生物法净化（共9篇）
生物法净化 篇1
随着人们对大气环境质量的日益关注, 挥发性有机废气带来的危害程度已受到了普遍的关注, 成为研究的热点问题。挥发性有机气体包括烃类、卤代烃、芳香烃、多环芳香烃等。挥发性有机气体的净化方法有很多种, 其中生物法是近年来兴起的方法, 具有良好的净化效果, 近年来在净化挥发性有机废气污染方面的研究和应用日趋活跃。
1生物洗涤法
生物洗涤塔由洗涤塔和再生池组成, 洗涤循环液由洗涤塔塔顶喷淋而下, 挥发性有机气体和氧气进入塔内传入液相, 吸收过挥发性有机气体的洗涤循环液进入再生池中, 被再生池中活性污泥降解, 净化后的挥发性有机气体从塔顶排出。
洗涤法中的洗涤液需要采用活性污泥再生, 所以该方法仅适用于像乙醇、乙醚等水溶性较好的挥发性有机气体。
2生物过滤法
挥发性有机气体在进入过滤塔前, 需要经过一个增湿塔, 进入过滤塔后流经生物活性填料层的挥发性有机性气体被氧化分解。生物过滤法工艺较为简单, 方便操作, 滤料的吸附性能比较好且比表面积比较大, 可减缓入口处负荷改变引起的效率波动。
生物过滤法依靠微生物来分解挥发性有机物, 要注意的是填料要适合微生物生长, 这样才能保证反应器的性能。
3生物滴滤法
VOCs气体从生物滴滤塔的底端进入塔内, 流经与已接种挂膜的生物滤料接触反应后被净化, 净化后的气体从塔的顶端排出。塔顶处设有喷淋系统, 接种了经被试有机物驯化的微生物菌种的循环液喷淋而下, 与进入滴滤塔内的VOCs异向流动, 循环液中的微生物能够很好地溶解于液相中有机物质, 有机物可以作为微生物, 进而被循环利用。
相对于生物过滤法和生物洗涤法, 生物滴滤塔的阻力相对较小, 且孔隙率小, 使用的寿命长, 塔体操控较容易, 因而越来越受到环保人员的重视。
以挥发性有机气体中的苯系物为主要研究对象, 其中二甲苯是常见的苯系物, 主要用作油漆、涂料等。主要研究的内容为:
3.1驯化培养微生物:以二甲苯为底物驯化微生物, 在驯化过程中, 不断优化驯化的微生物及条件。
3.2选择填料并设计滴滤塔反应器:在已选择的优化的驯化微生物的条件下, 观察不同型的反应器对二甲苯的去除效率, 进而选择最优型反应器。在两者选定的情况下, 不断优化温度、PH等操作条件, 使得滴滤塔反应器达到最佳效率。
3.3选择表面活性剂:需选择对二甲苯有机气体增溶性好、性质稳定并无毒无害的表面活性剂。
3.4实验室操作:在实验室内进行初步测定, 采取对照实验方式, 将去除VOCs的效率进行记录。
3.5选定方案与调试:根据化工厂排放的具体流量以及组分再进行具体的调试, 最后选定方案并进行生产调试运行, 通过运行记录对其进行最后的优化和改正。
4结论与展望
经初步试验后得出:通过生物滴滤塔可以有效地降解二甲苯, 但是实际情况要比实验过程复杂, 工厂排出的废气中组分更复杂, 而且组分之间会相互发生反应, 因此研究多组分降解的操作条件是十分必要的, 所以真正运行时要根据条件做出适当调整。VOCs在降解过程中的影响因素复杂多样, 有关实验研究与理论研究都不充分、深入, 需要在日后操作过程中逐渐完善, 尽可能使生物滴滤塔净化VOCs的效率更高, 成本更低, 操作起来更加方便。
参考文献
[1]洪紫萍.挥发性有机化合物的污染与防治[J].环境污染与防治Vo154.1994.
[2]郝吉明, 马广大, 王书肖.大气污染控制工程[M].北京:高等教育出版社, 2010, 1.
[3]周学霞.强化生物滴滤塔处理二甲苯废气研究[D].杭州:浙江大学, 2012, 3.
[4]王丽燕, 王爱杰, 任南琪.有机废气 (VOCs) 生物处理研究现状与发展趋势[J].哈尔滨工业大学学报, 2004, 36 (6) .732-735.
[5]刘强.生物滴滤法净化有机废气 (VOCs) 的研究[D].西安.西安建筑科技大学, 2003.
生物法净化 篇2
地球是人类赖以生存的家园，一旦地球环境遭到破坏，我们的生活也将受到影响。面对环境污染，科学家现已研究出了以下几种环境净化的方式。
生物净化是安全的净化方式之一。它指的是生物通过自身的代谢，使环境中的.污染物数量减少，浓度下降，毒性减轻，有害成分转化、分解，直至消失的过程。
在生物净化中，绿色植物和微生物起着重要作用。绿色植物中，夹竹桃、柳杉等绿色植物可以吸收大气中一定浓度范围内的有害气体；山毛榉、杨树等绿色植物可以阻滞和吸附大气中的粉尘和放射性物质；悬铃木、圆柏等绿色植物能够分泌抗生素等物质杀灭空气中的细菌。
我国在上世纪开始实施的三北防护林体系工程就是一项运用了生物净化原理的规模浩大的生态工程。三北防护林体系工程的实施在遏制风沙灾害、减少水土流失等方面发挥了重要的作用，而且降低了大气污染。
微生物的净化主要作用于一些被污染的土壤与水体。比如生活污水和石油等污染物中含有大量的有机物，而土壤和水体中有大量的细菌和真菌，这些微生物能够将有机污染物逐渐分解成无机物，从而起到生物净化的作用。但是不同的有机污染物被微生物分解的情况是不同的：人畜的粪尿等有机物污染物比较容易分解；纤维素、农药等有机污染物比较难分解；塑料，尼龙等有机污染物则不能被微生物分解。
生物法净化 篇3
1 生物法净化废气的基本原理
这里所讲到的生物法净化废气方法主要是一种氧化分解的过程:将工业废气中的有机组分作为填料活性微生物的养分或者是能源, 从而使其转化成较为简单的细胞组织物或者是无机物。一般根据生物膜理论来讲, 生物法净化工业废气物的步骤主要有: (1) 将工业废气物中的污染物与水进行接触, 并能够使其溶解到水中; (2) 工业废气中的污染物在液膜中溶解时, 可以利用其浓度差将污染物进一步的扩散, 在被生物膜中的微生物进行吸收或捕获; (3) 工业废气污染物在进入微生物的过程中, 产生代谢时将会被当做是营养物或者是能源分解开来, 而代谢物中的一部分扩散到大气中, 另一部分则重回液相中。
有上述可得知, 生物法净化处理工业废气主要是通过降解和传质两个过程来完成, 从而使废气中的污染物逐渐减少, 达到净化的目的。
2 工业废气的危害
随着现代工业建设的快速发展, 同时也产生了大量的工业废气, 这些废气中的有害物质被排放到大气中, 不仅对生态环境造成了污染, 更是对人类的健康问题带来了巨大的威胁。而在这些废气物中, 特别是有机废气物, 多人体的伤害是非常大的, 而不同工业中的废气物毒性也是有所不同的, 对于人类身体伤害主要表现在以下几个方面: (1) 工业废气物中的苯类有机物主要是会对人的中枢神经造成障碍, 严重者则会引起致死性急性中毒; (2) 工业废气物中的有机磷化合物主要是会降低人血液中胆碱醋酶的活性程度, 从而造成人体神经系统功能性障碍; (3) 工业废气物中的腈类有机物会对可直接引起人类的呼吸困难、意识丧失、严重窒息等, 严重者导致死亡。
以上这些危害只是众多有毒气体危害中的一类, 而工业建设的数量越来越多, 排出的有毒气体也越来越多, 对人体的危害也越来越大, 由此可见, 对于工业废弃物净化的工作是非常重要的。
3 生物法净化效率的影响因素
3.1 微生物
在工业废气污染物的生物法处理过程中, 其微生物占据着主导的位置, 主要作用是能够降解工业污染物中的真菌、细菌以及放线菌等微生物。而这些微生物正是降解工业废气物中的催化剂, 将惰性填料装入之后, 更是要对其进行驯化挂膜工作。而这里所选择的微生物可根据污染物的组成来决定, 如果污染物的组成较为单一, 则可以选择单一的微生物;若是较多的, 这就需要的是微生物群了。在生物过滤技术的研究中, 主要是以细菌为主的, 近年来, 也逐渐对真菌方面的过滤开始进行研究。
3.2 填料
