產(chǎn)品詳情
隨著有機(jī)合成工業(yè)化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展, 進(jìn)入大氣的有機(jī)化合物越來(lái)越多, 這類(lèi)物質(zhì)往往帶有惡臭, 不僅對(duì)人體各種感官有刺激作用, 而且不少有機(jī)化合物,產(chǎn)生 “三致”效應(yīng),從而對(duì)人體和環(huán)境產(chǎn)生很大的危害。微生物對(duì)各類(lèi)污染物均有較強(qiáng)、較快的適應(yīng)性,并可將其作為代謝底物降解、轉(zhuǎn)化。同常規(guī)的有機(jī)廢氣處理技術(shù)相比,生物技術(shù)具有效果好、投資及運(yùn)行費(fèi)用低、安全性好、無(wú)二次污染、易于管理等優(yōu)點(diǎn)( 如表 1 所示) ,尤其在處理低濃度( < 3mg/ L)、生物可降解性好的有機(jī)廢氣時(shí)更顯其優(yōu)越性。
一、生物法凈化有機(jī)廢氣的原理
有機(jī)廢氣生物凈化是利用微生物以廢氣中的有機(jī)組分作為其生命活動(dòng)的能源或其它養(yǎng)分,經(jīng)代謝降解,轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物( C O2, 水等)及細(xì)胞組成物質(zhì)。 與廢水的生物處理過(guò)程的最大區(qū)別在于:廢氣中的有機(jī)物質(zhì)首先要經(jīng)歷由氣相轉(zhuǎn)移到液相(或固體表面液膜)中的傳質(zhì)過(guò)程,然后在液相(或固體表面生物層)被微生物吸附降解
圖1 微生物凈化有機(jī)廢氣模式圖
由于氣液相間有機(jī)物濃度梯度、有機(jī)物水溶性以及微生物的吸附作用, 有機(jī)物從廢氣中轉(zhuǎn)移到液相(或固體表面液膜)中,進(jìn)而被微生物捕獲、吸收。在此條件下,微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化分解和同化合成, 產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物一部分溶入液相, 一部分作為細(xì)胞物質(zhì)或細(xì)胞代謝能源,還有一部分(如 CO2)則析出到空氣中。廢氣中的有機(jī)物通過(guò)上述過(guò)程不斷減少,從而得到凈化。
二、有機(jī)廢氣生物處理的工藝研究與應(yīng)用
根據(jù)微生物在有機(jī)廢氣處理過(guò)程中存在的形式, 可將處理方法分為生物吸收法(懸浮態(tài))和生物過(guò)濾法(固著態(tài)) 2類(lèi)。生物吸收法(又稱(chēng)生物洗滌法)即微生物及其營(yíng)養(yǎng)物配料存在于液體中,氣體中的有機(jī)物通過(guò)與懸浮液接觸后轉(zhuǎn)移到液體中而被微生物所降解。生物過(guò)濾法則是微生物附著生長(zhǎng)于固體介質(zhì)(填料)上,廢氣通過(guò)由介質(zhì)構(gòu)成的固定床層(填料層)時(shí)被吸附、吸收,最終被微生物降解,較典型的有生物濾池和生物滴濾池2種形式。
1. 生物吸收法( bio scrubber)
生物吸收法由一個(gè)吸收室和一個(gè)再生池構(gòu)成,如圖2所示。
圖2 生物吸收法示意圖
生物懸浮液(循環(huán)液) 自吸收室頂部噴淋而下,使廢氣中的污染物和氧轉(zhuǎn)入液相(水,實(shí)現(xiàn)質(zhì)量傳遞。吸收了廢氣中組分的生物懸浮液流入再生反應(yīng)器(活性污泥池)中,通入空氣充氧再生。被吸收的有機(jī)物通過(guò)微生物氧化作用, 最終被再生池中 的活性污泥懸浮液從液相中除去。 生物吸收法處理有機(jī)廢氣,其去除效率除了與污泥的 M LSS濃度、 pH 值、溶解氧等因素有關(guān), 還與污泥的馴化與否、營(yíng)養(yǎng)鹽的投加量及投加時(shí)間有關(guān)[ 5]。 福山等[6]在臭氣凈化處理的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)活性污泥濃度控制在5000～10000m g/ L、氣速< 20m3/ h 時(shí), 裝置的負(fù)荷及去除率均較理想。 日本一鑄造廠[ 7]采用此法處理含胺、酚等污染物的氣體, 設(shè)備采用兩段洗滌塔, 裝置運(yùn)行十多年來(lái)一直保持較高的去除率( < 95 % )。德國(guó)開(kāi)發(fā)的二級(jí)洗滌脫臭裝置,臭氣從下而上經(jīng)二級(jí)洗滌,濃度從2100mg/ L 降至50mg/L,且運(yùn)行費(fèi)用極低。
