用于减少环境污染的方法和装置制造方法
【专利摘要】本发明的目的是提供一种用于减少大气中存在的环境污染成分，特别是氮氧化物、氨、细粉尘和CO2的方法，将需要处理的大气合适地输送，并与含有至少一种反硝化微生物和至少一种硝化微生物的除污染成分接触，所述反硝化微生物和硝化微生物都是好氧性的。用于减少环境污染的装置，其包含至少一种好氧反硝化微生物和至少一种好氧硝化微生物，所述两种微生物都附着于适于与待处理的空气流接触的一个或多个载体上。
【专利说明】用于减少环境污染的方法和装置
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种环保方法和装置，尤其是一种用于减少环境污染的方法和装置。
【背景技术】
[0002] 当前出现在大城市中的烟雾中的大量污染，比如细粉尘（PM10 e PM2. 5)和氮氧 化物（NOx)，造成了严重的社会问题和公共行政问题。
[0003] 迄今为止，工业研究最重要地集中在减少排放水平，但是还没有特别地关注已经 存在于大气中的污染成分。
[0004] 其原因是任何在户外使用现有传统技术的过滤装置都需要非常昂贵的连接和高 运行成本。存在一些工业应用，其能够降低空气中存在的污染水平，比如特殊饰面涂料、瓦 或特殊防烟雾污染的浙青。
[0005] 然而，这种类型材料的应用受到它们的低效率水平（由于试剂部分小于一微米 厚）以及烟雾吸收产品成本非常高的限制。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是提供一种用于减少大气中存在的环境污染成分，特别是氮氧化 物、氨、细粉尘和C02的方法，其特征在于将需要处理的大气合适地输送，并与含有至少 一种反硝化微生物和至少一种硝化微生物的除污染成分接触，所述反硝化微生物和硝化 微生物都是好氧性的。所述反硝化微生物优选地选自：黄杆菌（Flavobacterium sp.) (ATCC 29790)、脱氮假单胞杆菌（Pseudomonas denitrificans) ( ATCC 13867)、泛养 副球菌（Paracoccus pantotrophus (ATCC 13543)、微分枝气脱氮菌（Microvirgula aerodenitrificans) (DSM 15089)、冷水黄杆菌（Flavobacterium frigidarium) (ATCC 700810)和真氧亚硝化单胞菌（Nitrosomonas eutropha)。所述硝化微生物优选地为欧洲 亚硝化单胞菌（Nitrosomonas europaea) ( ATCC 197181)。
[0007] 所有上述微生物都对人类无害，因此，用于本发明的目的而使用它们不会危害健 康。上述列举的微生物表现出具有不同的最佳工作温度的优点，因此提供了用于不同气候 和季节的好的系统多功能性；还证实它们能极其有效地还原氮氧化物。然而，有用的微生物 不限于上述列出的那些，在相关环境条件下保持存活的任何其它好氧性硝化微生物和反硝 化微生物都可以用于本发明的目的。
[0008] 优选地，对于每一类(硝化和反硝化）使用超过一种具有不同的最佳工作温度的微 生物，这表现出在宽环境热量或湿度范围条件下，整体上更大稳定性和多功能性的优点。特 别地，优选地使用至少2种反硝化微生物，其中一种是N03-敏感的（脱氮假单胞杆菌、泛养 副球菌、冷水黄杆菌），另一种是N02/N0-敏感的（真氧亚硝化单胞菌）。在一个优选的实 施方案中，同时使用上述列出的所有微生物。
[0009] 下表显示了不同微生物的最佳工作温度表。 黄杆菌（Flavobacteriumsp) (ATCC2979〇) 30°C (Pseudomonasdenitrifleans) (ATCC13867) 30°C 泛养副球菌（Paracoccuspantotrophus) (ATCCI3543) 26°C 微分枝气脱氣菌（Microvirgulaaerodenitrificans) (DSM15089) 28°C 冷水黄杆菌（Flavobacteriumfrigidarium) (ATCC700810) 15°C 区欠洲亚硝化单胞菌（Nitrosomonaseuropaea) (ATCCW7181) 26°C 真氧亚硝化单胞菌（Nitrosomonaseutropha) 25 °C
