CN112076623A - 一种处理挥发性有机物和生物气溶胶的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于环境工程技术领域，涉及一种处理挥发性有机物和生物气溶胶的方法，特别涉及一种利用生物‑光电多能场协同处理挥发性有机物和生物气溶胶的一体式设备处理废气的方法。该设备将挥发性有机物的生物转化、光催化氧化与生物气溶胶的捕集、光电削减等多个反应过程结合，利用生物反应器转化挥发性有机物，利用电场捕集气相中的生物气溶胶，使其沉积在电极板上，从气相转移到固相表面，再利用光催化迅速杀灭沉积在电极板上的微生物，同时氧化在生物反应器中未被及时生物转化、残留在气相中的挥发性有机物。将挥发性有机物的生物转化、静电沉积、光催化氧化相结合，实现挥发性有机物与生物气溶胶的有效协同处理。

Description

一种处理挥发性有机物和生物气溶胶的方法
技术领域：
本发明属于环境工程技术领域，涉及一种利用生物-物化反应器协同处理气态污染物的方法，特别涉及一种生物-光电多能场协同处理挥发性有机物和生物气溶胶的一体式设备的应用。
背景技术：
生活垃圾和生活污水中含有大量的有机物，在垃圾填埋、堆肥以及污水厌氧水解、污泥浓缩与消化等过程中，有机物的生物降解和分解反应是在无氧或缺氧环境中发生的。因此处理过程中会有大量的芳香烃(如苯、甲苯、苯乙烯)、含氧化合物(如乙酸、丙酮)、含硫(如甲硫醇、乙硫醚)、含氮化合物(如三甲胺、二乙胺)、含氯化合物(如二氯甲烷、氯苯)等挥发性有机物产生。大多数挥发性有机物有毒，部分挥发性有机物有致癌性。高浓度的挥发性有机物会对人体健康及生态环境造成严重危害。长期暴露在含苯的空气中，可导致血液异常，甚至罹患白血病。一些具有异味的挥发性有机物，如甲硫醇、乙酸、二乙胺、苯乙烯等，还会刺激人体嗅觉器官、引起不愉快以及损坏生活环境的感官污染。逸散到大气中的挥发性有机物在阳光照射下，能与大气中的氮氧化合物、碳氢化合物与氧化剂发生光化学反应，生成光化学烟雾。因此，挥发性有机物被认为是形成PM2.5等微小粒子以及雾霾的重要前体物。许多国家制定了相关的法律法规，严格控制挥发性有机物的排放。
与常规物理化学处理技术相比，生物技术(如生物滤池、生物洗涤塔以及生物滴滤池等)因投资少、运行费用低、较少产生二次污染等特点，在处理挥发性有机物方面得到广泛的研究和应用。废气经过生物反应器时，挥发性有机物被生存其中的微生物吸附；通过微生物的代谢作用，有机物被分解、转化为生物质和二氧化碳、水等无害或低害类无机物。微生物降解挥发性有机物需要保持适当的停留时间和生物量，分子量较大、结构较复杂的挥发性有机物生物降解速率慢，难以得到有效去除。实际生产中会经常出现污染物的负荷突然增大的现象，生物反应器超负荷时，污染物不能被及时降解，在排放气体中仍有高含量挥发性有机物残留，此时，单纯使用生物方法，挥发性有机物处理效果差，净化效率低。
处理挥发性有机物的生物反应器内有大量的微生物，由于进气气流的冲击作用，使得附着在填料表面的微生物被携带而排出生物反应器，造成生物气溶胶的排放。生物气溶胶通常是指空气动力学直径在100μm以内的含有微生物或生物大分子等生命活性物质的气溶胶。生物气溶胶颗粒包括病毒、细菌、真菌、花粉、过敏原、立克次体、衣原体、动植物源性蛋白,各种菌类毒素和它们的碎片和分泌物等。这些微粒可通过粘膜、损伤的皮肤、呼吸道及消化道侵入机体，引起呼吸道等疾病。全球约有500多种致病菌，通过气溶胶传播的超过100种。作为一种潜在的传播途径，空气中的生物气溶胶问题受到广泛关注。由于生物反应器的接种物大部分来自活性污泥和堆肥，排出的生物气溶胶可能含有多种致病微生物，危害人体健康。近年的研究发现，微生物气溶胶也是雾霾形成的重要前体物。研究经济有效的挥发性有机物与生物气溶胶的协同控制技术，对于消除安全隐患、保护大气环境具有重要的意义。
无论自然环境中的或者是人为产生的微生物气溶胶都带有一定量的电荷，由于静电作用，带电粒子进入电场时会发生偏转。通过外加电场，可以将空气中的生物气溶胶沉降、收集到电极板上，是一种有效的空气生物气溶胶收集方法。由于电场作用力直接施加于粒子本身，速度低、空气阻力小，这种静电沉降法具有捕获率高、可收集粒子的粒径范围广、能耗低的特点。
光催化是利用TiO2作为催化剂的光催化过程，反应条件温和，氧化性强，适用范围广。通过TiO2的光催化作用，烃、醇、醛、酮、氨等有机物能够迅速被光解，转化为CO2和H2O。其机理主要是光催化剂TiO2吸收光子，与表面的水反应产生羟基自由基和活性氧物质，其中羟基自由基具有高于有机物中的各类化学键能的反应能，因而能迅速有效地分解挥发性有机物和构成细菌的有机物，再加上其它活性氧物质的协同作用，其杀灭生物气溶胶的效果更为迅速。