生物吸收法中氣、液兩相的接觸方法除采用液相噴淋外, 還可以采用氣相鼓泡。 一般地,若氣相阻力較大可用噴淋法,反之液相阻力較大時(shí)則用鼓泡法。 鼓泡與污水生物處理技術(shù)中的曝氣相仿,廢氣從池底通入,與新鮮的生物懸浮液接觸而被吸收。由此,許多文獻(xiàn)中將生物吸收法分為洗滌式和曝氣式2種。 日本某污水處理廠用含有臭氣的空氣作為曝氣空氣送入曝氣槽,同時(shí)進(jìn)行廢水和廢氣的處理,取得了脫臭效率達(dá)99%的效果。
2.生物濾池( biofilter)
生物濾池處理有機(jī)廢氣的工藝流程如圖3所示。
圖3 生物濾池系統(tǒng)示意圖
具有一定濕度的有機(jī)廢氣進(jìn)入生物濾池,通過(guò)約 0. 5～1m厚的生物活性填料層,有機(jī)污染物從氣相轉(zhuǎn)移到生物層, 進(jìn)而被氧化分解。生物濾池的填料層是具有吸附性的濾料(如土壤、堆肥、活性炭等) 。堆肥生物濾池因其較好的通氣性和適度的通水和持水性, 以及豐富的微生物群落,能有效地去除烷烴類(lèi)化合物,對(duì)酯等生物易降解物質(zhì)的處理效果更佳。
有關(guān)生物濾池在有機(jī)廢氣處理中的研究報(bào)道,較早的有 Jennings[12]及其同事于70年代初,在莫諾特方程的基礎(chǔ)上提出了生物濾池中單組分的、非吸附性的、可生化降解的氣態(tài)有機(jī)物去除率的數(shù)學(xué)模型。而后, Ottengraf[13- 17]等依據(jù)吸收操作的傳統(tǒng)雙膜理論,在Jennings的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了目前在世界上公認(rèn)影響較大的生物膜理論(見(jiàn)圖4)。
另外, H odg e等[ 18]采用堆肥作填料凈化處理含蒸汽的廢氣,當(dāng)進(jìn)氣負(fù)荷不高于90g/m3 h、停留時(shí)間為30s時(shí),去除率達(dá)95%以上; Cox等[19]以珍珠巖為濾料,選用馴化篩選后的真菌降解,氣體濃度為800 mg/m3、流量為43L/h時(shí),處理效率達(dá)99%,
圖4 生物膜理論示意圖
同時(shí)測(cè)得 CO2濃度為1000ppm( 1833mg/m3); Corsi等[20]在 154mm實(shí)驗(yàn)裝置上,其同系物為凈化處理對(duì)象,在操作溫度20. 8℃、空塔氣速28～30m/h、停留時(shí)間 1. 82～1. 96min實(shí)驗(yàn)條件下,進(jìn)行堆肥法、土壤法、木屑法的平行實(shí)驗(yàn), 比較了被處理氣體通過(guò)三種填料加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)前后的去除效率, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 堆肥對(duì)氣體中一直保持較高的去除率( 90%～99% ) , 土壤和木屑在沒(méi)有加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的情況下去除效果較差,加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)后,去除率可達(dá)99%。
3.生物滴濾池(biotrickilng filter)
生物滴濾池處理有機(jī)廢氣的工藝流程如圖5所示。
圖5 生物滴濾池系統(tǒng)示意圖
