楊慎文,袁 健,馬兆麗,張華俊

(魚臺(tái)縣環(huán)保局,山東魚臺(tái) 272300)

用生物法技術(shù)處理廢氣的探討

楊慎文,袁 健,馬兆麗,張華俊

(魚臺(tái)縣環(huán)保局,山東魚臺(tái) 272300)

介紹了廢氣生物處理技術(shù)的幾種主要工藝和幾種新型處理技術(shù)的研究進(jìn)展,并對(duì)未來研究需解決的問題進(jìn)行了探討。

廢氣;生物處理;進(jìn)展

在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、市政設(shè)施運(yùn)行過程中產(chǎn)生的廢氣會(huì)對(duì)周圍環(huán)境造成污染,對(duì)人體健康和生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)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(yùn)行費(fèi)用低、反應(yīng)條件溫和 (常溫、常壓)、無二次污染、易于管理等優(yōu)點(diǎn),尤其在處理大流量、低濃度的廢氣時(shí)更顯其經(jīng)濟(jì)性和優(yōu)越性,因而得到了廣泛的應(yīng)用。

利用生物法處理氣體中的污染物可以追溯到20世紀(jì) 50年代中期,國外一個(gè)“利用土壤微生物處理 H2S廢氣”的專利問世以來,陸續(xù)在這一領(lǐng)域開展廣泛研究,從 20世紀(jì) 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(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)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(jī)氣體的主要方法之一。德、日、荷等國已把廢氣生物處理技術(shù)成功應(yīng)用于化工、輕工等行業(yè),投入運(yùn)行的生物凈化裝置已逾千套。

1 現(xiàn)有的廢氣生物處理技術(shù)

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(shù),早在 1923年,國外就利用土壤過濾床去除污水處理廠散發(fā)的含硫化氫等惡臭物質(zhì)的廢氣,到了 20世紀(jì) 80年代以后,其應(yīng)用范圍已擴(kuò)展到去除廢氣中許多易被生物降解的揮發(fā)性有機(jī)污染物。

生物濾池處理技術(shù)的工藝特點(diǎn)是生物相和液相都不是流動(dòng)的,而且只有一個(gè)反應(yīng)器,氣液接觸面積大、運(yùn)行和啟動(dòng)容易。生物濾池由于投資少,運(yùn)行費(fèi)用低,適于處理揮發(fā)性有機(jī)污染物,因而在處理工業(yè)揮發(fā)性有機(jī)污染物方面應(yīng)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(nóng)業(yè)產(chǎn)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(dá)到較好的效果;利用混合填料生物濾池處理揮發(fā)性有機(jī)物,可將有機(jī)物質(zhì)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(gè)裝有填料的洗滌器和一個(gè)具有活性污泥的生物反應(yīng)器構(gòu)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(zhuǎn)入液相,從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)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(yīng)器。在生物反應(yīng)器內(nèi),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(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)條件易控制,壓降小,但設(shè)備多,需外加營養(yǎng),成本較高,為了防止活性污泥沉積和降解有機(jī)物,活性污泥反應(yīng)器需要曝氣設(shè)備,并控制有關(guān)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(fā)揮作用。

生物洗滌塔適于處理工業(yè)產(chǎn)生的污染物濃度 1～5g/m3的廢氣,已成功用于一些產(chǎn)業(yè)。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(fā)的含揮發(fā)性有機(jī)物和惡臭物質(zhì)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(rèn)為是介于生物濾池和生物洗滌塔之間的處理技術(shù)。廢氣中污染物的吸收和生物降解同時(shí)發(fā)生在一個(gè)反應(yīng)裝置內(nèi)。滴濾池內(nèi)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(zhǎng)載體的作用,其空隙率比生物濾池的要高,使用壽命長(zhǎng)、阻力小。含可溶性無機(jī)營養(yǎng)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(dòng),然后由塔底排出并循環(huán)利用。廢氣由塔底進(jìn)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(yōu)點(diǎn)是只有一個(gè)反應(yīng)器,壓降低,填料不易堵塞,營養(yǎng)物和 pH易于控制,微生物代謝產(chǎn)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(fù)荷,同時(shí)具有很大的緩沖能力,操作條件亦可靈活控制調(diào)節(jié)。處理含鹵化物、硫化物和氨等產(chǎn)生酸/堿代謝物的污染,生物滴濾池更容易調(diào)節(jié) pH值,因此,在處理鹵代烴、含硫、含氮等通過微生物降解會(huì)產(chǎn)生酸性代謝產(chǎn)物及產(chǎn)能較大的污染物時(shí),生物滴濾池更有效。

