工業廢氣的生物處理方法
摘要: 生物法處理工業廢氣是一種經濟有效的方法。 生物濾池和生物滴濾池是兩種最常用的生物處理系統, 適于處理多種揮發性有機物(VOCs) 和許多工業廢氣中的無機蒸氣物質。 介紹了生物濾池和生物滴濾池處理廢氣系統的特點、原理和應用實例。
關鍵詞: 生物法, 生物濾池, 生物滴濾池, 揮發性有機物(VOCs)
隨著公眾環保意識的不斷提高和執行環保排放標準愈來愈嚴格, 有害空氣污染物質(HAPs) 和工廠臭氣造成的環境污染問題越來越受到人們的重視。 處理廢氣有多種方法, 其中生物法是一種有效的、費用較低的、沒有二次污染的方法。 筆者對生物法和其他的處理廢氣方法進行對比, 重點介紹生物濾池和生物滴濾池處理廢氣系統的特點、原理和應用實例。
1 工業廢氣的物理化學處理方法
污染物質可以通過熱處理、活性炭吸附或化學洗滌從工業廢氣中去除。 熱處理包括直接燃燒和催化氧化。 當有機污染物質的濃度高時, 熱處理的方法是有效的。 然而, 當有機物的濃度低時, 熱處理的費用將很高, 原因是需要的燃料較多; 活性炭吸附中, 有機污染化合物被吸附到炭表面, 從而產生清潔空氣。 每單位質量的炭的吸附數量同空氣中污染物質的濃度有關, 濃度低時吸附率低。 因此, 當污染物的濃度降低時, 吸附每單位質量的污染物所需的炭量將變得很大; 洗滌作用對于去除許多有毒氣體和其它高溶解度的化合物有效, 但是運行費用高。
2 工業廢氣的生物處理方法
工業廢氣的生化處理系統屬于一種環保友好技術。 相對于上述的處理方法, 生物法更加適用于處理低濃度的有毒空氣污染物質(HAPs) , 且具有投資運行費用省、維護管理簡單、不產生二次污染等特點。 在歐洲, 燃料費用較高, 關于惡臭的規范也很嚴格, 所以廣泛采用生物法去除惡臭氣體。
生物法的實質是利用有孔的、潮濕的介質上聚集的活性微生物的生命活動, 將廢氣中的有害物質轉變為簡單的無機物(如CO 2 和H2O ) 或組成自身細胞。 一般認為生物法凈化有機廢氣需經歷三個步驟: ① 有機廢氣成分首先同水接觸并溶于水中(即由氣相擴散進入液相) ; ② 溶解于液相中的有機成分在濃度差的推動下, 進一步擴散至介質周圍的生物膜(如圖1 所示) , 進而被其中的微生物捕捉并吸收; ③ 進入微生物體內的有機污染物在其自身的代謝過程中作為能源和營養物質被分解, 經生物化學反應最終轉化為無害的化合物(如CO 2 和H2O ) 。 這一過程見圖1。
 |
兩種最常用的生物處理系統是生物濾池和生物滴濾池: 生物濾池中, 有孔的介質通過進氣的濕度調節器和偶爾的噴淋而保持潮濕(如圖2 所示) ; 生物滴濾池中, 水流穩定地、持續地循環穿過濾床, 對處理后的空氣進行持續收集(見圖3) 。
 |
2.1 生物濾池系統
生物濾池的最初形式是通過挖掘溝渠, 在溝中放置空氣布水系統, 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帶來堵塞問題, 只有少量的這樣的系統存在著。 現在大多數的生物濾池用木片或肥料填充。 如圖2 所示, 廢氣通過配水系統進入濾池底部, 然后穿過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。 采用噴淋系統來保持填料潮濕, 當下雨和噴淋量大的時候, 用排放系統來排出多余的水。 這種生物濾池在運行之前, 要求對填料進行篩濾來控制孔隙尺寸, 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, 填料上活性環境使多種的微生物立即開始起作用, 降解的過程中填料提供營養物質。 較低的水頭損失和理想的活性環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。 當肥料軟化時容易產生水平和垂直壓縮作用。 水平壓縮使濾床內部產生裂縫, 也有可能使濾床離開容器壁; 而垂直壓縮使填料孔隙堵塞, 從而增大了水頭損失。 當廢氣經過填料到達裂縫和開口處, 處理過程就失敗了。 如果增濕和噴淋系統運行不好, 由于干化作用也可能使填料發生收縮。 