摘要: 生物法處理工業(yè)廢氣是一種經(jīng)濟(jì)有效的方法。 生物濾池和生物滴濾池是兩種最常用的生物處理系統(tǒng), 適于處理多種揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs) 和許多工業(yè)廢氣中的無(wú)機(jī)蒸氣物質(zhì)。 介紹了生物濾池和生物滴濾池處理廢氣系統(tǒng)的特點(diǎn)、原理和應(yīng)用實(shí)例。

關(guān)鍵詞: 生物法, 生物濾池, 生物滴濾池, 揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)

隨著公眾環(huán)保意識(shí)的不斷提高和執(zhí)行環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)愈來(lái)愈嚴(yán)格, 有害空氣污染物質(zhì)(HAPs) 和工廠臭氣造成的環(huán)境污染問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視。 處理廢氣有多種方法, 其中生物法是一種有效的、費(fèi)用較低的、沒(méi)有二次污染的方法。 筆者對(duì)生物法和其他的處理廢氣方法進(jìn)行對(duì)比, 重點(diǎn)介紹生物濾池和生物滴濾池處理廢氣系統(tǒng)的特點(diǎn)、原理和應(yīng)用實(shí)例。

1　工業(yè)廢氣的物理化學(xué)處理方法

污染物質(zhì)可以通過(guò)熱處理、活性炭吸附或化學(xué)洗滌從工業(yè)廢氣中去除。 熱處理包括直接燃燒和催化氧化。 當(dāng)有機(jī)污染物質(zhì)的濃度高時(shí), 熱處理的方法是有效的。 然而, 當(dāng)有機(jī)物的濃度低時(shí), 熱處理的費(fèi)用將很高, 原因是需要的燃料較多; 活性炭吸附中, 有機(jī)污染化合物被吸附到炭表面, 從而產(chǎn)生清潔空氣。 每單位質(zhì)量的炭的吸附數(shù)量同空氣中污染物質(zhì)的濃度有關(guān), 濃度低時(shí)吸附率低。 因此, 當(dāng)污染物的濃度降低時(shí), 吸附每單位質(zhì)量的污染物所需的炭量將變得很大; 洗滌作用對(duì)于去除許多有毒氣體和其它高溶解度的化合物有效, 但是運(yùn)行費(fèi)用高。

2　工業(yè)廢氣的生物處理方法

工業(yè)廢氣的生化處理系統(tǒng)屬于一種環(huán)保友好技術(shù)。 相對(duì)于上述的處理方法, 生物法更加適用于處理低濃度的有毒空氣污染物質(zhì)(HAPs) , 且具有投資運(yùn)行費(fèi)用省、維護(hù)管理簡(jiǎn)單、不產(chǎn)生二次污染等特點(diǎn)。 在歐洲, 燃料費(fèi)用較高, 關(guān)于惡臭的規(guī)范也很?chē)?yán)格, 所以廣泛采用生物法去除惡臭氣體。

生物法的實(shí)質(zhì)是利用有孔的、潮濕的介質(zhì)上聚集的活性微生物的生命活動(dòng), 將廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單的無(wú)機(jī)物(如CO 2 和H2O ) 或組成自身細(xì)胞。 一般認(rèn)為生物法凈化有機(jī)廢氣需經(jīng)歷三個(gè)步驟: ① 有機(jī)廢氣成分首先同水接觸并溶于水中(即由氣相擴(kuò)散進(jìn)入液相) ; ② 溶解于液相中的有機(jī)成分在濃度差的推動(dòng)下, 進(jìn)一步擴(kuò)散至介質(zhì)周?chē)纳锬?如圖1 所示) , 進(jìn)而被其中的微生物捕捉并吸收; ③ 進(jìn)入微生物體內(nèi)的有機(jī)污染物在其自身的代謝過(guò)程中作為能源和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被分解, 經(jīng)生物化學(xué)反應(yīng)最終轉(zhuǎn)化為無(wú)害的化合物(如CO 2 和H2O ) 。 這一過(guò)程見(jiàn)圖1。