生物滴濾池適于處理工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及市政設(shè)施產(chǎn)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(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)比較

生物濾池技術(shù)的工藝特點(diǎn)是生物相和液相都不是流動(dòng)的,而且只有一個(gè)反應(yīng)器,氣液接觸面積大,運(yùn)行和啟動(dòng)容易。由于投資少,運(yùn)行費(fèi)用低,廣泛適用于處理工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)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(shù)通常由一個(gè)裝有填料的洗滌器和一個(gè)具有活性污泥的生物反應(yīng)器構(gòu)成,其反應(yīng)條件易于控制,壓降小,適于處理污染物濃度較高的工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的廢氣。但設(shè)備多,需外加營養(yǎng),成本較高。另外在活性污泥反應(yīng)器中需要曝氣設(shè)備,并控制有關(guān)條件,如溫度,pH,N、P、C之間的比率等,由于其不容易調(diào)控,在應(yīng)用上常受一定的限制。

生物滴濾池吸取了以上兩種技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)。它只有一個(gè)反應(yīng)器,壓降低,填料不易堵塞,使用壽命長(zhǎng),營養(yǎng)物和 pH容易控制,承受污染負(fù)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(duì)于產(chǎn)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(shù)結(jié)合應(yīng)用,進(jìn)行廢氣的深度治理,達(dá)到更好的效果。因此該技術(shù)被廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)及市政設(shè)施的廢氣處理上。

2 新型廢氣生物處理技術(shù)開發(fā)

實(shí)際污染廢氣中,物質(zhì)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(huì)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(gè)問題,一些學(xué)者研究開發(fā)了一些特殊的生物處理反應(yīng)器如復(fù)合式生物反應(yīng)器、真菌生物濾池、低 pH值生物濾池、二段式生物反應(yīng)器等,并加以應(yīng)用,取得了較好的效果。

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

普通細(xì)菌生物濾池濕度控制不當(dāng)容易造成填料干燥、開裂,引起氣流短路,當(dāng)處理產(chǎn)酸氣體時(shí),會(huì)形成酸性積累而使反應(yīng)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(xiàn)可以解決這個(gè)問題,真菌在較低濕度,低 pH下生存的能力明顯高于細(xì)菌,特別是對(duì)于疏水性或水溶性差的有機(jī)物,真菌菌絲生長(zhǎng)形成絲網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),與氣相污染物在三維空間內(nèi)接觸,傳質(zhì)過程加快,降解效率提高。許多研究表明,真菌降解許多揮發(fā)性有機(jī)物的速率和去除能力要高于或至少與細(xì)菌相當(dāng) 。

低 pH值生物濾池的出現(xiàn)就是為了解決 H2S等產(chǎn)酸氣體的處理。低 pH值生物濾池在較低的 pH值下運(yùn)行,通過對(duì)適宜低 pH條件下生長(zhǎng)的硫桿菌等微生物的培養(yǎng),氧化去除 H2S。當(dāng) pH呈酸性時(shí),生物濾池中嗜酸性硫細(xì)菌和真菌可能占主要地位。而且,在產(chǎn)酸的生物濾池中,較少的水淋洗就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)低 pH的調(diào)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(chǎn)酸氣體,第二段是傳統(tǒng)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(fā)性有機(jī)物。還有一些學(xué)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(jìn)入第二段,第二段保持 pH中性。

3 廢氣生物處理技術(shù)存在的問題及發(fā)展趨勢(shì)

(1)實(shí)際生產(chǎn)過程中排放的廢氣往往為復(fù)雜的多組分混合氣,物質(zhì)類型多樣,水溶性、生物降解性之間都有差別,濃度波動(dòng)也比較大,多組分物質(zhì)之間常存在相互影響作用。因此,研究動(dòng)態(tài)負(fù)荷、多組分混合氣體的降解操作條件、組分間的相互作用關(guān)系和降解規(guī)律,具有非常重要的實(shí)際意義和應(yīng)用價(jià)值。另外,針對(duì)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(zhì)及生化降解過程,影響因素多而復(fù)雜,有關(guān)的理論研究及實(shí)際應(yīng)用還不夠深入、廣泛,需要進(jìn)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