采用生物滴濾法凈化有機廢氣的應用研究

林楷洲

深圳市生態環境監測站,廣東 深圳 518107

0 引言

有機廢氣又被稱為揮發性有機物(volatile organic compounds,VOCS),具有一定的毒性,對人類和植物的危害性不容忽視,會導致癌癥、畸形、突變等嚴重問題。同時,有機廢氣會與大氣中的CO2產生反應,形成臭氧,導致空氣中的臭氧含量上升,生態環境會直接受到影響。因此,尋求合理科學的有機廢氣治理途徑和方法已成為環保領域亟待解決的熱點問題[1]。采用生物滴濾法凈化有機廢氣,具有易于操作和管理、治理效率高、凈化效果好以及無二次污染等優勢,關注生物滴濾法的優勢。本文將研究其應用,凸顯有機廢氣治理的經濟性、實用性、高效性和綠色性,以此推動生物滴濾法能夠被廣泛應用于工業及其他領域。

1 生物滴濾法工作機理及應用優勢

生物滴濾法是一種常見的廢水、廢氣處理方法,是生物過濾工藝的升級與改進。該方法采用碎石、塑料顆粒、碳素纖維等惰性物質作為填料,在有機廢氣經過濾塔或濾料層表面與其中所形成的生物膜相接觸,使生物膜中的微生物對有機廢氣進行降解或轉化為自身物質。

隨著環境治理事業的深入發展,生物滴濾法中采用的填料物質、使用的技術等都在不斷升級和優化。采用生物滴濾法的優勢體現在以下幾個方面。

1)在凈化有機廢氣時根據生物滴濾法的工作機理,分析廢氣種類選擇適宜的填料和菌種,有利于提升廢氣治理效率質量。

2)去除經生物降解產生酸性代謝物的有機廢氣。

3)與傳統的生物滴濾塔相比,材料作出調整后,多采用立方多面結構,增加氣相與液相的接觸面積,在提升傳質效率與質量的同時,也在不斷擴大空間,一方面減少了設備壓降,另一方面也減少了生物膜疏松所導致的空間堵塞問題。

4)由微生物所形成的生物膜來降解和轉化其中的污染物,效果明顯且沒有二次污染問題。

2 生物滴濾法在有機廢氣治理中應用的影響因素

2.1 填料的選擇和填料的濕度控制

填料的選擇是生物滴濾法應用時首要應考慮的內容,因為填料是影響微生物生長環境的重要影響因素,比表面積、結構強度、水分滯留能力、空隙率、密度等都會直接影響到微生物的生長及有機廢氣的治理。同時,要對材料的選擇進行嚴格把關,若所選擇的材料不合理,會導致氣流通過不暢,或者生物膜脫落、氣體排出堵塞等,還會影響填料的使用壽命,導致有機廢氣治理運作成本提高。

另外,填料的濕度控制也是生物滴濾法應用時需要注重的操作參數。眾所周知,微生物在生長過程中離不開相應的水文條件,而為微生物生長提供水文條件的則是生物滴濾塔中的填料含水率,生物滴濾法中的濕度是依靠噴淋液保持的。若濕度太低,會導致微生物性能喪失,填料本身的質量也會出現收縮或破裂現象,影響到氣體的流通;若濕度太高,會導致生物滴濾塔中的供氧不足,影響降解效率。

2.2 生物滴濾塔中的溫度控制

相比生物過濾,生物滴濾法中的溫度更易于人為控制,在有機廢氣治理期間,生物滴濾塔中的溫度可以給微生物創造良好的生長環境,控制最佳溫度,可以讓有機廢氣中的污染物質在水中溶解和在填料上吸附;若溫度控制不合理會直接降低有機廢氣治理的質量與效率。

2.3 循環液的pH值控制

與其他有機廢氣治理方法相比,生物滴濾法更有利于治理會產生酸性代謝產物的有機廢氣,酸性物質的存在會影響到整個治理環境pH值的變化,若pH值未滿足微生物生長環境需求,會導致微生物的負荷過高,發生堵塞現象,影響有機廢氣的凈化效果[2]。

2.4 噴淋液的流量及分布控制

在生物滴濾塔中噴淋液的流量及分布會影響生物滴濾法的凈化效果。若流量過小,會導致濕度無法滿足微生物生長環境對濕度的需求,影響微生物降解性能;若流量過大,填料的濕度過高,微生物的附著效率降低,不利于在整個系統中形成穩定的微生物膜。同時,如果在生物滴濾塔中噴淋液的分布產生壁流和溝流等現象,其噴淋液的實際效果無法發揮,直接影響其整體治理效果。

3 應用注意事項

3.1 選擇合適的接種污泥和營養液配比

在生物滴濾塔中,微生物菌種主要是依靠活性污泥來培育。前期應對接種污泥的整體情況進行分析,在應用到滴濾塔前將污泥中不適宜的菌種淘汰,讓相應的菌種發揮優勢,以達到良好的降解效果。

