1 引言

近年來，含低(di)濃(nong)度(du)(du)苯(ben)、甲苯(ben)、二甲苯(ben)、乙基苯(ben)、多(duo)環(huan)芳(fang)烴、有(you)機(ji)(ji)硫化物(wu)、有(you)機(ji)(ji)氯化物(wu)等揮發性(xing)有(you)機(ji)(ji)物(wu)及惡臭物(wu)質(zhi)的(de)工(gong)(gong)業有(you)機(ji)(ji)的(de)排(pai)(pai)放(fang)量不斷增加，引起(qi)大(da)氣污染(ran)日趨嚴重。這類低(di)濃(nong)度(du)(du)揮發性(xing)有(you)機(ji)(ji)的(de)污染(ran)控制(zhi)，也(ye)越來越受到(dao)人們的(de)廣(guang)泛重視，生(sheng)(sheng)物(wu)法處(chu)理低(di)濃(nong)度(du)(du)有(you)機(ji)(ji)，就是(shi)針對這類既無價值(zhi)又嚴重污染(ran)環(huan)境的(de)工(gong)(gong)業廢氣而研究開發的(de)[1，2]。據統計(ji)，“九五”初期上海工(gong)(gong)業廢氣排(pai)(pai)放(fang)中(zhong)，苯(ben)的(de)排(pai)(pai)放(fang)量達(da)到(dao)3703.2t/a[3]，本文(wen)以含苯(ben)廢氣為例，研究了生(sheng)(sheng)物(wu)滴(di)濾器對工(gong)(gong)業廢氣的(de)處(chu)理。

2 裝置與流程

2.1 裝置

實驗用(yong)生物(wu)膜(mo)(mo)填(tian)料塔(ta)(ta)，由(you)內徑(jing)為(wei)70mm的(de)有(you)機玻璃管(guan)制成(cheng)，共分7層(ceng)，每(mei)層(ceng)高度(du)為(wei)0.17m，每(mei)層(ceng)設有(you)采(cai)樣口，總高為(wei)1.19m(見圖1)。最下(xia)層(ceng)為(wei)進氣層(ceng)，不(bu)裝填(tian)料，上面6層(ceng)為(wei)填(tian)料層(ceng)，選用(yong)瓷質拉西環作(zuo)為(wei)填(tian)料。每(mei)層(ceng)填(tian)料之(zhi)間用(yong)隔板隔開，隔板的(de)開孔率(lv)大于70%。試(shi)驗在室溫(15～25℃)下(xia)進行，進氣中苯濃度(du)為(wei)50～2000mg/m3，氣體(ti)流量為(wei)100～500L/h，氣體(ti)的(de)空塔(ta)(ta)停留時間為(wei)15～83s，生物(wu)膜(mo)(mo)填(tian)料塔(ta)(ta)的(de)阻(zu)力降為(wei)29.4～49Pa。

2.2 流程

生物滴濾池實(shi)驗(yan)流程

實驗采(cai)用(yong)(yong)逆流操作(zuo)，整個系(xi)統(tong)處于負壓(ya)(ya)狀(zhuang)態(tai)(真(zhen)空度為1666Pa左(zuo)右)。苯(ben)(ben)類廢(fei)氣(qi)(qi)采(cai)用(yong)(yong)動態(tai)鼓泡法配制，空氣(qi)(qi)在外(wai)界大氣(qi)(qi)壓(ya)(ya)作(zuo)用(yong)(yong)下經(jing)(jing)過(guo)流量(liang)計(ji)進入(ru)充(chong)填(tian)有液態(tai)苯(ben)(ben)類的(de)鼓泡瓶(ping)而產生(sheng)氣(qi)(qi)泡，利用(yong)(yong)平衡分壓(ya)(ya)產生(sheng)的(de)苯(ben)(ben)類廢(fei)氣(qi)(qi)經(jing)(jing)過(guo)管道到達混合(he)瓶(ping)中(zhong)。在混合(he)瓶(ping)中(zhong)，進入(ru)的(de)空氣(qi)(qi)與苯(ben)(ben)類廢(fei)氣(qi)(qi)充(chong)分混合(he)，配制成不同(tong)濃度，經(jing)(jing)流量(liang)計(ji)調節流量(liang)后(hou)從塔(ta)底部進入(ru)填(tian)料塔(ta)，在上升的(de)過(guo)程(cheng)中(zhong)與填(tian)料表面(mian)濕(shi)(shi)潤的(de)生(sheng)物膜接觸(chu)而被凈(jing)化(hua)。凈(jing)化(hua)過(guo)程(cheng)中(zhong)需要的(de)水采(cai)用(yong)(yong)噴水系(xi)統(tong)供應，為保證以較小(xiao)的(de)水量(liang)潤濕(shi)(shi)全部填(tian)料表面(mian)，用(yong)(yong)增壓(ya)(ya)泵使水以一定壓(ya)(ya)力呈霧狀(zhuang)噴出，營養液也隨噴淋水一起加(jia)入(ru)。塔(ta)內每(mei)隔一定時(shi)間噴1次水，以保持(chi)生(sheng)物膜表面(mian)濕(shi)(shi)潤。凈(jing)化(hua)后(hou)的(de)氣(qi)(qi)體經(jing)(jing)過(guo)真(zhen)空泵后(hou)排入(ru)大氣(qi)(qi)中(zhong)。