在进行工业废气净化的过程中, 填料是直接影响生物法净化处理效果好坏的主要因素, 而其中一些填料中还需要为微生物的新陈代谢提供其所需要的营养物质。在进行填料的选择过程中, 还要满足以下几种要求:首先是要对其持水能力、表面积、PH值、密度以及缓冲能力和孔隙率进行考察, 而在填料应用的影响中, 最根本的还是其成本问题, 如果能够满足所需的条件, 价格方面当然也是越廉价越好。一般比较常用的几种填料有:泥炭、多孔陶瓷、颗粒活性混合物等。
3.3 压降
在生物法净化处理工业废气的工作中, 床层压降是非常重要的一项工艺参数, 其工作机理与净化成本是息息相关的。在生物法净化处理的工作中, 其滴滤法中的压降工作主要涉及微生物膜与填料, 如果是相对于有机填料来讲的话, 虽然可以为降解工业废气污染物中的微生物提供所需的营养, 但由于填料会产生矿化, 从而引发压降增加的情况。
随着技术的不断改革, 目前有机填料已经逐渐被无机惰性填料所取代, 无机惰性填料的应用能够让污染物中的气体分布更加均匀, 从而保证与生物良好接触, 与此同时还需要额外的进行营养的补充。如果压降过大的话会导致床层中沟流的出现, 影响气体与填料上微生物的充分接触, 对工业污染物的净化效果造成一定的阻碍。
4 生物法净化工业废气的处理工艺
4.1 生物滴滤法
生物滴滤法主要是将生物过滤与生物吸收进行集合形成的处理方法。由于工业废气物中污染物的降解与吸收是在同一个反应器内生成的, 而一般容器里的填料主要是一些比表面积大的物质, 有聚丙烯小球、碎石、陶瓷等, 而这些物质的作用是作为微生物生长的媒介。
在进行污染物的处理之前, 应先在填料的表面喷洒上营养液, 从塔底流出的时候对其进行回收, 并再次利用。在进行污染物净化的过程中采用生物滴滤法, 其去除代谢产物的主要方法是通过更换回流液体来完成的, 其特点是缓冲能力较大。这样的方法主要适合于降解之后所产生的酸性代谢物。比如:代烃和含S、N等有机物质。
4.2 生物过滤法
在生物处理技术中, 生物过滤法的研究与使用是出现最早的一项处理技术, 硫化氢等恶臭气体刚开始就是用这项技术处理的, 现在这项技术被使用到挥发性有机气体的生物降解中。过滤过程中, 挥发性有机气处理之后使其能够进入到生物过滤装置中去。过滤装置中的滤料大多是具有吸附性的, 多为堆肥、土壤、锯末和孔隙率、比较面积大的活性炭混合而成。
大量的微生物生长吸附在滤料上, 各类有机废气被它们进行的新陈代谢分解为NO3-、H2O、SO4-和CO2, 使其能够达到有效的过滤、纯化的效果。在生物过滤方的工作中, 其反应器只有一个, 液相及生物都是静止的, 且气体与液体的接触面积也相对较大, 从而降低了运行费用, 这一净化处理方法主要在醛酮等挥发性物质中有较好的使用效果。
4.3 生物吸收法
反应工艺的组成主要是由微生物氧化反应和工业废气吸收两个部分。工业废气有机污染物首先从反应器的下部进入, 再向上行走的过程中会与填料层中的水相互接触, 从而会发生质量传递的一个目的;这时, 被溶解的废气会与水一起进入到生物反应器中, 里面的悬浮液中会有大量的微生物存在, 并以此来进行污染物的去除。
以上处理工艺的优点主要是:反应条件较好把控, 但其投资较高、处理设备较多、且需要进行额外养料的添加。
4.4 生物洗涤工艺
这里所说的生物洗涤塔主要是一个具有活性的污泥处理系统, 组成部分一般是再生池与洗涤塔两个部分, 这个处理系统中不需要填料, 是与生物滴滤塔和生物滤池完全不同的一个处理系统。洗涤塔的处理工艺, 主要是工业废气是从底部进入的, 在经过循环液或者是鼓泡在液相中溶解, 再跟着悬浮液流入到再生池中, 与空气进行氧化分解之后再生, 此时的废气污染物会被再生池中的微生物氧化降解, 而再生池中的所流出来的可以在进行循环利用。由于其再生与吸收的时间有所不同, 因此吸收与再生是两个独立完成的过程。
以上可以看出, 生物洗涤塔有较多的优点:压降小、易管理以及填料不易堵塞等, 但由于用到的处理设备较多, 因此费用也会相对较高。
4.5 电晕法
电晕法主要用于脱除废气中的SO2、NOx, 近年来才被应用于处理有机废气, 并且反应器、处理效率、机理等方面进行分析与研究。VOCs在进入高电压反应器之后, 可以通过脉带窄、前沿陡峭等高压脉冲进行放电, 在常温作用下可以产生大量的OH、O等活性基, 可以与VOCs相关分子进行氧化降解反映, 有效的将其转换为无害物质。这种方法主要对芳烃类的VOCs具有很好的效果, 并且, 现阶段使用前脉冲电晕放电法对VOCs废气进行处理还处于试验阶段, 这种方法主要用于浓度比较低的VOCs废气。
5 生物法净化处理工业废气的应用前景及其展望
随着对工业废气净化处理的深入研究, 对于填料方面的研究也逐渐将范围扩大, 而把合成填料加入到其中也在原有的硬度上有所增强, 支撑率与孔隙率也因此更加良好。在设计的过程中, 如何使生物滴滤塔具有负荷力强、净化反应速度快以及微生物浓度高等特点, 由于其发展前景较好, 因此这项设计是目前研究人员共同想要达成的目标。在目前生物法净化处理技术的过程中, 虽然已经达到了管理简单且比较环保的程度, 但还是需要根据工业的扩大不断进行技术的改善。
截止目前, 去除恶臭气体以及VOCs中, 单一的生物反应器还无法满足共同解决的目的, 因此, 在改进设计的过程中, 还需要考虑联合生物器的设计以满足目前的需求。与此同时, 还要对降解菌方面进行更深层次的研究, 从而在以后的废气处理中能够实现多种污染物降解的目标。
6 结语
文中所讲到的生物净化处理工业废气方法, 它的主要特点是省投资且运行费用低、在管理方面也比较简单, 由此可见, 生物法净化处理工业废气技术将会在现代工业技术中取得良好的成绩, 并能够为社会经济的可持续发展提供有力的帮助。
参考文献
[1]李晓梅.生物—化学法净化甲醛废气应用基础研究[D].昆明理工大学, 2014.
[2]程足芬.生物法处理低浓度甲醛污染物的研究[D].北京化工大学, 2009.
生物法净化 篇4
1. 离子交换树脂法
提取液
│
│通过强酸型(氢型)阳离子交换树脂
┌──────┴───────────┐
↓↓
流出液 树脂柱
(非碱性物质) ┌──────┴───────────┐
│方法一 │方法二
│氨液碱化树脂│碱液洗脱
│晾干后，亲脂性有机溶剂提取 │
↓↓
亲脂性总生物碱亲水性总生物碱
2. 有机溶剂萃取法
提取液
│
│碱化，亲脂性有机溶剂萃取
┌──────┴───────────┐
↓↓
有机溶剂层 碱水层
│
│浓缩
↓
总生物碱
·醇类溶剂提取液的净化
醇提取液
│
↓浓缩
浸膏
│
│酸水溶解
┌──────┴───────────┐
↓↓
不溶物 酸水液
(非碱性脂溶性杂质) │
│碱化，亲脂性有机溶剂萃取
┌───┴───┐
↓ ↓
有机溶剂层 水层
│
│浓缩
↓
生物法净化 篇5
化工行业对于我国国民经济的发展起着重要的支撑性作用,由于化工行业的快速发展,污染越来越严重,对环境和人类健康带来了严重的危害。全球各个国家都越来越关注挥发性有机化合物的治理,并对挥发性有机物做出了明确的规定,各类新型废气治理技术开始应用到工业废气的处理中。当前普遍采用的方法有吸收吸附法和催化燃烧法两种方式。其中吸收吸附法对于化学性稳固且不易溶水的有机废气处理效果并不佳,吸收吸附法中吸附剂成本比较高,又会容易形成二次污染,在推广上受到了很大的阻碍。催化燃烧法在使用成本上比较昂贵,又不适合低浓度废气的处理。以上这几种传统的物理化学处理废气方法因种种原因的限制,在工业废气的处理中受到了限制,为此,需要研究新型成本低廉、处理效率高的方式,生物净化法正是基于这一背景诞生。
1生物法净化的处理原理
生物法净化就是通过氧化分解进行废气处理。将废气中的有机成分作为微生物的营养,通过微生物将其转换成简单的有机物。依据生物膜理论,可将生物法处理废气的过程分为以下几步:(1)将废气中的污染物融入到水中,使其进入到液膜当中。(2)利用浓度差促进液膜中污染物扩散,生物膜中的微生物将其捕捉并进行吸收。(3)微生物将污染物做为养料,在新陈代谢过程中将其分解,分解出的代谢物一部分回到液膜当中,另一部分以气体的状态被释放到大气中。生物净化法主要是通过传质和降解工艺来达到废气处理的目的。
