甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化装置及方法

摘要

本发明涉及一种甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化装置及方法，装置包括鼓泡塔三相生物反应器、缓冲罐、流量计、气泵、无机盐培养基储罐、蠕动泵和恒温电热器；其中鼓泡塔三相生物反应器为方柱形壳体，壳体横截面正方形边长为0.12～0.2m，壳体的底部中心位置设置布气板，壳体的上部设置可拆卸的四棱锥形封口，壳体下方靠近底面的位置设有出水口，出水口内径为固定化菌体直径的5倍；其中壳体的高径比为10∶1～12∶1。以固定化恶臭假单胞菌Pseudomonas putida WQ-03净化甲苯废气，液相为无机盐培养基，鼓泡塔三相生物反应器中无内构件，气体上升阻力小，停留时间短，处理效果好，因此在鼓泡塔三相生物反应器中利用固定化菌体净化甲苯废气的研究具有重要的实际应用价值。

权利要求

1.一种甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化装置，包括鼓泡塔三相生物反应器、缓冲罐、流量计、气泵、无机盐培养基储罐、蠕动泵和恒温电热器；其特征是鼓泡塔三相生物反应器为方柱形壳体，壳体横截面正方形边长为0.12～0.2m，壳体的底部中心位置设置布气板，壳体的上部设置可拆卸的四棱锥形封口，壳体下方靠近底面的位置设有出水口，出水口内径为固定化菌体直径的5倍；其中壳体的高径比为10∶1～12∶1。

2.一种甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化方法，其特征是净化方法步骤如下：

1)将海藻酸钠固定化的恶臭假单胞菌Pseudomonasputida WQ-03和无机盐培养基，由鼓泡塔三相生物反应器顶部加入鼓泡塔三相生物反应器中，固定化菌体的用量为鼓泡塔三相生物反应器工作容积的30～40％，无机盐培养基用量为鼓泡塔三相生物反应器工作容积的60～70％；

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2)以甲苯浓度100～400mg/m，经第一气泵、缓冲罐、流量计以0.52～1.04m/h的流量经鼓泡塔三相生物反应器底部布气板进入鼓泡塔三相生物反应器，出口气体流量的20％经第二气泵回到缓冲罐，循环进入鼓泡塔三相生物反应器，鼓泡塔三相生物反应器内在温度25～30℃，每24h加入无机盐培养基0.5～0.7L；

3

3)最终使出口气体中甲苯浓度低于60mg/m，达到国家规定的甲苯废气二级排放标准，3

容积负荷1950～3700mg/m/h。

3.如权利要求2所述的甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化方法，其特征是所述的+3 +5 +2无机盐培养基中N 为7.5～22.5mmol/L，P 为1.5～4.5mmol/L，Mg 为0.4～1mmol/L，+2 +2 +2 +2 +2 +2 +2Ca 为0.18～0.5mmol/L，Fe 为0.07～0.2mmol/L；Mn 、Zn 、Mo 、Cu 、Co 为痕量。

4.如权利要求3所述的甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化方法，其特征是所述+3 +5的无机盐培养基中N 由NH4Cl或(NH4)28O4的一种或混合提供；P 由KH2PO4或K2HPO4的+2 +2 +2一种或混合提供；Mg 由MgSO4·7H2O、MgCl2的一种或混合提供；Ca 由CaCl2提供；Fe 由+2 +2FeCl2·4H2O或FeSO4·7H2O的一种或混合提供；Mn 由MnSO4·H2O提供；Zn 由ZnSO4或+6 +2 +2ZnCl2提供；Mo 由Na2MoO4·7H2O提供；Cu 由CuSO4·5H2O或CuCl2·2H2O提供；Co 由CoCl2·6H2O或CoSO4·7H2O提供。

说明书

甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化装置及方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化装置及方法，属于甲苯废气生物净化技术领域。

