Способ микробиологической очистки газов

СПОСОБ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ ОЧИСТКИ ГАЗОВ, содержащих органические и неорганические вещества, включающий последовательное пропускание очищаемого газа через емкости с растворами абсорбентов, содержащих различные культуры микроорганизмов, отличающийся тем, что, с целью повышения степени очистки газов, содержащих не более трех компонентов примесных веществ, предварительно определяют константы ингибирования для каждой культуры по исходным примесям, а последовательность прохождения очищаемого газа через растворы абсорбентов выбирают с учетом значений констант ингибирования в порядке их нарастания, при этом время пребывания очищаемого газа в каждой емкости обратно пропорционально константам ингибирования.

Изобретение относится к микробиологической промышленности и может быть использовано для очистки газов, содержащих примеси органических и неорганических веществ.
Цель изобретения - повышение степени очистки газов, содержащих не более трех компонентов примесных веществ.
Сущность изобретения состоит в том, что при подаче в емкость в противотоке раствора абсорбента и очищаемого газа и последовательном пропускании газа через растворы абсорбентов, содержащих различные культуры микроорганизмов, учитывают значения предварительно определенных констант ингибирования для каждой культуры по исходным примесям в очищаемом газе (1), а последовательность прохождения очищаемого газа через растворы абсорбентов выбирают с учетом значений констант ингибирования в порядке их нарастания, при этом время пребывания очищаемого газа в каждой емкости обратно пропорционально константам ингибирования.
Выполнение предложенного способа иллюстрируется следующими примерами.
П р и м е р 1. Очищаемый газ, содержащий загрязнения в виде фенольных паров с концентрацией 60-65 мг/м³ и сероводорода с концентрацией 50-60 мг/м³, пропускали через последовательно соединенные колонные аппараты, где на первой ступени газ очищается от фенола, а на второй ступени - от сероводорода. В противотоке к очищаемому газу подают поглотительные растворы, содержащие: для очистки от фенола бактерии рода Pseudomonas spesias с константой ингибирования по фенолу К₁ = 0,26, для очистки от сероводорода - бактерии рода Thiobacillus specias с константой ингибирования К₂ = 0,23.
При этом время прохождения газа через поглотительные растворы определяли из соотношения:
: = : ; (1)
(2)
₁= - ₂ (3)
= (4);
К₁ = ₂(К₂ + К₁);
₂ = = = 3,2 (мин);
₁= - ₂=6-3,2=2,8(мин).
В результате получили время прохождения газа через первый поглотительный раствор ₁ 2,8 мин, а через второй ₂ 3,2 мин, где - общее время прохождения газа через все поглотительные растворы, определяемое в зависимости от конструктивных и технологических особенностей процесса очистки (для рассмотренного случая общее время прохождения составляло 6 мин);
₁ и ₂ - время прохождения газа соответственно через первый и второй поглотительный растворы, мин;
К₁, К₂ - константы ингибирования микроорганизмов к компонентам загрязнения (фенолу и сероводороду).
В зоне очистки газа поддерживали температуру 30^оС и рН 5,1-7,0. Дополнительно в поглотительный раствор вносили раствор питательных солей для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов в составе, г/л: Фосфорная кислота 1,4 Хлористый калий 0,98 Сернокислый магний 0,7 Сернокислое железо 0,013 Сернокислый цинк 0,029 Сернокислый марганец 0,017 Вода Остальное
Раствор питательных солей подавали из расчета 1:100 в систему рециркуляции поглотительного раствора. При этом основными источниками питания служили очищаемые компоненты загрязнений - фенол и сероводород. Требующийся культуре кислород для ассимиляционной деятельности обеспечивался подаваемым к очистке газом.
Очищенный газ, проходящий последовательно через зоны взаимодействия с поглотительными растворами, где на первом поглотителе очищался от фенола, а на втором - от сероводорода, анализировали газоанализатором. Степень очистки газа от фенола и сероводорода составила соответственно 99,1 и 98,3%.
П р и м е р 2. Микробиологическую очистку газа загрязненного парами фенола с концентрацией 60-65 мг/м³, сероводорода 58-60 мг/м³ и формальдегидом с концентрацией 50-55 мг/м³, проводили аналогичным образом, как и в примере 1, в следующей последовательности: на первом поглотительном растворе очищают фенол с помощью бактерии Pseudomonas specias с константой ингибирования К₁ = 0,26, на втором - сероводород с помощью бактерии Thiobacillus specias с константой ингибирования К₂ = 0,23 и на третьем поглотительном растворе очищают формальдегид с помощью бактерии Pseudomonas desmolyticum, константа ингибирования которого равна К₃ = 0,19. Время прохождения очищаемого газа через зоны взаимодействия поглотительных растворов определяли из соотношения
: : = : :
Составляли систему уравнений

