復(fù)合處理工藝對(duì)于生物發(fā)酵廢氣處理效果的研究

常城

（上?；葜经h(huán)保科技有限公司，上海201611）

1 項(xiàng)目背景

隨著現(xiàn)代生物發(fā)酵技術(shù)的高速發(fā)展，生物發(fā)酵產(chǎn)品在我們生活中的應(yīng)用越來越多。在利用生物發(fā)酵技術(shù)進(jìn)行生產(chǎn)過程中必然會(huì)伴隨著發(fā)酵尾氣的產(chǎn)生，這些尾氣具有大風(fēng)量、高溫高濕、含塵量大等特點(diǎn)，且其成分組成[1]非常復(fù)雜，主要是未被利用的空氣、生產(chǎn)菌在初級(jí)代謝和次級(jí)代謝中的各種中間物和產(chǎn)物、發(fā)酵過程中的酸堿廢氣，以及有機(jī)揮發(fā)物VOCs（Volatile+Organic+Compounds）等。這種含有多組分混合物的發(fā)酵尾氣的排放，對(duì)人體及生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了較為嚴(yán)重的危害，因此，需對(duì)生物發(fā)酵工程的發(fā)酵尾氣進(jìn)行治理。

2 發(fā)酵廢氣處理技術(shù)及現(xiàn)狀

2.1 吸收技術(shù)[2]。采用水或有機(jī)溶劑作吸收劑，利用廢氣相似相溶原理，使有害氣體被吸收，從而達(dá)到凈化廢氣的目的。必要時(shí)可添加化學(xué)藥品以中和反應(yīng)消耗氨或硫化氫一類酸堿性廢氣，多用于易溶于水/有機(jī)溶劑以及酸/堿性質(zhì)廢氣，對(duì)有機(jī)/難溶性廢氣處理效果不佳。

2.2 吸附技術(shù)[3]。吸附劑發(fā)達(dá)的多孔結(jié)構(gòu)對(duì)廢氣中污染分子形成過濾作用，廢氣中大分子物質(zhì)在吸附床內(nèi)發(fā)生物理/化學(xué)吸附作用，從而達(dá)到廢氣處理效果。高溫下，絕大部分吸附劑效果不佳。多用于大風(fēng)量，低濃度溫度低于50℃。

2.3 催化燃燒技術(shù)[4]。廢氣在催化劑作用下，在200-400℃情況下，發(fā)生無焰燃燒（氧化反應(yīng)），廢氣中有機(jī)組成如烴類、苯類有機(jī)物質(zhì)快速氧化為無害的二氧化碳和水，進(jìn)而排入大氣。小風(fēng)量，高濃度、高熱值的有機(jī)廢氣；根據(jù)使用情況不同，或需添加助燃劑。

2.4 冷凝技術(shù)[5]。利用不同有機(jī)廢氣在不同溫度下具有不同飽和蒸汽壓這一特性，采用降低溫度或加壓等工藝方法，使蒸氣狀態(tài)的VOCs 冷凝并分離。高濃度VOCs，可回收有機(jī)溶劑，對(duì)低濃度或一般廢氣如氨等效果一般。

圖1 復(fù)合處理工藝流程圖

2.5 生物降解技術(shù)[6]。含有VOCs 的廢氣進(jìn)入包圍在濾料表面的活性生物層，與生物層內(nèi)的微生物發(fā)生反應(yīng)，進(jìn)行生物降解，最終生成CO2和H2O。中低濃度，大風(fēng)量，可生物降解VOCs。生物菌種培育復(fù)雜，生存條件相對(duì)復(fù)雜。

2.6 光催化反應(yīng)[7]。廢氣在特定波長(zhǎng)光作用下，廢氣受激產(chǎn)生分子激發(fā)態(tài)，然后會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成新的物質(zhì)。適用于大風(fēng)量、低濃度、有機(jī)廢氣，產(chǎn)生臭氧容易二次污染。

2.7 等離子體法[8]。當(dāng)外加電壓達(dá)到氣體的放電電壓時(shí)，產(chǎn)生各類高能電子使污染物分子在極短的時(shí)間內(nèi)發(fā)生分解，以達(dá)到降解污染物的目的。適用于大風(fēng)量、低濃度、有機(jī)廢氣。

根據(jù)對(duì)發(fā)酵廢氣性質(zhì)的測(cè)定，傳統(tǒng)單一工藝難以滿足發(fā)酵廢氣處理需求，采用多種復(fù)合工藝處理效果更佳。

3 復(fù)合處理工藝

根據(jù)發(fā)酵廢氣性質(zhì)，確定處理工藝為：

管束除塵→水洗吸收（加藥）→光催化反應(yīng)→排放

除塵采用：管束除塵塔，除塵噴淋采用自來水循環(huán)噴淋。

水洗吸收：采用自來水洗滌，加藥選擇氫氧化鈉。

光催化采用：185 nm 波長(zhǎng)紫外燈管。

其工藝流程如圖1 所示。

廢氣在離心風(fēng)機(jī)的作用下，通過主管道流入廢氣處理設(shè)備。廢氣先經(jīng)過除塵除霧工藝，將廢氣中攜帶的大量發(fā)酵霧滴和塵粒去除，隨后進(jìn)入水洗滌塔，利用噴淋在填料表層的水分去除廢氣中的易溶與水氣體及部分揮發(fā)性有機(jī)物。最后進(jìn)入光催化氧化設(shè)備，利用光解和光催化氧化技術(shù)，去除廢氣中的VOCs 成分。