背景技术

[0002] 甲苯是一种重要的化工原料和燃料，被广泛应用于制备油类、树脂、橡胶、煤焦油、沥青、醋酸纤维素，纤维素油漆，照相墨水、氯化苯酰、三硝基甲苯和许多染料等，在工业生产中的用量极大。空气中的甲苯主要来自于汽车废气、汽油加工、工业活动所造成的溶剂损失以及贮运过程中的意外事故。甲苯易挥发，吸入含甲苯超标的空气可出现咽喉刺痛感、发痒和灼烧感，可引起眼部流泪、发红、充血；甲苯直接溅在皮肤上局部可出现发红、刺痛及疱疹等。重度甲苯中毒后，或呈兴奋状，躁动不安，哭笑无常，或呈压抑状，嗜睡等，严重的会出现虚脱、昏迷；甲苯同样可造成鱼类和动物的死亡。甲苯在环境中较为稳定，可在大气和水体中循环，最终可因生物的和微生物的氧化而被降解。

[0003] 甲苯废气在我国大气污染控制中已经被列为应重点解决的有害废气之一，其处理技术包括物理、化学法和生物法，生物法具有处理效率高、应用范围广、极少产生二次污染、运行与管理操作方便及运行费用较低等优点，尤其适用于有机废气的处理。目前常用的生物法是生物滴滤法，以生物滴滤器为主体，内部有固定的填料载体附着微生物。废气从底部进入生物滴滤器经过固定的填料层被菌体吸收，液体无机盐培养基从生物滴滤器顶部喷洒下来润湿填料并为微生物提供无机盐营养物，生物滴滤器结构和操作均较为复杂，同时营养物添加过量也会引起菌体大量繁殖，造成床层堵塞和压降升高。

发明内容

[0004] 本发明目的在于提供一种采用鼓泡塔三相生物反应器固定化菌体净化甲苯废气的装置及方法，该发明具有操作过程简单，动力消耗低，无二次污染的特点。本发明中以鼓泡塔三相生物反应器净化甲苯废气，微生物通过包埋法做成固定化菌体，其稳定性、使用周期和可控性良好，鼓泡塔三相生物反应器中气相为甲苯废气，液相为无机盐培养基，固相为固定化菌体，鼓泡塔三相生物反应器中无内构件，气体上升阻力小，停留时间短，处理效果好，因此在鼓泡塔三相生物反应器中利用固定化菌体净化甲苯废气的研究具有重要的实际应用价值。

[0005] 本发明是通过下述技术方案加以实现的：

[0006] 本发明的一种甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化装置，包括鼓泡塔三相生物反应器、缓冲罐、流量计、气泵、无机盐培养基储罐、蠕动泵和恒温电热器；其中鼓泡塔三相生物反应器为方柱形壳体，壳体横截面正方形边长为0.12～0.2m，壳体的底部中心位置设置正方形布气板，边长为外壳体横截面边长的1/2，布气板上的通气孔孔径为0.5～4.5mm，壳体的上部设置可拆卸的四棱锥形封口，壳体下方靠近底面的位置设有出水口，出水口内径为固定化菌体直径的5倍；其中壳体的高径比为10∶1～12∶1。

[0007] 本发明的一种甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化方法，净化方法步骤如下：

[0008] 1)将海藻酸钠固定化的恶臭假单胞菌Pseudomonas putida WQ-03和无机盐培养基，由鼓泡塔三相生物反应器顶部加入鼓泡塔三相生物反应器中，固定化菌体的用量为鼓泡塔三相生物反应器工作容积的30～40％，无机盐培养基用量为鼓泡塔三相生物反应器工作容积的60～70％；

[0009] 2)以甲苯浓度100～400mg/m3，经第一气泵、缓冲罐、流量计以0.52～1.04m3/h的流量经鼓泡塔三相生物反应器底部布气板进入鼓泡塔三相生物反应器，出口气体流量的20％经第二气泵回到缓冲罐，循环进入鼓泡塔三相生物反应器，鼓泡塔三相生物反应器内在温度25～30℃，每24h加入无机盐培养基0.5～0.7L；