2生物法净化的处理工艺
生物法净化常用的加工工艺主要有生物滤池、洗涤和滴滤等加工工艺方法。过滤法主要用于除臭,但是治理废气的范围有限。滴滤法治理废气的范围较广,降解能力比较强,已经形成产业化发展模式,但是因反应器的不稳定,还有待改善。这三种方法各有各的特点,需要根据具体的处理要求进行选择。
2.1生物滤池法
生物法中最早使用的工艺就是生物滤池法,发展到目前为止,工艺与设备已经非常成熟,生物滤池法就是将多层天然有机多孔填料加入到开放或密封的容器中,常使用的添加料为肥料、沙土、树皮、煤土等混合物或单一物。这些填充料具有优良的透气性、通水性和持水性等特点。废气在通过过滤器时,其中的颗粒可以随之去除,再从容器底部滤池进入设备,在经过含有微生物的填充料时,一些有害物质被微生物吸收降解。生物滤池中的液相可以是静止也可以是流动性的,加工过程中可以根据工艺需要进行加水,并确保有不间断的气体进入。生物滤池法有使用设备少,操作便捷,资金成本比较低等特点,并且适合大范围低浓度的废气治理。但是也存在一定的缺点,比如在运转时虽然不用添加任何营养物,但是所使用的滤池要有足够大的面积,填充材料经过微生物长时间的分解后需要重新填充,而p H值也不易掌控,需要添加固体缓冲剂,缓冲剂若使用完之后需要随时更换。
2.2生物洗涤法
生物洗涤法是由洗涤塔及再生池组成,不需要任何添加料,是活性污泥治理系统。废气通过洗涤塔的底部进入,通过鼓泡或循环液喷淋将废弃融入到液相中,跟随悬浮液进入再生池,再经过通氧再生,废气中的污染物被氧化分解。生物洗涤塔具有易掌控和压降小等特点,但是需要添加营养,成本相对较高。为了能够顺利进行降解,曝气设备是必不可少的,同时要掌握好温度和p H值等,为微生物提供良好的生存环境。生物洗涤法能够对小气量、高浓度的废气污染进行治理,并且还能处理含有颗粒的废气。这种方法适合大规模工业废气的处理,具有极高的稳固性,唯一的缺陷就是设备成本偏高。生物洗涤法还可以处理含有污染颗粒的废气,但是如果出现大量沉淀的问题,也会影响处理效果,一般情况下,处理溶解性较好的污染物,还是有非常高的净化效率,过程适宜进行建模,操作稳定性较高。
2.3生物滴滤法
生物滴滤法主要是由生物滴滤塔组成,在塔内需要添加大比例表面积及高保水性的填料微生物。常用的填充料有生物陶粒、泡沫、活性炭等惰性材料。废气从滴滤塔底部进入,塔顶将无机营养液喷出,顺着微生物填料流下,将污染物溶解。生物滴滤法具有易操控、低成本、高效率和极低的压降等特点,同时喷淋液可以实现反应器p H值和温度的控制,维持微生物的活性。生物滴滤法不但可以净化挥发性有机化合物,同时对非挥发性化合物也有同样的作用,必然成为产业化发展的趋势。
3结语
生物法对废气污染物具有高效的分解率,与化学和物理处理法相比,成本偏低,虽然生物净化法在工业废气中的应用还处于初级阶段,随着研究的不断深入,相信在不久的将来这些影响因素都会迎刃而解,研发出新型联合生物反应器,提升工业废气的治理效果。
参考文献
[1]张兰河,宋达,杨日光,等.接种辫硫杆菌与活性污泥生物滴滤塔去除硫化氢效果对比[J].化工进展,2013(5).
[2]魏永臣,程蓉,周伟,等.新型填料特性及其在生物脱硫中的应用[J].环境工程学报,2012(6).
生物法净化 篇6
煤作为我国常规主要能源之一的地位, 在可预见的时间里都不会改变。它通过燃烧和气化为人类提供能源与化工原料, 但在应用过程中也会排放大量的废水、废气和固相污染物等。例如:SOx、NOx、CO2等因其排放量巨大、浓度极高, 危害性极大, 加之对臭氧层破坏严重, 会导致地球气候变暖、引发酸雨、造成土壤酸化、污染水源, 形成光化烟雾, 严重影响了人类赖以生存的环境与生态平衡。因此对其研究较早且很深入也取得了巨大的成绩。但现有成熟的烟气治理技术和装备都有一定的弊端:基建投资大、运行费用高、耗能大、占地面积大、后续产物处理不彻底容易造成二次污染等等。从长远发展角度来考虑, 研发价格低廉、净化效率高的同时脱硫、脱硝、除碳等的新技术、新装备使其具有较高经济价值、生态效益和社会效益。已成为大气污染控制领域中前沿性的研究方向。微生物法净化烟气在常温下进行, 不需高温高压且耗能低, 操作简便, 占地小, 无二次污染等优点, 适应当前烟气净化发展的需求。微生物法净化烟气的这些独有的优势使它脱颖而出, 成为当今人们研究烟气净化技术热点之一。
1 国内外生物法烟气脱硫、脱硝的现状
1.1 微生物法脱硫、脱硝原理
微生物能够脱除SO2主要是因为硫是构成微生物有机体必不可少的一种重要元素。微生物能够伴随并可参与硫元素循环的各个过程, 并且获得能量, 成为自身生长的不可或缺的重要物质, 研究人员利用微生物这一功能特性, 应用微生物对烟气进行脱硫处理。微生物法净化NOx废气的原理是在有碳源存在的条件下, 将烟气中的NOx作为相应的氮源, 利用微生物的生命活动将烟气中的有害物质NOx转化为简单而无害的无机物N2, 由于NO2易溶于水, 因此它首先溶于水形成NO3-及NO2-之后, 再通过微生物将其转化为N2, 而NO难溶于水, 因此它是被吸附在微生物表面后直接被生物还原为N2, 与此同时微生物本身也获得生长繁殖。
因此说生物净化烟气过程实质上是利用微生物的生命活动将烟气中有害物质转变成为简单的无机物或转变为人类可以应用的重要的物质, 与此同时也把其一部分转化为自身的能量和营养物质为满足自身的生长发育和繁殖获取可靠的物质保证的过程。
1.2 国外生物法烟气脱硫、脱硝的研发现状
国外在生物净化烟气治理方面的研究较早, 所以成绩也相当突出, 尤其是在微生物脱硫方面成果更为显著, 有的技术工艺已达到了实用水平, 在一定范围内得到了工业化推广应用。微生物脱硝方面比脱硫技术研究的稍晚, 技术也差一些但也取得了不错的成绩, 但在微生物法同时脱硫脱硝方面未见有文献报导。
1988年国外Tulsa大学的DASU等[1]人开始了微生物脱除SO2气体的研究工作, 他们应用硫酸盐还原菌 (SRB) 对SO2气体进行处理转化。此后美国Tulsa大学的P.T.Selvaraj等几位学者也应用此类微生物菌对气相的SO2进行脱除研究工作, 他们应用硫酸盐还原菌将SO2还原为H2S, 之后再利用其它类的微生物菌将H2S氧化为单质S, 完成了使有毒气体向着有重要价值的单质S的转化。1992年荷兰HTSE&E公司和PAQUES公司研发出了生物脱硫工艺 (BFGD) [2], 并且他们次年对此工艺进行应用示范, 将其应用于规模为50MW电厂的烟气治理, 该示范工程一切运转良好并在此基础上, 此工艺被进一步放大———在荷兰南部发电站建立了生物脱硫中试工程。从几周的运行处理可以得出结论:此设备能够稳定地运行, 几种生物共同作用最终将SO2经过一系列的还原氧化等变化全部转化为单质S。达到了非常理想的效果, 取得了非常可喜的成效。而且此工艺装备基建和运行费用都远远低于湿法和干法脱硫设备的费用, 操作简单, 基本无二次污染。目前, BFGD工艺对于中小型锅炉烟气治理已进入实用化的阶段, 并在一定范围内得到了推广应用。从这些示范工程的运行状况以及气体转化的效率可以看出:生物脱硫工艺技术已达到了比较完善、成熟实用技术水平。1995年, 荷兰Paque和Hoogovens公司开发了Biostar工艺, 首次把微生物代谢功能和化学技术结合, 用于烟气脱硫。目前已经发展中试阶段, 并在一定范围内得到了工业化应用。
此外, 美国和日本的一些公司在生物治理废气方面也做了大量的研究工作, 也研发了类似的工艺技术, 处理废气中的SO2或H2S都取得了不错的成效。
