，因而生物量產(chǎn)率將大大降低。然而，它尚處于 初步研究階段。到目前為止還沒有找到經(jīng)濟有效地控制生物膜過度蓄積的方法。應用生物方法控制氣相生物過濾器中生物膜的過度蓄積的研究和專利技術(shù)還很 少。有研究表明，投放原生動物能增加碳的礦化度，輕微增加甲苯降解容量和降低生物量 蓄禾只率(Cox HHJ, Nguyen TT, Deshusses MA. Predation of bacteria by the protozoa tetrahymena pyriformis in toluene-degrading cultures.Biotechnology Letters 1999,21 (3) =235-239) 引入螨蟲(mites)有助于控制控制過度的真菌增長和壓頭降 低。Bhaskarn 等(Bhaskaran K, Nadaraja AV, Balakrishnan MV, et al. Dynamics ofsustainable grazing fauna and effect on performance of gas biofilter. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2008,105 (3) :192_197)比較了一些含微型后生 動物的捕食動物包括食肉線蟲(Caenorhabditis sp.)、輪蟲(Phildina sp.)、節(jié)肢動物 (Echiniscus sp.)禾口纖毛蟲原生動物包括 Colpoda inflata、Euplotes harpa 禾口 Acineria sp.，發(fā)現(xiàn)線蟲、輪蟲和纖毛蟲都適合在較廣污染物濃度范圍內(nèi)生長并穩(wěn)定在一定數(shù)量。而 利用微型動物捕食控制生物量蓄積仍然處于初級或試驗階段。有關(guān)昆蟲成蟲控制生物膜過 度蓄積的方法尚未見報導。昆蟲綱蜚蠊目動物屬于雜食性昆蟲，生存能力強，食物種類非常廣泛，很多種類以 腐敗的有機質(zhì)為主食。溫暖、潮濕、食物豐富和多縫隙的場所棲居，是它們孳生所需要的4 個基本條件。在過度蓄積的氣相生物過濾器中，基本都具備上述條件。而且，捕殺它們的有 效方法已經(jīng)很多，它的天敵也很多，如蜘蛛、蝎子、蜈蚣、螞蟻、蟾蜍、蜥蜴、大銘、貓、猴子及 老鼠等等。當處于惡劣的環(huán)境條件下，無食又無水時，它們之間會發(fā)生互相殘食的現(xiàn)象。因 此，在使用昆蟲綱蜚蠊目動物時易于控制?；谶@一重要發(fā)現(xiàn)并進行深入研究，通過控制 生物過濾器的操作條件，得到了昆蟲綱蜚蠊目動物非常適合于控制氣相生物過濾器中生物 膜過度蓄積的結(jié)論，所以申請本發(fā)明——一種控制氣相生物過濾器中生物膜過度蓄積的方 法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服氣相生物過濾器填料內(nèi)生物膜的過度蓄積會導致床層堵 塞、短流、壓降增大等問題，進而導致反應器長期運行時處理性能急劇惡化的問題，為生物 過濾方法處理有機廢氣提供一種經(jīng)濟有效地控制生物膜過度蓄積的生物方法。本發(fā)明控制氣相生物過濾器中生物膜過度蓄積的方法是將一定數(shù)量的昆蟲綱蜚 蠊目動物成蟲投入過度蓄積生物膜的氣相生物過濾器內(nèi)，利用昆蟲綱蜚蠊目動物的捕食作 用，減少生物過濾器填料層的表面和淺層處蓄積的生物膜量；投入的昆蟲綱蜚蠊目動物為 生活于野外的種類，它們能以腐敗的有機質(zhì)為主食；用于該法控制生物膜過度蓄積的生物 過濾器是封閉的，填料外表面和反應器內(nèi)壁之間有一定的空隙，昆蟲綱蜚蠊目動物可以自 由活動而不能爬出反應器。本發(fā)明的控制氣相生物過濾器中生物膜過度蓄積的方法包括如 下步驟(1)篩選培養(yǎng)以腐敗有機質(zhì)為主食的昆蟲綱蜚蠊目動物；(2)檢查生物過濾反應器的密閉性和填料種類及孔/空隙大小，確定投放數(shù)量和 投放點，并確保良好的生物控制方法的運作條件；(3)將一定數(shù)量的篩選動物放入反應器，控制操作條件，繼續(xù)穩(wěn)定運行反應器，昆 蟲綱蜚蠊目動物在反應器內(nèi)吞食生物膜；(4)根據(jù)反應器的處理性能和運行狀態(tài)，監(jiān)控昆蟲綱蜚蠊目動物的生活狀況和數(shù) 量，添加或減少甚至消滅該動物。