[发明专利]一种控制生物滴滤器内生物膜过度蓄积的方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到以生物法处理低浓度有机废气时，生物滴滤器填料内生物膜过度蓄积控制的技术领域，特指一种采用表面活性剂控制生物滴滤内生物膜过度蓄积的方法。

背景技术

气相生物过滤技术应用在低浓度挥发性有机物(Volatile Organic Compounds，缩写VOCs)控制时，因其技术可靠、成本低廉和环境友好的特点而得到广泛研究和应用。其中最为成熟的是生物滴滤器，该技术主要是通过填料上固着生长的微生物，在污染气体通过填料层时被其降解为CO₂、H₂O和合成生物膜。同时，在上部通过喷淋的方式添加营养液，不仅为床层提供水份而且还为微生物生长提供所必须的营养元素。

用于生物滴滤器的填料主要有自然有机填料和惰性合成填料，常以堆积的方式作为微生物生长繁殖的载体。因有机填料存在着随着运行时间的延长，有机物质会逐渐降解而导致床层压实，最终引起反应器性能恶化的缺点，所以目前在生物滴滤器内大多采用合成填料，既可避免填料压实，又可使填料内的气液固的均匀分布，有利于提高生物反应器的性能。

但是不管采用什么类型的填料，由于活性微生物具有旺盛的生长繁殖活力，往往会导致填料中生物膜的快速蓄积，特别是在处理易生物降解的化合物（甲苯、乙醇等）时，当有机负荷较高时，生物膜累积就更严重。当填料中生物膜发生过度蓄积时，将引起生物滴滤器中填料层阻力的增加和去除效率的下降等操作问题。因此，填料中过量生物膜的有效控制对维持生物滴滤器降解高性能是非常必要的。目前，许多研究者针对实际运行状况提出了物理、化学和生物方式及其组合的多种控制策略。

Sorial等采用清水或气水联合反冲洗的方式一定程度上控制了生物膜的过量蓄积。定期改变进气气流方向也一定程度上控制生物膜蓄积。Smith等报道了以6 mm的塑料小球为填料，采用反冲洗技术控制生物膜，在高甲苯负荷下，BTF达到了稳定的高去除效率。Cox和Deshusses发现在7天的饥饿期会减少10—50%的生物膜量。Kim等认为采取饥饿法控制低负荷下的生物量的是可行的。生物膜蓄积物理控制法往往会中断生物滴滤器的连续操作过程，而且性能恢复需要一个过程。

Sonia Arriaga在营养液中加入氯霉素（20 g/m³）和硫酸庆大霉素（50 g/m3）以抑制细菌的生长。Smith等提出以硝酸盐代替氨氮为氮源可以降低微生物的增长。合理的控制供给至生物滴滤器营养液中的氮量也可以限制微生物的过量生长。Deshusses建议在BTF内不要连续性的供给营养液，因为生物滴滤器会因为生物的过量增长而快速堵塞。在另外的一项研究中，Cox等采用化学剂清洗鲍尔环填料以控制生物膜累积，发现以NaClO和H₂O₂清洗后，填料上剩余生物膜完全失去活性；而以NaOH清洗后，剩余生物膜活性很低。席劲瑛等发现用0.4%的NaOH溶液循环水洗是可有效去除剩余生物膜，但冲洗后也需要3~4天的恢复期。采用化学法控制生物膜累积，对剩余生物膜的活性影响较大，要求清洗频率低，而此每次清洗后还需一个较长的恢复期，应用较少。

Cox等考察了在降解甲苯的BTF中，引入两种原生动物控制生物膜的累积，作者发现BTF内生物累积率更低。这种方式因不引入污染物，也不产生二次污染，理论上具有很大的潜力，但在实际应用上有待进一步的研究。

此外，对过量生物膜进行控制，所需的费用占总处理成本的30%左右，是相当大的一部分。虽然对于悬浮式反应器，因其中的微生物在液相中呈现悬浮生长状态而无生物膜过度累积影响，但是液相是连续相，造成很高的压降（高达1~5 m水柱），因此需要的动力费用较高。

综上所述，不管采取什么样的生物膜控制措施后都会引起填料中活性微生物的减少，造成运行操作过程中断和经历一个微生物活性恢复阶段，而导致生物滴滤器的性能出现暂时性的下降或不可恢复，最终控制效果都不太理想。本发明针对生物滴滤器填料内生物膜过度蓄积问题提出了有效的控制方法，即采用在生物滴滤器营养液中引入表面活性剂的方法进行控制，可经济有效地控制填料内生物膜量，并在长期运行中维持较低的压降和稳定的降解性能。

发明内容