兩種最常用的生物處理系統(tǒng)是生物濾池和生物滴濾池: 生物濾池中, 有孔的介質(zhì)通過(guò)進(jìn)氣的濕度調(diào)節(jié)器和偶爾的噴淋而保持潮濕(如圖2 所示) ; 生物滴濾池中, 水流穩(wěn)定地、持續(xù)地循環(huán)穿過(guò)濾床, 對(duì)處理后的空氣進(jìn)行持續(xù)收集(見(jiàn)圖3) 。

2.1　生物濾池系統(tǒng)

生物濾池的最初形式是通過(guò)挖掘溝渠, 在溝中放置空氣布水系統(tǒng), 再用滲透性土壤填埋溝渠建成的。但是土粒之間的小孔尺寸會(huì)帶來(lái)堵塞問(wèn)題, 只有少量的這樣的系統(tǒng)存在著。 現(xiàn)在大多數(shù)的生物濾池用木片或肥料填充。 如圖2 所示, 廢氣通過(guò)配水系統(tǒng)進(jìn)入濾池底部, 然后穿過(guò)有孔的嵌在礫石中的塑料管排出。放置在礫石層上的填料通常為一層, 大約為1m 厚, 如果再厚的話, 將要使填料受到壓擠而變形。 采用噴淋系統(tǒng)來(lái)保持填料潮濕, 當(dāng)下雨和噴淋量大的時(shí)候, 用排放系統(tǒng)來(lái)排出多余的水。 這種生物濾池在運(yùn)行之前, 要求對(duì)填料進(jìn)行篩濾來(lái)控制孔隙尺寸, 這樣可以保證填料具有較大的孔隙并減少水頭損失。 用肥料做填料時(shí), 填料上活性環(huán)境使多種的微生物立即開(kāi)始起作用, 降解的過(guò)程中填料提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。 較低的水頭損失和理想的活性環(huán)境意味著生物濾池可以做得小一些。

然而, 肥料做填料也有缺陷。 當(dāng)肥料軟化時(shí)容易產(chǎn)生水平和垂直壓縮作用。 水平壓縮使濾床內(nèi)部產(chǎn)生裂縫, 也有可能使濾床離開(kāi)容器壁; 而垂直壓縮使填料孔隙堵塞, 從而增大了水頭損失。 當(dāng)廢氣經(jīng)過(guò)填料到達(dá)裂縫和開(kāi)口處, 處理過(guò)程就失敗了。 如果增濕和噴淋系統(tǒng)運(yùn)行不好, 由于干化作用也可能使填料發(fā)生收縮。 此外, 干肥料通常是疏水性的, 這將使填料再次濕化很困難。

為了解決肥料軟化時(shí)的問(wèn)題, 人們開(kāi)始采用混合無(wú)機(jī)填料。Mon san to 使用獲得專(zhuān)利的聚苯乙烯水珠和有機(jī)材料作為填料。① 也有人采用火山巖、礫石等具有較大孔隙的材料作為填料, 還有些生物濾池用大孔的聚氨酯泡沫塑料做填料。 用均一的無(wú)機(jī)填料不僅可以解決填料壓縮問(wèn)題, 而且還可以降低水頭損失。 無(wú)機(jī)填料提供的是無(wú)營(yíng)養(yǎng)物或接種的環(huán)境, 其所需的較低的水力負(fù)荷使干燥更加容易。 采用無(wú)機(jī)混合填料的生物濾池必須小心地對(duì)其進(jìn)行管理, 提供適當(dāng)?shù)奶盍辖臃N環(huán)境, 小心地控制水的流量, 營(yíng)養(yǎng)物的添加要有規(guī)律性。 總之, 如果這些問(wèn)題能夠解決的話, 無(wú)機(jī)填料可以提供最大的降解率, 也可以使生物濾池做得更小。實(shí)際運(yùn)行中, 采用可編程的邏輯編輯器對(duì)生物濾池的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控, 以便調(diào)整運(yùn)行參數(shù), 反常條件下可以關(guān)掉系統(tǒng)。

用木片或肥料做填料的生物濾池同無(wú)機(jī)混合填料生物濾池相比, 其運(yùn)行和管理費(fèi)用較低, 但是處理效果比后者差, 因此, 可以根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況做出選擇。

2.2　生物滴濾池系統(tǒng)