所述的昆蟲綱蜚蠊目動物成蟲，并控制該動物的數(shù)量，一般為每0. 05 0. 5m2填 料投配1只昆蟲綱蜚蠊目動物成蟲。所述的生物過濾器填料采用惰性材料制成，不是昆蟲綱蜚蠊目動物的食物。所述的生物過濾器填料堆積形成的空隙及填料本身的孔隙孔徑較小，一般都應小于0. 5cm,昆蟲綱蜚蠊目動物的成蟲不能鉆進空隙或孔隙吞食填料層深處的生物膜。有益效果本發(fā)明的實質(zhì)是基于生態(tài)學基本原理，根據(jù)生物膜過度蓄積通常首先發(fā)生在生物 過濾器進氣口附近填料的表面或淺層的特點，利用雜食性昆蟲、以腐敗有機質(zhì)為主食、生存 能力強、惡劣條件下甚至互相殘食的昆蟲綱蜚蠊目動物，吞食填料表層或淺層內(nèi)過度蓄積 的生物膜，達到控制氣相生物過濾器中生物膜過度蓄積的目的。由于生物過濾器運行在濕 潤、中溫的條件下，非常適合昆蟲綱蜚蠊目動物的生活和生存。本發(fā)明能夠在不增加運行設 備、不改變生物過濾器運行條件的情況下，只通過生物吞食去除蓄積在填料表層和淺層內(nèi) 過度蓄積的生物膜，而不會影響生物過濾器的長期連續(xù)穩(wěn)定的運行性能。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點就在于1、不需要增加運行設備，不需要不改變生物過濾器運行條件，只通過生物吞食去 除蓄積在填料表層和淺層內(nèi)過度蓄積的生物膜，維持氣相生物過濾器的長期連續(xù)穩(wěn)定的運 行性能。2、操作簡便、經(jīng)濟有效、環(huán)境友好。
具體實施例方式下面通過具體的實施方案敘述本發(fā)明控制氣相生物過濾器中生物膜過度蓄積的 方法。除非特別說明，本發(fā)明中所用的技術(shù)手段均為本領(lǐng)域技術(shù)人員所公知的方法。另外， 實施方案應理解為說明性的，而非限制本發(fā)明的范圍。對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，在不背離 本發(fā)明實質(zhì)和范圍的前提下，對實施方案中的動物種類和生物過濾反應器及操作條件和運 行方法的各種改變或改動也屬于本發(fā)明的保護范圍。例1利用蜚蠊控制管式生物過濾器中生物膜的過度蓄積管式生物過濾器作為一類新型的氣相生物過濾器，已取得自主知識產(chǎn)權(quán)(楊春 平，陳宏，曾光明，謝更新，鐘袁元，余關(guān)龍，雷敏，王加強.管式氣相生物過濾裝置.專利號 ZL 2008 1 0030859.1)。管式生物過濾器已證明可以用于低濃度大氣量含甲苯廢氣的處 理。本實施例中使用試驗規(guī)模的管式生物過濾器為考察對象。管式生物過濾器主要由柱形 外筒、管狀填料、營養(yǎng)液分布器、氣(液)體進出口組成。柱形外筒采用有機玻璃管材質(zhì)，內(nèi) 徑16cm，管壁0. 5cm，高15cm。廢氣經(jīng)過TBF頂端中心的氣體進口進入，繞過營養(yǎng)液分布器， 由外至內(nèi)穿過豎直放置的管狀填料。凈化后廢氣從TBF底部中心氣體出口排出。營養(yǎng)液添 加量約為6. OL/d。維持在室溫(20 30°C )下運行。本研究以普通市場所售、采用發(fā)泡法 制得的聚氨酯海綿(深圳潔純過濾材料有限公司，中國廣東省深圳市)作為TBF的填料。管 狀填料的性能參數(shù)是孔隙率:30PPI ；厚度:30mm ；內(nèi)徑:80mm ；外徑:140mm ；高度:100mm ； 外側(cè)面積0. 4396m2 ；內(nèi)側(cè)面積0. 2512m2 ；體積1. 0362L。管式生物過濾器的具體構(gòu)造和尺 寸及試驗方法見資料。設定管式生物過濾器的運行條件為停留時間15s，有機負荷為11. 2kg CODnT3CT1, 進氣甲苯濃度為620mg/m3。一個月后，甲苯去除效率大于50%，并且性能一直穩(wěn)定，出氣甲 苯濃度低于300mg/m3。用壓力計測得反應器壓頭損失低于20Pa。