美国爱达荷国家工程实验室也相继开发了利用脱氮菌还原处理烟道气中的NOx工艺。该研究将含NO 100~400μg/L的烟气通过一个堆肥填料塔, 停留时间约为1min, 测得当NO进口浓度为250μg/L时, NO的净化率为99%。这是比较早的利用生物进行烟气脱氮的研究, 而且取得了比常规烟气脱氮还要好的效果[3]。
1.3 国内生物法烟气脱硫、脱硝的研发现状
我国在生物法净化烟气方面的研究起步较晚, 目前还处在实验研究阶段, 虽然如此国内一些院校和科研院所的众多学者在实验中开展了大量的研究工作, 取得了较好的成绩, 掌握了大量的有重要价值的生物治理废气的技术参数, 工艺方法等等。例如:王安等[4]采用氧化亚铁硫杆菌 (T.ferrooxidans) 对烟气中的SO2进行脱除研究。并且比较了微生物法和千代田法在相同的操作条件下脱除二氧化硫效率, 结果表明, 在通气时间相同的情况下, 微生物法脱硫率远大于千代田法。而且比较了Fe3+对微生物法和对千代田法净化效果的影响。结果显示, Fe3+对微生物法影响不大而对千代田法影响却很大。张永奎等用分离所得的氧化亚铁硫杆菌 (T.ferrooxidans) 和Fe3+体系对含有SO2气体的废气进行处理, 研究结果表明, 细菌菌液比稀硫酸吸收法的脱硫效率要高得多。周作明等[5]在实验室中采用络合吸收和生物还原法 (Bio De NOx) 相结合对模拟烟气中的进行脱除NOx, 并重点研究了其吸收去除原理。络合吸收和生物还原法相结合处理废气是近些年来研发出的一种烟气脱氮新方法。
同时国内的一些学者在生物法同时脱硫、脱硝方面也做了大量的实验研究工作, 并取得了突破性的进展:谢志荣[6]等在实验室中以玻璃棒作为过滤塔, 以轻质陶粒作为载体用事先已选出的多种微生物 (脱硫菌和脱氮菌或能同时脱硫、脱氮菌所组成的混合菌种) 对其进行生物挂膜, 然后以化学实验制取的二氧化硫和氮氧化物作为烟道废气, 在实验室中应用已挂膜成功的滴滤塔对二氧化硫和氮氧化物进行脱除, 研究结果表明, 生物法能有效同时去除烟气中的二氧化硫和氮氧化物, 且净化效率分别可达99.9%和88.9%。王恒颖[7]等在实验室中也对生物法同时脱除烟气中SO2和NOx进行实验研究。并且重点研究了在循环液中添加金属离子时对脱除效果的影响, 研究结果显示, 在循环液中添加金属离子可以显著地提高生物同时去除二氧化硫和氮氧化物的净化率尤其能大大提高氮氧化物的净化率。王洁等在实验室中也对生物法同时净化低浓度的SO2和NOx烟气进行过研究、探讨。由于微生物脱除硫/氮都需要碳源, 而燃煤烟气中就有二氧化碳, 因此国内有些学者在进行生物同时脱硫, 脱硝时试想以二氧化碳作为碳源来进行研究, 试图除去更多有害气体达到一举多得。这些成绩把应用生物治理烟气向前推进了一步, 无形中也引领学者用生物脱除多种有毒气体, 有毒重金属等方向研究;为生物治理烟气向多重化、多功能、多效益、全方位方面的发展打下了坚实基础。
从以上国外生物脱硫技术在一定范围内的工业化应用和脱硝及以及同时脱硫脱硝在实验室中所取得的著多成果来看, 微生物法同时净化废气中的多种气体是完全可以实现的。它所具有的优势已使它在烟气治理领域占有举足轻重的地位。可以说一但生物法治理烟气能够有全新的进展, 被全社会应用必将为农业、工业等众多行业提供巨大的硫、氮等资源, 促进各个行业的发展, 保护环境。具有良好的经济、生态和社会效益。
1.4 固定化微生物技术的研究
固定化微生物技术即固定化细胞技术[8], 是20世纪60年代开始迅速发展起来的一项新技术工艺, 它是通过一系列的化学或物理的方法将游离细胞或酶控制在限定的空间区域内, 使其保持活性并可以反复利用。固定化细胞技术减少了微生物流失, 为生物的生长繁殖创造了良好的、适宜的环境条件, 保证了数量, 为发挥其功能提供了可靠的保证, 大大提高了其利用率。固定化微生物法净化低浓度烟气SO2和NOx技术的研究不仅拓展了生物技术在废气治理领域的研究与应用, 而且为低浓度烟气SO2和NOx的生物治理提供了一个展新的途径。
美国的SELVARAJ等在1997年[4]就对SRB菌群进行过固定化研究, 并比较过3种固定化生物反应器的各项功能等特性。
国内的一些学者也对固定化技术进行了一系列的研究工作, 取得了不诽的成绩:邱建辉等曾对氧化亚铁硫杆菌 (T.ferrooxidans) 的固定化技术进行过研究, 采用H-2软性填料作为载体, 结果脱硫率可达到98.87%。宣群和李志章等也分别对氧化亚铁硫杆菌 (T.ferrooxidans) 进行过固定化技术研究, 其脱除SO2的效率也都在98%左右, 张雷等对耐低温硝化细菌进行了固定化技术研究, 结果也取得了非常理想的净化效果。这些都表明了固定化生物技术在净化低浓度SO2烟气中起了巨大的作用, 推动了生物净化烟气的发展速度。同时也显示了我国在固定化技术研究领域已占有举足轻重的地位, 为生物脱除烟气向前发展做出了巨大贡献。
随着大量脱硫、脱氮菌、同时脱硫、脱氮菌的发现、多功能菌的被开发和固定化微生物新技术的迅速开展, 各国学者对生物载体的拓展研究, 以及国内外学者在生物治理废气领域所取得的研究成果, 这些成果都为烟气净化领域开拓了新的空间, 为微生物在烟气治理领域的发展提供了宝贵的资料, 使微生物法同时净化烟气中多种废气和灰尘、粉尘等的技术完全可以实现并走向社会, 成为社会生产力, 为人类服务, 也为社会创造巨大的财富。
2 发展趋势
随着改善大气质量要求的提高, 加之当前烟气净化的需要和我国国情以及经济蓬勃发展的需求来看, 烟气治理方法必将向着最有效、最优越、最低廉、最清洁的烟气净化技术方向发展。而由于微生物法所具有的鲜明特点是其它净化烟气方法无可比拟的, 微生物同时脱除多种废气方法或者生化结合的方法将是当前和将来净化烟气的最好的方法之一, 如果此法能够得到全新的、飞越的发展, 研发出优越的、成熟的新工艺新装备, 必将能受到各国的青睐, 必将能够在全社会推广和应用, 它不仅仅是因为对整个地球环境的改善, 它还能为农业、工业等众多行业提供巨大的硫、氮等资源, 为医学提供干冰等等, 促进各个行业的发展, 因此微生物净化技术具有广阔的发展前景和市场空间, 它所具有良好的经济、生态和社会效益是不言而喻的。
3 结语
微生物法同时脱硫、脱硝过程实质就是人工加速自然界中硫、氮循环的过程, 尽管还处在初使研究阶段, 还有很多问题要解决, 但其对生态环境的效益是其它烟气净化过程无可比拟的。因此应在现已研发的一些技术和设备的基础上, 不断优化、不断创新, 使之更加成熟, 更加完善, 开发出适合我国国情的微生物烟气净化技术, 为改善当前的大气状况和人类的生存环境贡献自己的微薄之力。
参考文献
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[3]高晋升, 鲁军, 王杰.煤化工过程中的污染与控制[M].北京:化学工业出版社, 2010.5:247-248.
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阳权血液净化戒毒法浅析 篇7
当过量的有害物质进入体内或受到病原体侵袭的时候, 人的器官、组织甚至细胞都会发生相应的变化, 机体平衡的内环境系统受到破坏, 随之导致血液、体液及组织中有害溶质浓度升高, 生理、理化指标自然也会发生变化。
当血液中有害溶质浓度升高不多时, 在人体代谢系统、免疫系统的参与下, 可以校正这种不平衡的环境状况, 重新恢复人体生命系统内环境的平衡。
当血液中有害溶质浓度升高较多时, 一般使用药物可以调整人体的代谢系统和免疫系统, 从而恢复人体生命系统内环境的平衡。
当血液中有害溶质浓度超过一定的极限时, 药物已“无能为力”, 内环境失衡发生病理变化, 导致多脏器功能不全, 甚至发生多脏器衰竭, 乃至死亡。从头到脚人体这类疾病实在太多了!
