应用微生物优势菌群净化含挥发性有机废气的装置和方法技术领域
本发明属于大气污染防治领域，特别指一种应用微生物优势菌群
净化含挥发性有机废气的装置和方法。
背景技术
造成空气污染的含挥发性有机化合物(VOCs)废气种类包括烃
类：苯、二甲苯、乙烷、石脑油、环己烷等；卤烃：二氯乙烯、四氯
乙烯、三氯乙烷、二氯甲烷、三氯苯、三氯甲烷、四氯化碳等；酮类：
丙酮、环已酮等；脂类：醋酸乙酯、醋酸丁酯、甲基环乙烷等；乙
醚类：乙酸乙酯、二氧杂环己烷、糠醛、甲基溶纤剂等；醇类：甲醇、
乙醇、异丙醇、丁醇等；重合用单分子物体：氯乙烯、丙烯酸、丙烯
酸酯、苯乙烯、醋酸乙烯等。
含挥发性有机化合物(VOCs)废气主要来源为石油化工、煤化
工、汽车、造船、摩托车、自行车、家用电器、喷漆喷涂等行业在生
产过程中排出的有机废气；印铁制罐、化式塑料、印刷油墨、电缆、
漆包线等流水生产线产生的有机废气；制鞋粘胶、制革鞣革过程中产
生的废气；化学品生产、储藏过程中产生的有机废气；胶卷生产和制
药过程中产生的有机废气；污水处理厂、垃圾处理场、屠宰厂、集约
化畜禽养殖产生的有机废气。
目前，国内一般是利用污染物与载体二者在物理、化学性质上
的差异，经过物理、化学变化，使污染物的物相或物质结构改变，从
而实现分离或转化的原理来净化废气。在此过程中需要各种吸收剂、
吸附剂、催化剂和能量。根据物理、化学性质的各不相同，净化的方
法有汽凝、燃烧、吸收、吸附和催化转化等，这些方法技术复杂、投
资和运行成本高、操作困难，并且容易造成二次污染。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明提供一种应用微生物优势菌群净化
含挥发性有机废气的装置和方法，该装置设备简单、运行费用低，并
且在同一塔内能净化多种成分的气体，该方法利用选取、分离、驯化、
培菌和填料优势菌种挂膜等一系列手段培育的微生物优势菌群净化
废气，具有生物量多、种类广、质量好、选择性和分解废气中有机物
能力强、分解彻底、环境友好，无二次污染等优点。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：
应用微生物优势菌群净化含挥发性有机废气的装置，包括培菌
箱、气体生物净化塔、菌液循环泵、废气引风机、净化后气体引风机
和排气筒；
所述气体生物净化塔塔体内部从塔顶往塔底方向依次设有除雾
器、菌液分布器、一级生物接触填料、菌液再分布器、二级生物接触
填料以及菌液循环槽；所述气体生物净化塔的塔顶设有气体出口，所
述菌液分布器与所述除雾器之间的塔体侧壁上设有菌液循环泵供给
管，所述菌液循环槽的侧壁上设有气体进口、菌液供给管、菌液入口
以及放空管；所述菌液入口与菌液循环泵供给管之间连接有菌液循环
泵；
所述培菌箱与所述气体生物净化塔的菌液供给管连接；所述废气
引风机与所述的气体生物净化塔的气体进口连接；所述净化后气体引
风机与所述气体生物净化塔的气体出口连接，所述净化后气体引风机
的排风端连接排气筒。
优选方案：所述一级生物接触填料分为上下两层，上层为白杨树
粉碎料层，白杨树粉碎料粒径在30mm-65mm之间，上层厚度在
550mm-650mm之间；下层为pH缓冲剂层，下层厚度在100
mm-200mm之间。
优选方案：所述pH缓冲剂层为茶油粕粉碎料层，茶油粕粉碎料
粒径在30mm-65mm之间。
优选方案：所述二级生物接触填料为稻壳生物质活性炭层，厚度
为700-800mm，所述稻壳生物质活性炭的粒径在30mm-65mm之间。
优选方案：所述一级生物接触填料下设有一级支撑栅板；所述二
级生物接触填料下设有二级支撑栅板。
一种应用微生物优势菌群净化含挥发性有机废气的方法，使用上
述装置，具体包括以下步骤：
(1)选取优势菌株作为菌种：选取某石油化工企业苯乙烯车间
的下水道进行污泥样品采集，经实验室分离筛选得到的降解含挥发性
有机化合物的优势菌株，所述优势菌株包括假单胞菌、共杆菌、芽孢
杆菌、节杆菌；
(2)菌种的驯化：采用固体培养基对所述优势菌株在26℃-28℃
的恒温培养箱内进行驯化培养10-15天，在固体培养基上形成菌落，
得到驯化后的菌种；
(3)菌液的配制：在所述培菌箱内放入不超过1/2容积的工业
废水以及菌种生长所需的营养物质，将步骤(2)所述驯化后的菌种
接种至培菌箱内，低速搅拌，转速≤60r/min，控制水温20-30℃，pH