[0010] 3)最终使出口气体中甲苯浓度低于60mg/m3，达到国家规定的甲苯废气二级排放3
标准，容积负荷1950～3700mg/m/h。

[0011] 所述的无机盐培养基中N+3为7.5～22.5mmol/L，P+5为1.5～4.5mmol/L，Mg+2为+2 +2 +2 +2 +6 +20.4～1mmol/L，Ca 为0.18～0.5mmol/L，Fe 为0.07～0.2mmol/L；Mn 、Zn 、Mo 、Cu 、+2
Co 为痕量。

[0012] 所述的无机盐培养基中N+3由NH4Cl或(NH4)2SO4的一种或混合提供；P+5由KH2PO4+2 +2或K2HPO4的一种或混合提供；Mg 由MgSO4·7H2O、MgCl2的一种或混合提供；Ca 由CaCl2提+2 +2 +2
供；Fe 由FeCl2·4H2O或FeSO4·7H2O的一种或混合提供；Mn 由MnSO4·H2O提供；Zn 由+6 +2
ZnSO4或ZnCl2提供；Mo 由Na2MoO4·7H2O提供；Cu 由CuSO4·5H2O或CuCl2·2H2O提供；
+2
Co 由CoCl2·6H2O或CoSO4·7H2O提供。

[0013] 本发明的一种甲苯废气的鼓泡塔三相生物反应器净化方法，是以固定化恶臭假单胞菌Pseudomonas putida WQ-03净化甲苯废气，菌种购于中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)，保藏号为1.1130。

[0014] 本发明的优点在于：固定化细胞的使用，延长了菌体的使用时间，使净化过程更加稳定且更换方便；装置可连续运行；一部分出口气体可经过第二气泵进入缓冲罐，再进入原反应器继续进行生物净化，提高了处理效果，增强了设备操作弹性。采用鼓泡塔三相生物反应器，从底部进气，气液固三相混合均匀，增大相间接触面积，强化传质过程，增大处理效果；另外，整体设备结构简单，成本低，克服了传统生物滴滤反应器处理甲苯废气时动力消耗大，床层易堵塞，频繁更换填料等关键技术缺陷。该方法适用于处理成份波动的甲苯废气。本发明通过利用鼓泡塔三相生物反应器净化甲苯废气，出口气体可达到国家规定3
的大气甲苯排放标准。采用固定化恶臭甲单胞菌，出口甲苯浓度低于60mg/m，去除率为
65-85.5％(去除率＝100％-出口甲苯浓度/出口甲苯浓度×100％)；装置可稳定运行三周。

附图说明

[0015] 图1：鼓泡塔三相生物反应器净化装置示意图；

[0016] 图2：布气板示意图；

[0017] 图中，1为第一气泵，2为缓冲罐，3为流量计，4为布气板，5为鼓泡塔三相生物反应器，6为恒温电热器，7为无机盐培养基储罐，8为蠕动泵，9为第二气泵。

具体实施方式

[0018] 下面结合附图具体的实施例对本发明作进一步说明。

[0019] 采用如图1和图2的装置连接方式：甲苯废气通过第一气泵1进入缓冲罐2，经过流量计3的调节经过布气板4从底部进入鼓泡塔三相生物反应器5，鼓泡塔三相生物反应器5中存在无机盐培养基和固定化菌体，通过恒温电热器6保持一定温度，固定化菌体净化后的甲苯废气从鼓泡塔三相生物反应器5顶部排出，排出气体的20％经第二气泵9回到缓冲罐2中，鼓泡塔三相生物反应器5中的无机盐培养基为固定化菌体提供代谢必需的无机盐，鼓泡塔三相生物反应器5外部的无机盐培养基储罐7每天将一定量的无机盐通过蠕动泵8从鼓泡塔三相生物反应器5上方加入鼓泡塔三相生物反应器5中。

[0020] 以鼓泡塔三相生物反应器高径比10∶1～12∶1，横截面正方形边长0.12～0.2m，正方形布气板边长为外壳体横截面边长的1/2，布气板上通气孔孔径0.5～4.5mm，海藻酸钠固定化Pseudomonas putida WQ-03为生物质，Pseudomonas putida WQ-03菌种购于中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)，保藏号为1.1130。

