[发明专利]一种基于臭氧调控的高级氧化耦合生物净化系统及其应用

说明书

本发明公开了一种基于臭氧调控的高级氧化耦合生物净化系统及其应用，所述系统包括高级氧化单元和生物净化单元，所述高级氧化单元和生物净化单元之间连接有臭氧浓度调控单元，所述臭氧浓度调控单元由臭氧浓度在线检测装置和空气装置组成；所述高级氧化单元的废气出口处设置臭氧浓度在线检测装置并通过阀门与空气装置和生物净化单元的进气口连通；所述高级氧化单元为紫外光催化装置或低温等离子体协同催化装置，所述生物净化单元为塔式或箱式滴滤装置；本发明对于浓度50‑1000mg/m³的VOCs废气处理，降解率85‑100％，二氧化碳生成率80‑90％，无二次污染问题。

(一)技术领域

本发明涉及工业VOCs废气的净化，特别涉及一种基于臭氧调控的高级氧化耦合生物净化工艺，通过臭氧的氧化作用保证高级氧化单位和生物净化单元稳定高效运行，获得VOCs较好地净化效率。该技术属于环境污染净化领域。

(二)背景技术

大气中挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)已经引起了人类数十年的广泛关注，因为它们是二次污染物(如气溶胶、O₃)的重要前体物，并可能对人体健康产生不良影响。VOCs主要来自于石油炼制、石油产品的储存和运输、溶剂使用等工业过程；此外，植被排放也是一些高活性VOCs的重要来源。VOCs的污染控制技术已成为大气污染控制领域的研发热点。

生物法处理VOCs废气以其简单高效、能耗低、费用低、无二次污染等特点在废气净化领域越来越受到重视。生物法净化VOCs的核心是生物膜，其活性和数量决定了生物净化系统的高效和稳定运行。对于易生物降解的VOCs组分，微生物过量生长导致了填料层压降急剧上升而使得反应器不能稳定运行，进而使VOCs净化效率下降；对于不易生物降解的VOCs组分，单一的生物净化工艺往往处理效率不高。近年来，以紫外光解、低温等离子体为代表的高级氧化技术可以在较短时间内实现复杂体系内难降解VOCs的有效转化，同时形成易生物降解组分，为后续微生物彻底净化提供了可能。高级氧化耦合生物净化工艺成为了难降解VOCs废气高效净化的一种有效工艺。

高级氧化过程(如紫外光解、低温等离子体等)之所以能对一些有机化合物实现有效转化，是因为外界能量输入可有效破坏VOCs的化学键，同时这些能量也可作用于反应介质(如空气、水汽等)，产生氧化性更强的活性物质或自由基(如臭氧O₃、羟基自由基OH·等)，从而对VOCs的破坏能力将大大提升。

臭氧(O₃)具有较强的氧化作用，是高级氧化过程产生的常见活性物质之一。它既能氧化一些有机化合物，也能氧化一些微生物分泌的物质(如胞外多聚物等)。当O₃浓度小于20mg/m³甚至更低时，对微生物生长具有促进作用，它能改善细胞表面基团分布，氧化细胞分泌过多的物质，使微生物表现出更高的生长活力和降解活性。此外，O₃还能去除一些已经没有活性的生物膜，改善生物反应器的运行性能，这在一些文献中也有报道。同时，研究也发现，高浓度O₃可能会对微生物造成毒害作用，甚至灭活微生物，这与普遍认为O₃具有杀菌作用的观点是一致的。因此，若要实现高级氧化与生物净化的优化组合，其技术关键是对O₃浓度的控制。

研究指出，单一紫外光解、低温等离子体工艺产生的O₃具有不可控性，即氧化过程没有消耗完的O₃将随着反应气流流出反应体系，有时候浓度较大时会对周围环境造成污染。若对反应出气中的O₃不加监测或控制而直接通入后续生物净化单元，其产生的结果具有不可预见性，促进或抑制作用都有可能，甚至会对系统内的微生物造成致命伤害。因此，如何实现对高级氧化过程产生O₃的调控就显得非常重要。