生物過濾塔處理苯乙烯隔油池廢氣中試實(shí)驗(yàn)

劉 巍，李 壯，孫紅珍，楊艷妮，薛 強(qiáng)，李 剛，付學(xué)紅，郭 陽

(1.中國石油吉林石化公司 研究院,吉林 吉林 132021；2.中國石油吉林石化公司 化肥廠,吉林 吉林 132021；3.中國石油吉林石化公司染料廠,吉林 吉林 132021)

近年來，揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的污染問題和治理措施日益受到政府、企業(yè)和社會公眾的關(guān)注和重視。生物法因其運(yùn)行成本低、性能可靠、處理效果好、二次污染小等特點(diǎn)成為去除VOCs的主要方法[1]，其中生物過濾塔因在去除有機(jī)廢氣方面具有穩(wěn)定高效的性能而廣泛應(yīng)用[2-4]。

作者針對苯乙烯隔油池廢氣開展生物過濾塔中試實(shí)驗(yàn)研究，探討了停留時(shí)間和溫度對生物過濾塔的影響，并考察長周期運(yùn)行穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放效果。

1 生物法中試實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

生物過濾塔處理苯乙烯隔油池廢氣中試工藝流程圖見圖1，主要設(shè)備見表1。

圖1 工藝流程圖

表1 主要設(shè)備規(guī)格型號、主要指標(biāo)

2個(gè)生物過濾塔串聯(lián)，通過排氣管道末端風(fēng)機(jī)抽氣，將空氣與隔油池逸散口逸散出的VOCs氣體混合，抽入第一個(gè)滴濾塔從塔底部進(jìn)入，在填料層與填料表面的微生物膜接觸發(fā)生降解反應(yīng)后，經(jīng)塔頂排氣口排出進(jìn)入第二個(gè)生物過濾塔，在第二個(gè)生物過濾塔由頂部進(jìn)入，經(jīng)塔內(nèi)填料層表面微生物處理后由塔底排出至大氣環(huán)境。

每個(gè)生物過濾塔配有一套為塔內(nèi)微生物生長提供營養(yǎng)物質(zhì)的營養(yǎng)液噴淋系統(tǒng)，為間歇噴淋。營養(yǎng)液由自吸泵打入生物過濾塔，經(jīng)塔頂進(jìn)入，由塔底排出，營養(yǎng)液循環(huán)使用。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

1.2.1 填料

實(shí)驗(yàn)中所采用的填料的性質(zhì)見表2。

表2 填料(海綿塊)的性質(zhì)

1.2.2 營養(yǎng)液

中試實(shí)驗(yàn)中所用營養(yǎng)液由清華大學(xué)提供，主要成分：硝酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀配置而成，主要是給填料層微生物提供必要的氮源和磷源。

1.2.3 菌種

實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)階段所用的接種污泥為污水廠好氧池活性污泥。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法與過程

菌種準(zhǔn)備：取污水廠生化系統(tǒng)活性污泥備用。

營養(yǎng)液準(zhǔn)備：主要成分(g/L)NaNO3：10；Na2HPO4：0.7；KH2PO4:0.52；自來水300 L。

將約30 L活性污泥倒入生物濾塔營養(yǎng)液水池內(nèi)，開啟水泵，噴淋2 min，流量4 t/h，然后開啟風(fēng)機(jī)。

實(shí)驗(yàn)運(yùn)行操作條件見表3。

表3 生物過濾塔操作運(yùn)行條件

1.4 分析方法

實(shí)驗(yàn)過程中分析指標(biāo)及分析方法見表4。

表4 實(shí)驗(yàn)分析方法

2 生物過濾塔處理苯乙烯隔油池廢氣中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1 VOCs去除能力

生物過濾塔對非甲烷總烴、苯、甲苯、乙苯、苯乙烯去除效果見圖2～圖6，由圖2可以看出生物過濾塔的非甲烷總烴進(jìn)氣負(fù)荷在0.5～47 000 mg/m3。在一定范圍內(nèi)的進(jìn)氣負(fù)荷下，生物過濾塔均能獲得較好的去除效果。

由圖上可以看出生物過濾塔運(yùn)行共分為2個(gè)階段，第一個(gè)階段為生物過濾塔掛膜期，第一階段約為生物過濾塔啟動(dòng)開始后的20天，這個(gè)階段填料內(nèi)部的微生物菌群逐漸生長并形成生物膜，對非甲烷總烴的去除率也逐漸上升，第二階段為當(dāng)生物過濾塔裝置穩(wěn)定運(yùn)行階段，在濾塔啟動(dòng)完成后，由于進(jìn)氣負(fù)荷變化以及環(huán)境溫度變化，濾塔在不同運(yùn)行條件下呈現(xiàn)出不同的VOCs去除性能，去除率在20%～95%波動(dòng)。

