采用生物滴濾法凈化有機廢氣的應(yīng)用研究

林楷洲

深圳市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測站,廣東 深圳 518107

0 引言

有機廢氣又被稱為揮發(fā)性有機物(volatile organic compounds,VOCS),具有一定的毒性,對人類和植物的危害性不容忽視,會導(dǎo)致癌癥、畸形、突變等嚴(yán)重問題。同時,有機廢氣會與大氣中的CO2產(chǎn)生反應(yīng),形成臭氧,導(dǎo)致空氣中的臭氧含量上升,生態(tài)環(huán)境會直接受到影響。因此,尋求合理科學(xué)的有機廢氣治理途徑和方法已成為環(huán)保領(lǐng)域亟待解決的熱點問題[1]。采用生物滴濾法凈化有機廢氣,具有易于操作和管理、治理效率高、凈化效果好以及無二次污染等優(yōu)勢,關(guān)注生物滴濾法的優(yōu)勢。本文將研究其應(yīng)用,凸顯有機廢氣治理的經(jīng)濟(jì)性、實用性、高效性和綠色性,以此推動生物滴濾法能夠被廣泛應(yīng)用于工業(yè)及其他領(lǐng)域。

1 生物滴濾法工作機理及應(yīng)用優(yōu)勢

生物滴濾法是一種常見的廢水、廢氣處理方法,是生物過濾工藝的升級與改進(jìn)。該方法采用碎石、塑料顆粒、碳素纖維等惰性物質(zhì)作為填料,在有機廢氣經(jīng)過濾塔或濾料層表面與其中所形成的生物膜相接觸,使生物膜中的微生物對有機廢氣進(jìn)行降解或轉(zhuǎn)化為自身物質(zhì)。

隨著環(huán)境治理事業(yè)的深入發(fā)展,生物滴濾法中采用的填料物質(zhì)、使用的技術(shù)等都在不斷升級和優(yōu)化。采用生物滴濾法的優(yōu)勢體現(xiàn)在以下幾個方面。

1)在凈化有機廢氣時根據(jù)生物滴濾法的工作機理,分析廢氣種類選擇適宜的填料和菌種,有利于提升廢氣治理效率質(zhì)量。

2)去除經(jīng)生物降解產(chǎn)生酸性代謝物的有機廢氣。

3)與傳統(tǒng)的生物滴濾塔相比,材料作出調(diào)整后,多采用立方多面結(jié)構(gòu),增加氣相與液相的接觸面積,在提升傳質(zhì)效率與質(zhì)量的同時,也在不斷擴大空間,一方面減少了設(shè)備壓降,另一方面也減少了生物膜疏松所導(dǎo)致的空間堵塞問題。

4)由微生物所形成的生物膜來降解和轉(zhuǎn)化其中的污染物,效果明顯且沒有二次污染問題。

2 生物滴濾法在有機廢氣治理中應(yīng)用的影響因素

2.1 填料的選擇和填料的濕度控制

填料的選擇是生物滴濾法應(yīng)用時首要應(yīng)考慮的內(nèi)容,因為填料是影響微生物生長環(huán)境的重要影響因素,比表面積、結(jié)構(gòu)強度、水分滯留能力、空隙率、密度等都會直接影響到微生物的生長及有機廢氣的治理。同時,要對材料的選擇進(jìn)行嚴(yán)格把關(guān),若所選擇的材料不合理,會導(dǎo)致氣流通過不暢,或者生物膜脫落、氣體排出堵塞等,還會影響填料的使用壽命,導(dǎo)致有機廢氣治理運作成本提高。

另外,填料的濕度控制也是生物滴濾法應(yīng)用時需要注重的操作參數(shù)。眾所周知,微生物在生長過程中離不開相應(yīng)的水文條件,而為微生物生長提供水文條件的則是生物滴濾塔中的填料含水率,生物滴濾法中的濕度是依靠噴淋液保持的。若濕度太低,會導(dǎo)致微生物性能喪失,填料本身的質(zhì)量也會出現(xiàn)收縮或破裂現(xiàn)象,影響到氣體的流通;若濕度太高,會導(dǎo)致生物滴濾塔中的供氧不足,影響降解效率。