[0021] 固定化菌体小球直径约为3mm，加入量为鼓泡塔三相生物反应器工作容积的30～40％，无机盐培养基加入量为鼓泡塔三相生物反应器工作容积的60～70％，无机盐培养基+3 +5 +2 +2
中N 为7.5～22.5mmol/L，P 为1.5～4.5mmol/L，Mg 为0.4～1mmol/L，Ca 为0.18～+2 +2 +2 +6 +2 +2
0.5mmol/L，Fe 为0.07～0.2mmol/L；Mn 、Zn 、Mo 、Cu 、Co 为痕量，温度25～30℃，以
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0.52m/h的空气量曝气24h，净化甲苯废气的典型实施例如下：

[0022] 实施例1

[0023] 将甲苯浓度为100mg/m3，流量为0.52m3/h的甲苯废气通入高径比10∶1，横截面正方形边长0.12m的鼓泡塔三相生物反应器中，布气板孔径0.5mm，固定化菌体加入量为鼓泡塔三相生物反应器工作容积的30％，无机盐培养基加入量为鼓泡塔三相生物反应器工作容积的70％，无机盐培养基pH值为7.2，其中NH4Cl、KH2PO4、MgSO4·7H2O、CaCl2、FeSO4·7H2O浓度分别为7.5、1.5、0.4、0.18、0.07mmol/L，MnSO4·H2O、ZnSO4、Na2MoO4·7H2O、CuSO4·5H2O、CoCl2·6H2O为痕量，无机盐培养基以自来水配置，鼓泡塔三相反应器内维持温度25℃，每天补充0.5L无机盐培养基，出口气体流量的20％经第二气泵回到缓冲罐，出口甲苯浓度降至3 3
35mg/m，去除率达到65％，容积负荷为1950mg/m/h。

[0024] 实施例2

[0025] 将甲苯浓度为200mg/m3，流量为0.78m3/h的甲苯废气通入高径比11∶1，横截面正方形边长0.15m的鼓泡塔三相生物反应器中，布气板孔径3mm，固定化菌体加入量为鼓泡塔三相生物反应器工作容积的35％，无机盐培养基加入量为鼓泡塔三相生物反应器工作容积的65％，其中(NH4)2SO4、K2HPO4、MgCl2、CaCl2、FeCl2·4H2O浓度分别为8、3、0.8、0.3、0.15mmol/L，MnSO4·H2O、ZnCl2、Na2MoO4·7H2O、CuCl2·2H2O、CoSO4·7H2O为痕量，鼓泡塔三相反应器内维持温度28℃，每天补充0.6L无机盐培养基，重复实施例1中的实验步骤，进行
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固定化菌体生物净化。检测出口甲苯降至52mg/m，去除率达到74％，容积负荷为3100mg/
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m/h。

[0026] 实施例3

[0027] 将甲苯浓度为400mg/m3，流量为1.04m3/h的甲苯废气通入高径比12∶1，横截面正方形边长0.2m的鼓泡塔三相生物反应器中，布气板孔径4.5mm，固定化菌体加入量为鼓泡塔三相生物反应器工作容积的40％，无机盐培养基加入量为鼓泡塔三相生物反应器工作容积的60％，其中NH4Cl、(NH4)2SO4、KH2PO4、K2HPO4、MgSO4·7H2O、MgCl2、CaCl2、FeCl2·4H2O、FeSO4·7H2O浓度分别为16.5、3、3、1.5、0.6、0.4、0.5、0.1、0.1mmol/L，MnSO4·H2O、ZnSO4、Na2MoO4·7H2O、CuSO4·5H2O、CoCl2·6H2O为痕量，鼓泡塔三相反应器内维持温度30℃，每天补充0.7L无机盐培养基，重复实施例1中的实验步骤，进行固定化菌体生物净化。检测出3 3
口甲苯降至58mg/m，去除率达到85.5％，容积负荷为3700mg/m/h。

[0028] 本发明并不局限于实例中所描述的技术，它的描述是说明性的，并非限制性的，本发明的权限由权利要求所限定，基于本技术领域人员依据本发明所能够变化、重组等方法得到的与本发明相关的技术，都在本发明的保护范围内。