挥发性有机化合物废气的生物处理技术及其工程应用文档格式.docx
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该项技术与传统的燃烧法、催化氧化法、吸收法、吸附法相比,对VOC低含量废气的处理有明显的优势。
本文主要介绍现行的德国废气生物处理技术,以期对我国相应技术的推广应用起到借鉴作用。
1废气生物处理工艺
生物处理原理
废气的生物处理技术首先应用于农业生产过程中异味气体的处理,例如养殖业中动植物加工产生的臭气、堆肥发酵和生物污泥废气处理等。
随着工业生产中产生的挥发性有机气体的污染日益严重,这项技术逐步应用到工业废气净化领域。
其净化的基本原理是:
有机废气或异味气体流经带有液体吸收剂的处理器;
在处理器中,由于废气中的污染物在气、液相之间存在浓度梯度,浓度差使其从气相转移到液相,被生存其中的微生物吸附;
通过微生物的代谢作用,有机物被分解、转化为生物质和无机物。
反应处理工艺分类
生物处理技术的基本工艺流程以生物过滤为例,如图1所示,废气经过一定的除尘、温度和湿度调节,进入生物处理单元,经过微生物的处理,气体可以达标排放。
图1有机废气的生物处理工艺流程图
根据处理运行方式不同,处理工艺主要分为生物滤床工艺和生物洗提工艺两种。
生物滤床
废气流经生物滤床中的活性滤层,有机物被滤料上的湿润水膜吸收,通过滤料上生活的微生物的代谢作用而降解。
生物滤床示意图多层布置的生物滤床
图2生物滤床
生物滤床主要由进气系统、布气承托层、生物滤层和维护装置组成。
在生物滤床处理废气过程中,微生物的活性和数量对处理效果具有决定意义,它们取决于如下因素:
进气流量、温度和湿度;
废气中物质组成;
浓度的稳定性和水溶性;
氧气和营养物的供给;
滤床的布置和温度、湿度保持;
滤料的选择;
滤床中的pH控制等。
滤料影响微生物的生长,从而直接影响净化效果。
滤料选择必须考虑滤料的孔隙率、孔径分布、比表面积、亲水性、自身气味、pH等参数。
在工程实践中,一般可选择有机滤料或无机滤料。
无机滤料选择比表面积大,有一定强度的无机填料,如加气混凝土、多孔陶粒、熔岩颗粒或矿渣等。
有机滤料主要有腐殖树皮、植物根须、枝杈、锯末、泥炭等及其混合物。
由于有机滤料廉价易得,获得广泛的应用。
有机滤料滤层一般高度在~m。
运行3~5年后,由于密实度增大造成阻力增大,应进行更换;
更换滤料时,宜分次进行,以保持滤料中微生物种群的稳定。
生物洗提工艺
生物洗提工艺采用了污染物的液体吸收和生物处理的联合作用。
废气首先被液体有选择地吸收形成混合污水,再通过微生物的作用将其中的污染物降解。
根据污水处理的方式不同,可分为活性污泥法和生物膜法,构筑物示意图如图3、图4所示。
图3生物洗提—活性污泥法示意图图4生物滴滤池示意图
从图3中可以看出,生物洗提-活性污泥法是将吸收剂和废气在吸收塔内采用通过喷淋、填料填充或曝气等方式进行混合,溶解于水的有机物被微生物吸附,排入活性污泥反应器后进一步被降解,吸收剂得到净化再生和重复使用。
因为吸收剂的再生速度不受处理负荷和吸收速度的影响,所以这种方法适用于处理生物降解速度较慢的有机物。
图4所示滴滤池中的填料上生长有大量生物膜,当废气通过其间,有机物被生物膜表面的水层吸收后被微生物吸附和降解,得到净化再生的水被重复使用。
在生物洗滤过程中,吸收剂的再生效率影响废气的吸收、净化效果和系统的能耗高低,
这主要取决于污水处理效率的高低。
而影响生物洗提工艺处理效果的因素有:
废气中有机物水溶性和生物降解难易程度;
进气温度、粉尘和有毒物质含量;
对微生物的曝气和营养物质供给;
水的温度、pH、含盐量和新鲜淡水的补充情况。
2生物反应器的应用和经济技术比较
应用范围与设计参数确定
废气生物处理的主要适用范围是:
去除异味气体和含VOC废气浓度较低的废气,废气中TOC1000mg/m3;
气体流量≤50000m3/h,气流均匀且连续;
废气的温度一般≤40℃,生物滤床工艺同时要求进气湿度95%;
废气组分易溶于水,易生物降解。
对废气中各种组分的降解情况如表1所示,可作为工艺设计的选择依据。
工程设计中,需要同时考虑废气中气体组分的种类、浓度,反应器中有效接触时间。
反应器的尺寸由面积负荷:
m3气体/;
接触时间:
s;
体积负荷:
gTOC/(m3过滤体积·
h);
或:
气味单位GE/;
m3气体/等参数确定。
实际工程中,反应器尺寸可参考同类生产企业的经验值估算,并应进行中试实验,以优化设备尺寸,降低投资。
表2、表3分别给出不同种类企业应用生物滤床和生物洗提工艺的情况。
从两种工艺的应用可以看出,生物滤床工艺对气味和易溶性有机气体去除效率较高,而生物洗提能够用于生物降解性较差的VOC废气处理。
与其他工艺的经济技术比较
在对含VOC废气处理工艺的选择中,在技术领域应考虑如下因素:
VOC的去除效率;
废气性质;
可用建设面积;
技术经济使用期;
必要的附属设施建设;
与原有治污设备的配套;
有机溶剂的回收等。
经济上主要考虑投资、运行费用和财务风险。
各种工艺的初步选择依据如表4所示。
表4VOC气体处理技术措施的适用范围及其经济指标 处理方法 浓度/ 105~11~51 排气量/ 50~1005~505 投资费用?
/ 运行费用?
/ 吸附-溶剂回收 +++++++ +++++ 40~80 ~ 吸收-溶剂回收 ++++0 +++++ 30~45 ~ 预热式-热力焚烧 +++++0 +++++ ~ ~ 预热式-催化焚烧 -0++0 -++++ 15~20 ~ 蓄热式-热力焚烧 -+++0 ++++ 16~35 ~ 蓄热式-催化焚烧 -0+++ +++++ 14~30 ~ 生物滤床法 --0++ +++++ ~ ~ 生物洗滤法 --+++ +++++ ~ ~
备注:
++,+,0,-符号表示处理技术对应不同处理状况下的经济技术适用性
++很适用,+适用,0不太适用,-不适用
3结语
随着国内对环境质量的要求不断提高,挥发性有机废气的治理工作正逐步开展。
生物处理方法利用微生物的代谢作用,对中、低浓度有机废气进行处理,具有适应性强,投资、运行费用低,二次污染小等优点,是一种自然的污染治理技术。
这种方法的不足主要有:
对气体水溶性和生物降解性有要求,反应器启动、微生物驯化、处理过程持续时间较长,运行中必须提供足够的营养元素和氧气等。
今后的研究工作应主要集中在填料选择、适宜菌种筛选和固定化、反应器优化设计及其组合应用等方面,为工艺的进一步推广应用提供技术参数。
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