发明内容：
本发明的目的在于解决挥发性有机物和生物气溶胶的协同处理问题，将挥发性有机物的生物转化、光催化氧化与生物气溶胶的捕集、光电削减等多个反应过程结合，利用生物反应器转化挥发性有机物，利用电场捕集气相中的生物气溶胶，使其沉积在电极板上，从气相转移到固相表面，再利用光催化迅速杀灭沉积在电极板上的微生物，同时氧化在生物反应器中未被及时生物转化、残留在气相中的挥发性有机物。
为了解决上述技术问题，本发明将提供一种实现挥发性有机物与生物气溶胶的高效协同处理的生物-光电多能场协同处理挥发性有机物和生物气溶胶的一体式设备及其应用。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案之一，是提供一种生物-光电多能场协同处理挥发性有机物和生物气溶胶的一体式设备，包括降流式生物转化容器、气体干燥容器和光电多能场催化反应容器；
所述降流式生物转化容器自下至上依次由带孔隔板和穿孔板分隔成布气区，液体收集区和降流式生物转化区；
布气区下部的一侧壁上开有第一进气口，在第一进气口的内端处安装有多孔布气管；在布气区另一侧壁下部设有第一出水口，且第一出水口低于第一进气口；在所述带有孔的隔板的周边安装液体导流槽，下部侧壁设有第二出水口；
在液体收集区上部侧壁设有第一出气口；
带有孔的隔板上设置有两根以上的联通降流式生物转化区与布气区的导气管，导气管与隔板上的孔一一对应，穿过液体收集区，延伸至降流式生物转化区的顶部，在导气管的顶端设有作为导气管出口的弯头；
在所述降流式生物转化区的内部填充有填料层；上部侧壁设有喷淋液进口，在喷淋液进口的内端处安装有带有多个雾化喷头的水管；水管高于填料层低于导气管的弯头，且喷淋液进口通过循环泵和第二出水口连接；
进一步地，所述的带孔隔板上的孔的孔径为5～50mm；
进一步地，所述的液体导流槽与所述的液体收集区侧壁的夹角为15～85°；
进一步地，所述的多孔布气管为枝状或网状；
进一步地，所述的多孔布气管上的孔的孔径为1～10mm；
进一步地，所述填料层的填料包括但不限于活性炭、分子筛、火山岩、珍珠岩、聚氨酯泡沫、拉西环、聚乙烯塑料球；
进一步地，所述填料的密度为5-50kg/m3；
所述的气体干燥容器内部装有干燥剂，底部设有第二进气口，上部设有第二出气口；所述的第二进气口与液体收集区的第一出气口相连；所述的第二进气口和第二出气口均设有气体控制阀和气体流量计；
进一步地，所述干燥剂包括但不限于碱石灰、NaOH固体、氧化钙、固体五氧化二磷和无水氯化钙；
所述光电多能场催化反应容器中设置一隔板，将光电多能场催化反应容器分隔成降流式气体导流区和光电多能场催化反应区；
所述降流式气体导流区的一侧壁上部设有第三进气口，与气体干燥容器的第二出气口相连，在所述的气体导流区内设置电晕极，电晕极通过绝缘子与直流电源负极连接，所述的电晕极低于第三进气口；
隔板下部设有第四进气口，与所述的光电多能场催化反应区连通；第四进气口低于电晕极；
所述光电多能场催化反应区的底部和侧壁均设置收集极板；所述的收集极板与直流电源正极连接；所述的光电多能场催化反应区的内部设置光电催化氧化组件，与低压交流电源相连；所述的光催化氧化组件由涂覆惰性催化剂的电极板和紫外灯组组成；
所述光电多能场催化反应容器的顶部设有第三出气口；所述的光电多能场催化反应容器的外部设有紫外光防护层；
进一步地，所述的电晕极的形状为条形或网状，材料为以高聚物为主的有机驻极体材料，包括但不限于聚丙烯、聚四氟乙烯、六氟乙烯/聚四氟乙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚丙烯(共混)及聚酯；
进一步地，所述的收集极板为平板或凹凸板，材料包括但不限于导电玻璃钢、PPS；
进一步地，所述的光催化氧化组件为1个或多个；
进一步地，所述的紫外灯组为1个或多个，紫外光的波长为180-400nm；
进一步地，所述的电极板为1个或多个；
进一步地，所述的电极板的形状为薄膜状或丝网状，可折叠或弯曲以增大表面积，电极板材料包括但不限于石墨、碳纤维、碳纸、微孔(镍/铜/钛)、金属泡沫纳米塑料板、泡沫镍基光触媒网；透气性大于90％；
进一步地，所述涂覆惰性催化剂包括但不限于二氧化钛、纳米银、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉、硫化物半导体；
进一步地，所述的紫外光防护层的材料包括但不限于陶瓷、PVC和聚氯乙烯泡沫。
本发明的另一目的是提供利用上述生物-光电多能场协同处理挥发性有机物和生物气溶胶的一体式设备进行挥发性有机物和生物气溶胶的协同处理的方法，具体如下：