于杰董事长视察临床治疗的情况
天津市阳权医疗器械有限公司就是针对这一类风险大、死亡率高的疾病, 主要针对有害物质高浓度血症, 采用血液灌流、血浆灌流、肠道吸附技术和透皮吸附, 从血液、体液、肠道中或通过透皮吸附直接清除有害物质, 提出完整的临床解决方案, 提供相关的产品供临床选择使用。
二十多年前, 我们开发了中国第一代供临床使用的血液灌流器。临床专家用这个器械成功地救治了一名吞食了四百多片巴比妥类安眠药、昏迷不醒的年仅20岁的少女, 救治成功后患者的家属跪在专家前表示感谢。看到这些动人场景, 我们无不为之动容, 掉下热泪。小小一个血液灌流器联接着千家万户的安危, 拯救了成千上万患者的生命, 我们无不为之感到高兴和满足, 正是这种精神激励着我们的创新与创业。
用我们的理念、我们的技术、我们的产品与病魔争夺患者的生命, 成为我们公司创新与创业的持久动力。
一、研究背景
滥用毒品已成为全球严重的社会和公共卫生的危害。近40多年来, 贩毒、吸毒、滥用毒品, 尤其以海洛因为甚, 在我国又死灰复燃, 沉渣泛起, 蔓延迅猛, 十分猖獗。在我国登记在册的吸毒人数为295.5万 (2014年) , 每年还以3%~5%增长, 加上不在册的吸毒人数约1400万。不计用于禁毒、处理吸毒带来的公共卫生问题和刑事案件等的费用;不考虑吸毒造成的社会劳动力减少所致的社会经济损失, 每年仅毒资的直接消耗就达数千亿元人民币。吸毒不仅耗资, 更为严重的是它还造成严重的社会和公共卫生问题。就社会危害而言, 吸毒造成刑事犯罪率上升, 就公共卫生而言, 吸毒造成诸如艾滋病、结核病和肝炎等传染病流行。在我国的艾滋病毒感染者中, 有70%以上是因吸毒感染的。
滥用毒品的最大危害是会成瘾。成瘾是一种慢性、失控、反复发作的脑病, 毒品成瘾机理已探索百余年。由于这种脑病病因复杂, 所以迄今尚无确切发病机制的定论以及用何种药物和治疗手段能够根治这种脑病。成瘾的主要特征是反复发作的强迫性觅药和摄药行为。
上世纪7 0年代发现了阿片类受体 (o p i o i d receptor, OR) , 在正常人体内有内源性阿片样多肽 (endogenous opioid peptide, EOP) 存在。由于EOP与阿片类受体OR的结合, 使受体的多种信号传到系统信息, 通过神经传至大脑, 进而调节体内诸如脑啡肽、强啡肽、β-内啡肽、内吗啡肽等多肽类物质的分泌, 以及精神肽类, 如:去甲肾上腺素系统、多巴胺系统、5-羟色胺系统等正常功能, 从而保证普通人正常生理功能的维系和体内环境的平衡与稳定。
与EOP相比, 吗啡、海洛因、可卡因等外源性阿片样化合物 (external opioid compounds, EOC) 的结构更简单, 而相对分子量在200~400之间也小很多。因此EOC与人体内阿片受体亲和反应的速度远大于EOP与阿片受体的反应速度。
EOC和阿片受体 (OR) 的亲和反应导致了以下四个严重后果:
1.抑制脑内啡肽分泌, 破坏了人体正常EOP与OR结合的一个完整的生理内环境平衡, 造成一系列神经系统的生理功能失调与破坏, 危害人体健康。中毒症状包括:多话、头痛、高烧、血压升高、盗汗、瞳孔扩散、丧失食欲等, 大剂量吸入EOC会引发精神错乱、妄想性精神分裂症、多疑及幻听等, 甚至造成中风、休克等。
海洛因 (分子量324Da) 吗啡 (分子量272Da)
2.EOC和OR的复合物大多聚集在神经细胞的周围, EOC通过受体从钠离子通道传输神经刺激信息, 经神经细胞传输相应信号至人的大脑。由于EOC结构简单、单调, 复合物中受体传输的信号都是一些单一、较为低级与初始态的信号, 使人体正常的生理功能受到破坏, 人的机体处于半麻醉状态, 唯有“快感”存在, 其他许多正常的感觉荡然无存。
3.EOC通过对OR刺激, 继发OR传输新的神经刺激信息, 与人的生命活动的正常需求无关。而EOC又在与受体结合时会阻塞细胞膜上的钠离子通道, 延长对受体刺激滞留的时间, 使神经传导阿片受体传输新的神经刺激信息以及大脑对EOC产生“记忆”。在人的代谢系统、免疫系统作用下, OR传输的半衰期较短, 一般经过一天多的半衰期就会经人的代谢系统排出体外, 而阻断细胞Na+通道的EOC在通道内会继续滞留, 并继续阻止EOP与OR的结合。人为了享受快感, 需要进一步的吸食EOC以便和OR结合产生新的神经刺激信息, 表现为“成瘾”现象。
4.更严重的问题是EOC通过OR给神经细胞产生“快感”的神经刺激信息的量, 由于Na+通道阻塞而不断减少, 要使大脑产生相同的“快感”就需要更多的EOC和OR复合物才能实现相同的刺激。结果是必须不断地吸食更多的EOC才能“过瘾”, 以缓解戒断反应。戒毒是一个非常困难的治疗过程。一方面是由于“成瘾”的生理需求使吸毒者很难“自觉”地不吸食EOC, 更重要的是吸毒者一旦不吸食EOC, 身体会产生强烈的戒断反应, 包括:精神呆滞、昏睡、易怒、烦躁不安、忧虑等。滥用毒品会出现吸毒者难于忍受的稽延性症状, 这些症状会持续相当长的一段时间, 且表现形式、程度、持续时间长短因吸毒者的吸龄、吸毒量、体内脏器和组织功能损害的严重程度不同而异。稽延性症状对吸毒者的严重困扰是导致90%以上吸毒者脱毒后复吸率居高不下的非常重要原因之一。
吸毒还可引发艾滋病在内的多种感染合并症, 吸毒者“痛不欲生”而不得不重新吸食EOC。从治疗方面来讲, 只有解除患者对EOC的依赖, 才能重建适合EOP生成及活动的环境, 即恢复正常生命活动需要的精神反应过程。这就需要全社会、家属、亲朋好友给他们关爱、帮助、施治, 让他们建立信心和决心, 可以战胜毒瘾, 成功康复并回归社会。
于杰董事长
目前主要有三种方法对吸毒者进行治疗:
1.睡眠隔离治疗。吸毒者被隔离起来注射或服用安眠药, 让吸毒者持续处于睡眠状态, 利用人体的代谢系统和免疫系统的正常运行, 让患者体内的EOC特别是神经细胞周围阻塞Na+通道的EOC不断被代谢排出体外。由于吸毒者持续地处于睡眠状态, 增加了吸毒者对戒断反应的耐受性。此疗法一般需要治疗半个月, 甚至更长时间, 方能恢复EOP的正常生成与活动条件。而为了防止“毒瘾”发作复吸, 对吸毒者的隔离时间需要超过一个月, 甚至更长些。这种治疗方法的问题是需要依靠服用安眠药长时间地持续维持睡眠。由于服用安眠药的总剂量较大, 会产生并发症及后遗症, 严重者会造成临床死亡。同时, 吸毒者稍有清醒即产生戒断反应, 非常痛苦并难以忍受。
2.隔离药物治疗。隔离后用美沙酮 (是人工合成的μ阿片受体激动剂) 作为EOC的替代品进行治疗。美沙酮的作用和EOC基本相同, 但其作用时间更长, 是“小毒替大毒”、“以瘾代瘾”。虽然戒断反应较轻, 吸毒者易于忍受, 但这种治疗方法本质上是用另一种毒品替代EOC, 同样会“成瘾”, 而且服药期间不能完全恢复EOP的生成及活动的环境。它需要在治疗过程中不断减少“美沙酮”的用量, 直到最终停用, 方能恢复EOP的生成及活动的环境。因此它的治疗时间较长, 需要隔离的时间更长, 否则吸毒者又会重新吸食EOC。
3.拮抗药物“纳曲酮”皮下植入法。它是一种药物长效缓释剂, 它的拮抗药物释放剂量速度是恒定的。由于患者吸食EOC的量是在不断增加的, 因此它的治疗有效期非常短, 之后又会复吸, 否则会产生戒断反应, 严重伤害吸毒者的身心健康乃至威胁他们的生命。
以上这些戒毒方法的核心是切断吸食EOC渠道后, 依赖人体的代谢系统和免疫系统将EOC排出体外。因此治疗周期长, 一般需要15~30天。在如此长时间内吸毒者很难克服“毒瘾”的引诱和戒断反应的“折磨”, 故吸毒者的复吸率居高不下, 戒毒治疗效果较差。我们认为:脱毒是基础, 戒毒是根本, 回归社会是目的。
由以上分析不难发现, 戒毒的核心在于绝断吸食EOC后, 在将滞留人体内的EOC快速、安全清除掉的同时, 迅速重建健康EOP与OR的正常功能的结合和作用是非常重要的。这样才能调节并保持体内各系统之间功能的平衡和稳定, 戒断“毒瘾”, 减轻“戒断反应”。最终达到使吸毒者康复和回归社会之目的。这就是对新的戒毒戒瘾临床解决方案的要求。
众所周知, EOC通过呼吸道系统、肠道吸收系统及体液 (血液) 循环系统三个渠道进入人体, 除了外周血EOC的周而复始的残留和积蓄, 进而以血液为主要载体输送到全身细胞、靶器官和脏器。滞留在人体血液、肠道和细胞周围的EOC浓度最高。
于杰在临床现场指导工作
二、阳权血液净化戒毒法的特点与优势