₃ = = = 3,1 мин;
₂ = = 3,13 = 2,6 мин;
₁ = 8 - 2,59 - 3,13 = 2,30 мин;
- общее время прохождения очищаемого газа через поглотительные растворы (для рассмотренного примера составляет 8 мин).
Таким образом, время прохождения газа через поглотительные растворы составляет соответственно ₁ = 2,30 мин; ₂ = 2,6 мин; ₃ = 3,1 мин. В результате степень очистки газа составила: от фенола 99,3%; сероводорода 99,0% ; формальдегида 99,6%. Контрольную очистку газа от фенола, сероводорода и формальдегида проводили согласно способу, описанному в прототипе. Полученные результаты по очистке газа составили соответственно для очистки от фенола 78,4%, от сероводорода 80,4%; от формальдегида 83,1%.
П р и м е р 3. Микробиологическую очистку газа от фенола, сероводорода и формальдегида проводили аналогичным образом в той же последовательности с тем же общим временем прохождения газа через все поглотительные растворы, что и в примере 2, но время прохождения газа через зоны взаимодействия поглотительных растворов с компонентами загрязнения очищаемого газа поддерживали без учета ингибирующего воздействия соответственно через первый поглотительный раствор ₁ = 3 мин, через второй ₂ = 3 мин и через третий ₃ = 2 мин. В результате степень очистки газа от вышеуказанных компонентов загрязнения составила соответственно для очистки от фенола 80%, сероводорода 79% и формальдегида 83,7%. При поддержании времени прохождения очищаемого газа через поглотительные растворы, большем, чем время, выбранное из соотношения по изобретению, как это указано выше, для очистки от фенола, время прохождения газа через поглотительный раствор ₁ = 3 мин, для очистки от сероводорода ₂ = 3 мин вместо соответствующего ₁ = 2,3 мин и ₂ = 2,6 мин, что приводило к ухудшению эффективности очистки газа из-за того, что ингибирующее воздействие микроорганизмов к компонентам загрязнения очищаемого газа не учитывалось. Это приводит к изменению морфолого-физиологического состояния культур микроорганизмов, снижается их активность, что отрицательно влияет на биохимический процесс утилизации загрязнений. В случае уменьшения времени прохождения газа через поглотительные растворы, как это указано для очистки от формальдегида при ₃ = 2,0 мин вместо ₃ = 3,1 мин, уменьшается и время контакта фаз газа - жидкость - клетка, что приводит к недостаточному биохимическому процессу очистки.
П р и м е р 4. Отходящие газы объемом 2000 м³/ч, содержащие фенол с концентрацией 96 мг/м³ и формальдегид 60 мг/м³, пропускают через последовательно соединенные биореакторы с поглотительными растворами с микроорганизмами общим рабочим объемом 2,22 м³, где на первой ступени очищается фенол, а на второй ступени - формальдегид. Каждый биореактор конструктивно выполнен из двух секций:
- секции абсорбции, где происходит процесс физической абсорбции компонента загрязнения воздуха поглотительным раствором с определенным видом микроорганизма;
- секции биодеградации, где происходит биодеградация компонентов загрязнений в поглотительном растворе, находящейся в замкнутом жидкостном контуре с секцией абсорбции.
В первом биореакторе в противотоке к очищаемому газу подают поглотительные растворы, содержащие для очистки от фенола микроорганизмы рода Pseudomonas putida с константой ингибирования по фенолу К₁ = 0,224 г/л, а для очистки от формальдегида микроорганизма рода Pseudomonas desmolytikum, константа ингибирования которого равна К₂ = 0,19 г/л.
При этом время прохождения газа через биореакторы с поглотительными растворами определяли из соотношения
: = : ;

Из уравнения (2) ₁ = - ₂ (3). При подстановке уравнения (3) в уравнение (1):
= ; (4)
₂= , где - общее время прохождения газа (составляет 4 с) и определяется из исходных данных =
₂= = 2,31 с
₁ = 4 - 2,31 = 1,69 с.
Рабочий объем поглотительного раствора по аппаратам распределяли по найденному времени пребывания:
V₁=V = 0,94 м³;
V₂=V = 1,28 м³.
В результате получали время прохождения газа через первый биореактор с раствором микроорганизмов вида Pseudomonas specias ₁ = 1,69 с, а через второй - ₂ 2,31 с.
В ходе абсорбции и биодеградации поддерживались следующие условия: температура 30^оС, рН 6,6. Дополнительно в поглотительный раствор вносили раствор питательных солей для поддержания жизнедеятельности микроорганизмов в составе, г/л: Фосфорная кислота 1,4 Хлористый калий 0,98 Сернокислый магний 0,7 Сернокислое железо 0,13 Сернокислый цинк 0,029
Сернокислый марганец 0,017 Вода Остальное
Раствор питательных солей подавали из расчета 1:100 в систему рециркуляции поглотительного раствора. При этом основными источниками питания служили очищаемые компоненты загрязнений - фенол и формальдегид. Требующийся культуре кислород для ассимиляционной деятельности обеспечивался подаваемым к очистке газом.
Очищенный газ, проходя последовательно через секции абсорбции вышеописанных биореакторов с поглотительными растворами, где в первом биореакторе очищался от фенола, а на втором - от формальдегида, анализировали газоанализатором. Степень очистки газа от фенола и формальдегида составила соответственно 99,4% и 99,65%.
Таким образом, выбор последовательности пропускания очищаемого газа через поглотительные растворы в зависимости от ингибирующего действия компонентов загрязнения, представляющих собой органические и неорганические вещества, на определенный вид микроорганизмов, содержащихся в поглотительном растворе, благоприятно сказывается на активности культур, участвующих в процессе очистки газа в последующих поглотительных растворах, обусловливает более полное протекание ферментативной реакции в клетках микроорганизмов, что приводит к повышению эффективности очистки газа.
Изобретение относится к способам микробиологической очистки газов и может быть использовано для очистки газов, содержащих примеси органических и неорганических веществ. Цель изобретения - повышение степени очистки газов, содержащих не более трех компонентов примесных веществ, которая достигается при подаче в емкость в противотоке раствора абсорбента и очищаемого газа при последовательном пропускании газа через растворы абсорбентов, содержащих различные культуры микроорганизмов, причем предварительно определяют константы ингибирования для каждой культуры по исходным примесям, а последовательность прохождения очищаемого газа через растворы абсорбентов выбирают с учетом значений констант ингибирования в порядке их нарастания, при этом время пребывания очищаемого газа в каждой емкости с поглотительным раствором обратно пропорционально константам ингибирования.