值6-9，溶解氧DO≤0.5mg/L，污泥浓度为3.5g/L，每天搅拌8-10小
时，经过5-6天的培养，液体成其红色粉状，得菌液；
(4)菌种挂膜：将在培菌箱内配制好的菌液经菌液供给管引入
菌液循环槽；当菌液循环槽中液位显示高度至2/3处时，先开启废气
引风机，将废气经气体入口引入塔底，再开启菌液循环泵，菌液经菌
液供给管输送至塔顶向下喷淋，这时向下喷淋的菌液和向上引进的废
气在一级生物接触填料和二级生物接触填料中逆向接触，以一级生物
接触填料和二级生物接触填料为载体，以废气中的有机物为营养源，
以菌液为种碳，进行充分的接触生化反应，控制pH为4.5-10，温度
20-30℃，溶解氧DO≤0.3mg/mL，喷淋强度0.5-1m3/㎡·h，每天开
启循环泵4-5小时，经过6-8天后，两层填料表面呈粉红色胶粘状，
表明在两层填料表面形成了含有微生物优势菌群的生物膜；
(5)系统运行：待处理的废气从底部进入气体生物净化塔，经
一级生物接触填料和二级生物接触填料，与附着在填料表面的微生物
优势菌群接触而得到净化，净化后的气体经塔顶除雾器除雾后，由塔
顶的气体出口经净化后引风机输送至排气筒高空排放。
优选方案：步骤(2)所述菌种驯化的具体步骤包括：
(1)对菌种进行活化处理；
(2)配制细菌培养驯化液：每100mL细菌培养驯化液由10mL
工业废水与90mL-100mL细菌培养液混合组成；
(3)在细菌培养驯化液加入琼脂，混合均匀，灭菌后冷却，灌
装在培养皿中，待冷却形成固体培养基后，加入菌种；
(4)将加入菌种的培养皿放入恒温箱在26℃-28℃培养，并每天
观察培养基上菌落形成，逐步驯化直至成功，菌种的驯化时间为10-15
天。
步骤(4)所述生物膜厚度优选为1.5-2.0mm。
步骤(4)所述微生物优势菌群包括以下微生物：假单胞菌
(Pseudomonas)、黄杆菌(Flavobactterm)、共杆菌(Flavobactterum)、
芽孢杆菌(Bacillus)、节杆菌(Arthrobacter)、奢酸菌(Acidophiles)、
球衣菌(Microcollus)、动胶菌(Zoogloea)、发硫菌(Thiotherix)、
诺卡菌(Nocardia)、小单胞菌(Micromonospora)、链霉菌
(Streptomyces)、假丝酵母菌(Candida)、曲霉菌(Aspergillus)、梭
状芽孢杆菌(Clostridium)、分枝杆菌(Mycobacterium)、酵母菌
(Saccharomyces)、交链孔霉菌(Alternaria)、镰孔霉菌(Fusarium)、
棒状杆菌(Corynebacterium)、木霉菌(Trichoderma)、脱硫盐还原菌
(Sulfate-ReducingBacteria)、阴沟杆菌(Enterobactercloacae)、产碱
菌(Alcaligenesfaecalis)、乳杆菌(Lactobacillusbulgaricus)、气单胞
菌(AeromonasSP)、铁细菌(Crenothrix)、芽孢枯草杆菌(Bacillus
sublis)、红螺菌(Rhodospirllumrubrum)、贝氏硫细菌(Beggiatoa)、
屈挠杆菌(Flexibacter)、黄单胞菌(Xanthomonasmaltophilia)、蜡状
芽孢杆菌(Bacillscereussp)、邻单胞菌(Plesiomonas)、欧文氏菌
(Eruinia)、肠细菌(Enterobacler)、不动细菌(Acinclobaber)等。
丰富的微生物吸附固定在填料上。由于是采用优势菌种挂膜，即
引入的优势菌种和在调试过程中生物接触填料上生长的经过载体环
境筛选、变异和富集的优势菌混合，形成优势菌群，这些优势菌群协
同共生，能大幅提高净化含挥发性有机废气(VOCs)的整体效能。
步骤(5)所述系统运行时控制废气与填料的接触时间优选为
15-20s。
下面对本发明做进一步的解释和说明
本发明的原理为：含挥发性有机物(VOCs)废气的净化过程就是
利用选取、分离、驯化、培菌和填料优势菌种挂膜等一系列手段培育
的微生物优势菌群在适宜的环境条件下，利用废气中的有机成分作为
碳源和能源，维持其生命活动，并将有机物同化为简单的CO2、H2O和
细胞质的过程。微生物优势菌群对有机物不仅有独立氧化作用，而且
