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生物法有机废气VOCs及恶臭治理工艺技术

作者: VOCS废气治理 编辑: VOCS废气治理 来源: VOCS废气治理 发布日期: 2019.06.17


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       目前净化处理VOCs 有吸收法、吸附法、冷凝法、催化燃烧法、等离子体氧化法、光催化氧化法、生物法等方法。其中,生物法相对于其他净化方法而言,具有投资低、去除效率高、能耗低、无二次污染等优点,已成为大气污染控制技术领域的研究热点之一。生物法包括生物过滤、生物洗涤和生物滴滤法三种工艺。


       一:生物法净化VOCs原理
       生物法净化VOCs废气的机理如图1.1所示。VOCs废气的生物净化是微生物通过代谢活动,将废气中的VOCs转化为简单的无机物(CO2,水等)及细胞组成物质的过程。废气的生物净化过程与废水的生物净化过程有很大的区别:对于前者,由于气、液相(或固体表面液膜)之间的有机物浓度梯度和水溶性的作用,废气中的污染物首先要经过气、液相间的传质过程,然后在液相中被微生物降解,产生的代谢物一部分溶于液相,一部分作为细胞物质或细胞代谢能源,还有一部分(如CO2)则从液相转移到气相。废气中的污染物通过上述过程不断减少,从而被净化。

       用于降解气相污染物的微生物种类很多,根据能源利用情况可以分为自养菌和异养菌:自养菌利用无机碳作为能源,因此一般存在于生物除臭塔中;异养菌则是通过氧化有机物来获得能量,在适宜的温度、pH值和有氧的条件下,能较快地完成降解过程。在生物滤塔运行初期,微生物对污染物有一个适应过程,其种群和数量分布逐步向适宜于处理目标污染物的情况转变。在通常情况下,对易降解的有机物,大约需10天时间,而对于难降解的有机物,所需时间则更长。

       二:生物法净化VOCs的工艺

       2.1 生物洗涤法(Bioscrubbing)    
       生物洗涤法的工艺流程。生物洗涤塔由一个吸收塔和一个再生池构成,洗涤液(循环液)自吸收室顶部喷淋而下,废气中的VOCs和O2在这个过程中传入液相。吸收了VOCs的洗涤液再进入再生池(活性污泥池)中,洗涤液中的VOCs被再生池中的活性污泥降解,再生后的洗涤液循环使用。目前,常用的洗涤设备为喷淋塔,也可以采用多孔板式塔和鼓泡塔。一般地,若气相传质阻力较大,可用多孔板式塔;反之,液相传质阻力较大时则用鼓泡法。

       由于生物洗涤器的循环洗涤液需采用活性污泥法来再生,所以在通常情况下,循环洗涤液主要是水,因此,该方法只适用于水溶性较好的VOCs,如乙醇、乙醚等,而对于难溶的VOCs,该方法则不适用。

       2.2生物过滤法(Biofilitration)
       生物过滤法处理VOCs废气的工艺流程如图2.2所示。VOCs废气通过增湿塔增湿后进入生物滤塔,流经约0.5~1 m厚的生物活性填料层,在这过程中,污染物从气相传入生物相,进而被氧化分解。生物过滤法工艺简单,易于操作,而且滤料具有比表面积大、吸附性能好的特性,可大大减缓入口负荷变化引起的净化效率的波动。

       生物过滤反应器的性能参数主要有空床停留时间、表面负荷、质量负荷和去除率,各参数的基本含义及典型范围。这些参数及其范围实际上也是生物过滤反应器的设计依据。其中空床接触时间表示的是废气经过反应器的相对时间,由于床内充满填料,而气体只能在填料空隙间通过或停留,因此气体的实际停留时间,应该是气体流量除以反应器的空隙体积。

       生物滴滤是介于生物过滤与生物洗涤的一种生物法废气净化方法。滴滤塔中填充一定体积的惰性填料,为微生物提供一定的附着面。在生物滴滤塔中,液相是连续流动的,且进行一定的循环,循环液由滴滤塔的顶部向下喷淋,并沿着填料滴流而下同时控制着床层的湿度。循环液为微生物提供分解有机物所必需的水分和营养液。VOCs由滴滤塔的底部至上运动,流经表面附有微生物的填料,与微生物接触后被降解。

       2.3 生物滴滤法(Trickling Biofiltration)
       生物滴滤塔填料的选择原则与生物过滤塔基本相同,通常采用粗碎石、塑料、陶瓷等无机材料,比表面积一般为100~300 m2/m3。采用这类填料,一方面为气流通过提供了大量的空间;另一方面,也可降低填料压实程度,避免由于微生物生长和生物膜脱落引起的填料堵塞。

       与生物过滤塔相比,生物滴滤塔的反应条件(pH值、湿度)易于控制(通过调节循环液的pH值、湿度),故在处理卤代烃、含硫、含氮等微生物降解过程中会产生酸性代谢产物的污染物时,生物滴滤塔较生物过滤塔更有效。另外,由于生物滴滤塔的反应条件由人为控制,所以滤塔中的环境更适于微生物的生长和繁殖,单位体积填料的生物量较生物过滤塔多,也更适于净化负荷较高的废气。

       2.4 生物法工艺比较
       对不同成分、浓度、气量的VOCs各有其适宜的生物净化系统。净化气量小、浓度大且生物代谢速度较低的气体污染物时,可采用以穿孔板式塔、鼓泡塔为吸收设备的生物洗涤器,以增加气液接触时间和接触面积,但系统的压降较大;对易溶气体则可采用生物喷淋塔;对于大气量、低浓度的VOCs可采用生物过滤系统,该系统工艺简单、操作方便。对于负荷较高,降解过程易产酸的VOCs则宜采用生物滴滤法。
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