Способ микробиологической очистки газов от паров формальдегида

 

Использование: микробиологическая очистка и утилизация органических примесей в газах. Сущность изобретения: пропускают очищаемый газ через зону интенсивного массообмена с водным абсорбентом, содержащим микроорганизмы активного ила и соединения азота и фосфора. В качестве катализатора применяют углеродистую или легированную сталь. Катализатор применяют по всей зоне массообмена с удельной поверхностью металла 150-250 м² на каждый 1 м³ зоны массообмена. 1 з. п. ф-лы.

Изобретение относится к микробиологической промышленности, в частности к способам микробиологической очистки газов от органических загрязнений.

Задача микробиологической очистки газов сводится к организации двух последовательных процессов: процесса массообмена, повышающего сорбцию газовых компонентов, и процесса микробиологической утилизации сорбированных органических загрязнений.

Способы достижения высокого уровня массообмена известны и реализуются в основном организацией подвижного слоя насадки, разбивающей фазовые потоки, или организацией неподвижной насадки, о которую разбиваются фазовые потоки.

Способы интенсификации процесса микробиологической утилизации органических загрязнений сводятся к оптимизации состава и соотношения известных компонентов среды, взаимодействующих между собой микроорганизмов и потребляемых ими кислорода, органических веществ и элементов минерального питания.

Известно техническое решение, в соответствии с которым отходящий газ, загрязненный органическими веществами, пропускают через подвижный слой, орошаемый в противотоке суспензией активного ила, в которую добавляют соединения азота и фосфора. Диапазон соотношений органики к азоту и фосфору лежит в пределах от 250:1:1 до 250:5:4.

Однако и при этих соотношениях элементов субстрата скорость биохимического окисления не превосходит известных максимальных значений и степень очистки не превышает 95% при реализации процесса. Увеличение скорости окисления ограничивается исчерпанием возможностей массообмена, т.е. разницы между равновесными и рабочими концентрациями субстрата. Дальнейшее увеличение скорости окисления возможно посредством ускорения протекания самих реакций биохимических превращений.

Цель изобретения состоит в повышении эффективности газоочистки от органических загрязнений.

Для этого в способе микробиологической очистки газов от органических загрязнений, включающем пропускание очищаемого газа через зону организованного массообмена с водным абсорбентом, содержащим микроорганизмы активного ила и соединения азота и фосфора, с целью повышения степени очистки газа посредством катализа процесса биоокисления в качестве катализатора применяют углеродистую или легированную сталь с удельной поверхностью металла во всей зоне массообмена в пределах от 150 до 250 м²/м³ зоны массообмена.

Из составляющих очистку газа двух последовательных процессов массообмена и микробиологической утилизации (или биоокисления) при решенной задаче массообмена биоокисление является звеном, определяющим скорость и, вследствие этого, полноту очистки газа. Незначительная величина этой скорости объясняется инерционностью всей цепи биохимических реакций, представляющих процесс микробиологической утилизации органических соединений.

Кроме того, окисление органических соединений подвержено вариабельности направлений, может происходить различными путями в зависимости от влияния факторов среды, это также снижает ритмичность и скорость процесса.

Исследованиями найден катализатор, а также диапазон достаточной поверхности катализатора, размещенного в зоне протекания реакции, т.е. в зоне массообмена, достаточной для ускорения протекания биохимических реакций.

Металлический катализатор углеродистая или легированная сталь как небелковый фрагмент, участвующий в ферментативных превращениях, является кофактором, выполняющим каталитическую функцию, оставаясь химически неизменным, т.е. нерасходуемым в результате катализируемой реакции, а так как сталь нерастворима, то должна иметь развитую поверхность для выполнения функций массообмена через поверхность контакта фаз. Сталь может быть введена в зону массообмена в любой форме изделий, имеющих развитую поверхность: чешуек, лепестков, пропеллеров, малых сплошных шариков, больших полых шариков, порошка, стружки, труб и т.д. Важна только поверхность, отнесенных к объему катализатора во всей зоне массообмена. При этом кроме развития поверхности никакой другой обработки металла не требуется, что упрощает его применение использованием готовых товарных форм.

Введение катализатора в процесс позволило повысить степень очистки газа от органических загрязнений до 99,99% Далее приводятся примеры выполнения способа реализации изобретения.

В примерах реализации способа использовалось загрязняющее газ органическое соединение формальдегид, скорость биохимического окисления которого немного ниже средней для большого диапазона скоростей окисления известных органических соединений, подвергаемых утилизации. По этой причине формальдегид является представительным соединением, позволяющим рассчитывать как ожидаемую степень очистки, так и габариты аппаратов.

Так же в примерах применялся пенный режим массообмена как режим наиболее максимальных массообменных показателей, т.е. устраняющий лимит по массообмену с целью фиксации только эффекта катализа. Пенный режим массообмена позволял, кроме того, удерживать во взвешенном состоянии катализатор, применяющийся в виде лепестков (толщина 0,1 мм, суммарная площадь двух сторон лепестка 2 см²) и для повторного опыта в виде дисков (толщина 0,1 мм, диаметр 5 мм). Разницы в эффективности от применения различных форм катализатора не обнаружено.

П р и м е р 1. Процесс очистки воздуха, содержащего пары формальдегида с концентрацией 159±15 мг/м³, проводили в пенном режиме массообмена водным абсорбентом, содержащим активный ил в концентрации 2,2±0,3 г/л. Водный абсорбент содержал также 100±30 мг/л солей фосфора и 200±30 мг/л солей азота.