3 測定與掛膜

3.1 分(fen)析測定(ding)

實(shi)驗用氣相(xiang)色譜法(fa)分析測定苯類污(wu)染(ran)物(wu)的(de)含量，所用儀器(qi)為(wei)日立163氣相(xiang)，填(tian)充柱涂有(you)皂土和鄰苯二甲酸正(zheng)癸酯(5%)、Chromosorbw (60～80目)。采(cai)(cai)樣用1mL注射(she)器(qi)在(zai)各采(cai)(cai)樣口直接(jie)抽取氣體進(jin)樣進(jin)行分析。

3.2 掛膜

苯(ben)類廢氣具有一(yi)定的(de)可(ke)微(wei)生物分解性，因此用配制一(yi)定濃(nong)度的(de)含苯(ben)類物質的(de)對污(wu)水廠(chang)污(wu)泥進行馴化的(de)方法進行菌種篩選。篩選所得(de)的(de)菌種溶(rong)液(以短桿(gan)菌和絲狀菌為主)進行掛膜，培養2～3d后即可(ke)通入低濃(nong)度的(de)苯(ben)類廢氣進行凈化實(shi)驗。

4 結果與討論

4.1馴化過程

掛(gua)膜后(hou)，在空(kong)塔(ta)停留(liu)時間為(wei)36.6s、氣速(su)為(wei)0.018cm/s的條件下，考(kao)察(cha)生物滴(di)濾器對含苯廢氣的去除效果，以生化(hua)去除速(su)率(lv)為(wei)參數，所(suo)得結果如圖(tu)2所(suo)示。

含(han)苯廢(fei)氣生化去除速率(lv)隨掛膜時間變化

實驗用載體對苯(ben)沒(mei)有(you)吸(xi)附作用。在(zai)剛掛膜(mo)時，由于(yu)菌(jun)種(zhong)對苯(ben)的生化去(qu)(qu)除(chu)(chu)(chu)作用較弱，基本上處于(yu)適(shi)應階(jie)段(duan)，盡管此時進口濃度(du)較低(100mg/m3以下(xia))，生化去(qu)(qu)除(chu)(chu)(chu)速率(lv)仍然很(hen)低，甚至在(zai)掛膜(mo)后的1周內未反映出(chu)反應器對氣(qi)(qi)態苯(ben)廢氣(qi)(qi)的去(qu)(qu)除(chu)(chu)(chu)效(xiao)(xiao)果。隨(sui)著(zhu)菌(jun)種(zhong)對廢氣(qi)(qi)的適(shi)應性增強，在(zai)第(di)7天(tian)出(chu)現(xian)了去(qu)(qu)除(chu)(chu)(chu)效(xiao)(xiao)果。隨(sui)后，菌(jun)種(zhong)的增長帶來了去(qu)(qu)除(chu)(chu)(chu)效(xiao)(xiao)果的不斷增長，掛膜(mo)后的第(di)3周出(chu)現(xian)了去(qu)(qu)除(chu)(chu)(chu)效(xiao)(xiao)果的快速增大直至穩定，表(biao)明馴化過(guo)程(cheng)的成功。

