生物处理技术在有机废气处理的探究(二)

广州和风环境技术有限公司 2020-03-29 14:20:28


2.生物滤池( biofilter)

生物滤池处理有机废气的工艺流程如图3所示。

 

 


 

3 生物滤池系统示意图

具有一定湿度的有机废气进入生物滤池,通过约 0. 51m厚的生物活性填料层,有机污染物从气相转移到生物层, 进而被氧化分解。生物滤池的填料层是具有吸附性的滤料(如土壤、堆肥、活性炭等) 。堆肥生物滤池因其较好的通气性和适度的通水和持水性, 以及丰富的微生物群落,能有效地去除烷烃类化合物如丙烷、异丁烷,对酯及乙醇等生物易降解物质的处理效果更佳。

有关生物滤池在有机废气处理中的研究报道,较早的有 Jennings[12]及其同事于70年代初,在莫诺特方程的基础上提出了生物滤池中单组分的、非吸附性的、可生化降解的气态有机物去除率的数学模型。而后, Ottengraf[13- 17]等依据吸收操作的传统双膜理论,Jennings的数学模型基础上进一步提出了目前在世界上公认影响较大的生物膜理论(见图4)

另外, H odg e[ 18]采用堆肥作填料净化处理含乙醇蒸汽的废气,当进气负荷不高于90g/m3 h、停留时间为30s,去除率达95%以上; Cox[19]以珍珠岩为滤料,选用驯化筛选后的真菌降解苯乙烯,气体浓度为800 mg/m3、流量为43L/h,处理效率达99%,

 

 


4 生物膜理论示意图

同时测得 CO2浓度为1000ppm( 1833mg/m3); Corsi[20]154mm实验装置上,以苯及其同系物(甲苯、乙苯和二甲苯)为净化处理对象,在操作温度20. 8℃、空塔气速2830m/h、停留时间 1. 821. 96min实验条件下,进行堆肥法、土壤法、木屑法的平行实验, 比较了被处理气体通过三种填料加营养物质前后的去除效率, 结果发现, 堆肥对气体中苯系物一直保持较高的去除率( 90%99% ) , 土壤和木屑在没有加营养物质的情况下去除效果较差,加营养物质后,去除率可达99%

 

3.生物滴滤池(biotrickilng filter)

生物滴滤池处理有机废气的工艺流程如图5所示。

 


5 生物滴滤池系统示意图


     生物滴滤池与生物滤池的最大区别是填料上方喷淋循环液, 设备内除传质过程外还存在很强的生物降解作用。与生物滤池相似,生物滴滤池使用的是粗碎石、塑料、陶瓷等一类填料,填料的表面是微生物区系形成的几毫米厚的生物膜,填料比表面积一般为 100300m2/ m3

     这一方面为气体通过提供了大量的空间,另一方面,也使气体对填料层造成的压力以及由微生物生长和生物膜疏松引起的空间堵塞的危险性降到了最低限度。 

     与生物滤池相比,生物滴滤池的反应条件( pH、温度)易于控制(通过调节循环液的 pH、温度) ,而生物滤池的 pH 控制则主要通过在装填料时投配适当的固体缓冲剂来完成, 一旦缓冲剂耗竭则需更新或再生滤料, 温度的调节则需外加强制措施来完成, 故在处理卤代烃、含硫、含氮等通过微生物降解会产生酸性代谢产物及产能较大的污染物时,生物滴滤池较生物滤池更效。 HartmansDiks等的实验结果表明,气速为145156m/h、二氯甲烷浓度为 0. 71. 8g/m3,二氯甲烷的去除率为80%95%。 另外,生物滴滤池单位体积填料层微生物浓度较高,适于处理高负荷有机废气。 T onga等的研究表明,当停留时间为50s、处理效率为90%,生物滴滤池处理苯乙烯的负荷是生物滤池的 2;处理苯的负荷是生物滤池的3倍以上。

另外, Pedersen[24]70mm生物滴滤池中进行了低浓度甲苯废气的净化处理研究,得到甲苯的最大生化去除量为45mg/ L


三、生物法净化有机废气的现状及需解决的问题

    近年来, 由于各国对有机废气造成的环境污染的关注,对有机废气的处理研究也日趋活跃。生物技术由于具有传统的方法不可比拟的优越性和安全性, 已成为世界工业废气净化研究的前沿热点课题之一。

    生物法净化有机废气的研究,国外是从80年代初逐步展开的[28],最初应用是在堆肥场和动物脂肪加工场的有机废气脱臭处理方面[ 29]。 废气中所含臭味物质主要有乙醇、丁二酮、丙酮、硫醇、硫化氢、腐胺、戊二胺、脂肪酸等。 外某动物脂肪加工厂[30]曾用堆肥作滤料,在滤料厚度为1m、气体在滤层中平均停留时间为17s、过滤负为88m3/ m2 h的情况下,将废气中的有机物浓度由45mg/Nm3降到3. 5mg/ Nm3,获得了良好的除臭效果。

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。生物吸收法适宜于处理净化气量较小、浓度大、易溶且生物代谢速率较低的废气处理; 对于气量大、浓度低的废气可采用生物滤池处理系统; 而对于负荷较高以及污染物降解后会生成酸性物质的则以生物滴滤池为好。 在目前的废气生物净化实践中以运行操作简单的生物滤池系统使用得最多, 日、德、荷、美等国家生物法处理有机废气的设备与装置开发已呈商品化态势并且应用效果良好,对混合有机废气的去除效率一般在95%以上。 目前,我国有关这方面的研究及应用还处于起步阶段,仅同济大学、 昆明理工大学等单位进行了初步研究。

有机废气生物处理是一项新的技术, 由于生物反应器涉及到气、液/固相传质及生化降解过程,影响因素多而复杂,有关的理论研究及实际应用还不够深入、广泛,许多问题需要进一步探讨和研究。

( 1 )反应动力学模式研究。

通过反应机理的研究,提出决定反应速度的内在依据,能有效地控制和调节反应速度, 最终提高污染物的净化效率。 尽管 O ttengraf等提出了较著名的生物膜理论[39,40] ,但该理论的提出是建立在以生物滤池为研究基础上的,对生物吸收法和生物滴滤池净化处理有机废气过程机理的描述不适合。在实际研究中发现,许多实验数据不能与上述理论模型相吻合,一些现象也难以用上述理论作出解释。 我们认为,这主要是由于物滤池中存在相对较稳定的液膜, 而生物吸收法和生物滴滤池中由于循环液的流动性, 无法产生类似的稳定液膜。

( 2)填料特性研究。

对于生物滤池和生物滴滤池来说,深入研究填料的一些特性是非常必要的。 填料的比表面积、孔隙率除与单位体积填充层生物量有关,还直接影响着整个填充床的压降及填充床是否易堵塞等问题。更重要的一点是, 气态污染物降解要经历一个气相到液/固相传质过程, 污染物在两相中的分配系数是整个装置可行性的一个决定因素。 有资料表明,填料对分配系数有较大的影响, Hodge[41]Liu[42]等在生物滤池处理乙醇蒸汽时发现, 颗粒活性炭作填料时乙醇的分配系数是堆肥的2. 53倍。

( 3)动态负荷研究。

目前,绝大多数研究报道中采用的是单一组分(或几个简单组分组合) 气体作为实验对象,气体负荷的变化也是非常有顺序的、平稳的, 气速也是很 “温和”的,而对于非常态负荷气流、多组分复杂混合气的研究较少。事实上,这种动态负荷的研究是非常有实际意义的, 特别是可以解决一系列实际运用中碰到的问题。