[0010] 硝化微生物和反硝化微生物相互之间的比例可以在宽范围内变化，优选地介于 60%至40%。每种微生物的量可以根据不同的操作条件在很宽范围内变化。当使用上述微生 物时，总量100%的亚硝化单胞菌（真氧亚硝化单胞菌+欧洲亚硝化单胞菌）以及另外100% 的其余微生物（即非亚硝化单胞菌）最佳的比例如下： 亚硝化单胞菌_ 欧洲亚硝化单胞菌（Nitrosomonaseuropaea) (ATCC197181) 60% 真氧亚硝化单胞菌（Nitrosomonaseutropha) 40% 非亚硝化单胞菌 MffM (Flavobacteriumsp) (ATCC29790) 20% 脱氣假单胞杆菌（Pseudomormsdenitrificans) (ATCC13867) 30% 泛养副球菌（Paracoccuspantotrophus) (ATCCI3543) 10% (Microvirgulaaerodenitrificans) (DSM15089) 20% 冷水黄杆菌（Flavobacteriumfrigidarium) (ATCC700810) 20% 上述百分数指微生物的量之间的比例，其是根据硝化/反硝化活性的相应国际单位（ ιυ)测定的。
[0011] 图1显示了根据优选的实施方案的本发明的作用，所述实施方案包含一种硝化微 生物、一种N03-敏感的反硝化微生物、以及一种N02/N0-敏感的反硝化微生物。
[0012] N03循环：环境中的N03被N03-敏感的微生物脱氮成N02,且进一步被N02/N0-敏 感的微生物脱氮成N2。
[0013] N02/N0-循环：环境中N02/N0被N02/N0-敏感的微生物脱氮成N2.. NH3循环：环境中的NH3以及在所述过程期间产生的NH3被硝化微生物转化成N02 ;得 到的N02依次被N02/N0-敏感的微生物脱氮成N2。C02循环：环境中的C02以及在所述过 程期间产生的C02被转化成有机化合物。这些有机化合物依次充当反硝化微生物（特别是 P. denitrificans、P. pan totropus、F. frigidarium)的新陈代谢物质，其中有机物质再 氧化成C02,使得其可以再次用于硝化反应。
[0014] H20循环：NH3的硝化反应导致由NH3和氧形成水。如此形成的水提供了必需的系 统增湿作用，因此有助于所有上述细菌种类的新陈代谢。
[0015] 基本上，通过吸收通常存在于大气中的污染成分，以及形成水和有机物质，所述系 统自我运行，无需另外的外部营养来维持该系统运转。
[0016] 欧洲亚硝化单胞菌表现出的进一步的优点是形成粘液表面，起吸收细粉尘（PM10， PM 2.5)的作用，有利地与本发明的主要目标一脱氮作用联合。
[0017] 因此，所述系统可以提供多方面的优点： 由于上述不同微生物，对所有的氮氧化物和氨都具有广谱污染消除能力； 由于硝化微生物和反硝化微生物之间的协同作用，增强了污染消除效率； 经由欧洲亚硝化单胞菌（N. europaea)的特殊作用，可能附加减少细粉尘的活性； 由于具有不同最佳工作温度的微生物的联合，在不同或变化的环境条件下，通常在10 至35°C之间，用途的广泛多功能性和响应稳定性； 由于氮氧化物吸收循环，以及产生相关微生物新陈代谢所需要的水和有机物质，系统 具有自我维持能力。
[0018] 系统的整体污染消除能力的变化与所用微生物的浓度和所接触空气的流量有关。 作为参考，早大于或等于3000 cfm的情况下，将300 g的上述七种微生物以上述优选的比 例，每24小时能够将240 g的NOx转化为氮。
[0019] 适于实施上述污染消除方法的装置以及其制造方法构成本发明的一个进一步的 目标。该装置的特征在于其具有附着于适于接触污染的空气流的合适载体上的上述微生 物，所述载体任选地置于适合暴露于环境中的容器内。
[0020] 构成所述载体的材料可以为具有足够的刚性、同时能以稳定且有活力的方式固定 在上述细菌种的任何类型材料。通常，可以使用多孔或纤维材料，比如纺织物、无纺织物、棉 花、玻璃纤维、纤维素纸浆、用于细菌培养的材料比如琼脂、纸、纸板、聚合材料。在聚合材料 中，聚四氟乙烯（PTFE或Telon)是特别有效的：将能存活的细菌稳定地固定在PTFE上是 本领域已知的技术（cf. Appl. Env. Microbiol, 1991，ρ· 219-222)。