管束式[9]除塵除霧：管束式除塵除霧器是主要依賴于飽和廢氣中含有大量細(xì)小霧滴的特點(diǎn)，利用大量細(xì)小霧滴高速運(yùn)動(dòng)條件下增加顆粒與霧滴碰撞的機(jī)率，霧滴與顆粒凝聚從而實(shí)現(xiàn)對(duì)此部分極微小塵粒和霧滴的捕悉脫除。

洗滌塔：塔內(nèi)氣體通過風(fēng)機(jī)由下向上送入。循環(huán)液由耐腐泵打入塔頂，塔內(nèi)特有的布液裝置使吸收液均勻向下噴淋，形成逆流吸收效果。

光催化：UV 光解催化氧化主要是利用高能紫外線光束與空氣、TiO2反應(yīng)產(chǎn)生的臭氧、·OH(羥基自由基)，對(duì)廢氣進(jìn)行協(xié)同分解氧化反應(yīng)，使大分子污染氣體鏈結(jié)構(gòu)斷裂，從而轉(zhuǎn)化為無害的小分子化合物，生成水和CO2。

經(jīng)過復(fù)合工藝處理后，發(fā)酵廢氣達(dá)標(biāo)排放。

為進(jìn)一步確認(rèn)處理效果，進(jìn)行中試實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步通過實(shí)際使用觀察效果。

4 復(fù)合工藝的實(shí)際應(yīng)用

中試背景：濱州某酵母有限公司，發(fā)酵罐廢氣。

中試規(guī)模：廢氣處理規(guī)模：2800 m3/h。

中試設(shè)備：中試設(shè)備中采用的工藝相關(guān)信息列于下表1 中：

表1 中試設(shè)備工藝信息表

檢測(cè)設(shè)備：便攜式VOC 檢測(cè)儀1 臺(tái)；便攜式NH3、H2S 檢測(cè)儀1 臺(tái)；便攜式風(fēng)速檢測(cè)儀1 臺(tái)；便攜式溫度檢測(cè)儀1 臺(tái)。

實(shí)驗(yàn)步驟：

第一組：實(shí)驗(yàn)條件:3 臺(tái)設(shè)備同時(shí)開啟（取樣時(shí)間：間隔60 分鐘）。（表2）

表2 第一組實(shí)驗(yàn)參數(shù)表

實(shí)驗(yàn)分析：

（1）從VOC 去除效果觀察：復(fù)合工藝≧單一處理工藝。

（2）NH3去除階段主要在洗滌塔內(nèi)完成。

（3）復(fù)合工藝對(duì)于氣味去除效果也尤為明顯。

第二組：實(shí)驗(yàn)條件:洗滌塔關(guān)閉，光催化除塵塔正常運(yùn)行。（表3）

表3 第二組實(shí)驗(yàn)參數(shù)表

實(shí)驗(yàn)分析：

（1）光催化設(shè)備針對(duì)NH3去除效果一般，但對(duì)VOCs 處理效果較好。

（2）光催化針對(duì)氣味去除也有良好效果。

第三組：實(shí)驗(yàn)條件:3 設(shè)備同時(shí)開，同時(shí)洗滌循環(huán)水箱加堿（氫氧化鈉）至pH10。（表4）

表4 第三組實(shí)驗(yàn)參數(shù)表

實(shí)驗(yàn)分析：加藥后VOCs 處理效果略優(yōu)于普通復(fù)合工藝。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

（1）單一處理工藝難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜工況如發(fā)酵廢氣的處理需求。

（2）多類復(fù)合廢氣處理工藝聯(lián)用，廢氣處理效果大幅上升。

（3）必要的添加化學(xué)藥品能有效提升處理效果。

5 結(jié)論

隨著社會(huì)進(jìn)一步發(fā)展，各類工業(yè)產(chǎn)品種類及生產(chǎn)工藝的繁雜多樣，勢(shì)必造成廢氣組成復(fù)雜性，單一沿用傳統(tǒng)廢氣處理工藝必將被社會(huì)所淘汰。

傳統(tǒng)廢氣處理工藝難以應(yīng)對(duì)復(fù)雜工況下的廢氣，尤其對(duì)于發(fā)酵廢氣這類大風(fēng)量、異味大，成分復(fù)雜且含氨的廢氣。在此類工況下，應(yīng)使用復(fù)合廢氣處理工藝，即針對(duì)廢氣組成中含量較多的成分做針對(duì)處理，必要時(shí)需要投加化學(xué)藥品等。

綜合而言，復(fù)合處理工藝作為更適用于當(dāng)下大多數(shù)的工業(yè)廢氣處理，環(huán)保人需要不斷鉆研其中，改進(jìn)與發(fā)展。