4.2 濃(nong)度對處(chu)理效果的影響

由于入口濃度(du)反映(ying)了反應器處(chu)(chu)理的負荷，故濃度(du)的高低將對(dui)處(chu)(chu)理效果(guo)產生(sheng)影響(xiang)。我們在馴(xun)化較長時(shi)間處(chu)(chu)理基(ji)本穩定的情況下，對(dui)濃度(du)的影響(xiang)進行(xing)了研究，此時(shi)的氣體流(liu)量為(wei)250L/h，結果(guo)如圖3和圖4。

含苯廢氣(qi)生化(hua)去除速率(lv)隨入口濃(nong)度(du)變化(hua)

含苯廢氣(qi)處(chu)理效(xiao)率隨入口濃度變化

1)在一(yi)(yi)定的(de)(de)低濃度(du)(du)范圍內(nei)，隨(sui)濃度(du)(du)的(de)(de)升高，處(chu)理效(xiao)率(lv)基本不變，而在高出(chu)一(yi)(yi)定濃度(du)(du)后(hou)，處(chu)理效(xiao)率(lv)隨(sui)濃度(du)(du)的(de)(de)提(ti)高逐(zhu)漸(jian)下降;2)在實驗濃度(du)(du)范圍內(nei)隨(sui)濃度(du)(du)升高，去(qu)除速率(lv)逐(zhu)漸(jian)上升直(zhi)到(dao)最大值。

生物(wu)滴濾(lv)器(qi)處理含苯廢氣的(de)(de)(de)(de)(de)過程是(shi)傳(chuan)質(zhi)(zhi)(zhi)—生物(wu)降(jiang)(jiang)解過程，故(gu)傳(chuan)質(zhi)(zhi)(zhi)和生物(wu)降(jiang)(jiang)解都對去(qu)(qu)除效(xiao)(xiao)果產生影響(xiang)。傳(chuan)質(zhi)(zhi)(zhi)決(jue)定著去(qu)(qu)除的(de)(de)(de)(de)(de)表(biao)觀效(xiao)(xiao)果，而生物(wu)降(jiang)(jiang)解則決(jue)定著污染物(wu)的(de)(de)(de)(de)(de)最終去(qu)(qu)除。據雙膜理論，物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)遞在于膜兩側的(de)(de)(de)(de)(de)濃(nong)度差(cha)，對亨利常(chang)數較大(da)的(de)(de)(de)(de)(de)物(wu)質(zhi)(zhi)(zhi)來說(shuo)，傳(chuan)質(zhi)(zhi)(zhi)的(de)(de)(de)(de)(de)阻力(li)在于液膜阻力(li)。若溶解度較小(xiao)，這種(zhong)影響(xiang)勢必(bi)來得強(qiang)烈(lie)，因此隨濃(nong)度的(de)(de)(de)(de)(de)升高而處理效(xiao)(xiao)率降(jiang)(jiang)低。但濃(nong)度的(de)(de)(de)(de)(de)提(ti)高還是(shi)提(ti)高了從氣相到(dao)液相的(de)(de)(de)(de)(de)傳(chuan)質(zhi)(zhi)(zhi)量，也提(ti)高了微生物(wu)降(jiang)(jiang)解的(de)(de)(de)(de)(de)基質(zhi)(zhi)(zhi)濃(nong)度，從而提(ti)高了去(qu)(qu)除速(su)率，這種(zhong)提(ti)高一直維(wei)持到(dao)所有微生物(wu)都營養(yang)充分，達到(dao)最大(da)負荷為止(zhi)。

4.3 最大生化去除速率(lv)

最大生化去除(chu)(chu)速率反(fan)映了生物(wu)對工藝廢氣中污(wu)染物(wu)的處(chu)理能力，也是(shi)系統對有機負荷去除(chu)(chu)能力的表現。我們以(yi)不(bu)同(tong)的化合物(wu)為例，試驗了同(tong)類反(fan)應器對它們的最大生化去除(chu)(chu)速率，具體結果如圖5。