(1)将含挥发性有机物和气溶胶的废气从进气口通入降流式生物转化容器的布气区内，开启喷淋液进口向填料层喷洒营养液；负载在填料上的挥发性有机物降解功能菌将气体中的挥发性有机物转化为二氧化碳、水、碳酸盐，处理后的气体和生物气溶胶粒子从第一出气口排出，多余的营养液带着部分降解功能菌向下流动进入液体收集区经第二出水口和循环泵回流至喷淋液进口，循环利用；
进一步地，所述挥发性有机物包括但不限于烷烃(如乙烷、丁烷)、芳香烃(苯、甲苯、乙苯、二甲苯、苯乙烯)、氯代烃(如二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯)、含氧化合物(如甲醇、乙酸、丙酮、乙酸乙酯、苯酚)、含硫化合物(如二硫化碳、二甲基硫醚、乙硫醇)、含氮化合物(如三甲胺、三乙胺)、含氯化合物(如二氯甲烷、三氯甲烷、氯苯)等；
进一步地，所述气溶胶是悬浮于空气中含有微生物或生物大分子等生命活性物质的微粒，其粒子大小在0.01～100μm范围内；生物成分包括细菌、病毒、致敏花粉、霉菌孢子、蕨类孢子、动植物源性蛋白,各种菌类毒素及其碎片等；
进一步地，所述营养液为持续喷淋，喷淋液的流速为0.1-100L/min；
进一步地，所述废气的进气速度为0.001-10m3/min，停留时间为1-3.0min；
进一步地，所述营养液组成为：KHCO3 0.5-2.5g/L；CaCl2·2H2O 0.1-0.2g/L；MgSO4·7H2O 0.15-0.25g/L；KH2PO4 0.1-0.5g/L；FeSO4·7H2O 0.2g/L；MnCl2·4H2O 0.50g/L；
进一步地，所述填料负载有转化废气有机物的微生物，所述微生物包括细菌、真菌、酵母、原生动物或其任意混合物，细菌种群包括但不限于是假单胞菌、硫杆菌、芽孢杆菌、诺卡氏菌、类芽孢杆菌；真菌种群包括但不限于青霉菌、曲霉菌、木霉菌、交链孢菌属；
进一步地，所述的微生物浓度为1.0×107～5.0×1013copies/g填料；
(2)从生物转化容器排出的气体和生物气溶胶粒子，经过第二进气口进入气体干燥容器内；气体中的水分被干燥容器内的干燥剂除去，气体和生物气溶胶粒子从出气口排出；
进一步地，所述干燥剂包括但不限于碱石灰、NaOH固体、氧化钙、固体五氧化二磷和无水氯化钙；
(3)从干燥器排出的气体和生物气溶胶粒子，经过进气口进入光电多能场催化反应容器的降流式气体导流区内；气体和生物气溶胶粒子自上而下穿过设置在降流式气体导流区内的电晕极；通过给电晕极加电，使穿过电晕极的气体和生物气溶胶粒子荷负电；荷负电的气体和生物气溶胶粒子进入光电多能场催化反应区，沉积在收集极板表面；开启光催化氧化组件，产生的紫外光将沉积在收集极板表面的生物气溶胶粒子中的微生物杀灭，同时，涂覆惰性催化剂的电极板将残留在气体中的、在降流式生物转化容器中未被降解的挥发性有机物氧化分解；净化后的气体从出气口排出；
进一步地，电晕极加电参数：电压40-120kV，电流0.1-2.0A，工作时的平均场强为3-4kV/cm。
有益效果：
本发明的设备将生物转化容器、气体干燥容器、光电多能场催化反应容器结合形成一体式设备，结构紧凑、构造简洁，运行操作与维护简单。
1.将挥发性有机物的生物转化、静电沉积、光催化氧化相结合，实现挥发性有机物与生物气溶胶的有效协同处理。
2.在生物转化之后，增加光催化氧化反应，提高挥发性有机物的转化效果。
3.附着在填料层内部和表面的挥发性有机物降解功能菌需要定期补充养分和水分以维持生长和保持活性。由于设置在降流式生物转化区的导气管的出口高于带有多个雾化喷头的水管，带有多个雾化喷头的水管高于填料层，从导气管出口排出的气体在进入填料层之前，能够与从带有多个雾化喷头的水管喷淋的液体充分混合，这样无需额外的气体加湿设备，给挥发性有机物降解功能菌提供必须的营养液和气体加湿可以同时进行。
4.水管带有多个雾化喷头，雾化喷头将流出水管的液体雾化，有利于液体与气体充分混合。
5.气相中的水分会削弱紫外光的辐射作用，在气体和生物气溶胶粒子进入光电多能场催化反应容器之前，先进入气体干燥容器，利用气体干燥容器内的干燥剂除去气体中的水分，提高紫外光杀灭生物气溶胶中的微生物的效果。
6.通过外加电场，有效捕获和收集气相中的生物气溶胶粒子，使之沉积在收集极板的表面，提高紫外光对生物气溶胶中的微生物的消杀率。
附图说明：
图1为本发明结构示意图
其中：
1-降流式生物转化容器 11-喷淋液进口 12-导气管 13-带有多个雾化喷头的水管 14-填料层 15-降流式生物转化区 16-穿孔板 17-液体收集区 18-带孔隔板 19-液体导流槽 110-布气区 111-第一进气口 112-多孔布气管 113-第一出水口 114-第二出水口115-第一出气口；
