СПОСОБ ОЧИСТКИ ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ОТ ФОРМАЛЬДЕГИДА Российский патент 2000 года по МПК B01D53/02 

Изобретение относится к биологической очистке газов и может быть использовано на предприятиях мебельного производства в процессе получения древесностружечных плит.

Известен способ очистки газов путем пропускания их в режиме псевдоожижения через слой сорбента с адаптированными культурами микроорганизмов, при этом 20-50% очищаемого газа рециркулируют для достижения высокой степени очистки, а объем сорбента составляет 15-30% от свободного объема абсорбера (а.с. СССР N 1287923, B 01 D 53/02, 1984).

Недостатком этого способа является высокая скорость газа, необходимая для режима псевдоожижения и, как следствие, необходимость рециркуляции газа и большой объем реактора.

Наиболее близким по технологической сущности является способ очистки газов от α-метилстирола с использованием консорциума штаммов, закрепленных на волокнистой насадке из стеклоткани в количестве 1•10¹⁰ - 1•10¹² клеток в 1 м² загрузки.

Недостатком этого способа является низкая поверхность насадки и большое сопротивление абсорбера.

Предлагаемый способ очистки отходящих газов от формальдегида предусматривает пропускание газа со скоростью 0,5 - 0,7 м/с через биофильтр с секциями, на которых закреплена волокнистая насадка типа "ВИЯ" со смешанной культурой микроорганизмов родов: Methylobacterium capsulatus : Arthrobacter siderocapsulatus : дрожжи рода Hansenuba DL-1 в соотношении 3:2:1 с концентрацией биомассы 500-1000 г на 1 м³ биофильтра по сухому веществу, и орошение насадки раствором питательных солей, циркулирующим с низа биофильтра наверх в течение 2 минут с интервалом 20 мин.

Отличительными признаками являются состав смешанной культуры микроорганизмов, тип насадки и условия очистки.

Высокая степень очистки газов достигается благодаря использованию волокнистой насадки с высокой поверхностью и смеси культур микроорганизмов, которые благодаря способности образовывать цисты более устойчивы к высушиванию, не нуждаются в витаминах и других факторах роста, способны в качестве источника азота использовать молекулярный азот.

Кроме того, предлагаемый способ обладает высокой производительностью и не требует большого количества раствора питательных солей.

Способ осуществляют следующим способом. Газ подают в низ биофильтра, который заполнен секциями с закрепленной на них волокнистой насадкой типа "ВИЯ" из капронового текстурированного волокна с поверхностью 5000-10000 м² на 1 м³ биофильтра. На насадке иммобилизована смесь микроорганизмов родов: Methylobacterium capsulatus : Arthrobacter siderocapsulatus и дрожжи типа Hansenula DL-1 в соотношении 3:2:1 с концентрацией 500-1000 г на 1 м³ биофильтра по сухому веществу.

Сверху насадка орошается рециркулирующим раствором питательных солей, который имеет pH 5-8 и содержит 0,5-1 мг/л азота и 0,2-0,5 мг/л фосфора, время орошения 2 минуты с интервалом 20 минут. Очистку осуществляют при температуре 18-40^oC, а газ пропускают со скоростью 0,5-0,7 м/с.

Степень очистки газа от формальдегида определяли по формуле:

где a - концентрация формальдегида до очистки, г/м³;
b - концентрация формальдегида в газе после очистки, г/м³.

Концентрацию формальдегида в газе определяли фотометрическим методом.

Способ иллюстрируется следующими примерами.

Пример N 1.

Очистку газа осуществляли на промышленной установке с объемом биофильтра 100 м³. Газ подавали в низ биофильтра со скоростью 0,6 м/с. Очистку проводили на насадке с поверхностью 800 м²/м³ биофильтра с иммобилизованными на ней микроорганизмами в заявленном соотношении. Концентрация биомассы по сухому веществу 800 г/м³ биофильтра. Сверху насадка орошается питательным раствором с pH 7 и концентрацией азота 0,7 мг/л, фосфора 0,3 мг/л. Питательный раствор рециркулирует с низа биофильтра наверх в течение 2 минут с интервалом 20 минут.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 2.

Способ осуществляют по примеру N 1 с той разницей, что температура в биофильтре равна 40^oC, поверхность насадки 5000 м²/м³ биофильтра, скорость подачи газа - 0,5 м/с, а pH питательного раствора - 5, содержание азота - 1,0 мг/л, фосфора - 0,5 мг/л.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 3.

Способ осуществляли по примеру N 1 с той разницей, что температура в биофильтре равна 18^oC, скорость подачи газа - 0,7 м/с, поверхность насадки 10000 м²/м³ биофильтра, а pH питательного раствора - 8, содержание азота - 0,5 мг/л, фосфора - 0,2 мг/л.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 4.

Способ осуществляли по примеру N 1 с той разницей, что количество биомассы составляет 500 г/м³ биофильтра.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 5.

Способ осуществляли по примеру N 1 с той разницей, что количество биомассы составляет 1000 г/м³ биофильтра.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 6 (сравнительный).

Способ осуществляли по примеру N 1 с той разницей, что скорость подачи газа равна 0,4 м/с.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 7 (сравнительный).

Способ осуществляли по примеру N 1 с той разницей, что скорость подачи газа равна 0,8 м/с.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 8 (сравнительный).

Способ осуществляли по примеру N 1 с той разницей, что количество биомассы в биореакторе равно 400 г/м³ биофильтра.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 9 (сравнительный).