運(yùn)行日期圖2 運(yùn)行期間非甲烷總烴去除效果

運(yùn)行日期圖3 運(yùn)行期間苯去除效果

運(yùn)行日期圖4 運(yùn)行期間甲苯去除效果

運(yùn)行日期圖5 運(yùn)行期間乙苯去除效果

運(yùn)行日期圖6 運(yùn)行期間苯乙烯去除效果

2.2 不同濃度條件下生物過濾塔對污染物的去除效率

實(shí)驗(yàn)考察了非甲烷總烴在不同濃度條件下生物過濾塔對污染物的去除效率，見圖7。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)氣非甲烷總烴濃度在965 mg/m3以下時(shí)，出口非甲烷總烴濃度2.93 mg/m3～90.10 mg/m3，平均去除效率91%。

進(jìn)氣非甲烷總烴濃度在1 000 mg/m3～5 000 mg/m3時(shí)，出口非甲烷總烴濃度336 mg/m3～3 910 mg/m3，平均去除效率32%。

濃度實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)氣非甲烷總烴濃度在965 mg/m3以下時(shí)，經(jīng)過生物過濾塔處理后排放的廢氣中非甲烷總烴可滿足GB31571的排放要求。此時(shí)，特征污染物苯、甲苯、乙苯、苯乙烯均能滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求，苯、甲苯、乙苯、苯乙烯的去除效果見圖8～圖11。

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖7 非甲烷總烴去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖8 苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖9 甲苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖10 乙苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖11 苯乙烯的去除效率

2.3 不同停留時(shí)間生物過濾塔的去除效率

考察了停留時(shí)間6.5、10、13、20 s條件下污染物的去除效率。

不同停留時(shí)間條件下非甲烷總烴、苯、甲苯、乙苯和苯乙烯的去除效率見圖12～圖16。

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖12 不同停留時(shí)間非甲烷總烴的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖13 苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖14 甲苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖15 乙苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖16 苯乙烯的去除效率

由圖12～圖16可知，停留時(shí)間由6.5 s延長至13 s，苯系物及非甲烷總烴的去除效率明顯提高，但繼續(xù)延長停留時(shí)間至20 s時(shí)，污染物的去除效率沒有明顯提升，因此可確定中試裝置生物過濾塔最佳停留時(shí)間13 s。

2.4 溫度對生物過濾塔的去除效率的影響

中試實(shí)驗(yàn)考察了溫度對生物過濾塔處理效率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖17～圖21。

圖17 不同溫度條件下非甲烷總烴的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖18 苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖19 甲苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖20 乙苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖21 苯乙烯的去除效率

實(shí)驗(yàn)自7月26日啟動(dòng)，至10月25日結(jié)束，前期環(huán)境溫度在15 ～26 ℃，非甲烷總烴、苯、甲苯、乙苯和苯乙烯的去除效率較高，出口廢氣中非甲烷總烴、苯、甲苯、乙苯和苯乙烯均能滿足GB31571排放標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)入10月12日后，環(huán)境溫度降到7～14 ℃，非甲烷總烴、苯、甲苯、乙苯和苯乙烯的去除效率下降明顯，導(dǎo)致不能達(dá)標(biāo)排放。由此可見，氣溫對微生物代謝污染物能力的影響很大，最低溫度不應(yīng)低于15 ℃。

2.5 生物過濾塔長期穩(wěn)定運(yùn)行達(dá)標(biāo)排放情況

為了忽略過高進(jìn)氣VOCs負(fù)荷以及低溫對數(shù)據(jù)的影響，生物過濾塔穩(wěn)定運(yùn)行期間取9月6日至10月12日，對生物過濾塔運(yùn)行效果進(jìn)行評價(jià)。各指標(biāo)達(dá)標(biāo)情況見圖22。

由圖22可知，各污染物在生物過濾塔穩(wěn)定運(yùn)行期間達(dá)標(biāo)效果均較好，但是存在幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)超標(biāo)的情況，經(jīng)過數(shù)據(jù)分析，主要超標(biāo)原因是因?yàn)樯镞^濾塔進(jìn)氣濃度過高。

a 非甲烷總烴

3 結(jié) 論

生物過濾塔對苯系物去除效果較好。

生物過濾塔最佳停留時(shí)間13 s。

氣溫對微生物代謝污染物能力的影響很大，最低溫度不應(yīng)低于15 ℃。

進(jìn)氣非甲烷總烴濃度在965 mg/m3以下時(shí)，出口非甲烷總烴濃度2.93～90.10 mg/m3，平均去除效率91%。

進(jìn)氣非甲烷總烴濃度在1 000～5 000 mg/m3時(shí)，出口非甲烷總烴濃度336～3 910 mg/m3，平均去除效率32%。