生物滴濾池與生物濾池的最大區(qū)別是填料上方噴淋循環(huán)液, 設(shè)備內(nèi)除傳質(zhì)過(guò)程外還存在很強(qiáng)的生物降解作用。與生物濾池相似,生物滴濾池使用的是粗碎石、塑料、陶瓷等一類(lèi)填料,填料的表面是微生物區(qū)系形成的幾毫米厚的生物膜,填料比表面積一般為 100～300m2/ m3。這一方面為氣體通過(guò)提供了大量的空間,另一方面,也使氣體對(duì)填料層造成的壓力以及由微生物生長(zhǎng)和生物膜疏松引起的空間堵塞的危險(xiǎn)性降到了限度。 與生物濾池相比,生物滴濾池的反應(yīng)條件( pH、溫度)易于控制(通過(guò)調(diào)節(jié)循環(huán)液的 pH、溫度) ,而生物濾池的 pH 控制則主要通過(guò)在裝填料時(shí)投配適當(dāng)?shù)墓腆w緩沖劑來(lái)完成, 一旦緩沖劑耗竭則需更新或再生濾料, 溫度的調(diào)節(jié)則需外加強(qiáng)制措施來(lái)完成, 故在處理鹵代烴、含硫、含氮等通過(guò)微生物降解會(huì)產(chǎn)生酸性代謝產(chǎn)物及產(chǎn)能較大的污染物時(shí),生物滴濾池較生物濾池更效。 Hartmans、 Diks等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,氣速為145～156m/h、濃度為 0. 7～1. 8g/m3時(shí),去除率為80%～95%。 另外,生物滴濾池單位體積填料層微生物濃度較高,適于處理高負(fù)荷有機(jī)廢氣。 T onga等的研究表明,當(dāng)停留時(shí)間為50s、處理效率為90%時(shí),生物滴濾池處理負(fù)荷是生物濾池的 2倍;處理負(fù)荷是生物濾池的3倍以上。
另外, Pedersen等[24]在 70mm生物滴濾池中進(jìn)行了低濃度廢氣的凈化處理研究,得到最大生化去除量為45mg/ L。
三、生物法凈化有機(jī)廢氣現(xiàn)狀及需解決問(wèn)題
近年來(lái), 由于各國(guó)對(duì)有機(jī)廢氣造成的環(huán)境污染的關(guān)注,對(duì)有機(jī)廢氣的處理研究也日趨活躍。生物技術(shù)由于具有傳統(tǒng)的方法不可比擬的優(yōu)越性和安全性, 已成為世界工業(yè)廢氣凈化研究的前沿?zé)狳c(diǎn)課題之一。
生物法凈化有機(jī)廢氣的研究,國(guó)外是從80年代初逐步展開(kāi)的[28],最初應(yīng)用是在堆肥場(chǎng)和動(dòng)物脂肪加工場(chǎng)的有機(jī)廢氣脫臭處理方面[ 29]。 廢氣中所含臭味物質(zhì)主要有腐胺、脂肪酸等。 外某動(dòng)物脂肪加工廠[30]曾用堆肥作濾料,在濾料厚度為1m、氣體在濾層中平均停留時(shí)間為17s、過(guò)濾負(fù)為88m3/ m2 h的情況下,將廢氣中的有機(jī)物濃度由45mg/Nm3降到3. 5mg/ Nm3,獲得了良好的除臭效果。
不同成分、濃度及氣量的氣態(tài)污染物各有其有效的生物凈化系統(tǒng)。生物吸收法適宜于處理凈化氣量較小、濃度大、易溶且生物代謝速率較低的廢氣處理; 對(duì)于氣量大、濃度低的廢氣可采用生物濾池處理系統(tǒng); 而對(duì)于負(fù)荷較高以及污染物降解后會(huì)生成酸性物質(zhì)的則以生物滴濾池為好。 在目前的廢氣生物凈化實(shí)踐中以運(yùn)行操作簡(jiǎn)單的生物濾池系統(tǒng)使用得最多, 日、德、荷、美等國(guó)家生物法處理有機(jī)廢氣的設(shè)備與裝置開(kāi)發(fā)已呈商品化態(tài)勢(shì)并且應(yīng)用效果良好,對(duì)混合有機(jī)廢氣的去除效率一般在95%以上。 目前,我國(guó)有關(guān)這方面的研究及應(yīng)用還處于起步階段,僅同濟(jì)大學(xué)、 昆明理工大學(xué)等單位進(jìn)行了初步研究。
有機(jī)廢氣生物處理是一項(xiàng)新的技術(shù), 由于生物反應(yīng)器涉及到氣、液/固相傳質(zhì)及生化降解過(guò)程,影響因素多而復(fù)雜,有關(guān)的理論研究及實(shí)際應(yīng)用還不夠深入、廣泛,許多問(wèn)題需要進(jìn)一步探討和研究。