2-气体干燥容器 21-第二出气口 22-第二进气口；
3-光电多能场催化反应容器 31-第三进气口 32-降流式气体导流区 33-隔板34-第三出气口 35-光电催化氧化组件 36-紫外灯组 37-涂覆惰性催化剂的电极板 38-光电多能场催化反应区 39-收集极板 310-第四进气口 311-电晕极
图2为本发明布气管结构示意图
其中，111-第一进气口 112-多孔布气管
图3为本发明光电催化氧化组件
其中，36-紫外灯组 37-涂覆惰性催化剂的电极板 312-低压交流电源。
具体实施方式：
为了使本专利的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本专利进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利，并不用于限定本发明。
以下将结合附图对本发明做进一步的解释说明。
本发明提供一种生物-光电多能场协同处理挥发性有机物和生物气溶胶的一体式设备，其结构如图1-3所示。
一种生物-光电多能场协同处理挥发性有机物和生物气溶胶的一体式设备，包括降流式生物转化容器1、气体干燥容器2和光电多能场催化反应容器3；
所述降流式生物转化容器1自下至上依次由带孔隔板18和穿孔板16分隔成布气区110，液体收集区17和降流式生物转化区15；
布气区110下部的一侧壁上开有第一进气口111，在第一进气口的内端处安装有多孔布气管112；在布气区另一侧壁下部设有第一出水口113，且第一出水口113低于第一进气口111；在所述带有孔的隔板18的周边安装液体导流槽19，下部侧壁设有第二出水口114；
在液体收集区17上部侧壁设有第一出气口115；
带有孔的隔板18上设置有两根以上的联通降流式生物转化区15与布气区110的导气管12，导气管12与隔板18上的孔一一对应，穿过液体收集区17，延伸至降流式生物转化区15的顶部，在导气管12的顶端设有作为导气管出口的弯头；
在所述降流式生物转化区15的内部填充有填料层14；上部侧壁设有喷淋液进口11，在喷淋液进口11的内端处安装有带有多个雾化喷头的水管13；水管13高于填料层14低于导气管12的弯头，且喷淋液进口11通过循环泵和第二出水口114连接；
所述的带孔隔板18上的孔的孔径为5～50mm；所述的液体导流槽19与所述的液体收集区17侧壁的夹角为15～85°；所述的多孔布气管112为枝状或网状；所述的多孔布气管112上的孔的孔径为1～10mm；所述填料层14的填料包括但不限于活性炭、分子筛、火山岩、珍珠岩、聚氨酯泡沫、拉西环、聚乙烯塑料球；所述填料的密度为5-50kg/m3；
所述的气体干燥容器2内部装有干燥剂，底部设有第二进气口22，上部设有第二出气口21；所述的第二进气口22与液体收集区17的第一出气口115相连；所述的第二进气口22和第二出气口21均设有气体控制阀和气体流量计；
所述干燥剂包括但不限于碱石灰、NaOH固体、氧化钙、固体五氧化二磷和无水氯化钙；
所述光电多能场催化反应容器3中设置一隔板33，将光电多能场催化反应容器分隔成降流式气体导流区32和光电多能场催化反应区38；
所述降流式气体导流区32的一侧壁上部设有第三进气口31，与气体干燥容器2的第二出气21口相连，在所述的气体导流区32内设置电晕极311，电晕极311通过绝缘子与直流电源负极连接，所述的电晕极311低于第三进气口31；
隔板33下部设有第四进气口310，与所述的光电多能场催化反应区38连通；第四进气口310低于电晕极311；
所述光电多能场催化反应区38的底部和侧壁均设置收集极板39；所述的收集极板39与直流电源正极连接；所述的光电多能场催化反应区38的内部设置光电催化氧化组件35，与低压交流电源相连；所述的光催化氧化组件35由涂覆惰性催化剂的电极板37和紫外灯组36组成；
所述光电多能场催化反应容器3的顶部设有第三出气口34；所述的光电多能场催化反应容器3的外部设有紫外光防护层；
所述的电晕极311的形状为条形或网状，材料包括但不限于以高聚物为主的有机驻极体材料如聚丙烯、聚四氟乙烯、六氟乙烯/聚四氟乙烯共聚物、聚三氟乙烯、聚丙烯(共混)及聚酯；
所述的收集极板39为平板或凹凸板，材料包括但不限于导电玻璃钢、PPS；
所述的光催化氧化组件35为1个或多个；
所述的紫外灯组为1个或多个，紫外光的波长为180-400nm；
所述的电极板为1个或多个；
所述的电极板的形状为薄膜状或丝网状，可折叠或弯曲以增大表面积，电极板材料包括但不限于石墨、碳纤维、碳纸、微孔(镍/铜/钛)、金属泡沫纳米塑料板、泡沫镍基光触媒网；透气性大于90％；
