[發明專利]一種基于臭氧調控的高級氧化耦合生物凈化系統及其應用

有效

• 申請號: 201711493924.X
• 申請日: 2017-12-31
• 公開（公告）號: CN108187466B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發明（設計）人: 陳建孟;王家德;成卓韋;陳東之;於建明
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01D53/76
• 分類號: B01D53/76;B01D53/72;B01D53/70;B01D53/66;B01D53/86;B01D53/84
• 代理公司: 杭州天正專利事務所有限公司 33201
• 代理人: 黃美娟;李世玉

本發明公開了一種基于臭氧調控的高級氧化耦合生物凈化系統及其應用，所述系統包括高級氧化單元和生物凈化單元，所述高級氧化單元和生物凈化單元之間連接有臭氧濃度調控單元，所述臭氧濃度調控單元由臭氧濃度在線檢測裝置和空氣裝置組成；所述高級氧化單元的廢氣出口處設置臭氧濃度在線檢測裝置并通過閥門與空氣裝置和生物凈化單元的進氣口連通；所述高級氧化單元為紫外光催化裝置或低溫等離子體協同催化裝置，所述生物凈化單元為塔式或箱式滴濾裝置；本發明對于濃度50?1000mg/m³的VOCs廢氣處理，降解率85?100％，二氧化碳生成率80?90％，無二次污染問題。

(一)技術領域

本發明涉及工業VOCs廢氣的凈化，特別涉及一種基于臭氧調控的高級氧化耦合生物凈化工藝，通過臭氧的氧化作用保證高級氧化單位和生物凈化單元穩定高效運行，獲得VOCs較好地凈化效率。該技術屬于環境污染凈化領域。

(二)背景技術

大氣中揮發性有機化合物(Volatile Organic Compounds，VOCs)已經引起了人類數十年的廣泛關注，因為它們是二次污染物(如氣溶膠、O₃)的重要前體物，并可能對人體健康產生不良影響。VOCs主要來自于石油煉制、石油產品的儲存和運輸、溶劑使用等工業過程；此外，植被排放也是一些高活性VOCs的重要來源。VOCs的污染控制技術已成為大氣污染控制領域的研發熱點。

生物法處理VOCs廢氣以其簡單高效、能耗低、費用低、無二次污染等特點在廢氣凈化領域越來越受到重視。生物法凈化VOCs的核心是生物膜，其活性和數量決定了生物凈化系統的高效和穩定運行。對于易生物降解的VOCs組分，微生物過量生長導致了填料層壓降急劇上升而使得反應器不能穩定運行，進而使VOCs凈化效率下降；對于不易生物降解的VOCs組分，單一的生物凈化工藝往往處理效率不高。近年來，以紫外光解、低溫等離子體為代表的高級氧化技術可以在較短時間內實現復雜體系內難降解VOCs的有效轉化，同時形成易生物降解組分，為后續微生物徹底凈化提供了可能。高級氧化耦合生物凈化工藝成為了難降解VOCs廢氣高效凈化的一種有效工藝。

高級氧化過程(如紫外光解、低溫等離子體等)之所以能對一些有機化合物實現有效轉化，是因為外界能量輸入可有效破壞VOCs的化學鍵，同時這些能量也可作用于反應介質(如空氣、水汽等)，產生氧化性更強的活性物質或自由基(如臭氧O₃、羥基自由基OH·等)，從而對VOCs的破壞能力將大大提升。

臭氧(O₃)具有較強的氧化作用，是高級氧化過程產生的常見活性物質之一。它既能氧化一些有機化合物，也能氧化一些微生物分泌的物質(如胞外多聚物等)。當O₃濃度小于20mg/m³甚至更低時，對微生物生長具有促進作用，它能改善細胞表面基團分布，氧化細胞分泌過多的物質，使微生物表現出更高的生長活力和降解活性。此外，O₃還能去除一些已經沒有活性的生物膜，改善生物反應器的運行性能，這在一些文獻中也有報道。同時，研究也發現，高濃度O₃可能會對微生物造成毒害作用，甚至滅活微生物，這與普遍認為O₃具有殺菌作用的觀點是一致的。因此，若要實現高級氧化與生物凈化的優化組合，其技術關鍵是對O₃濃度的控制。

研究指出，單一紫外光解、低溫等離子體工藝產生的O₃具有不可控性，即氧化過程沒有消耗完的O₃將隨著反應氣流流出反應體系，有時候濃度較大時會對周圍環境造成污染。若對反應出氣中的O₃不加監測或控制而直接通入后續生物凈化單元，其產生的結果具有不可預見性，促進或抑制作用都有可能，甚至會對系統內的微生物造成致命傷害。因此，如何實現對高級氧化過程產生O₃的調控就顯得非常重要。