( 1 )反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模式研究。
通過(guò)反應(yīng)機(jī)理的研究,提出決定反應(yīng)速度的內(nèi)在依據(jù),能有效地控制和調(diào)節(jié)反應(yīng)速度, 最終提高污染物的凈化效率。 盡管 O ttengraf等提出了較著名的生物膜理論[39,40] ,但該理論的提出是建立在以生物濾池為研究基礎(chǔ)上的,對(duì)生物吸收法和生物滴濾池凈化處理有機(jī)廢氣過(guò)程機(jī)理的描述不適合。在實(shí)際研究中發(fā)現(xiàn),許多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能與上述理論模型相吻合,一些現(xiàn)象也難以用上述理論作出解釋。 我們認(rèn)為,這主要是由于物濾池中存在相對(duì)較穩(wěn)定的液膜, 而生物吸收法和生物滴濾池中由于循環(huán)液的流動(dòng)性, 無(wú)法產(chǎn)生類(lèi)似的穩(wěn)定液膜。( 2)填料特性研究。
對(duì)于生物濾池和生物滴濾池來(lái)說(shuō),深入研究填料的一些特性是非常必要的。 填料的比表面積、孔隙率除與單位體積填充層生物量有關(guān),還直接影響著整個(gè)填充床的壓降及填充床是否易堵塞等問(wèn)題。更重要的一點(diǎn)是, 氣態(tài)污染物降解要經(jīng)歷一個(gè)氣相到液/固相傳質(zhì)過(guò)程, 污染物在兩相中的分配系數(shù)是整個(gè)裝置可行性的一個(gè)決定因素。 有資料表明,填料對(duì)分配系數(shù)有較大的影響, Hodge[41]、Liu[42]等在生物濾池處理蒸汽時(shí)發(fā)現(xiàn), 顆粒活性炭作填料時(shí)的分配系數(shù)是堆肥的2. 5～3倍。( 3)動(dòng)態(tài)負(fù)荷研究。
目前,絕大多數(shù)研究報(bào)道中采用的是單一組分(或幾個(gè)簡(jiǎn)單組分組合) 氣體作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,氣體負(fù)荷的變化也是非常有順序的、平穩(wěn)的, 氣速也是很 “溫和”的,而對(duì)于非常態(tài)負(fù)荷氣流、多組分復(fù)雜混合氣的研究較少。事實(shí)上,這種動(dòng)態(tài)負(fù)荷的研究是非常有實(shí)際意義的, 特別是可以解決一系列實(shí)際運(yùn)用中碰到的問(wèn)題。
一、生物法凈化有機(jī)廢氣的原理
有機(jī)廢氣生物凈化是利用微生物以廢氣中的有機(jī)組分作為其生命活動(dòng)的能源或其它養(yǎng)分,經(jīng)代謝降解,轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物( C O2, 水等)及細(xì)胞組成物質(zhì)。 與廢水的生物處理過(guò)程的最大區(qū)別在于:廢氣中的有機(jī)物質(zhì)首先要經(jīng)歷由氣相轉(zhuǎn)移到液相(或固體表面液膜)中的傳質(zhì)過(guò)程,然后在液相(或固體表面生物層)被微生物吸附降解
圖1 微生物凈化有機(jī)廢氣模式圖
由于氣液相間有機(jī)物濃度梯度、有機(jī)物水溶性以及微生物的吸附作用, 有機(jī)物從廢氣中轉(zhuǎn)移到液相(或固體表面液膜)中,進(jìn)而被微生物捕獲、吸收。在此條件下,微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化分解和同化合成, 產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物一部分溶入液相, 一部分作為細(xì)胞物質(zhì)或細(xì)胞代謝能源,還有一部分(如 CO2)則析出到空氣中。廢氣中的有機(jī)物通過(guò)上述過(guò)程不斷減少,從而得到凈化。
二、有機(jī)廢氣生物處理的工藝研究與應(yīng)用
