用生物法技術處理廢氣的探討

楊慎文,袁 健,馬兆麗,張華俊

(魚臺縣環保局,山東魚臺 272300)

用生物法技術處理廢氣的探討

楊慎文,袁 健,馬兆麗,張華俊

(魚臺縣環保局,山東魚臺 272300)

介紹了廢氣生物處理技術的幾種主要工藝和幾種新型處理技術的研究進展,并對未來研究需解決的問題進行了探討。

廢氣;生物處理;進展

在工農業生產、市政設施運行過程中產生的廢氣會對周圍環境造成污染,對人體健康和生態環境造成嚴重危害。目前,廢氣處理的主要方法有吸收法、吸附法、催化法、焚燒法、冷凝法及生物法等。其中,生物法具有處理效果好、投資及運行費用低、反應條件溫和 (常溫、常壓)、無二次污染、易于管理等優點,尤其在處理大流量、低濃度的廢氣時更顯其經濟性和優越性,因而得到了廣泛的應用。

利用生物法處理氣體中的污染物可以追溯到20世紀 50年代中期,國外一個“利用土壤微生物處理 H2S廢氣”的專利問世以來,陸續在這一領域開展廣泛研究,從 20世紀 80年代起,德國和荷蘭越來越多地采用生物過濾法控制工業生產過程中產生的揮發性有機物和有毒氣體。到目前為止,生物法已逐漸成為凈化廢氣特別是有機氣體的主要方法之一。德、日、荷等國已把廢氣生物處理技術成功應用于化工、輕工等行業,投入運行的生物凈化裝置已逾千套。

1 現有的廢氣生物處理技術

1.1 生物濾池

生物濾池是最早被研究和使用的廢氣生物處理技術,早在 1923年,國外就利用土壤過濾床去除污水處理廠散發的含硫化氫等惡臭物質的廢氣,到了 20世紀 80年代以后,其應用范圍已擴展到去除廢氣中許多易被生物降解的揮發性有機污染物。

生物濾池處理技術的工藝特點是生物相和液相都不是流動的,而且只有一個反應器,氣液接觸面積大、運行和啟動容易。生物濾池由于投資少,運行費用低,適于處理揮發性有機污染物,因而在處理工業揮發性有機污染物方面應用最廣泛。生物濾池法適于處理化肥廠、污水處理廠以及工、農業產生的污染物濃度 0.5～1.0g/m3的廢氣。如梁永坤等采用接種生物濾池處理硫化氫和氨氣,達到較好的效果;利用混合填料生物濾池處理揮發性有機物,可將有機物質量濃度為 50 g/m3的廢氣中的甲乙酮和甲苯完全去除,效果明顯。

1.2 生物洗滌塔

生物洗滌塔通常由一個裝有填料的洗滌器和一個具有活性污泥的生物反應器構成。洗滌器里的噴淋柱將微小的水珠逆著氣流噴灑,使廢氣中的污染物與填料表面的水接觸,被水吸收而轉入液相,從而實現質量傳遞過程。如果污染物的濃度較低、水溶性較高,則極易被水吸收,帶入生物反應器。在生物反應器內,污染物通過活性污泥中微生物的氧化作用,最終被去除。

生物洗滌塔的優點是反應條件易控制,壓降小,但設備多,需外加營養,成本較高,為了防止活性污泥沉積和降解有機物,活性污泥反應器需要曝氣設備,并控制有關條件,如溫度,pH值,碳、氮、磷之間比率,以確保微生物在最佳條件下發揮作用。

生物洗滌塔適于處理工業產生的污染物濃度 1～5g/m3的廢氣,已成功用于一些產業。搪瓷廠烘爐釋放出的含有乙醇、丙酮、乙醇醚、芳香族化合物、樹脂等的廢氣,由煅燒裝置、鑄造車間 (含胺、酚、甲醛、氨氣)以及煉油廠排放的廢氣均可用生物洗滌塔除去。污水處理廠散發的含揮發性有機物和惡臭物質的廢氣也能利用生物洗滌塔處理。

1.3 生物滴濾池

生物滴濾池被認為是介于生物濾池和生物洗滌塔之間的處理技術。廢氣中污染物的吸收和生物降解同時發生在一個反應裝置內。滴濾池內填充粗碎石、塑料、陶瓷、聚丙烯小球、木炭、顆粒活性炭等填料比表面積大的惰性填料,填料只起生物生長載體的作用,其空隙率比生物濾池的要高,使用壽命長、阻力小。含可溶性無機營養液的液體從塔上方均勻地噴灑在填料上,液體自上向下流動,然后由塔底排出并循環利用。廢氣由塔底進入生物滴濾塔,在上升的過程中與潤濕的生物膜接觸而被凈化,凈化后的氣體由塔頂排出。