还有协同共生氧化作用(共同代谢)。多种微生物在相同条件下均可
正常繁殖，因此在一套生物净化塔内可用净化多种成分的气体。
本发明的应用微生物优势菌群净化含挥发性有机废气的方法及
装置，所述的废气净化是多种微生物优势菌群共同作用的结果，这样
有利于吸收、分解废气。同时，优势菌群中含有的发酵型微生物在其
生长过程中形成的酸性环境，可以有效的抑制腐败性微生物的生长，
提高处理效果。
与现有技术相比，本发明的优势在于：
①利用选取、分离、驯化、培菌和填料优势群种挂膜等一系列手
段培育的微生物优势菌群具有生物量多、种类广、质量好、选择性好
和分解废气中有机物能力强、分解彻底、环境友好、无二次污染。
②与常规处理法相比，微生物优势菌群净化含挥发性有机废气具
有设备简单、运行费用低，并且在同一塔内能净化多种成分的气体。
本发明可应用与石油化工、炼油、焦化、纺织印染、合成革、制
药、农药、精细化工、煤化工、造纸、污水处理、垃圾填埋场、集约
化畜禽养殖等行业产生的含挥发性有机化合物(VOCs)的废气净化、
市场前景广阔。
附图说明
图1为本发明的装置立面示意图；
图2为本发明的气体生物净化塔结构图；
在图中
1-培菌箱
2-气体生物净化塔
2-1-除雾器；2-2-菌液分布器；2-3-一级生物接触填料；2-4-
一级支撑栅板；2-5-菌液再分布器；2-6-二级生物接触填料；2-7-
二级支撑栅板；2-8-菌液循环槽；2-9-气体出口；2-10-菌液供给管；
2-11-气体进口；2-12-菌液循环泵入口；2-13-菌液循环供给管；2-14-
放空管；2-15-液位计；
3-菌液循环泵
4-废气引风机
5-净化后气体引风机
6-排气筒。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步的说明
实施例1
如图1、图2所示，本发明的应用微生物优势菌群净化含挥发性
有机废气的装置，包括培菌箱1、气体生物净化塔2、菌液循环泵3、
废气引风机4、净化后气体引风机5和排气筒6；
所述气体生物净化塔2塔体内部从塔顶往塔底方向依次设有除
雾器2-1、菌液分布器2-2、一级生物接触填料2-3、用于支撑一级生
物接触填料2-3的一级支撑栅板2-4、菌液再分布器2-5、二级生物接
触填料2-6、用于支撑二级生物接触填料2-6的二级支撑栅板2-7以
及菌液循环槽2-8；所述气体生物净化塔2的塔顶设有气体出口2-9，
所述菌液分布器2-2与所述除雾器2-1之间的塔体侧壁上设有菌液循
环泵供给管2-13，所述菌液循环槽2-8的侧壁上设有液位计2-15、气
体进口2-11、菌液供给管2-10、菌液入口2-12以及放空管2-14；所
述菌液入口2-12与菌液循环泵供给管2-13之间连接有菌液循环泵3；
所述培菌箱1与所述气体生物净化塔2的菌液供给管2-10连接；
所述废气引风机4与所述的气体生物净化塔2的气体进口2-11连接；
所述净化后气体引风机5与所述气体生物净化塔2的气体出口2-9连
接，所述净化后气体引风机5的排风端连接排气筒6。
所述的培菌箱1为一UPVC材质方形结构，内设有低速搅拌机1
台，电机转速为60r/min。
所述的气体生物净化塔2塔体由玻璃钢材质制成，塔内分三部
分，顶部为菌液喷撒区，中部为填料层，底部为布气层。
该装置运行时采用气液逆流操作，菌液由菌液循环泵3从菌液循
环槽2-8底部抽取输送至塔顶部进行喷淋。收集的废气从底部进入气
体生物净化塔布气层，经过填料层时，与填料接触时间15-20s，与附
着在填料表面的微生物优势菌群接触而得到净化，净化后的气体经塔
顶除雾器2-1除雾后，由塔顶的气体出口2-9经净化后引风机5输送
至排气筒6高空排放。
实施例2
应用微生物优势菌群净化含挥发性有机废气的方法，应用实施例
1所述装置，具体包括以下步骤：
(1)优势菌种的选取分离
选取某石油化工企业苯乙烯车间的下水道进行污泥样品采集，经
实验室分离筛选得到的降解含挥发性有机化合物(VOCs)菌株为假
单胞菌(Pseudomonas)、共杆菌(Flavobactterum)、芽孢杆菌(Bacillus)、
节杆菌(Arthrobacter)等4种菌株为优势菌株。
(2)菌株的驯化
采用固体培养基驯化培养：①对菌种进行活化处理；②按照污水：
细菌驯化液为1:10的体积比配制各细菌的驯化液(即取污水10mL
