一种含醛废气的生物处理调控方法

本发明公开一种含醛废气的微生物燃料电池反馈式生物处理调控方法，属于工业废气污染控制。

背景技术：

1、聚对苯二甲酸丙二醇酯（ptt）由对苯二甲酸或对苯二甲酸二甲酯与1,3-丙二醇经酯化或酯交换、缩聚以及熔融纺丝制得。在其聚合的酯化、缩聚工序及后续熔融纺丝工序中，1,3-丙二醇链段及二丙二醇结构单元在高温下发生热降解与热氧化降解，从而释放出以丙烯醛、烯丙醇为特征，并伴有甲醇、乙醛等低分子醛类及少量烃类的挥发性有机废气。该类废气中的主要组分水溶性较强，原理上适于采用生物法进行净化处理。

2、现有用于此类有机废气治理的技术主要包括燃烧法、吸附法和生物法。生物法虽具有能耗低、无二次污染的优点，且对前述水溶性组分具有适用性，但在处理本类废气时存在突出困难：废气中的丙烯醛本身即为已被用作灭藻剂、杀黏菌剂的杀生性物质，对微生物具有强抑制乃至致死作用，易使生物膜活性受损；在生产工况波动、丙烯醛浓度出现冲击峰值时，生物系统容易失活崩溃，且受损后的再驯化恢复缓慢，导致净化效率与运行稳定性难以保证。

3、在生物处理系统的运行监测与控制方面，现有技术通常以处理单元出口的挥发性有机物浓度作为反馈，或依靠比耗氧速率、脱氢酶活性等离线活性测定来评价微生物状态。然而，出口浓度属于滞后指标，当其升高时生物膜往往已遭受损伤；离线活性测定耗时，难以用于实时反馈控制。因此，该类监测手段无法在生物膜受到不可逆损伤之前及早发现其受抑趋势，也难以据此对处理工艺实施及时的保护性调控。

4、微生物燃料电池可利用产电微生物的电信号反映其代谢活性，已被用作生物毒性传感与冲击预警手段。但现有相关报道多集中于水体或污水的毒性监测，且通常停留于“检测与报警”层面；其一，未与气相废气处理系统相结合形成感知—决策—调控的闭环；其二，未解决在杀生性组分存在下传感用微生物燃料电池自身阳极生物膜亦被毒化失效的问题；其三，未排除底物浓度波动对电信号判读的干扰，难以将电信号的变化准确归因于毒性抑制；其四，未将所采集的电信号转化为对处理工艺的主动、分级的保护性调控措施。

5、综上所述，现有技术中，针对含丙烯醛等具有生物抑制性、杀生性组分的废气的生物处理，尚缺乏一种能够在净化效率劣化之前及早感知生物膜的实时耐受状态、并据此对处理工艺实施主动调控以保护生物系统、维持运行稳定的方法与系统。

技术实现思路

1、为解决上述问题，本发明提供了一种含醛废气的生物处理调控方法，其特征在于，包括：

2、设置至少一个微生物燃料电池作为生物活性传感器，所述微生物燃料电池的阳极室接收来自所述生物滴滤工艺循环液的旁流；

3、实时采集所述微生物燃料电池的电信号，以所述电信号表征所述生物膜微生物群落受所述废气中丙烯醛抑制的程度；

4、当所述电信号满足预设的抑制判据时，触发降低到达所述生物膜的丙烯醛毒性负荷的调控动作；

5、所述调控动作的执行结果经所述循环液和所述微生物燃料电池反馈，构成感知－决策－调控的闭环。

6、进一步的，设置一个接收洁净底物的参比微生物燃料电池；将接收所述循环液旁流的哨兵微生物燃料电池的电信号与所述参比微生物燃料电池的电信号作差分处理，以差分信号表征所述抑制程度。

7、进一步的，对进入所述哨兵微生物燃料电池的循环液旁流进行可控稀释，使该电池的阳极生物膜处于可逆抑制状态而不致失活；并根据所述电信号的抑制幅度与稀释倍数反算所述循环液中丙烯醛的浓度。

8、进一步的，所述抑制判据包括所述电信号的绝对值阈值和/或所述电信号随时间的下降速率阈值；根据所述抑制判据将运行状态划分为正常区、预警区和急性抑制区，不同区间对应不同强度的所述调控动作。

9、进一步的，在所述废气进口设置丙烯醛或挥发性有机物在线检测，以其检测值作为前馈量预报来料冲击；结合所述微生物燃料电池电信号所表征的生物膜当前耐受状态，共同决定所述调控动作的触发与强度。

10、进一步的，在所述生物膜的驯化阶段，以甲醇为主底物起始培养；仅当所述微生物燃料电池电信号显示当前丙烯醛负荷下群落活性已恢复并稳定时，才将丙烯醛负荷提升一档；当电信号下降超过设定幅度时，自动回退至上一档负荷。

11、本发明具有以下有益效果：

12、1.以微生物燃料电池电信号作为生物膜实时耐受状态的表征，相较于出口浓度等滞后指标，能够在净化效率劣化之前及早识别毒性抑制趋势，为保护性调控赢得提前量；

13、2.通过哨兵电池与参比电池的差分以及旁流的可控稀释，既排除了底物波动对判读的干扰，又避免了传感用微生物燃料电池在杀生性组分下自身失效，使毒性信号可靠且可半定量；

14、3.将所采集的电信号转化为前馈与反馈相结合、分级递进的主动调控措施，可在丙烯醛冲击峰值下及时降低到达生物膜的毒性负荷，显著提升生物系统的抗冲击能力与运行稳定性；

15、4.所述自适应驯化可依据生物群落的实时就绪状态自动调度丙烯醛负荷的提升，缩短驯化周期并降低驯化期失活风险；

16、5.整体工艺保留了生物法能耗低、无二次污染的优点，克服了其处理杀生性含醛废气时易失活的固有缺陷。

1.一种含醛废气的生物处理调控方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设置一个接收洁净底物的参比微生物燃料电池；将接收所述循环液旁流的哨兵微生物燃料电池的电信号与所述参比微生物燃料电池的电信号作差分处理，以差分信号表征所述抑制程度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对进入所述哨兵微生物燃料电池的循环液旁流进行可控稀释，使该电池的阳极生物膜处于可逆抑制状态而不致失活；并根据所述电信号的抑制幅度与稀释倍数反算所述循环液中丙烯醛的浓度。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述抑制判据包括所述电信号的绝对值阈值和/或所述电信号随时间的下降速率阈值；根据所述抑制判据将运行状态划分为正常区、预警区和急性抑制区，不同区间对应不同强度的所述调控动作。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述废气进口设置丙烯醛或挥发性有机物在线检测装置，以其检测值作为前馈量预报来料冲击；结合所述微生物燃料电池电信号所表征的生物膜当前耐受状态，共同决定所述调控动作的触发与强度。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述生物膜的驯化阶段，以甲醇为主底物起始培养；仅当所述微生物燃料电池电信号显示当前丙烯醛负荷下群落活性已恢复并稳定时，才将丙烯醛负荷提升一档；当电信号下降超过设定幅度时，自动回退至上一档负荷。