[0021] 所述载体可以根据暴露的环境条件以各种不同形式和结构使用。所述载体的共同 特征是它们能够捕获被处理的空气流以及可以在空气和被固定的微生物之间提供大的接 触表面。例如，所述载体具有板结构（panel structure),比如由上述材料构成的1 m2的 板，其表面层和/或内层包含稳定附着的微生物。
[0022] 例如，包含总共300 g的上述微生物的板，暴露于大于或等于3000 cfm的空气流， 平均脱氮 240 g N0X/24 hr。
[0023] 所述载体可以单独或装配成套使用；例如可以使用50快板，排成一列，各板之间 有2 cm间隙，形成1 m3体积的单独单位，且预定接受沿所述间隙切向空气流过量；假设 每快板的我诶生物含量为300 g，这一单位的每立方米的转化能力将是12 (= 0.240X50) Kgm N0X/24 hr〇
[0024] 所述载体，无论单独还是成套，都可以被插入方便的保护容器中，该容器适于抵抗 环境因素、对光透明和/或装有载体照明系统；无论是天然的还是人工的，载体照明系统是 用于本发明目的的必要条件，因为上述微生物反应是在光的存在下进行的。优选地，所述容 器包括保护格栅和/或空气预过滤系统，以使任何潜在破坏活性表面的物质颗粒保持在外 面；这些述空气预过滤系统可以用合适的液体物质加湿和/或处理，或者充静电以便捕集 灰尘，特别是细粉尘（PM10，PM 2.5);这些活性有效地协同增强了本发明的脱氮作用，并且 利用欧洲亚硝化单胞菌（N. europaea)的抗ΡΜ活性，甚至进一步起净化空气的作用。优选 地，所述容器也可以包括能增强/引导空气流向载体方向的合适的系统；这些系统可以是 静态的或动态的。静态系统包括（例如）喇叭状或漏斗状的空气换流器、涡管、蜗壳等。动 态系统包括风扇、涡轮、移动板、叶片等。当本发明被安装在一种运动结构上（例如出来进 入到汽车及一些其它运输工具中的空气)时，优选地使用静态系统。动态系统有利地用于固 定结构，比如家用空气过滤器，或者靠近工业排水或拦截汽车排气管排放的NOx的道路覆 盖物附近的消除污染结构。
[0025] 在一个特别的实施方案中，所述载体可以不用在容器中，自身形成一个动态单元， 如通过风扇作为示例，风扇的叶片由PTFE制成，包含有附在叶片表面的本发明的微生物。
[0026] 所述容器也可以装备辅助系统，比如空气预热系统、处理前和处理后的污染分析 检测器、防止微生物事故性排放到环境中的系统等。
[0027] 图2和3以非限定的方式图解了本发明的两个实施方案，这两个实施方案可以用 在运动结构中，例如用在汽车外表面上以净化进入汽车内部的空气。这两个图的不同之处 仅仅在于脱氮作用室（11)的照明系统：在图2中，自然光通过不透明有机玻璃盖（1)传播； 在图3总，环境光通过太阳能电池板（2)作为能量存储，向位于污染消除载体附近的低消 耗照明（3)供电。对于图2-3通用的其它系统要素如下：进入空气（4)通过静态运送装置 (5)导向结构内部；然后空气通过阻断环境中的水和湿气的格栅（6);入口传感器（7)分析 引入的空气中的NOx含量，并将数据传送到合适的读出器（图中未列出）。然后，空气通过预 过滤器（8)，该预过滤器阻挡所有大尺寸的物质颗粒；接下来是带有电阻器（9)的预热室， 该电阻器加热空气至脱氮反应的最适宜温度；然后是普通静电过滤器（10)，用于消除细粉 尘（PM10，PM 2.5);接着，空气进入脱氮室（11)，其中安置了包含前述微生物的载体（图中 没有显示）；输出的空气进入通过UVA射线照射的灭菌室（12);该室用于灭活任何可能已 从载体意外释放出的细菌。将合适的光分离器（13)插入（11)和（12)两室之间，以防止载 体和UVA射线之间的接触。输出的空气穿过出口检测器（14)分析污染成分，并且通过与进 口数据比较，实时提供系统除污染效率方面的数据；如此，经过处理的输出的空气（15)就 可以释放到它将被使用的环境中。
[0028] 采用在出口处的保护格栅和通向用于控制、清洁、保养、维修等的各种系统元件的 开口机构（16)，完成了该系统。
[0029] 本发明可以用于降低污染水平，特别是以非限定的方式降低下列区域总的氮氧化 物（NOx)、ΝΗ3、细粉尘（ΡΜ10 e ΡΜ2. 5)和 C02 : 家庭和办公室内部、移动交通工具内部、特别是城市环境中的消除污染； 进一步减少存在于来自燃烧器和焚烧炉的燃烧烟尘中的污染颗粒物； 进一步减少来自内燃机的污染气体排放。
【专利附图】
【附图说明】