根據(jù)微生物在有機(jī)廢氣處理過(guò)程中存在的形式, 可將處理方法分為生物吸收法(懸浮態(tài))和生物過(guò)濾法(固著態(tài)) 2類(lèi)。生物吸收法(又稱(chēng)生物洗滌法)即微生物及其營(yíng)養(yǎng)物配料存在于液體中,氣體中的有機(jī)物通過(guò)與懸浮液接觸后轉(zhuǎn)移到液體中而被微生物所降解。生物過(guò)濾法則是微生物附著生長(zhǎng)于固體介質(zhì)(填料)上,廢氣通過(guò)由介質(zhì)構(gòu)成的固定床層(填料層)時(shí)被吸附、吸收,最終被微生物降解,較典型的有生物濾池和生物滴濾池2種形式。
1. 生物吸收法( bio scrubber)
生物吸收法由一個(gè)吸收室和一個(gè)再生池構(gòu)成,如圖2所示。
圖2 生物吸收法示意圖
生物懸浮液(循環(huán)液) 自吸收室頂部噴淋而下,使廢氣中的污染物和氧轉(zhuǎn)入液相(水,實(shí)現(xiàn)質(zhì)量傳遞。吸收了廢氣中組分的生物懸浮液流入再生反應(yīng)器(活性污泥池)中,通入空氣充氧再生。被吸收的有機(jī)物通過(guò)微生物氧化作用, 最終被再生池中 的活性污泥懸浮液從液相中除去。 生物吸收法處理有機(jī)廢氣,其去除效率除了與污泥的 M LSS濃度、 pH 值、溶解氧等因素有關(guān), 還與污泥的馴化與否、營(yíng)養(yǎng)鹽的投加量及投加時(shí)間有關(guān)[ 5]。 福山等[6]在臭氣凈化處理的實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),當(dāng)活性污泥濃度控制在5000～10000m g/ L、氣速< 20m3/ h 時(shí), 裝置的負(fù)荷及去除率均較理想。 日本一鑄造廠[ 7]采用此法處理含胺、酚等污染物的氣體, 設(shè)備采用兩段洗滌塔, 裝置運(yùn)行十多年來(lái)一直保持較高的去除率( < 95 % )。德國(guó)開(kāi)發(fā)的二級(jí)洗滌脫臭裝置,臭氣從下而上經(jīng)二級(jí)洗滌,濃度從2100mg/ L 降至50mg/L,且運(yùn)行費(fèi)用極低。
生物吸收法中氣、液兩相的接觸方法除采用液相噴淋外, 還可以采用氣相鼓泡。 一般地,若氣相阻力較大可用噴淋法,反之液相阻力較大時(shí)則用鼓泡法。 鼓泡與污水生物處理技術(shù)中的曝氣相仿,廢氣從池底通入,與新鮮的生物懸浮液接觸而被吸收。由此,許多文獻(xiàn)中將生物吸收法分為洗滌式和曝氣式2種。 日本某污水處理廠用含有臭氣的空氣作為曝氣空氣送入曝氣槽,同時(shí)進(jìn)行廢水和廢氣的處理,取得了脫臭效率達(dá)99%的效果。
2.生物濾池( biofilter)
生物濾池處理有機(jī)廢氣的工藝流程如圖3所示。
圖3 生物濾池系統(tǒng)示意圖
具有一定濕度的有機(jī)廢氣進(jìn)入生物濾池,通過(guò)約 0. 5～1m厚的生物活性填料層,有機(jī)污染物從氣相轉(zhuǎn)移到生物層, 進(jìn)而被氧化分解。生物濾池的填料層是具有吸附性的濾料(如土壤、堆肥、活性炭等) 。堆肥生物濾池因其較好的通氣性和適度的通水和持水性, 以及豐富的微生物群落,能有效地去除烷烴類(lèi)化合物,對(duì)酯等生物易降解物質(zhì)的處理效果更佳。
有關(guān)生物濾池在有機(jī)廢氣處理中的研究報(bào)道,較早的有 Jennings[12]及其同事于70年代初,在莫諾特方程的基礎(chǔ)上提出了生物濾池中單組分的、非吸附性的、可生化降解的氣態(tài)有機(jī)物去除率的數(shù)學(xué)模型。而后, Ottengraf[13- 17]等依據(jù)吸收操作的傳統(tǒng)雙膜理論,在Jennings的數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出了目前在世界上公認(rèn)影響較大的生物膜理論(見(jiàn)圖4)。
另外, H odg e等[ 18]采用堆肥作填料凈化處理含蒸汽的廢氣,當(dāng)進(jìn)氣負(fù)荷不高于90g/m3 h、停留時(shí)間為30s時(shí),去除率達(dá)95%以上; Cox等[19]以珍珠巖為濾料,選用馴化篩選后的真菌降解,氣體濃度為800 mg/m3、流量為43L/h時(shí),處理效率達(dá)99%,