鉴于当今国内外吸毒人群数量庞大, 该产品拥有巨大的市场前景, 其社会效益、经济效益十分可观。于杰董事长作为技术发明人及投资者, 早在2000年便开始与郭贤权教授一起筹建血液灌流级树脂厂及血液灌流器的生产厂, 以临床拯救更多患者的生命为己任, 以“救死扶伤, 治病救人”为宗旨, 并在2004年9月份成立天津市阳权医疗器械有限公司, 与戒毒这个世界难题展开攻坚战, 以阳权血液灌流戒毒为主攻方向, 生产出国际一流的“一次性使用血液灌流器”, 用于临床重症急性海洛因中毒及滥用毒品者 (包括海洛因、吗啡、可卡因及易制化学毒品—苯丙胺类毒物等) 的戒毒治疗。在于杰董事长的亲自带领下, 经公司全体员工的共同努力, 仅用四年时间, 于2008年1月8日成功获得国家食品药品监督管理局批准注册, 产品注册证:国食药监械 (准) 字2008第3450058号, 本公司产品经SFDA指定检测部门 (中检院) 严格的检测及指定临床基地的临床试验, 产品科技世界领先, 首创了血液灌流进行脱毒戒毒的新技术, 解决了传统戒毒方法中存在的很多难题, 临床应用疗效显著。
专家一致认为:“阳权血液净化戒毒法”技术先进, 使用方法合理, 操作简单、安全, 临床效果适合普遍, 可以推广使用。“阳权戒毒法”填补了世界戒毒方法的一项空白, 投入市场后, 必将带来巨大的社会效益和经济效益。
本公司“阳权血液净化戒毒法”的核心创新技术是充填灌流器内的大孔吸附剂的生产。
1.本公司依据吗啡与海洛因等阿片类的相对分子质量大小, 几何构象 (包括它们的结构、分子直径大小) 及组成等信息, 参考PerryJH[1]与何炳林[2]提出的物质的流体学体积与分子量的关系, 计算出吗啡 (272) 与海洛因 (356) 的相对分子质量, 其分子直径约0.6nm~1.00nm。根据它们的分子扩散孔径在2~6倍以上的经验数据, 吸附剂为满足吗啡与海洛因的扩散孔径应是4.0~8.0nm为宜, 比表面积愈高, 其吸附速率愈高, 吸附量愈大, 孔分布越窄, 吸附选择性愈高。
公安部物证鉴定中心组织专家对天津阳权“血液净化戒毒法”审评暨研讨推广会现场
2.由于吗啡与海洛因是苯环与环己烷的杂环结构, 依据物质结构相似相容原理, 按分子与结构设计、界面能的调节, 科学、先进、合理的预处理及后处理工艺和方法, 制得医用级三维网状结构的大孔吸附剂。选用苯乙烯为单体, 二乙烯苯为交联剂, 在致孔剂存在条件下, 以过氧化苯甲酰为引发剂, 采用悬浮聚合方法, 制得共聚物骨架, 再经氯甲基化及傅氏交联反应, 得到交联结构均匀、高比表面积、机械强度优良的三维网状结构大孔吸附树脂。
3.经科学、合理、先进的预处理, 将每工序所添加的有机物进行充分的热水洗涤和醇碱提取, 待测得的指标合格后, 才能转到下道工序。前三步都采用不同的工艺和方法, 有针对性地清除有机残留物, 直至用无水乙醇提取, 紫外分光光度计波长为254nm处, 其吸光值≤0.1时, 才转入玻璃柱内进行纯化, 环境条件要求在10万级洁净车间进行, 采用无水乙醇与注射用水交替洗涤, 直至紫外分光光度检测乙醇的OD254nm≤0.03为止, 即已达到医用级吸附剂的要求指标。
4.化学修饰、干燥、过筛、精洗:为了获得良好的生物相容性及血液相容性, 本公司依据界面能理论, 在疏水性吸附剂表面 (界面) 进行带有亲水基团 (-OH) 多羟基化合物进行物理 (或化学) 方法进行包膜, 使吸附剂的表面含有一定的亲水区, 使其界面能降低, 同时, 该疏水吸附剂保持有适当的疏水区与亲水区的比值, 保证其生物相容性和血液相容性良好, 临床使用安全、无毒、无热原反应、无溶血, 该吸附剂对吗啡和海洛因的清除率均获得满意的结果 (见表1) 。
吸附剂对吗啡的吸附试验, 配制25mg/L浓度的吗啡溶液, 取25ml置于50ml具塞锥形瓶中, 取湿态吸附剂3ml (相当1.0g干态吸附剂) 投入瓶中, 置于37℃±1℃, 以80次/min~100次/min的速率在恒温水浴振荡器内振荡吸附2h, 用紫外分光光度计法于波长为271nm处测量计算吸附前后的吗啡溶液的浓度, 按下式计算下降率及吸附量。
注:1#-5#是对海洛因的吸附;6#是对吗啡的吸附
式 (1) 中Cr为吗啡下降率
C0为吸附前吗啡溶液浓度 (mg/L)
Ct为吸附后吗啡溶液浓度 (mg/L)
式 (2) 中C0为吸附前吗啡溶液浓度 (mg/L)
Ct为吸附后吗啡溶液浓度 (mg/L)
W为吸附剂的用量 (ml)
V为溶液的体积 (ml)
临床评价:阳权“一次性使用血液灌流器”在血液灌流临床治疗的过程中血液通畅, 灌流器密封及管路衔接良好, 未发现血液外渗, 无不良事件发生, 操作方便。临床使用有效、安全、快捷、可靠。该项目是国内外首创, 填补世界戒毒空白。
血液灌流疗法是将吸毒者的血液引出体外进行循环, 通过净化装置—血液灌流器 (内充填可清除阿片类毒品及易制化学毒品) , 净化血液, 调节和恢复血液中残留的毒物, 达到微环境的平衡和稳定, 实现无戒断症状的快速脱毒治疗的目的。
随后, 可选用口服吸附剂, 将肠道内残留的毒品也加以清除, 使毒品的清除更彻底, 有利于健康的 (正常人) 体内含有内源性阿片样多肽 (endogenous opioid peptide, EOP) 与阿片受体 (opioid receptor, OR) 的结合, 以保证人的正常生理功能的维系和人体内环境的平衡与稳定。
1.阳权戒毒法、UROD疗法与传统脱毒疗法脱毒效果的比较 (见表3)
2.在施治过程中新发现:
吸毒者在接受外源性阿片肽类物质时如同脑电荷受到电针激活, 引发了兴奋感, 产生了腾云驾雾、飘飘欲仙似的欣快感。当外源性阿片肽类物质增大到一定浓度时, 就表现为抑制、嗜睡、甚至昏迷。在外源性阿片肽类物质被快速清除时, 脑内发射出的离子流强度逐渐减弱, 自我感觉非常清醒, 也可入睡、进食。
待自身阿片肽类物质占领外源性阿片肽类的空缺时, 脑内发射出的离子流更弱, 甚至消失。因而, 临床表现出患者无心理渴求。这种“神奇”的现象, 不仅在海洛因依赖患者的治疗过程中出现这一现象, 在精神分裂症患者的治疗过程中也出现过这种现象。
此发现者:合作方中国军事科学院刘少军, 并因此获得当年一等发明奖
吸附材料, 具有阻止钠内流、降低细胞膜的兴奋性, 减慢传导, 缩短脑中枢神经正常细胞的后放电时间, 阻止致兴奋的异常放电向周围的正常脑组织扩散。
上述新发现, 我们正在深入探索中, 将这些物质分离出来, 进行分析鉴定, 确定其何种组成、结构等信息, 不久将来一旦探索并确定了这种物质, 必将突破旧理念, 建立新理念, 由此引发血液灌流领域突破性理论和实践创新, 产生新的治疗方法和手段, 挽救广大吸毒人群, 使之变为新人。我们将为此做不懈的努力。
药物成瘾的治疗亦称戒毒, 包括脱毒 (消除戒断症状综合症) 、康复 (脱毒后的稽延症状) 和回归社会 (预防复吸) 等, 从生物—心理—社会多方面对诱发复吸进行干预的系统工程。
目前, 国内外绝大多数戒毒机构仅能做到脱毒成功, 对消除吸毒者脱毒后出现的稽延症状, 尤其对缓解成瘾药物的心理渴求 (即心瘾) 和防复吸, 仍缺乏有效的治疗措施。阳权血液净化戒毒疗法无疑给戒毒领域带来了新的治疗手段——口服+缓释→防复吸。
三、阳权血液净化戒毒法的意义
(1) 本技术开创了从血液中快速脱毒之先河, 从而开创了戒毒领域中以净化血液为特点的快速脱毒技术应用的新纪元。
(2) 本技术在快速脱毒过程中突破了“戒断反应”的阻碍, 实现重建健康的神经反应系统, 也就为吸毒者恢复健康体质, 重建健康人格, 开辟了光明的前途。
(3) 方法简便易行, 见效快, 易于推广使用。在临床实践中仅需要简单的血液体外循环医疗设备。其操作技术难度与普通的献血和输血 (输液) 相同。医护人员经过培训可以很快掌握。实施血液灌流本身不会发生血液污染和交叉感染, 完全可以在强制或自愿戒毒机构内推广应用。
(4) 本创新技术与已有的躯体脱毒技术有着天壤之别。 (项目编号∶2014BAI11B00)
参考文献
[1]Perry JH.Chemical Engineer Handbook.4ed.Mc Grow Hill.N.Y 1962.P17-44
[2]何炳林, 黄文强.离子交换与吸附树脂.上海科技教育出版社, 1992.310-352
[3]于杰, 郭贤权.高交联大孔吸附剂的合成、结构及其对海洛因的吸附性能研究.离子交换与吸附.2013, 29 (3) :262-269