生物滴濾池的優點是只有一個反應器,壓降低,填料不易堵塞,營養物和 pH易于控制,微生物代謝產物也可以通過更換回流液體而去除,可承受比生物濾池較大的污染負荷,同時具有很大的緩沖能力,操作條件亦可靈活控制調節。處理含鹵化物、硫化物和氨等產生酸/堿代謝物的污染,生物滴濾池更容易調節 pH值,因此,在處理鹵代烴、含硫、含氮等通過微生物降解會產生酸性代謝產物及產能較大的污染物時,生物滴濾池更有效。

生物滴濾池適于處理工農業生產及市政設施產生的污染物濃度低于 0.5g/m3的廢氣。

1.4 三種廢氣生物處理技術的優缺點比較

生物濾池技術的工藝特點是生物相和液相都不是流動的,而且只有一個反應器,氣液接觸面積大,運行和啟動容易。由于投資少,運行費用低,廣泛適用于處理工農業生產中產生的揮發性有機污染物。廢氣污染物濃度處理為 0.5～1.0g/m3。

生物洗滌塔技術通常由一個裝有填料的洗滌器和一個具有活性污泥的生物反應器構成,其反應條件易于控制,壓降小,適于處理污染物濃度較高的工農業生產中的廢氣。但設備多,需外加營養,成本較高。另外在活性污泥反應器中需要曝氣設備,并控制有關條件,如溫度,pH,N、P、C之間的比率等,由于其不容易調控,在應用上常受一定的限制。

生物滴濾池吸取了以上兩種技術的優點。它只有一個反應器,壓降低,填料不易堵塞,使用壽命長,營養物和 pH容易控制,承受污染負荷大,并具特有的緩沖能力,適用于處理污染物濃度 0.5g/m3以下的廢氣。而對于產生高污染物濃度的廢氣可與吸收法、吸附法等其它廢氣處理技術結合應用,進行廢氣的深度治理,達到更好的效果。因此該技術被廣泛應用于工農業及市政設施的廢氣處理上。

2 新型廢氣生物處理技術開發

實際污染廢氣中,物質種類繁多,氣體的溶解性及可生物降解性差異比較大,而且,某種氣體的降解可能會受到其他氣體降解的影響,造成某類或某種氣體去除效率不佳。為了解決這個問題,一些學者研究開發了一些特殊的生物處理反應器如復合式生物反應器、真菌生物濾池、低 pH值生物濾池、二段式生物反應器等,并加以應用,取得了較好的效果。

李琳等利用復合式反應器中的細菌與真菌微生物的協同作用,去除混合廢氣中親水性和疏水性污染物質,得到了較好的處理效果。

普通細菌生物濾池濕度控制不當容易造成填料干燥、開裂,引起氣流短路,當處理產酸氣體時,會形成酸性積累而使反應器 pH降低,從而降低氣體的處理效果。而真菌生物濾池的出現可以解決這個問題,真菌在較低濕度,低 pH下生存的能力明顯高于細菌,特別是對于疏水性或水溶性差的有機物,真菌菌絲生長形成絲網狀結構,與氣相污染物在三維空間內接觸,傳質過程加快,降解效率提高。許多研究表明,真菌降解許多揮發性有機物的速率和去除能力要高于或至少與細菌相當 。

低 pH值生物濾池的出現就是為了解決 H2S等產酸氣體的處理。低 pH值生物濾池在較低的 pH值下運行,通過對適宜低 pH條件下生長的硫桿菌等微生物的培養,氧化去除 H2S。當 pH呈酸性時,生物濾池中嗜酸性硫細菌和真菌可能占主要地位。而且,在產酸的生物濾池中,較少的水淋洗就可以實現對低 pH的調控。

二段式生物濾池。第一段為酸性氣體生物濾池,采用惰性填料,用來處理產酸氣體,第二段是傳統的開放式生物濾池,采用碎木塊作填料,用以處理其他的一些揮發性有機物。還有一些學者提出了兩段式生物處理工藝,第一段硫化氫被氧化,pH保持在酸性,不含硫化氫的氣體進入第二段,第二段保持 pH中性。

3 廢氣生物處理技術存在的問題及發展趨勢

(1)實際生產過程中排放的廢氣往往為復雜的多組分混合氣,物質類型多樣,水溶性、生物降解性之間都有差別,濃度波動也比較大,多組分物質之間常存在相互影響作用。因此,研究動態負荷、多組分混合氣體的降解操作條件、組分間的相互作用關系和降解規律,具有非常重要的實際意義和應用價值。另外,針對難降解污染物和低濃度氣體的處理工藝和方法也需要研究。

(2)廢氣生物處理涉及到氣、液/固相傳質及生化降解過程,影響因素多而復雜,有關的理論研究及實際應用還不夠深入、廣泛,需要進一步探討和研究。

Discuss on Waste Gas Treatment by Biological Method

YANG Shen-wen,YUAN Jian,MA Zhao-li,ZHANG Hua-jun

(Yutai Environmental Protection Bureau,Yutai Shandong 272300 China)

The main several processes of biological methods treating waste gas are introduced as well as the latest research development of the treatment process.The problems needed to be solved in the future are discussed.

waste gas;biological treatment;advance

X701

A

1673-9655(2010)增 1-0064-03

2009-01-06