所述涂覆惰性催化剂包括但不限于二氧化钛、纳米银、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉、硫化物半导体；
所述的紫外光防护层的材料包括但不限于陶瓷、PVC和聚氯乙烯泡沫。
本发明提供的生物-光电多能场协同处理挥发性有机物和生物气溶胶的一体式设备的工作原理如下：
挥发性有机物从布气区的第一进气口经过布气管进入降流式生物转化容器的布气区内，气体在所述的布气区自下而上流动，通过导气管进入降流式生物转化区；在降流式生物转化区内，通过带有多个雾化喷淋头的喷淋管，持续向填料喷洒营养液或带有挥发性有机物降解功能菌的营养液；雾化喷淋头将喷淋管中流出的液体雾化，与导气管出口排出的气体充分混合，湿润气体；被润湿的气体在降流式生物转化区内自上而下降流式穿过填料，附着在填料上的挥发性有机物降解功能菌将气体中的挥发性有机物转化为二氧化碳、水、碳酸盐等；处理后的气体，经过穿孔板进入液体收集区，从液体收集区上端一侧的第一出气口排出；
降流式生物转化容器的降流式生物转化区内，被雾化了的营养液或含有挥发性有机物降解功能菌的营养液向下流动，通过填料层，为附着生长在填料层中的挥发性有机物降解功能菌提供养分和水分，过量的营养液或含有挥发性有机物降解功能菌的营养液经过穿孔板进入液体收集区，流入导流槽，经第二出水口流出，在循环泵的作用下进入喷淋进口实现循环利用，从导气管中液化产生的废液从第一出水口排出；
经第一出气口排出的气体经第二进气口进入气体干燥容器，气体干燥容器内的干燥剂除去气体和生物气溶胶粒子中的水分，减少水分对紫外光杀灭生物气溶胶粒子中的微生物以及光催化氧化气体中残留的挥发性有机物的影响；经过干燥的气体再经第二出气口经第三进气口进入光电多能场催化反应器；
给设置在光电多能场催化反应容器的降流式气体导流区内的电晕极外加电压，电晕极放电，使穿过所述的电晕极的气体和生物气溶胶粒子获得能量发生电离，粒子荷负电；在降流式气体导流区的作用下，气体和生物气溶胶粒子形成紊流态，流速减小，能够被充分激发、带电子；进入光电多能场催化反应区的荷负电的气体和生物气溶胶粒子发生偏转，受库仑力的作用被驱往收集极板，沉降并积聚在收集极板表面，从气相转移到固相表面，实现生物气溶胶的分离和富集；
在紫外光的照射下，沉积在收集极板表面的微生物受到辐射、损伤，核酸被破坏，使蛋白、DNA改性或失去活性，微生物自身不能复制，从而达到杀灭生物气溶胶粒子中的微生物的目的。电极板上的催化剂可有效活化空气中的氧，紫外线光束分解气体中的氧分子产生游离氧和臭氧分子，反应式如式1所示。臭氧和活化氧对有机物具有极强的氧化作用，将气体中残留的、未被生物降解的有机物进一步氧化、分解，实现挥发性有机物和生物气溶胶的协同处理。净化后的气体经生物-光电多能场催化反应容器的第三出气口排出。
UV+O2→O-+O*(活性氧)+O2→O3(臭氧) (1)
以下将结合具体实施例对本发明作进一步地解释说明。
实施例1一种生物-光电多能场协同处理挥发性有机物和生物气溶胶的一体式设备
本实施例所采用的处理设备结构请图1、图2和图3。
其中，所述的带孔隔板上的孔的孔径为8mm；
所述的液体导流槽与液体收集区侧壁的夹角为45°；
所述的多孔布气管为枝状；
所述的多孔布气管上的孔的孔径为3mm；
所述填料层的填料为聚氨酯泡沫；
所述填料的密度为45kg/m3；
进一步地，所述填料负载有转化废气有机物的微生物，所述微生物包括细菌、真菌，细菌种群包括假单胞菌、硫杆菌、类芽孢杆菌；真菌种群包括青霉菌、交链孢菌属(上述混合微生物从实验室已有的废气处理生物反应器的填料中分离、富集培养获得)；
进一步地，所述的微生物浓度为1.0×109copies/g填料；
所述干燥剂为为无水氯化钙；
所述的电晕极的形状为条形，材料为有机驻极体材料聚四氟乙烯；
所述的收集极板为平板，材料为PPS；
所述的光催化氧化组件为1个；
所述的紫外灯组为3个，紫外光的波长为254nm；
所述的电极板为4个；
所述的电极板的形状为网状，可折叠或弯曲以增大表面积，电极板材料为泡沫镍基光触媒网；透气性大于90％；
所述涂覆惰性催化剂为二氧化钛；
所述的紫外光防护层的材料为PVC。
实施例2一种生物-光电多能场协同处理挥发性有机物和生物气溶胶的一体式设备
本实施例所采用的处理设备结构请图1、图2和图3。
其中，所述的带孔隔板上的孔的孔径为15mm；
所述的液体导流槽与所述的液体收集区侧壁的夹角为30°；
所述的多孔布气管为网状；
所述的多孔布气管上的孔的孔径为5mm；
所述填料层的填料为活性炭；
所述填料的密度分别为20kg/m3；