2.2 生物滴濾塔中的溫度控制

相比生物過濾,生物滴濾法中的溫度更易于人為控制,在有機廢氣治理期間,生物滴濾塔中的溫度可以給微生物創(chuàng)造良好的生長環(huán)境,控制最佳溫度,可以讓有機廢氣中的污染物質(zhì)在水中溶解和在填料上吸附;若溫度控制不合理會直接降低有機廢氣治理的質(zhì)量與效率。

2.3 循環(huán)液的pH值控制

與其他有機廢氣治理方法相比,生物滴濾法更有利于治理會產(chǎn)生酸性代謝產(chǎn)物的有機廢氣,酸性物質(zhì)的存在會影響到整個治理環(huán)境pH值的變化,若pH值未滿足微生物生長環(huán)境需求,會導(dǎo)致微生物的負(fù)荷過高,發(fā)生堵塞現(xiàn)象,影響有機廢氣的凈化效果[2]。

2.4 噴淋液的流量及分布控制

在生物滴濾塔中噴淋液的流量及分布會影響生物滴濾法的凈化效果。若流量過小,會導(dǎo)致濕度無法滿足微生物生長環(huán)境對濕度的需求,影響微生物降解性能;若流量過大,填料的濕度過高,微生物的附著效率降低,不利于在整個系統(tǒng)中形成穩(wěn)定的微生物膜。同時,如果在生物滴濾塔中噴淋液的分布產(chǎn)生壁流和溝流等現(xiàn)象,其噴淋液的實際效果無法發(fā)揮,直接影響其整體治理效果。

3 應(yīng)用注意事項

3.1 選擇合適的接種污泥和營養(yǎng)液配比

在生物滴濾塔中,微生物菌種主要是依靠活性污泥來培育。前期應(yīng)對接種污泥的整體情況進(jìn)行分析,在應(yīng)用到滴濾塔前將污泥中不適宜的菌種淘汰,讓相應(yīng)的菌種發(fā)揮優(yōu)勢,以達(dá)到良好的降解效果。

營養(yǎng)液一是要保障微生物良好的生長,形成穩(wěn)定的生物膜,二是要讓其中所馴化的菌群保持活性。有相關(guān)研究顯示,生物滴濾法中磷、硫、鎂、鈣、鐵等營養(yǎng)元素都是微生物所需的營養(yǎng),而一部分營養(yǎng)物質(zhì)會影響到生物滴濾塔中的pH值和性能,因此選擇適宜的配合比,可以維持菌種的生長環(huán)境。

3.2 科學(xué)選取生物滴濾填料

生物滴濾法在有機廢氣治理中的應(yīng)用機理是讓氣體從生物滴濾塔的底部進(jìn)入,讓廢氣在生物滴濾塔內(nèi)被其中的微生物凈化,再將已經(jīng)凈化的氣體從塔頂排出(見圖1)。

圖1 生物滴濾法運作流程

在生物滴濾法的應(yīng)用中,填料的影響較為明顯,在填料的選擇上應(yīng)充分考慮微生物的生長需求,一般采取碎石、塑料顆粒、碳素纖維等惰性物質(zhì)為微生物生長和繁殖營造良好的環(huán)境。

應(yīng)選擇比表面積較大的填料,面積增加,微生物所能夠接觸到的填料面積也會隨之增加。同時,所選擇的填料應(yīng)有一定的結(jié)構(gòu)強度。在生物滴濾系統(tǒng)中,循環(huán)噴淋液會從填料層上方進(jìn)入濾塔,這個過程會給填料形成一定的壓力,選擇適宜的結(jié)構(gòu)強度,在生物滴濾塔內(nèi)形成高空隙率、低密度的結(jié)構(gòu),可以有效避免在生物滴濾塔內(nèi)產(chǎn)生填料壓實問題,填料與填料之間的空隙可以保障氣體的停留時間,讓有機廢氣與微生物充分發(fā)生反應(yīng)。