圖4 生物膜理論示意圖
同時(shí)測(cè)得 CO2濃度為1000ppm( 1833mg/m3); Corsi等[20]在 154mm實(shí)驗(yàn)裝置上,其同系物為凈化處理對(duì)象,在操作溫度20. 8℃、空塔氣速28～30m/h、停留時(shí)間 1. 82～1. 96min實(shí)驗(yàn)條件下,進(jìn)行堆肥法、土壤法、木屑法的平行實(shí)驗(yàn), 比較了被處理氣體通過(guò)三種填料加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)前后的去除效率, 結(jié)果發(fā)現(xiàn), 堆肥對(duì)氣體中一直保持較高的去除率( 90%～99% ) , 土壤和木屑在沒(méi)有加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的情況下去除效果較差,加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)后,去除率可達(dá)99%。
3.生物滴濾池(biotrickilng filter)
生物滴濾池處理有機(jī)廢氣的工藝流程如圖5所示。
圖5 生物滴濾池系統(tǒng)示意圖
生物滴濾池與生物濾池的最大區(qū)別是填料上方噴淋循環(huán)液, 設(shè)備內(nèi)除傳質(zhì)過(guò)程外還存在很強(qiáng)的生物降解作用。與生物濾池相似,生物滴濾池使用的是粗碎石、塑料、陶瓷等一類(lèi)填料,填料的表面是微生物區(qū)系形成的幾毫米厚的生物膜,填料比表面積一般為 100～300m2/ m3。這一方面為氣體通過(guò)提供了大量的空間,另一方面,也使氣體對(duì)填料層造成的壓力以及由微生物生長(zhǎng)和生物膜疏松引起的空間堵塞的危險(xiǎn)性降到了限度。 與生物濾池相比,生物滴濾池的反應(yīng)條件( pH、溫度)易于控制(通過(guò)調(diào)節(jié)循環(huán)液的 pH、溫度) ,而生物濾池的 pH 控制則主要通過(guò)在裝填料時(shí)投配適當(dāng)?shù)墓腆w緩沖劑來(lái)完成, 一旦緩沖劑耗竭則需更新或再生濾料, 溫度的調(diào)節(jié)則需外加強(qiáng)制措施來(lái)完成, 故在處理鹵代烴、含硫、含氮等通過(guò)微生物降解會(huì)產(chǎn)生酸性代謝產(chǎn)物及產(chǎn)能較大的污染物時(shí),生物滴濾池較生物濾池更效。 Hartmans、 Diks等的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,氣速為145～156m/h、濃度為 0. 7～1. 8g/m3時(shí),去除率為80%～95%。 另外,生物滴濾池單位體積填料層微生物濃度較高,適于處理高負(fù)荷有機(jī)廢氣。 T onga等的研究表明,當(dāng)停留時(shí)間為50s、處理效率為90%時(shí),生物滴濾池處理負(fù)荷是生物濾池的 2倍;處理負(fù)荷是生物濾池的3倍以上。
另外, Pedersen等[24]在 70mm生物滴濾池中進(jìn)行了低濃度廢氣的凈化處理研究,得到最大生化去除量為45mg/ L。
三、生物法凈化有機(jī)廢氣現(xiàn)狀及需解決問(wèn)題
近年來(lái), 由于各國(guó)對(duì)有機(jī)廢氣造成的環(huán)境污染的關(guān)注,對(duì)有機(jī)廢氣的處理研究也日趨活躍。生物技術(shù)由于具有傳統(tǒng)的方法不可比擬的優(yōu)越性和安全性, 已成為世界工業(yè)廢氣凈化研究的前沿?zé)狳c(diǎn)課題之一。
生物法凈化有機(jī)廢氣的研究,國(guó)外是從80年代初逐步展開(kāi)的[28],最初應(yīng)用是在堆肥場(chǎng)和動(dòng)物脂肪加工場(chǎng)的有機(jī)廢氣脫臭處理方面[ 29]。 廢氣中所含臭味物質(zhì)主要有腐胺、脂肪酸等。 外某動(dòng)物脂肪加工廠[30]曾用堆肥作濾料,在濾料厚度為1m、氣體在濾層中平均停留時(shí)間為17s、過(guò)濾負(fù)為88m3/ m2 h的情況下,將廢氣中的有機(jī)物濃度由45mg/Nm3降到3. 5mg/ Nm3,獲得了良好的除臭效果。