所述填料负载有转化废气有机物的微生物，所述微生物包括细菌、真菌，细菌种群包括假单胞菌、芽孢杆菌、诺卡氏菌；真菌种群包括曲霉菌、木霉菌属(上述混合微生物从实验室已有的废气处理生物反应器的填料中分离、富集培养获得)；
所述的微生物浓度为3.0×1010copies/g填料；
所述干燥剂为氧化钙；
所述的电晕极的形状为条形，材料为聚丙烯；
所述的收集极板为凹板，材料为导电玻璃钢；
所述的光催化氧化组件为1个；
所述的紫外灯组为1个，紫外光的波长为254nm；
所述的电极板为2个；
所述的电极板的形状为网状，可折叠或弯曲以增大表面积，电极板材料为石墨；
所述涂覆惰性催化剂为二氧化钛；
所述紫外光防护层的材料为陶瓷。
实施例3一种生物-光电多能场协同处理挥发性有机物和生物气溶胶的一体式设备
本实施例所采用的处理设备结构请图1、图2和图3。
其中，所述的带孔隔板上的孔的孔径为15mm；
所述的液体导流槽与所述的液体收集区侧壁的夹角为45°；
所述的多孔布气管为网状；
所述的多孔布气管上的孔为10mm；
所述填料层的填料为聚乙烯塑料球；
所述填料的密度为5kg/m3；
所述填料负载有转化废气有机物的微生物，所述微生物包括细菌、真菌，细菌种群包括硫杆菌、芽孢杆菌、诺卡氏菌、类芽孢杆菌；真菌种群包括青霉菌、曲霉菌、木霉菌属(上述混合微生物从实验室已有的废气处理生物反应器的填料中分离、富集培养获得)；
所述的微生物浓度为2.5×1011copies/g填料；
所述干燥剂包括为五氧化二磷；
所述的电晕极311的形状为网状，材料为六氟乙烯/聚四氟乙烯共聚物；
所述的收集极板39为凹板，材料为PPS；
所述的光催化氧化组件35为1个；
所述的紫外灯组为3个，紫外光的波长为185nm；
所述的电极板为4个；
所述的电极板的形状为薄膜状，可折叠或弯曲以增大表面积，电极板材料为微孔镍金属泡沫纳米塑料板；透气性大于90％；
所述涂覆惰性催化剂为二氧化钛；
所述紫外光防护层的材料为陶瓷。
实施例4-6采用如下方法处理气体和气溶胶：
(1)将含挥发性有机物和气溶胶的废气从进气口通入降流式生物转化容器的布气区内，开启喷淋液进口向填料层喷洒营养液；负载在填料上的挥发性有机物降解功能菌将气体中的挥发性有机物转化为二氧化碳、水、碳酸盐，处理后的气体和生物气溶胶粒子从第一出气口排出，多余的营养液带着部分降解功能菌向下流动进入液体收集区经第二出水口和循环泵回流至喷淋液进口，循环利用；
(2)从生物转化容器排出的气体和生物气溶胶粒子，经过第二进气口进入气体干燥容器内；气体中的水分被干燥容器内的干燥剂除去，气体和生物气溶胶粒子从出气口排出；
(3)从干燥器排出的气体和生物气溶胶粒子，经过进气口进入光电多能场催化反应容器的降流式气体导流区内；气体和生物气溶胶粒子自上而下穿过设置在降流式气体导流区内的电晕极；通过给电晕极加电，使穿过电晕极的气体和生物气溶胶粒子荷负电；荷负电的气体和生物气溶胶粒子进入光电多能场催化反应区，沉积在收集极板表面；开启光催化氧化组件，产生的紫外光将沉积在收集极板表面的生物气溶胶粒子中的微生物杀灭，同时，涂覆惰性催化剂的电极板将残留在气体中的、在降流式生物转化容器中未被降解的挥发性有机物氧化分解；净化后的气体从出气口排出。
实施例4一种协同处理苯乙烯、二硫化碳、三乙胺和生物气溶胶的方法
本实施例所采用的处理设备为实施例1所述。
塑料板制成的一种生物-光电多能场协同处理挥发性有机物和生物气溶胶的一体式设备，其长、宽、高分别为2.0m、0.90m、1.80m。
将废气从进气口通入降流式生物转化容器的布气区内，气体流量60m3/h，停留时间为3.0min，开启喷淋液进口向填料层喷洒营养液，喷淋液流速10L/min，气体依次经过降流式生物转化容器、气体干燥容器、光电多能场催化反应器的处理(具体处理方法和原理如前所述)。
其中，营养液组成为：KHCO3 2.5g/L；CaCl2·2H2O 0.2g/L；MgSO4·7H2O 0.25g/L；KH2PO4 0.5g/L；FeSO4·7H2O 0.2g/L；MnCl2·4H2O 0.50g/L；
电晕极加电参数：电压120kV，电流2.0A，工作时的平均场强为4kV/cm；
苯乙烯的进气浓度为32.5mg/m3，二硫化碳的进气浓度为12.5mg/m3，三乙胺的进气浓度为1.5mg/m3，第三出气口苯乙烯的浓度为3.0mg/m3，二硫化碳的浓度为2.0mg/m3，三乙胺的浓度为0.05mg/m3，苯乙烯的去除率为90.8％，二硫化碳的去除率为84％，三乙胺的去除率为96.7％，苯乙烯、二硫化碳和三乙胺的出气浓度达到国家制定的恶臭污染物排放标准。从第一排气口排出的细菌气溶胶浓度为3261CFU/m3，真菌气溶胶的浓度为567CFU/m3，第三出气口排出的细菌气溶胶浓度为837CFU/m3,真菌气溶胶的浓度为166CFU/m3，细菌气溶胶的去除率为74.3％，真菌气溶胶的去除率为70.7％。