生物净化有机废气技术研究进展 篇8
关键词：生物净化,有机废气,应用,研究进展
工业生产常常会产生大量的有机废气, 如不能进行对其进行有效地控制与治理, 这些气体必将严重的危害人类的生存环境和健康状况, 因此大力开展有机废气的综合治理技术研究已经成为当代世界亟待解决的问题之一。
目前, 有机废气的主要治理方法包括吸收法、吸附法、催化转化法等。尽管上述方法具有一定的实操性, 然而能耗高等问题也制约着这些方法的应用程度。
生物净化有机废气技术是近年来发展起来的一项用于净化低浓度有机废气的新型技术。经国外众多研究表明, 该技术实操性较强, 且成本较低, 因此是未来用于净化低浓度有机废气的重要方法之一。
为了进一步推动该技术于我国的研究进程, 笔者以下将从发展过程、工艺原理、基础理论研究、主要设备及其特点、填料的选择、菌种驯化、工程应用等方面对该技术的研究进展进行综述, 此外, 还将分析说明其发展中存在的问题, 并提出一些建议。
1 生物净化废气技术的发展历程
生物净化有机废气技术的研究始于20世纪50年代, 快速发展于80~90年代。德国和荷兰是世界上首批较大规模的应用此项技术用于处理有机废气的国家[1]。日本、美国等地也已广泛开展了该技术的工程应用, 而我国对于该技术的研究还很欠缺。
2 生物净化有机废气技术理论研究进展
生物法净化有机废气的实质即利用微生物的生命活动, 将废气中的有机组分降解、转化为简单的无机物 (CO2、H2O) 及细胞质等其它物质。具体而言, 在微生物的生长过程中, 需要消化吸收碳、氮、磷、氧等营养组分。生物净化法便是通过向生物反应器中投加除待处理废气所含营养物质 (即污染物质) 以外的营养成分, 从而保证微生物主动获取待处理废气中所含的那部分污染物质作为机体生存的营养成分, 最终达到去除废气中污染物质的目的。
至今为止, 对于生物净化有机废气技术的机理研究, 学者们还未形成统一理论。目前, 世界上公认影响较大的即荷兰学者奥滕格拉夫 (Ottengraf) 依据传统的气体吸收双膜理论所提出的生物膜理论 (也可定义为“吸收—生物膜”理论) [2]。
3 主要净化装置及特点
目前, 国内外主要有机废气生物净化装置包括生物过滤器 (biofilter) 、生物滴滤器 (biotrickling filter/trickling) 、生物洗刷塔 (bioscrubber) 等。其中应用最广泛的是生物滴滤池和滴滤塔。
3.1 生物过滤器
生物过滤器内的固态介质一般使用土壤、堆肥、木屑等。其优点在于:设备少, 操作简单, 成本低廉 (其投资成本约为传统处理技术, 如吸附、吸收氧化等技术的1/10) , 处理效率高等;其缺点在于:反应条件较难控制, 占地面积较大, 处理效率不够持续稳定、载体使用周期短等, 且该工艺不适于处理较高浓度的废气和产酸废气。
3.2 生物滴滤器
在生物滴滤池中, 微生物附着于惰性填料的表面并形成生物膜。有机废气从塔底进入反应器后, 其中的有机物质则通过微生物的分解、代谢后转化为小分子无机物质, 净化后的气体从塔顶排出。其优点在于:设备少、操作简单、压降低、填料不易堵塞、处理效率高等。与生物过滤器相比, 生物滴滤法的反应条件更易控制, 因而微生物的活性更容易保持。其不足在于:填料比表面较小, 运行成本较高, 不适于处理水溶性差的化合物, 此外结构和操作均比生物过滤器复杂, 同时, 营养物添加过量还易造成菌体大量繁殖, 床层堵塞、压降升高。为此, A.Laurenzis等人[3]在传统的生物滴滤器中安装搅拌装置, 以克服这一问题。生物滴滤器的介质可以采用陶瓷、塑料、粗碎石、陶瓷、活性炭、硅藻土等。
3.3 生物洗涤器
生物洗涤器一般是由洗涤器和生物反应器两部分组成, 洗涤器主要是物理溶解过程, 生物反应器中一般采用好氧处理。该工艺有很多优点, 如反应条件容易控制, 压降低, 填料不易堵塞等;而缺点在于:设备多, 需外加营养物, 成本较高, 填料比表面积小, 对液相中菌体生长活动的控制比较困难, 限制难溶气体的处理效率等。因此生物洗涤器远不如前两者应用广泛。
3.4 小结
不同成分、浓度及气量的气态污染物, 各有其有效的生物净化系统。生物涤气塔适用于处理净化废气量较小、污染物质浓度大、易溶解、生物代谢较慢的废气。对于气量大、浓度低的废气可采用生物滤池处理系统。而负荷较高及污染物降解后会生成酸性物质的, 则以生物滴滤池为好。膜反应器和活性污泥法目前使用还比较少, 有待进一步的研究。
4 填料的选择
填料是微生物的载体, 其性能将直接影响微生物的生长环境, 因此国内外研究者对此作了大量研究。
魏在山[4]等人采用不锈钢环、瓷环、陶粒、塑料环、海藻石、轻质陶块、煤渣等作为填料的试验研究, 结果表明这七种填料的净化性能顺序为:海藻石>轻质陶块>陶粒>瓷环>不锈钢环>煤渣>塑料环。
孙珮石[5]等对轻质陶块、瓷环、不锈钢环、塑料环4种填料进行实验室选择研究。结果表明:轻质陶块是一种优质廉价的生物滴滤池适宜填料。
Woertz[6]等对聚氨酯泡沫塑料和珍珠岩作填料的性能进行了研究。结果以聚氨酯泡沫塑料为填料的生物滤池取得了更好的处理效果, 这种填料同样可以应用于生物滴滤池。
5 菌种驯化
在以往的生物净化有机废气技术研究中, 一般采用废水处理所使用的菌群经目标污染物培育驯化后, 直接用于有机废气的净化处理, 但往往难以达到预期的净化效果, 因此培育驯化废气净化专用菌种尤其重要。
陈建孟[7]等人采用假细胞杆菌属GD11菌株对生物滴滤池接种挂膜, 成膜后的滴滤池可用来净化二氯甲烷废气, 其去除率达97.6%, 最适宜的p H值7.0±0.5, 温度2 8.5±2℃, 浓度为0.7 0 9 g/m 3, E B R T为11.8 s。
孙珮石[8]等人用气相培育驯化法培养获得废气净化专用菌种, 由其挂膜制作的生物膜填料塔对废气中甲苯进行净化。实验结果表明, 气相培养法所得菌种对甲苯的净化性能明显优于液相培养法所得菌种。
6 现存问题及建议
生物净化有机废气技术作为一项清洁、廉价的环境友好型技术在国外已经有近40年的应用历史, 但在国内却仍处于起步阶段, 且对于各种废气的生物法处理研究发展也很不平衡 (目前该技术研究应用大多为含氮、硫的无机气体, 对有机气体的实际应用还很少报道) 。基于此, 笔者建议在以下几个方面进一步深化、拓展有机废气生物净化技术的研究。
(1) 目前生物净化废气技术还只适用于低浓度的简单废气, 且该技术的研究也大多集中于无机废气领域, 对有机废气领域的研究还十分不足, 因此建议进一步加强对前人研究较少或没有研究过的对象的研究, 同时注重有机混合物及挥发性有机物的研究。总之, 应加宽生物处理废气的应用范围。
(2) 尽管国内外学者已经在填料方面做了很多研究, 但针对废气治理领域的最佳填料还有待探索, 因此建议加强重视对不同填料的性能的研究, 提高填料的表面性质及其使用寿命。
(3) 加强与其它优秀处理技术的结合同时不断改进设备结构, 研究工艺条件, 提高废水中污染物的去除效率。开展新型生物反应器处理有机废气过程的局部性能研究, 从微观、局部、瞬态角度, 从实验、理论及数值模拟三方面揭示生物反应器中局部流体力学、传质及生化反应性能参数的分布规律, 为过程模拟优化设计、操作与控制及工程放大提供依据。
(4) 对新型高效生物反应器净化有机废气开展中试及工业级试验研究, 使其成为新型、高效、经济、实用的有机废气净化新设备、新工艺和新技术。
(5) 建议将生物工程技术 (如激光诱变技术、基因重组技术、代谢工程、细胞固定化技术等) 应用于有机废气处理中, 通过传统技术和现代生物技术的结合, 开展高效优势微生物菌种的分离筛选以获得高效降解废气中污染物的微生物菌种。
(6) 遗传育种、驯化培养及其载体固定化技术研究, 适合于特定有机物降解的细菌种类和接种方法有待研究。
尽管经过近20年的发展, 以生物过滤器为代表的有机废气生物净化技术已得到了一定程度的工业化应用, 但目前各种有机废气生物净化技术仍不同程度地存在不足, 有待完善。不过, 随着生物工程技术的迅猛发展, 化学工程与环境工程学科的进一步交叉、渗透、融合, 有机废气生物净化技术必将不断注入新的活力, 更好的应用于各个领域。
参考文献
[1]魏在山, 孙珮石, 黄若华.生化法净化工业有机废气的研究[J].环境科学动态, 2001 (1) :21-23.