生物滴濾池不同于生物濾池, 它要求水流連續(xù)地通過(guò)有孔的填料, 這樣可以有效地防止填料干燥, 精確地控制營(yíng)養(yǎng)物濃度與pH 值。 另外, 由于生物滴濾池底部要建有水池來(lái)實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)運(yùn)行, 所以總體積比生物濾池大。 這就意味著: 將有大量的污染物質(zhì)溶解于液相中, 從而提高了比去除率。 因此, 生物滴濾池的反應(yīng)器的尺寸可以比生物濾池的小。 但是, 生物滴濾池的機(jī)械復(fù)雜性高, 從而使投資和運(yùn)行費(fèi)用增加。 由于這些原因, 所以生物滴濾池最適于那些污染物質(zhì)濃度高導(dǎo)致生物濾池堵塞、有必要控制pH 值和使用空間有限的地方。

2.3　工業(yè)廢氣生物處理法的應(yīng)用

生物處理方法也有不適宜的地方。 例如, 攜帶油或油脂的灰塵和空氣因?yàn)榭赡軙?huì)阻塞濾床, 從而應(yīng)用生物法得不到很好的處理。 另外, 由于生物濾床的尺寸有限, 降解緩慢的化合物(如特定的氯代烴) 也不適于進(jìn)行生物處理。 低濃度的化合物很難得到降解, 原因是少量的水對(duì)空氣的分隔作用使水中污染物的濃度降低, 從而降低降解速率。 然而, 這些情況對(duì)于那些較難溶化合物而言, 例如苯和甲苯, 雖然溶解度較低, 但相對(duì)其他處理方法, 用生物處理方法可以得到穩(wěn)定的處理。 一般情況下, 生物處理系統(tǒng)較其他的處理系統(tǒng)體積較大, 不能安裝在空間有限的地方。

生物處理方法適宜處理多種揮發(fā)性有機(jī)物 (VOCs) 和許多工業(yè)廢氣中的無(wú)機(jī)蒸氣物質(zhì)。 這些物質(zhì)中含有氮、氯或可產(chǎn)生少量酸的硫化合物。 例如, H2S 通常是惡臭問(wèn)題的來(lái)源, 用生物濾池可以得到很好的處理, 僅僅是產(chǎn)生少量的酸。 在處理低濃度的易降解的污染物質(zhì)方面, 生物濾池和生物滴濾池是最成功的。

在美國(guó)新澤西州的Law renceville, 采用生物滴濾池處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物(VOCs)、有害空氣污染物質(zhì) (HAPs) 和海邊污水處理廠的惡臭排放物。 此污水處理廠位于加利福尼亞州的圣地亞哥市的海空基地, 處理的廢氣來(lái)自工業(yè)廢水、煉油廠的處理池。 處理流程是: 污染氣體下向流, 同循環(huán)的液體一起運(yùn)行, 經(jīng)過(guò)兩個(gè)生物滴濾池(填料是455 kg 的活性炭) 處理后而排放。 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)是: 空氣進(jìn)氣流速3 000 m3/h; 反應(yīng)器面積為3.1 m × 9. 1 m , 完全由玻璃纖維合成樹(shù)脂制成, 濾床體積為31m 3; 氣體停留時(shí)間為36 s; 平均有機(jī)負(fù)荷率大約是。2 g/(m3·h) 。 對(duì)于污染物質(zhì)的去除, 包括酚、亞甲基氯化物、丁酮、苯、甲苯、乙苯、二甲苯和硫化氫, 總的去除率達(dá)到85% 。

水廠的氣體污染物在采用生物滴濾池處理之前, 是通過(guò)4 個(gè)獨(dú)立的250 kg 的活性炭吸附柱進(jìn)行處理。 活性炭的更新和再生需要一個(gè)月的時(shí)間, 每年需花費(fèi)36 000 美元, 而生物滴濾池的每年費(fèi)用為5 000 美元。

3　結(jié)　論

相對(duì)于傳統(tǒng)的處理廢氣的方法, 如燃燒法、化學(xué)洗滌法、催化氧化法和吸附法, 生物法的優(yōu)點(diǎn)是: 維護(hù)管理方便, 費(fèi)用較低, 沒(méi)有二次污染, 對(duì)人類(lèi)健康和生態(tài)的影響較少, 適宜處理多種揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs) 和許多工業(yè)廢氣中的無(wú)機(jī)蒸氣物質(zhì)。 生物法在工業(yè)的廢氣處理方面將發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

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