[发明专利]一种调控气相生物过滤器内生物量的方法

说明书

技术领域

本发明属于环境工程中大气污染控制工程的生物过滤法处理废气领域，特别涉及一种调控气相生物过滤器内生物量的方法。

背景技术

恶臭和有机废气的排放已经严重污染了环境，导致农作物减产，破坏森林与生态系统，消耗臭氧和形成光化学烟雾，直接或间接地损害人体健康，甚至致癌和致畸。气相生物过滤技术是有机废气的一种主要生物控制方法，它利用附着在过滤填料上的生物膜，将废气中的污染物分解、转化为简单无机物（CO₂、H₂O等）或细胞组成物质。除需要提供微生物生命代谢必需的营养物质外，生物过滤过程一般不需要添加其他药剂，具有投资运行费用低、效果较好、无二次污染等优点，因此具有广阔的应用前景。

生物膜是生物过滤技术的最关键因素。填料内均匀分布的适量高活性的生物膜有助于得到高效稳定的反应器运行性能。然而，气相生物过滤器在长期运行后常常会出现生物膜老化现象以及填料内的过度蓄积现象，特别是在高负荷条件下。这就可能直接导致气相生物过滤器出现众多操作问题，比如床层堵塞、短流、压降增大等问题，也就成了直接导致反应器长期运行时处理性能急剧恶化的罪魁祸首。

目前，生物膜过度蓄积的控制方法可以分为物理、化学和生物方法等。物理方法利用机械设备去除过量的生物膜，它是当前最有效的生物膜蓄积控制方法，但是在实际应用中也存在高能耗、设备复杂、运行维护困难等缺点。化学方法通过控制供应碳源和添加营养源或用含有氧化剂、表面活性剂、杀菌剂及化学溶液进行水洗或灌注等方法来控制生物膜蓄积。物理和化学方法都无法保持反应器的长期连续稳定的性能。生物方法控制生物量过度蓄积是基于生态金字塔、营养级和捕食食物链等生态学基本原理，引入更高营养级上的生物物种，通过捕食食物链的捕食作用来减少较低营养级上的生物物种数量。由于不同营养级的微生物数量之间的关系组成了生物量金字塔，更长的食物链需要消耗更多的能量，因而生物量产率将大大降低。然而，它尚处于初步研究阶段。到目前为止还没有找到经济有效地控制生物膜过度蓄积的方法。

应用生物方法控制气相生物过滤器中生物膜的过度蓄积的研究和专利技术还较少。有研究表明，投放原生动物能增加碳的矿化度，轻微增加甲苯降解容量和降低生物量蓄积率（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）。引入螨虫（mites）有助于控制真菌的过度增长和压头降低。Bhaskarn等（Bhaskaran K, Nadaraja AV, Balakrishnan MV, et al. Dynamics of sustainable grazing fauna and effect on performance of gas biofilter. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2008, 105(3): 192–197）比较了一些含微型后生动物的捕食动物包括食肉线虫（Caenorhabditis sp.）、轮虫（Phildina sp.）、节肢动物（Echiniscus sp.）和纤毛虫原生动物包括Colpoda inflata、Euplotes harpa和Acineria sp.，发现线虫、轮虫和纤毛虫都适合在较广污染物浓度范围内生长并稳定在一定数量。而利用微型动物捕食控制生物量蓄积仍然处于初级或试验阶段。我国的专利申请中，已有利用线虫和纤毛虫对生物膜的吞食作用来控制气相生物过滤器内蓄积的生物量（一种废气生物过滤器中生物量过度蓄积的生物控制方法. 申请号: 201010523343.8; 申请日: 2010.10.28）。此外，利用昆虫纲蜚蠊目动物成虫吞食生物过滤器填料层的表面和浅层处蓄积的生物膜，进而控制填料内过度蓄积的生物膜也被申请了发明专利（一种控制气相生物过滤器中生物膜过度蓄积的方法. 申请号: 201010504473.7, 申请日: 2010.10.13）。然而，利用有关蛾蠓类昆虫来控制生物膜过度蓄积的方法尚未见报导。