不同成分、濃度及氣量的氣態(tài)污染物各有其有效的生物凈化系統(tǒng)。生物吸收法適宜于處理凈化氣量較小、濃度大、易溶且生物代謝速率較低的廢氣處理; 對(duì)于氣量大、濃度低的廢氣可采用生物濾池處理系統(tǒng); 而對(duì)于負(fù)荷較高以及污染物降解后會(huì)生成酸性物質(zhì)的則以生物滴濾池為好。 在目前的廢氣生物凈化實(shí)踐中以運(yùn)行操作簡(jiǎn)單的生物濾池系統(tǒng)使用得最多, 日、德、荷、美等國(guó)家生物法處理有機(jī)廢氣的設(shè)備與裝置開(kāi)發(fā)已呈商品化態(tài)勢(shì)并且應(yīng)用效果良好,對(duì)混合有機(jī)廢氣的去除效率一般在95%以上。 目前,我國(guó)有關(guān)這方面的研究及應(yīng)用還處于起步階段,僅同濟(jì)大學(xué)、 昆明理工大學(xué)等單位進(jìn)行了初步研究。
有機(jī)廢氣生物處理是一項(xiàng)新的技術(shù), 由于生物反應(yīng)器涉及到氣、液/固相傳質(zhì)及生化降解過(guò)程,影響因素多而復(fù)雜,有關(guān)的理論研究及實(shí)際應(yīng)用還不夠深入、廣泛,許多問(wèn)題需要進(jìn)一步探討和研究。
( 1 )反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模式研究。
通過(guò)反應(yīng)機(jī)理的研究,提出決定反應(yīng)速度的內(nèi)在依據(jù),能有效地控制和調(diào)節(jié)反應(yīng)速度, 最終提高污染物的凈化效率。 盡管 O ttengraf等提出了較著名的生物膜理論[39,40] ,但該理論的提出是建立在以生物濾池為研究基礎(chǔ)上的,對(duì)生物吸收法和生物滴濾池凈化處理有機(jī)廢氣過(guò)程機(jī)理的描述不適合。在實(shí)際研究中發(fā)現(xiàn),許多實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不能與上述理論模型相吻合,一些現(xiàn)象也難以用上述理論作出解釋。 我們認(rèn)為,這主要是由于物濾池中存在相對(duì)較穩(wěn)定的液膜, 而生物吸收法和生物滴濾池中由于循環(huán)液的流動(dòng)性, 無(wú)法產(chǎn)生類(lèi)似的穩(wěn)定液膜。( 2)填料特性研究。
對(duì)于生物濾池和生物滴濾池來(lái)說(shuō),深入研究填料的一些特性是非常必要的。 填料的比表面積、孔隙率除與單位體積填充層生物量有關(guān),還直接影響著整個(gè)填充床的壓降及填充床是否易堵塞等問(wèn)題。更重要的一點(diǎn)是, 氣態(tài)污染物降解要經(jīng)歷一個(gè)氣相到液/固相傳質(zhì)過(guò)程, 污染物在兩相中的分配系數(shù)是整個(gè)裝置可行性的一個(gè)決定因素。 有資料表明,填料對(duì)分配系數(shù)有較大的影響, Hodge[41]、Liu[42]等在生物濾池處理蒸汽時(shí)發(fā)現(xiàn), 顆粒活性炭作填料時(shí)的分配系數(shù)是堆肥的2. 5～3倍。( 3)動(dòng)態(tài)負(fù)荷研究。
目前,絕大多數(shù)研究報(bào)道中采用的是單一組分(或幾個(gè)簡(jiǎn)單組分組合) 氣體作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,氣體負(fù)荷的變化也是非常有順序的、平穩(wěn)的, 氣速也是很 “溫和”的,而對(duì)于非常態(tài)負(fù)荷氣流、多組分復(fù)雜混合氣的研究較少。事實(shí)上,這種動(dòng)態(tài)負(fù)荷的研究是非常有實(shí)際意義的, 特別是可以解決一系列實(shí)際運(yùn)用中碰到的問(wèn)題。