不同(tong)化合物的最大生化去除速率

不(bu)(bu)同(tong)(tong)化(hua)合(he)物的最大生(sheng)(sheng)化(hua)去除速(su)率不(bu)(bu)同(tong)(tong)，這(zhe)與(yu)文獻報道吻(wen)合(he)[6]。由此可知，生(sheng)(sheng)物法處(chu)理廢氣時(shi)，最大生(sheng)(sheng)化(hua)去除速(su)率不(bu)(bu)僅與(yu)反應(ying)器有關(guan)，而且也與(yu)要處(chu)理的化(hua)合(he)物有關(guan)。

由文獻[7]可(ke)知，苯(ben)(ben)的(de)BOD5/COD =0.53，水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)溶(rong)解度(du)為(wei)820mg/L;甲(jia)苯(ben)(ben)的(de)B/C=0.61，水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)溶(rong)解度(du)為(wei)515mg/L;苯(ben)(ben)乙(yi)烯(xi)(xi)(xi)(xi)的(de)B/C=0.46，水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)溶(rong)解度(du)為(wei)125mg/L;二甲(jia)苯(ben)(ben)的(de)B/C=0.56，水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)溶(rong)解度(du)為(wei)198 mg/ L;丙烯(xi)(xi)(xi)(xi)腈(jing)的(de)B/C=0.52，水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)溶(rong)解度(du)為(wei)78748 mg/L;丙酮的(de)BOD5/COD=0.39，水(shui)(shui)中(zhong)(zhong)溶(rong)解度(du)情況為(wei)互溶(rong)。由此可(ke)見，如(ru)將(jiang)B/C值與溶(rong)解度(du)數值相(xiang)乘，所得數據對以上(shang)化(hua)合(he)物(wu)排大小順序(xu)為(wei)：丙酮>丙烯(xi)(xi)(xi)(xi)腈(jing)(40949)>苯(ben)(ben)(434.6)>甲(jia)苯(ben)(ben)(314.2)>二甲(jia)苯(ben)(ben)(110.9)>苯(ben)(ben)乙(yi)烯(xi)(xi)(xi)(xi)(57.5)，與各化(hua)合(he)物(wu)的(de)最(zui)大生(sheng)化(hua)去除速率大小順序(xu)相(xiang)同。

5結語

生(sheng)物(wu)滴濾器(qi)對氣(qi)態(tai)(tai)苯類化合物(wu)具有較強的(de)去除能(neng)力，在(zai)(zai)試(shi)驗(yan)濃(nong)(nong)度(du)范(fan)圍和(he)采用(yong)瓷質拉(la)西環作為填料時，最(zui)(zui)大去除能(neng)力可(ke)達到122g/m3.h。用(yong)生(sheng)物(wu)滴濾器(qi)處(chu)理(li)氣(qi)態(tai)(tai)苯類化合物(wu)時，濃(nong)(nong)度(du)具有較大影響，在(zai)(zai)高于某一濃(nong)(nong)度(du)時，隨(sui)著(zhu)入口(kou)濃(nong)(nong)度(du)的(de)提(ti)高，處(chu)理(li)效率逐(zhu)漸降低(di);但同時，生(sheng)化去除速(su)率卻隨(sui)濃(nong)(nong)度(du)的(de)提(ti)高而提(ti)高，一直(zhi)達到最(zui)(zui)大生(sheng)化去除速(su)率為止。

由于生(sheng)化(hua)(hua)(hua)(hua)去除(chu)速(su)(su)率(lv)反映了生(sheng)物(wu)滴濾器的(de)生(sheng)化(hua)(hua)(hua)(hua)去除(chu)能力，所以用生(sheng)物(wu)滴濾器處(chu)理氣態苯類(lei)廢(fei)氣時存(cun)在最大生(sheng)化(hua)(hua)(hua)(hua)去除(chu)速(su)(su)率(lv)。不同氣態化(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)生(sheng)物(wu)去除(chu)研究表(biao)明，生(sheng)化(hua)(hua)(hua)(hua)去除(chu)速(su)(su)率(lv)除(chu)與反應器有(you)關之外，還(huan)與被(bei)處(chu)理的(de)化(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)有(you)關。各種化(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)的(de)最大生(sheng)化(hua)(hua)(hua)(hua)去除(chu)速(su)(su)率(lv)不同，其大小順序與它們的(de)理化(hua)(hua)(hua)(hua)性質(zhi)有(you)關，即與各種化(hua)(hua)(hua)(hua)合物(wu)的(de)溶解度和BOD5/COD 數值有(you)關。

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