繼續(xù)運行半個月，首先是 管狀聚氨酯海綿填料的外表面上布滿了黃褐色生物膜。隨著生物膜量的增加，生物膜聚集 成團，外伸出填料5mm左右。此時，生物膜過度蓄積已經(jīng)發(fā)生在填料外層和淺層。同時，反應器性能逐漸惡化，甲苯去除效率最終低于20%。此時壓頭損失大于30Pa。培養(yǎng)篩選兩只美洲大蠊成蟲，從管式生物過濾器進氣口放入。這兩只蜚蠊進入反 應器后，只能在管狀填料外側(cè)表面、反應器內(nèi)壁和營養(yǎng)液分布器圍成的空腔內(nèi)活動。經(jīng)觀 察，其運動自如，常趴在填料的表面。反應器所有操作條件不變，繼續(xù)運行。半個月后，向外突出的生物膜簇團逐漸消失，肉眼只能看到填料的淺層和內(nèi)層分 布了較多的生物膜，生物膜過度蓄積的問題得到了有效控制。兩只蜚蠊在反應器內(nèi)生活和 運行情況比較穩(wěn)定，無異常狀況。反應器性能逐漸轉(zhuǎn)好，甲苯去除效率逐漸上升至50%以 上，壓頭損失已經(jīng)逐漸低于20Pa。繼續(xù)運行一個月，并未發(fā)生生物膜的過度蓄積現(xiàn)象。反應器性能也非常穩(wěn)定，甲苯 去除效率穩(wěn)定在50%以上，壓頭損失低于20Pa，它們都沒有出現(xiàn)顯著波動。由此可見，利用 蜚蠊可以有效控制管式生物過濾器中生物膜的過度蓄積，并可保持長期連續(xù)穩(wěn)定的去除性 能。
權(quán)利要求
一種控制氣相生物過濾器中生物膜過度蓄積的方法，其特征在于往過度蓄積生物膜的氣相生物過濾器投入一定數(shù)量的昆蟲綱蜚蠊目動物成蟲，用于吞食生物過濾器填料層的表面和淺層處蓄積的生物膜；投入的昆蟲綱蜚蠊目動物為生活于野外的種類，它們能以腐敗的有機質(zhì)等為主食；用于該法控制生物膜過度蓄積的生物過濾器是封閉的，填料外表面和反應器內(nèi)壁之間有一定的空隙，昆蟲綱蜚蠊目動物可以自由活動而不能爬出反應器。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的氣相生物過濾器中生物膜過度蓄積的控制方法，其特征在于 在氣相生物過濾器內(nèi)發(fā)生生物膜過度蓄積時投加昆蟲綱蜚蠊目動物成蟲，并控制該動物的 數(shù)量，一般為每0. 05 0. 5m2填料投配1只昆蟲綱蜚蠊目動物成蟲。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的氣相生物過濾器中生物膜過度蓄積的控制方法，其特征 在于生物過濾器填料采用惰性材料制成，不是昆蟲綱蜚蠊目動物的食物。
4.根據(jù)權(quán)利要求1 3其中任意一項所述的氣相生物過濾器中生物膜過度蓄積的控制 方法，其特征在于生物過濾器填料堆積形成的空隙及填料本身的孔隙孔徑較小，一般都應 小于0. 5cm,昆蟲綱蜚蠊目動物的成蟲不能鉆進空隙或孔隙吞食填料層深處的生物膜。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種控制氣相生物過濾器中生物膜過度蓄積的方法，屬于環(huán)境工程中大氣污染控制工程的生物過濾法處理廢氣領(lǐng)域，特別涉及一種氣相生物過濾器中生物膜過度蓄積的生物控制方法。該方法通過往過度蓄積生物膜的氣相生物過濾器投入一定數(shù)量的昆蟲綱蜚蠊目動物成蟲，用于吞食生物過濾器填料層的表面和淺層處蓄積的生物膜，從而有效地控制填料內(nèi)生物膜的過度蓄積。本發(fā)明能夠在不增加運行設備、不改變生物過濾器運行條件的情況下，通過生物吞食去除蓄積在填料表層和淺層內(nèi)過度蓄積的生物膜，維持氣相生物過濾器的長期連續(xù)穩(wěn)定的運行性能，具有操作簡便、經(jīng)濟有效、環(huán)境友好等優(yōu)點。
文檔編號B01D53/84GK101992022SQ20101050447
公開日2011年3月30日 申請日期2010年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月13日
發(fā)明者孫士權(quán), 徐學, 杜春艷, 楊軼輝, 禹麗娥, 胡旭躍, 譚萬春, 陳宏 申請人:長沙理工大學