[2]Diks R M M, Ottengraf S P P.Veri-fication studies of a simplified modelfor the removal of dichloromethanefrom waste gases using a biologicaltrickling filter.Bioprocess Engineering, 1 9 9 1, 6 (3) :9 3-9 9.
[3]H a n t m a n s, S T r a r n p e r J.Dirchhloromethane removal from wastegases with a trickle-bed bilreactor[J].Bioprocess Engin, 1991 (6) :83-92
[4]魏在山, 孙珮石, 黄若华, 等.生物法净化低浓度有机废气的填料选择研究[J].重庆环境科学, 2001, 23 (2) :40-42.
[5]孙珮石, 黄兵, 黄若华, 等.生物膜填料塔净化工业废气用填料的研究[J].化工环保, 2002, 22 (4) :195—198.
[6]李云路, 李建军, 孙国萍.生物滴滤池中废气有机物的生物降解[J].微生物学通报, 2005, 32 (2) :119-123.
[7]陈建孟, 王家德, 庄利, 等.生物滴滤池法净化二氢甲烷废气的实验研究[J].环境科学, 2002, 23 (4) :22-23
生物法净化 篇9
原始重油地质储量巨大 (约8 630亿t) , 当采收率为15%时, 其可采储量为1 233亿t。随着常规原油可采储量 (1 500亿t) 的日益减小, 重油 (稠油及超稠油) 将成为下个世纪人类的重要能源。我国陆上重油及沥青砂资源约占石油资源总量的20%, 随着开采量的增大, 加工重油炼化量同步增加, 也加重了重油炼油污水处理厂的处理负荷。重油污水处理的适宜温度为70~95℃, 此温度下挥发性有机化合物 (VOCs) 等臭气较易挥发, 加重了恶臭污染气体的产生, 会严重影响厂内职工及附近居民的身体健康。因此, 对重油炼化污水处理厂的恶臭气体净化治理变得极为必要。
恶臭气体污染的净化方法主要分为物理法、化学法和生物法, 其中生物法以其良好的净化效果、低廉的运行成本费用、全自动化操作可靠性、不产生二次污染且运行稳定的特点受到国际学者广泛关注[1]。同时, 生物法在臭气治理工程中成功投入使用的案例也最多。国内污水处理厂已通过生物法成功治理H2S、NH4、CS2、NO2等无机气体[2], 而针对处理石油炼化排放的富含VOCs气体的工业化装置的研究还有待深入。
中国石油辽河石化公司主要炼制辽河油田重油, 其重油污水问题已经得到良好治理[3], 达到国家排放标准, 当下需要重点整治污水处理厂产生的臭气污染。辽河石化污水处理厂采用北京沃太斯环保科技发展有限公司的生物氧化装置, 进行臭气净化工程实践, 臭气取气于斜板隔油池、一级气浮池、二级气浮池等原无组织臭气排放建筑。考察了驯化期和稳定期的VOCs去除率以及负荷冲击对其的影响, 并测试了GB14554-2003中限制排放气体的处理率和排放速率, 以期为重油炼化污水处理厂治理臭气污染体系的设计和运行提供借鉴和参考。
2 试验部分
2.1 试验装置
采用美国生物反应工业公司 (BRI) 工艺设计生物氧化装置, 其工作原理基于Ottengraf等[4]通过生物法处理恶臭气体的“生物膜—双膜理论”, 见图1。装置长宽高为25 m×7 m×5.35 m, 处理规模为45 000 m3/h, 系统运行负荷为设计能力的86.7%, 年运行时数为8 040 h (335 d) , 气体过流时间75 s, 过流风速0.1~0.2 m/s。生物滴滤段采用波纹板填料 (介质体积135 m3) , 循环储液池水喷淋 (喷淋强度1.2~2 m3/m2s, 连续喷淋) ;滴滤单元底部循环储液池容积为95 m3, 实际装液量为76 m3, 活性污泥含量30%。生物过滤段采用BRI生物滤料 (介质体积113 m3) , 二沉池水喷淋 (喷淋强度0.5~1 m3/m2s, 间歇喷淋, 间隔1 h喷淋15 min) 。
2.2 试验设备和检测仪器
对斜板隔油池、一级气浮池、二级气浮池等原无组织臭气排放建筑通过玻璃钢与PVC膜进行密封, 用玻璃钢管线连接接合装置进气口。试验所用设备见表1。
2.3 检测方法及项目
由于现场不具备随时使用的气相色谱仪, 对GB14554-2003中所列的8种限制排放气体, 采用手持式仪器来测量。
按常规的恶臭气体的分类, 这8种气体中除硫化氢、氨气、二硫化碳外, 都属于VOC类, 可以用手持式VOC气体检测仪测量浓度, 进而计算处理效率。恶臭气体中, 由于硫化氢、氨气、二硫化碳极易处理, 所以该实验只观察VOCs类气体的处理效果。
3 结果与讨论
3.1 生物滤料驯化试验阶段
菌种在生物氧化装置中经过激活与筛选后, 进行生物滤料的菌种人工驯化试验阶段。在此期间, 改用循环储池水替换原喷淋用水, 保证适合菌体快速生长的滤床温度、湿度等其他条件不变, 对VOCs气体去除率进行检测和记录。见图2。
在采用稀释后的曝气池水替换原喷淋用水后, 系统的去除率受到较大的影响, 48 h后系统基本恢复, VOCs去除率仍保持着稳定的上升趋势。说明激活后的生物滤料, 在外界冲击和与本地菌共存的情况下, 仍能够保持着菌群的主导优势地位, 未产生变异和削减等状况, 这表明生物滤料上的菌群已适应了现场条件, 并已具备了抗外界干扰的微生物菌群稳定性。
3.2 生物滤料稳定试验阶段
对实验阶段的数据进行统计, 得到稳定期的VOCs去除率曲线见图3。
经过为期两个月的实验, 证明实验处理装置对收集区域的点污染源排放的废气VOC去除率已稳定达到80%以上, 并且经过了辽宁省分析科学研究院的检测分析验证。
3.3 生物氧化系统负荷冲击试验
增大污染气体流量, 测量同一采气点对应的进气浓度变化及相应处理率后记录, 观察系统面对大流量冲击时的处理率及其他参数变化情况[5]。见表2。
当流量增至处理规模上限45 000 m3/h后, 系统总体处理率下降近15%。
3.4 恶臭气体去除率与排放速率
设备2013年4月初开始运行, 经过两个月的调试、生物系统驯化和稳定后, 统计2013年7月1日到31日的运行情况, 见图4、图5。
生物装置系统建立后, 对硫化氢的去除率可稳定在85%以上, 对氨气可达到100%的去除, 对复杂有机气体VOC的去除率也稳定在70%以上。从数据上看没有达到小型实验所反映出来的去除率, 但从排放速率上看, 比GB14554—2003限定的排放标准值 (硫化氢1.8 kg/h, 氨气27 kg/h, VOC类 (其它6种合计) 33.74 kg/h) 低了很多, 装置排放速率 (取平均值0.2 kg/h) 硫化氢是国家标准限定值的11.1%, 氨氮没有排放, VOC类排放速率 (取平均值0.3 kg/h) 是国家标准限定值的0.89%。
4 结论
针对重油炼油污水处理厂设计的生物氧化装置对VOCs气体的去除率在驯化期由37%稳步上升至74%, 稳定期内可达84%左右;负荷冲击试验中其去除率下降约15%, 48 h后VOCs去除率达到80%以上。证明生物氧化装置对VOCs气体有很好的净化效果, 在极端条件下可抗负荷冲击, 并且具有较快的自我修复速度。测定GB14554-2003中所限气体的处理率与排放速率, 其中H2S去除率稳定在90%以上, 排放速率约0.2 kg/h (国家标准限定值的11.1%) ;NH3去除率100%, 无排放;VOCs气体去除率浮动于84%, 排放速率约0.3 kg/h (国家标准限定值的0.89%) 。工程实践证明, 通过生物氧化装置净化重油炼化污水处理厂恶臭气体远低于国家恶臭污染物排放标准的阀值, 处理效果良好, 工艺方案可行。
参考文献
[1]Gabaldon C, Martinez-Soria V, Martin M, Marzal P, Penyaroja J M, Alvarez-Hornos F J.Removal of TEX vapours from air in a peat biofilter:influence of inlet load[J].J.Chem.Technol.Biotechnol., 2006, 81 (3) :322-328.
[2]戴兴春, 黄民生, 张道方.生物脱臭塔净化污水处理厂臭气的中试研究[J].中国给水排水, 2007, 23 (13) :11-14.
[3]陈春茂, 阎光绪, 郭绍辉, 王永刚, 刘崇华.辽河石化超稠油污水预处理工艺与工程实践[J].炼油技术与工程, 2007, 37 (4) :42-45.
[4]Ottengraf S P, Van Den Oever A H.Kinetics of organic compound removal from waste gases with a biological filter[J].Biotechnology and Bioengineering, 1983, 25 (12) :3089-3102.