放入锥形瓶，然后放入90mL细菌培养液，混合成100mL细菌培养
驯化液)，并配制相同的不加菌液的混合培养液作为参照；③加入2g
琼脂，混合均匀；④将配制好的驯化培养液放在高压锅内灭菌，灭菌
后冷却；⑤在无菌台上均匀灌装在3个培养皿中，待冷却形成固体培
养基后，加入0.8mL菌体；⑥将转接好的培养皿放入恒温箱在28℃
培养，并每天观察培养基上菌落形成，记录形成菌落所需要的时间。
逐步驯化直至成功。菌种的驯化时间为12天。
(3)菌液的配制
菌液的配制在培菌箱1内进行，箱内放入1/2容积的取自某石化
企业工业废水及少许淘米水、猪血等营养物质，并将在实验室驯化的
菌种转接至培养箱内，开启低速搅拌机，电机转速为60r/min，控制
水温20-30℃，PH6-9，溶解氧DO≤0.5mg/L，污泥浓度为3.5g/L，
每天搅拌8-10小时，经过5-6天的培养，液体成其红色粉状，菌液
配制成功。
(4)气体生物净化塔内填料挂膜、调试及运行
挂膜采用优势菌种挂膜法。将在培菌箱1内配制好的菌液经菌液
供给管2-10引入菌液循环槽2-8；当液位计2-15显示高度至2/3处时，
先开启废气引风机4，将废气经气体入口4引入塔底布气层，再开启
菌液循环泵3，菌液经菌液供给管2-13输送至塔顶向下喷淋，这时向
下喷淋的菌液和向上引进的气体在一级生物接触填料2-3和二级生物
接触填料2-6中逆向接触，以生物接触填料为载体，以废气中的有机
物为营养源，以菌液为种碳，进行充分的接触生化反应，控制
PH5.5-10，温度20-30℃，溶解氧DO≤0.3mg/mL，喷淋强度0.5-1m3
/㎡·h，每天开启循环泵4-5小时，经过6-7天时间，两层填料表面
呈粉红色胶粘状，表明填料上挂膜成功。此时，丰富的微生物就吸附
固定在填料上。由于是采用优势菌种挂膜，即引入的优势菌种和在调
试过程中生物接触填料上生长的经过载体环境筛选、变异和富集的优
势菌混合，形成优势菌群，这些优势菌群协同共生，能大幅提高净化
含挥发性有机废气(VOCs)的整体效能。
所述的优势菌群中主要包括如下属的微生物：
Pseudomonas、Flavobactterm、Bacillus、Arthrobacter、Acidophiles、
Microcollus、Zoogloea、Thiotherix、Streptomyces、Candida、Aspergillus、
Clostridium、Mycobacterium、Saccharomyces、Alternaria、Fusarium、
Corynebacterium、Trichoderma、Sulfate-ReducingBacteria、Enterobacter
cloacae、Alcaligenesfaecalis、Lactobacillusbulgaricus、AeromonasSP、
Crenothrix、Bacillussublis、Rhodospirllumrubrum、Beggiatoa、
Flexibacter、Xanthomonasmaltophilia、Bacillscereussp、Plesiomonas、
Eruinia、Enterobacler、Acinclobaber等。
经过上述步骤后，即可转入正常运行。
(5)系统运行：待处理的废气从底部进入气体生物净化塔(2)，
经一级生物接触填料(2-3)和二级生物接触填料(2-6)，与附着在
填料表面的微生物优势菌群接触而得到净化，净化后的气体经塔顶除
雾器(2-1)除雾后，由塔顶的气体出口(2-9)经净化后引风机(5)
输送至排气筒(6)高空排放。
本发明所述的废气净化是多种微生物优势菌群共同作用的结果，
这样有利于吸收、分解废气。同时，优势菌群中含有的发酵型微生物
在其生长过程中形成的酸性环境，可以有效的抑制腐败性微生物的生
长，提高处理效果。
实施例3
用本发明的方法及装置处理某石油化工企业所排放的含挥发性
有机物(VOCs)废气，废气中主要含醇、乙醇、酚、甲酚、吲哚、脂
肪酸、乙醛、酮、二硫化碳、氨、胺和硫化物。
进气量为1200m3/h，硫化氢浓度为160mg/m3、氨6mg/m3，VOCs
混合气体浓度1200(无量纲)，控制PH6.5-7.5，溶解氧DO≤0.3mg/L，
温度25-28℃，经处理后的硫化氢为0.1mg/m3，氨1.6mg/m3，VOCs
混合气体浓度22(无量纲)，处理效果好。