此外,填料的濕度參數(shù)設(shè)置也需要結(jié)合有機廢氣的綜合情況考慮,將填料的濕度控制在40%～60%,生物滴濾塔內(nèi)的微生物穩(wěn)定性更高。填料的濕度控制也需要結(jié)合填料的空隙率和密度進(jìn)行分析,密度較大,濕度控制在40%的微生物穩(wěn)定性更高;密度較小,濕度控制在60%的微生物穩(wěn)定性更高。

3.3 合理分析有機廢氣種類

微生物降解過程中產(chǎn)生酸性代謝物的污染物時,與其他治理方法相比,采用生物滴濾法效果更佳,也是這一原因使得在應(yīng)用生物滴濾法治理有機廢氣時應(yīng)對有機廢氣的種類進(jìn)行深入分析。有相關(guān)試驗表明,生物滴濾法不適用于水溶性較差的疏水性有機廢氣的治理,因為在生物滴濾法中循環(huán)噴淋液起著重要作用,其中含有大量的水分,水溶性較差的有機廢氣在生物滴濾塔內(nèi)與微生物產(chǎn)生反應(yīng)的效果并不明顯。

4 生物滴濾法在有機廢氣治理中的應(yīng)用

4.1 應(yīng)用分析

1)應(yīng)用在噴漆廢氣中。噴漆廢氣主要為丙酮、二甲苯、甲苯、乙酸丁酯等揮發(fā)性有機化合物成分,一般在油漆噴涂中產(chǎn)生,采用生物滴濾法吸收和降解。使用該方法時,填料應(yīng)選擇活性炭,配合適宜的菌種進(jìn)行。

2)應(yīng)用在塑料、塑膠廢氣中?？諝庵兄饕獮橐蚁⒈揭蚁?、丙烯晴等烯烴類塑料聚合物單體,是在塑料受熱時產(chǎn)生。一般情況下,塑料、纖維生產(chǎn)等采用生物滴濾法,其濃度較低,風(fēng)量較大,生物滴濾法應(yīng)用效果較為明顯,氣體進(jìn)入滴濾塔便捷;塑料容易產(chǎn)生較大的味道,采用木炭等惰性材料有利于除味。

3)應(yīng)用在垃圾處理廠中。垃圾處理廢氣主要為甲烷、硫化氫、氨氣等惡臭氣體,生物滴濾法具有較強的除臭優(yōu)勢,能比其他有機廢氣處理方法承受更大的污染負(fù)荷,具有較強的緩沖能力,而且沒有二次污染。

4.2 應(yīng)用案例探討

化工園區(qū)污水處理廠的進(jìn)口臭氣濃度在3 000～7 000 mg/m3,VOCs濃度在50～150 mg/m3,整體所需處理風(fēng)量在20 000 m/h左右,需要將pH控制在6～8。在采用生物滴濾法的過程中主要以火山巖為主,配合活性炭、陶瓷等填料,利用空氣壓縮機對存儲在相應(yīng)物體中的有機物液體進(jìn)行蒸發(fā),形成含苯的蒸氣,與空氣中的主流氣體混合成含苯的有機廢氣,并根據(jù)填料的活性設(shè)置氣體停留時間,控制整體溫度,并在生物滴濾塔中為其營造良好的環(huán)境條件溫度(見圖2)。

圖2 某化工園區(qū)生物滴濾塔

根據(jù)監(jiān)測數(shù)據(jù)分析可以發(fā)現(xiàn),采用生物滴濾法獲得良好的凈化效果:臭氣凈化率大于80%,VOCs 凈化率大于60%,pH值在7左右。

5 結(jié)束語

在凈化廢氣中應(yīng)用生物滴濾法具有經(jīng)濟(jì)性、實用性、高效性和綠色性等特點。本文分析了影響生物滴濾法治理效果的因素,并提出應(yīng)采取合理科學(xué)的措施對各影響因素進(jìn)行預(yù)防和控制,以進(jìn)一步推動生物滴濾法的應(yīng)用,為生態(tài)環(huán)境保護(hù)提供有力保障,促進(jìn)環(huán)境綠色可持續(xù)發(fā)展。