營養液一是要保障微生物良好的生長,形成穩定的生物膜,二是要讓其中所馴化的菌群保持活性。有相關研究顯示,生物滴濾法中磷、硫、鎂、鈣、鐵等營養元素都是微生物所需的營養,而一部分營養物質會影響到生物滴濾塔中的pH值和性能,因此選擇適宜的配合比,可以維持菌種的生長環境。

3.2 科學選取生物滴濾填料

生物滴濾法在有機廢氣治理中的應用機理是讓氣體從生物滴濾塔的底部進入,讓廢氣在生物滴濾塔內被其中的微生物凈化,再將已經凈化的氣體從塔頂排出(見圖1)。

圖1 生物滴濾法運作流程

在生物滴濾法的應用中,填料的影響較為明顯,在填料的選擇上應充分考慮微生物的生長需求,一般采取碎石、塑料顆粒、碳素纖維等惰性物質為微生物生長和繁殖營造良好的環境。

應選擇比表面積較大的填料,面積增加,微生物所能夠接觸到的填料面積也會隨之增加。同時,所選擇的填料應有一定的結構強度。在生物滴濾系統中,循環噴淋液會從填料層上方進入濾塔,這個過程會給填料形成一定的壓力,選擇適宜的結構強度,在生物滴濾塔內形成高空隙率、低密度的結構,可以有效避免在生物滴濾塔內產生填料壓實問題,填料與填料之間的空隙可以保障氣體的停留時間,讓有機廢氣與微生物充分發生反應。

此外,填料的濕度參數設置也需要結合有機廢氣的綜合情況考慮,將填料的濕度控制在40%～60%,生物滴濾塔內的微生物穩定性更高。填料的濕度控制也需要結合填料的空隙率和密度進行分析,密度較大,濕度控制在40%的微生物穩定性更高;密度較小,濕度控制在60%的微生物穩定性更高。

3.3 合理分析有機廢氣種類

微生物降解過程中產生酸性代謝物的污染物時,與其他治理方法相比,采用生物滴濾法效果更佳,也是這一原因使得在應用生物滴濾法治理有機廢氣時應對有機廢氣的種類進行深入分析。有相關試驗表明,生物滴濾法不適用于水溶性較差的疏水性有機廢氣的治理,因為在生物滴濾法中循環噴淋液起著重要作用,其中含有大量的水分,水溶性較差的有機廢氣在生物滴濾塔內與微生物產生反應的效果并不明顯。

4 生物滴濾法在有機廢氣治理中的應用

4.1 應用分析

1)應用在噴漆廢氣中。噴漆廢氣主要為丙酮、二甲苯、甲苯、乙酸丁酯等揮發性有機化合物成分,一般在油漆噴涂中產生,采用生物滴濾法吸收和降解。使用該方法時,填料應選擇活性炭,配合適宜的菌種進行。

2)應用在塑料、塑膠廢氣中。空氣中主要為乙烯、苯乙烯、丙烯晴等烯烴類塑料聚合物單體,是在塑料受熱時產生。一般情況下,塑料、纖維生產等采用生物滴濾法,其濃度較低,風量較大,生物滴濾法應用效果較為明顯,氣體進入滴濾塔便捷;塑料容易產生較大的味道,采用木炭等惰性材料有利于除味。

3)應用在垃圾處理廠中。垃圾處理廢氣主要為甲烷、硫化氫、氨氣等惡臭氣體,生物滴濾法具有較強的除臭優勢,能比其他有機廢氣處理方法承受更大的污染負荷,具有較強的緩沖能力,而且沒有二次污染。

4.2 應用案例探討

化工園區污水處理廠的進口臭氣濃度在3 000～7 000 mg/m3,VOCs濃度在50～150 mg/m3,整體所需處理風量在20 000 m/h左右,需要將pH控制在6～8。在采用生物滴濾法的過程中主要以火山巖為主,配合活性炭、陶瓷等填料,利用空氣壓縮機對存儲在相應物體中的有機物液體進行蒸發,形成含苯的蒸氣,與空氣中的主流氣體混合成含苯的有機廢氣,并根據填料的活性設置氣體停留時間,控制整體溫度,并在生物滴濾塔中為其營造良好的環境條件溫度(見圖2)。

圖2 某化工園區生物滴濾塔

根據監測數據分析可以發現,采用生物滴濾法獲得良好的凈化效果:臭氣凈化率大于80%,VOCs 凈化率大于60%,pH值在7左右。

5 結束語

在凈化廢氣中應用生物滴濾法具有經濟性、實用性、高效性和綠色性等特點。本文分析了影響生物滴濾法治理效果的因素,并提出應采取合理科學的措施對各影響因素進行預防和控制,以進一步推動生物滴濾法的應用,為生態環境保護提供有力保障,促進環境綠色可持續發展。