实施例5一种协同处理甲苯、二甲苯和细菌气溶胶的方法
本实施例所采用的处理设备结构如实施例2所示。
有机玻璃板制成的一种生物-光电多能场协同处理挥发性有机物和生物气溶胶的一体式设备，其长、宽、高分别为1.5m、0.50m、1.50m。
将废气从进气口通入降流式生物转化容器的布气区内，气体流量30m3/h，停留时间为2.0min，开启喷淋液进口向填料层喷洒营养液，喷淋液流速6L/min，气体依次经过降流式生物转化容器、气体干燥容器、光电多能场催化反应器的处理(具体处理方法和原理如前所述)。
其中，营养液组成为：KHCO3 0.5g/L；CaCl2·2H2O 0.1g/L；MgSO4·7H2O 0.15g/L；KH2PO4 0.1g/L；FeSO4·7H2O 0.2g/L；MnCl2·4H2O 0.50g/L；
电晕极加电参数：电压40kV，电流0.1A，工作时的平均场强为3kV/cm；
甲苯和二甲苯的进气浓度为分别为355.1mg/m3和208.3mg/m3，甲苯和二甲苯的第三出气口浓度为28.9mg/m3和21.5mg/m3，去除率分别为91.8％和89.7％，出气浓度达到国家制定的大气污染物排放标准。从第一排气口排出的细菌气溶胶浓度为1193CFU/m3，第三出气口排出的细菌气溶胶浓度为372CFU/m3,细菌气溶胶的去除率为68.8％。
实施例6一种协同处理二氯甲烷、乙酸和生物气溶胶的方法
本实施例所采用的处理设备如实施例3所示。
玻璃钢板制成的一种生物-光电多能场协同处理挥发性有机物和生物气溶胶的一体式设备，其直径1.0m，高1.8m。
将废气从进气口通入降流式生物转化容器的布气区内，气体流量45m3/h，停留时间为2.5min，开启喷淋液进口向填料层喷洒营养液，喷淋液流速6L/min，气体依次经过降流式生物转化容器、气体干燥容器、光电多能场催化反应器的处理(具体处理方法和原理如前所述)。
其中，营养液组成为：KHCO3 1.0g/L；CaCl2·2H2O 0.15g/L；MgSO4·7H2O 0.2g/L；KH2PO4 0.3g/L；FeSO4·7H2O 0.2g/L；MnCl2·4H2O 0.50g/L；
电晕极加电参数：电压80kV，电流1.0A，工作时的平均场强为3.5kV/cm；
二氯甲烷的进气浓度为436.7mg/m3，乙酸的进气浓度为51.5mg/m3，第三出气口二氯甲烷的浓度为65.1mg/m3，乙酸的浓度为2.3mg/m3，二氯甲烷的去除率为85.1％，乙酸的去除率为95.5％。从第一排气口排出的细菌气溶胶浓度为892CFU/m3，真菌气溶胶的浓度为313CFU/m3，第三出气口排出的细菌气溶胶浓度为157CFU/m3,真菌气溶胶的浓度为92CFU/m3，细菌气溶胶的去除率为82.3％，真菌气溶胶的去除率为70.6％。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本专利构思的前提下，上述各实施方式还可以做出若干变形、组合和改进，这些都属于本专利的保护范围。因此，本专利的保护范围应以权利要求为准。

Claims (10)

1.一种处理挥发性有机物和生物气溶胶的方法，其特征在于，所采用的设备为一种生物-光电多能场协同处理挥发性有机物和生物气溶胶的一体式设备，该设备包括降流式生物转化容器1、气体干燥容器2和光电多能场催化反应容器3依次连接；
所述降流式生物转化容器1自下至上依次由带孔隔板18和穿孔板16分隔成布气区110，液体收集区17和降流式生物转化区15；
布气区110下部的一侧壁上开有第一进气口111，在第一进气口的内端处安装有多孔布气管112；在布气区另一侧壁下部设有第一出水口113，且第一出水口113低于第一进气口111；在所述带有孔的隔板18的周边安装液体导流槽19，下部侧壁设有第二出水口114；
在液体收集区17上部侧壁设有第一出气口115；
带有孔的隔板18上设置有两根以上的联通降流式生物转化区15与布气区110的导气管12，导气管12与隔板18上的孔一一对应，穿过液体收集区17，延伸至降流式生物转化区15的顶部，在导气管12的顶端设有作为导气管出口的弯头；
在所述降流式生物转化区15的内部填充有填料层14；上部侧壁设有喷淋液进口11，在喷淋液进口11的内端处安装有带有多个雾化喷头的水管13；水管13高于填料层14低于导气管12的弯头，且喷淋液进口11通过循环泵和第二出水口114连接；
所述的气体干燥容器2内部装有干燥剂，底部设有第二进气口22，上部设有第二出气口21；所述的第二进气口22与液体收集区17的第一出气口115相连；