[0030] 图1 :本发明实施例的工作原理流程图； 图2 :本发明实施例的结构示意图(照明系统1); 图3 :本发明实施例的结构示意图(照明系统2); 图中：1，有机玻璃盖；2，太阳能电池板；3，低消耗照明；4，进入空气；5，运 送装置；6，格栅；7，入口传感器；8，预过滤器；9，电阻器；10，静电过滤器； 11，脱氮室；12，灭菌室；13，光分离器；14，出口检测器；15，输出空气；16，开 口机构。
【具体实施方式】
[0031] 下面结合附图对本发明具体实施作进一步的描述： 图1显示了根据优选的实施方案的本发明的作用原理，所述实施方案包含一种硝化微 生物、一种no3-敏感的反硝化微生物、以及一种no2/no-敏感的反硝化微生物。
[0032] 图2和3以非限定的方式图解了本发明的两个实施方案，这两个实施方案可以用 在运动结构中，例如用在汽车外表面上以净化进入汽车内部的空气。这两个图的不同之处 仅仅在于脱氮作用室11的照明系统：在图2中，自然光通过不透明有机玻璃盖1传播；在图 3中，环境光通过太阳能电池板2作为能量存储，向位于污染消除载体附近的低消耗照明3 供电。对于图2-3通用的其它系统要素如下：进入空气4通过静态运送装置5导向结构内 部；然后空气通过阻断环境中的水和湿气的格栅6 ;入口传感器7分析引入的空气中的NOx 含量，并将数据传送到合适的读出器（图中未列出）。然后，空气通过预过滤器8,该预过滤器 阻挡所有大尺寸的物质颗粒；接下来是带有电阻器9的预热室，该电阻器加热空气至脱氮 反应的最适宜温度；然后是普通静电过滤器10,用于消除细粉尘（PM10, PM 2. 5);接着，空 气进入脱氮室11，其中安置了包含前述微生物的载体（图中没有显示）；输出的空气进入通 过UVA射线照射的灭菌室12 ;该室用于灭活任何可能已从载体意外释放出的细菌。将合适 的光分离器13插入11和12两室之间，以防止载体和UVA射线之间的接触。输出的空气穿 过出口检测器14分析污染成分，并且通过与进口数据比较，实时提供系统除污染效率方面 的数据；如此，经过处理的输出空气15就可以释放到它将被使用的环境中。采用在出口处 的保护格栅和通向用于控制、清洁、保养、维修等的各种系统元件的开口机构16,完成了该 系统。
[0033] 上述实例并不构成对本发明的限制，凡采用等同替换或等效变换的形式所获得的 技术方案，均落在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1. 用于减少环境污染的方法，其特征在于将需要处理的大气合适地输送，并与含有至 少一种反硝化微生物和至少一种硝化微生物的除污染成分接触，所述反硝化微生物和硝化 微生物都是好氧性的，所述硝化微生物和反硝化微生物相互之间的比例范围介于60%至 40%。
2. 根据权利要求1的方法，其中所述反硝化微生物选自：黄杆菌、脱氮假单胞菌、泛养 副球菌、微分枝气脱氮菌、冷水黄杆菌和真氧亚硝化单胞菌。
3. 根据权利要求1的方法，其中同时使用所有下述微生物：黄杆菌、脱氮假单胞杆菌、 泛养副球菌、微分枝气脱氮菌、冷水黄杆菌、欧洲亚硝化单胞菌、真氧亚硝化单胞菌。
4. 用于减少环境污染的装置，其特征在于其包含至少一种好氧反硝化微生物和至少一 种好氧硝化微生物，所述两种微生物都附着于适于与待处理的空气流接触的一个或多个载 体上。
5. 根据权利要求4的装置，其中所述反硝化微生物选自：黄杆菌、脱氮假单胞杆菌、泛 养副球菌、微分枝气脱氮菌、冷水黄杆菌和真氧亚硝化单胞菌，所述硝化微生物为欧洲亚硝 化单胞菌。
6. 根据权利要求4的装置，其中所述载体由多孔或纤维材料比如纺织物、无纺织物、 棉花、玻璃纤维、纤维素纸浆、纸、纸板、聚合材料比如聚四氟乙烯组成。
7. 根据权利要求4的装置，其中所述载体由一块板装配成套的多块板组成。
8. 用于减少大气中存在的环境污染成分，特别是氮氧化物、氨、细粉尘和C02的装置的 制造方法，其特征在于，将至少一种好氧性反硝化微生物和至少一种好氧性硝化微生物附 着在适于与被处理的空气流接触的一个或多个合适的载体上，且任选地，将所述载体放置 在适合暴露于环境中的合适的容器内。
【文档编号】B01D53/58GK104117282SQ201310141460
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2013年4月23日 优先权日:2013年4月23日
【发明者】唐胜 申请人:上海清呼吸环保科技有限公司