Способ осуществляли по примеру N 1 с той разницей, что время орошения насадки питательным раствором составляет 1 мин с интервалом 20 мин.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 10 (сравнительный).

Способ осуществляли по примеру N 1 с той разницей, что время орошения насадки питательным раствором составляет 2,5 мин.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 11 (сравнительный).

Способ осуществляли по примеру N 1 с той разницей, что интервал времени между орошениями насадки питательным раствором составляет 18 мин.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 12 (сравнительный).

Способ осуществляли по примеру N 1 с той разницей, что интервал времени между орошениями насадки равен 22 мин.

Результат опыта представлен в таблице.

Пример N 13 (сравнительный).

Способ осуществляли по примеру N 1 с той разницей, что смешанная культура микроорганизмов имеет соотношение: Methylobacterium capsulatus : Arthrobacter siderocapsulatus : дрожжи рода Hansenula DL-1 2:3:1.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 14 (сравнительный).

Способ осуществляли по примеру N 1 с той разницей, что смешанная культура микроорганизмов имеет соотношение: Methylobacterium capsulatus : Arthrobacter siderocapsulatus : дрожжи рода Hansenula DL-1 4:1:1.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 15 (сравнительный).

Способ осуществляли по примеру N 1 с той разницей, что смешанная культура микроорганизмов имеет соотношение: Methylobacterium capsulatus : Arthrobacter siderocapsulatus : дрожжи рода Hansenula DL-1 3:2,5:0,5.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 16 (сравнительный).

Способ осуществляли по примеру N 1 с той разницей, что смешанная культура микроорганизмов имеет соотношение: Methylobacterium capsulatus : Arthrobacter siderocapsulatus : дрожжи рода Hansenula DL-1 2,5:2:1,5.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 17 (сравнительный).

Способ осуществляли по примеру N 1 с использованием одной культуры микроорганизмов - Methylоbacterium capsulatus.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 18 (сравнительный).

Способ осуществляли по примеру N 1 с использованием одной культуры микроорганизмов - Arthrobacter sidorocapsulatus.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 19 (сравнительный).

Способ осуществляли по примеру N 1 с использованием одной культуры микроорганизмов - дрожжей рода Hansenula DL-1.

Результаты опыта представлены в таблице.

Пример N 20 (по прототипу).

Способ осуществляли по примеру N 1 с той разницей, что в качестве насадки использовали стеклоткань.

Результаты опыта представлены в таблице.

Как видно из представленных результатов, проведение очистки газов от формальдегида на насадке типа "ВИЯ" с использованием смешанных культур микроорганизмов и при заявленных условиях процесса позволяет достичь высокой степени очистки (пр. NN 1-5). Кроме того, рециркулирование питательного раствора и орошение насадки с интервалами позволяет снизить расходы воды и электроэнергии.

Однако эти результаты достижимы только при определенных условиях процесса. Так, при увеличении скорости подачи газа (np. N 7), уменьшении количества биомассы (пр. N 8), снижении времени орошения (пр. N 9), увеличении интервала между орошениями (пр. N 12) степень очистки газа падает.

Те же результаты наблюдаются при других соотношениях микроорганизмов (пр. NN 13-16) или при использовании только одного из выбранных микроорганизмов (пр. NN 17-19).

Уменьшение скорости подачи газа (пр. N 6), увеличение времени орошения (пр. N 10) и уменьшение интервала между орошениями (пр. N 11) не приводит к существенному увеличению степени очистки газа.

Использование в качестве насадки стеклоткани по способу-прототипу (пр. N 20) резко снижает степень очистки газа.

Изобретение может быть использовано для очистки газов в мебельной промышленности на предприятиях, изготавливающих древесностружечные плиты. Способ осуществляют путем контактирования газа, подаваемого со скоростью 0,5-0,7 м/с, со смешанной культурой микроорганизмов: Methylobacterium capsulatus: Arthrobactur siderocapsulatus: дрожжи рода Hansenula DL - 1 - 3:2:1 с концентрацией биомассы по сухому веществу 500-1000 г на 1 м³ биофильтра, иммобилизованной на волокнистой насадке типа "ВИЯ". Насадка орошается питательным раствором в течение 2 мин интервалом 20 мин. Способ позволяет достичь высокой степени очистки и снизить расходы электроэнергии и воды. 2 з.п. ф-лы, 1 табл.

1. Способ очистки отходящих газов от формальдегида, предусматривающий использование микроорганизмов, иммобилизованных на волокнистой насадке, и орошение насадки раствором питательных солей, отличающийся тем, что газы пропускают со скоростью 0,5 - 0,7 м/с через биофильтр с секциями, на которых закреплена волокнистая насадки типа "ВИА" с иммобилизованной смешанной культурой микроорганизмов родов: Methylobacterium capsulatus, Arthrobacter siderocapsulatus и дрожжей рода Hansenula polymorpha при соотношении 3 : 2 : 1 соответственно с концентрацией биомассы 500 - 1000 г на 1 м³ биофильтра по сухому веществу, причем раствор питательных солей циркулируют с низа биофильтра наверх в течение 2 мин с интервалом 20 мин. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что раствор питательных солей содержит 0,5 - 1 мг/л азота, 0,2 - 0,5 мг/л фосфора и имеет pH 5 - 8, а температура в биофильтре составляет 18 - 40^oC. 3. Способ по пп. 1 и 2, отличающийся тем, что поверхность волокнистой насадки составляет 5000 - 10000 м² на 1 м³ объема биофильтра.