Величина рН водного абсорбента поддерживалась в пределах 7±0,2. Температура 20±5^оС. Степень очистки газа 92±3% П р и м е р 2. Процесс очистки воздуха, содержащего пары формальдегида с концентрацией 170±15 мг/м³, проводили в пенном режиме массообмена водным абсорбентом, содержащим активный ил в концентрации 2,3±0,3 г/л. Водный абсорбент содержал также 100±30 мг/л солей фосфора и 200±30 мг/л солей азота.

Величина рН водного абсорбента поддерживалась в пределах 7±0,2. Температура 20±5^оС, степень очистки газа 93±3% П р и м е р 3. Процесс очистки воздуха, содержащего пары формальдегида с концентрацией 80±15 мг/м³, проводили в пенном режиме массообмена водным абсорбентом, содержащим активный ил в концентрации 2,0±0,3 г/л. Азот, фосфор, рН и температура аналогично примерам 1 и 2. Степень очистки газа 91±3% Во всех трех контрольных примерах активный ил был представлен микроорганизмами рода Pseudomonas, Bacterium, Micrococcus. Средняя степень очистки по трем примерам составила 92±3% Микроорганизмы активного ила были представлены: Pseudomonas, Bacterium, Micrococcus.

П р и м е р 4. Процесс очистки воздуха, содержащего пары формальдегида с концентрацией 175±15 мг/м³, проводили в пенном режиме массообмена водным абсорбентом, содержащим активный ил в концентрации 2,1±0,2 г/л. Азот, фосфор, рН и температура аналогично примерам 1 и 2.

В зоне массообмена был помещен катализатор из углеродистой стали с удельной поверхностью 200 м²/м³ зоны. Степень очистки 99,96% П р и м е р 5. Процесс очистки воздуха, содержащего пары формальдегида с концентрацией 48 мг/м³, проводили в пенном режиме массообмена водным абсорбентом, содержащим активный ил в концентрации 2,4±0,3 г/л. Азот, фосфор, рН и температура аналогично примерам 1 и 2. В зоне массообмена был помещен катализатор из углеродистой стали с удельной поверхностью 120 м²/м³. Степень очистки 96,3% П р и м е р 6. Процесс очистки воздуха, содержащего пары формальдегида с концентрацией 75 мг/м³, проводили в пенном режиме массообмена водным абсорбентом, содержащим активный ил в концентрации 2,0±0,3 г/л. Азот, фосфор, рН и температура аналогично примерам 1 и 2. В зоне массообмена был помещен катализатор из углеродистой стали с удельной поверхностью 250 м²/м³. Степень очистки 99,94% П р и м е р 7. Процесс очистки воздуха, содержащего пары формальдегида с концентрацией 161 мг/м³, проводили в пенном режиме массообмена водным абсорбентом, содержащим активный ил в концентрации 2,2±0,3 г/л. Азот, фосфор, рН и температура аналогично примерам 1 и 2. В зоне массообмена был помещен катализатор из углеродистой стали с удельной поверхностью 140 м²/м3. Степень очистки 96,9% П р и м е р 8. Процесс очистки воздуха, содержащего пары формальдегида с концентрацией 47 мг/м³, проводили в пенном режиме массообмена водным абсорбентом, содержащим активный ил в концентрации 2,0±0,3 г/л. Азот, фосфор, рН и температура аналогично примерам 1 и 2. В зоне массообмена был помещен катализатор из углеродистой стали с удельной поверхностью 150 м²/м³. Степень очистки 99,91%
П р и м е р 9. Процесс очистки воздуха, содержащего пары формальдегида с концентрацией 92 мг/м³, проводили в пенном режиме массообмена водным абсорбентом, содержащим активный ил в концентрации 2,2±0,3 г/л. Азот, фосфор, рН и температура аналогично примерам 1 и 2. В зоне массообмена был помещен катализатор из углеродистой стали с удельной поверхностью 260 м²/м³. Степень очистки 97,05%
П р и м е р 10. Процесс очистки воздуха, содержащего пары формальдегида с концентрацией 95 мг/м³, проводили в пенном режиме массообмена водным абсорбентом, содержащим активный ил в концентрации 2,3±0,3 г/л. Азот, фосфор, рН и температура аналогично примерам 1 и 2. В зоне массообмена был помещен катализатор из легированной стали с удельной поверхностью 200 м²/м³. Степень очистки 99,98%
П р и м е р 11. Процесс очистки воздуха, содержащего пары формальдегида с концентрацией 52 мг/м³, проводили в пенном режиме массообмена водным абсорбентом, содержащим активный ил в концентрации 2,1±0,3 г/л. Азот, фосфор, рН и температура аналогично примерам 1 и 2. В зоне массообмена был помещен катализатор из меди с удельной поверхностью 200 м²/м³. Степень очистки 72%
Приведенные примеры иллюстрируют наличие эффекта катализа углеродистой или легированной сталью процесса утилизации активным илом органических загрязнений. Показано также, что максимальный эффект применения катализатора находится в пределах 150-250 м²/м³ во всей зоне массообмена.

Таким образом, предложенное техническое решение обладает не только экологическим эффектом, но и экономическим, связанным с исключением необходимости применять еще одну ступень аппаратуры для увеличения степени очистки с 93-94% до 99,9%

Формула изобретения

1. СПОСОБ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ГАЗОВ ОТ ПАРОВ ФОРМАЛЬДЕГИДА окислением его микроорганизмами активного ила, включающий пропускание очищаемого газа через зону массообмена с водным абсорбентом, содержащим активный ил и соединения азота и фосфора, отличающийся тем, что процесс окисления ведут в присутствии катализатора, представляющего собой углеродистую или легированную сталь.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что процесс окисления осуществляют при удельной поверхности катализатора 150 250 м² на каждый 1 м³ зоны массообмена.