所述光电多能场催化反应容器3中设置一隔板33，将光电多能场催化反应容器分隔成降流式气体导流区32和光电多能场催化反应区38；
所述降流式气体导流区32的一侧壁上部设有第三进气口31，与气体干燥容器2的第二出气21口相连，在所述的气体导流区32内设置电晕极311，电晕极311通过绝缘子与直流电源负极连接，所述的电晕极311低于第三进气口31；
隔板33下部设有第四进气口310，与所述的光电多能场催化反应区38连通；第四进气口310低于电晕极311；
所述光电多能场催化反应区38的底部和侧壁均设置收集极板39；所述的收集极板39与直流电源正极连接；所述的光电多能场催化反应区38的内部设置光电催化氧化组件35，与低压交流电源相连；所述的光催化氧化组件35由涂覆惰性催化剂的电极板37和紫外灯组36组成；
所述光电多能场催化反应容器3的顶部设有第三出气口34；所述的光电多能场催化反应容器3的外部设有紫外光防护层。
2.如权利要求1所述的一种处理挥发性有机物和生物气溶胶的方法，其特征在于，所述的收集极板39为平板或凹凸板，材料包括但不限于导电玻璃钢、PPS；所述的光催化氧化组件35为1个或多个。
3.如权利要求1所述的一种处理挥发性有机物和生物气溶胶的方法，其特征在于，所述的电极板的形状为薄膜状或丝网状，电极板材料包括但不限于石墨、碳纤维、碳纸、微孔镍/铜/钛、金属泡沫纳米塑料板、泡沫镍基光触媒网。
4.如权利要求1所述的一种处理挥发性有机物和生物气溶胶的方法，其特征在于，所述涂覆惰性催化剂包括但不限于二氧化钛、纳米银、氧化锌、氧化锡、二氧化锆、硫化镉、硫化物半导体。
5.如权利要求1-4任意所述的一种处理挥发性有机物和生物气溶胶的方法，其特征在于，具体如下：
(1)将含挥发性有机物的废气从进气口通入降流式生物转化容器的布气区内，开启喷淋液进口向填料层喷洒营养液；负载在填料上的挥发性有机物降解功能菌将气体中的挥发性有机物转化为二氧化碳、水、碳酸盐，处理后的气体和生物气溶胶粒子从第一出气口排出，多余的营养液带着部分降解功能菌向下流动进入液体收集区经第二出水口和循环泵回流至喷淋液进口，循环利用；
(2)从生物转化容器排出的气体和生物气溶胶粒子，经过第二进气口进入气体干燥容器内；气体中的水分被干燥容器内的干燥剂除去，气体和生物气溶胶粒子从出气口排出；
(3)从干燥器排出的气体和生物气溶胶粒子，经过进气口进入光电多能场催化反应容器的降流式气体导流区内；气体和生物气溶胶粒子自上而下穿过设置在降流式气体导流区内的电晕极；通过给电晕极加电，使穿过电晕极的气体和生物气溶胶粒子荷负电；荷负电的气体和生物气溶胶粒子进入光电多能场催化反应区，沉积在收集极板表面；开启光催化氧化组件，产生的紫外光将沉积在收集极板表面的生物气溶胶粒子中的微生物杀灭，同时，涂覆惰性催化剂的电极板将残留在气体中的、在降流式生物转化容器中未被降解的挥发性有机物氧化分解；净化后的气体从出气口排出。
6.如权利要求5所述的一种处理挥发性有机物和生物气溶胶的方法，其特征在于，所述填料层的填料包括但不限于活性炭、分子筛、火山岩、珍珠岩、聚氨酯泡沫、拉西环、聚乙烯塑料球；
所述填料的密度为5-50kg/m3。
所述干燥剂包括但不限于碱石灰、NaOH固体、氧化钙、固体五氧化二磷和无水氯化钙。
7.如权利要求5所述的一种处理挥发性有机物和生物气溶胶的方法，其特征在于，所述营养液为持续喷淋，喷淋液的流速为0.1-100L/min；所述营养液组成为：KHCO3 0.5-2.5g/L；CaCl2·2H2O 0.1-0.2g/L；MgSO4·7H2O 0.15-0.25g/L；KH2PO4 0.1-0.5g/L；FeSO4·7H2O0.2g/L；MnCl2·4H2O 0.50g/L。
8.如权利要求5所述的一种处理挥发性有机物和生物气溶胶的方法，其特征在于，填料负载有转化废气有机物的微生物，所述微生物为细菌、真菌、酵母、原生动物或其任意混合物，细菌种群包括但不限于是假单胞菌、硫杆菌、芽孢杆菌、诺卡氏菌、类芽孢杆菌；真菌种群包括但不限于青霉菌、曲霉菌、木霉菌、交链孢菌属；
所述的微生物浓度为1.0×107～5.0×1013copies/g填料。
9.如权利要求5所述的一种处理挥发性有机物和生物气溶胶的方法，其特征在于，所述废气的进气速度为0.001-10m3/min，停留时间为1-3.0min。
10.如权利要求5所述的一种处理挥发性有机物和生物气溶胶的方法，其特征在于，电晕极加电参数：电压40-120kV，电流0.1-2.0A，工作时的平均场强为3-4kV/cm。
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