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的問題, 人們開始采用混合無機填料。Mon san to 使用獲得專利的聚苯乙烯水珠和有機材料作為填料。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。 用均一的無機填料不僅可以解決填料壓縮問題, 而且還可以降低水頭損失。 無機填料提供的是無營養物或接種的環境, 其所需的較低的水力負荷使干燥更加容易。 采用無機混合填料的生物濾池必須小心地對其進行管理, 提供適當的填料接種環境, 小心地控制水的流量, 營養物的添加要有規律性。 總之, 如果這些問題能夠解決的話, 無機填料可以提供最大的降解率, 也可以使生物濾池做得更小。實際運行中, 采用可編程的邏輯編輯器對生物濾池的運行進行監控, 以便調整運行參數, 反常條件下可以關掉系統。
用木片或肥料做填料的生物濾池同無機混合填料生物濾池相比, 其運行和管理費用較低, 但是處理效果比后者差, 因此, 可以根據當地實際情況做出選擇。
2.2 生物滴濾池系統
生物滴濾池不同于生物濾池, 它要求水流連續地通過有孔的填料, 這樣可以有效地防止填料干燥, 精確地控制營養物濃度與pH 值。 另外, 由于生物滴濾池底部要建有水池來實現水的循環運行, 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, 生物滴濾池的反應器的尺寸可以比生物濾池的小。 但是, 生物滴濾池的機械復雜性高, 從而使投資和運行費用增加。 由于這些原因, 所以生物滴濾池最適于那些污染物質濃度高導致生物濾池堵塞、有必要控制pH 值和使用空間有限的地方。
2.3 工業廢氣生物處理法的應用
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為可能會阻塞濾床, 從而應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, 但相對其他處理方法, 用生物處理方法可以得到穩定的處理。 一般情況下, 生物處理系統較其他的處理系統體積較大, 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性有機物 (VOCs) 和許多工業廢氣中的無機蒸氣物質。 這些物質中含有氮、氯或可產生少量酸的硫化合物。 例如, H2S 通常是惡臭問題的來源, 用生物濾池可以得到很好的處理, 僅僅是產生少量的酸。 在處理低濃度的易降解的污染物質方面, 生物濾池和生物滴濾池是最成功的。
在美國新澤西州的Law renceville, 采用生物滴濾池處理揮發性有機物(VOCs)、有害空氣污染物質 (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, 處理的廢氣來自工業廢水、煉油廠的處理池。 處理流程是: 污染氣體下向流, 同循環的液體一起運行, 經過兩個生物滴濾池(填料是455 kg 的活性炭) 處理后而排放。 系統的設計參數是: 空氣進氣流速3 000 m3/h; 反應器面積為3.1 m × 9. 1 m , 完全由玻璃纖維合成樹脂制成, 濾床體積為31m 3; 氣體停留時間為36 s; 平均有機負荷率大約是。2 g/(m3·h) 。 對于污染物質的去除, 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4 個獨立的250 kg 的活性炭吸附柱進行處理。 活性炭的更新和再生需要一個月的時間, 每年需花費36 000 美元, 而生物滴濾池的每年費用為5 000 美元。
3 結 論
相對于傳統的處理廢氣的方法, 如燃燒法、化學洗滌法、催化氧化法和吸附法, 生物法的優點是: 維護管理方便, 費用較低, 沒有二次污染, 對人類健康和生態的影響較少, 適宜處理多種揮發性有機物(VOCs) 和許多工業廢氣中的無機蒸氣物質。 生物法在工業的廢氣處理方面將發揮越來越重要的作用。
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
