生物滴濾池處理甲苯廢氣研究

1、生物滴濾池處理甲苯廢氣研究 摘要：本文以甲苯廢氣作為實驗氣體，以階梯環(huán)和鮑爾環(huán)作為生物滴濾池的填料，探討了生物滴濾池對含低濃度揮發(fā)性有機物(VOC)廢氣的處理效果、過程及影響因素。實驗研究表明：在實驗溫度為2030，進氣中甲苯濃度2001000mg/m3，容積負荷6.230.9mg/Lh，停留時間為117s，投配液量40L/h，生物滴濾池對甲苯的去除效率在87100%。甲苯負荷、停留時間和進氣濃度是影響甲苯去除效率的重要因素。 關(guān)鍵詞：揮發(fā)性有機廢氣(VOCs) 生物滴濾法 甲苯 生物降解 甲苯是一種重要的化工原料和有機溶劑，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中廣泛應用。甲苯在常溫下為無色液體，極易揮發(fā)，其蒸汽對眼

2、睛、呼吸道、皮膚有很強的刺激性，吸入八小時濃度為375-750mg/m3的甲苯蒸汽時，會出現(xiàn)疲憊、惡心、錯覺、活動失靈、全身無力、惡心、頭痛等癥狀;長時間吸入會因呼吸器官中樞麻痹而導致死亡。在我國規(guī)定排放的工業(yè)氣體中甲苯的濃度必須小于60mg/m3。生物法用于VOCs物質(zhì)處理具有投資少、運行管理方便、處理效率高、無二次污染等優(yōu)點.目前，生物法凈化低濃度有機廢氣已成為當今世界上人們廣泛關(guān)注的發(fā)展方向和前沿研究課題之一1.2。本研究選擇甲苯為VOCs代表，選取階梯環(huán)和鮑爾環(huán)為填料，研究滴濾池凈化VOCs的性能，為生物法在VOCs凈化領(lǐng)域的應用提供依據(jù)。1 材料與方法1.1 實驗裝置與流程工藝流程及

3、試驗裝置如圖1所示。生物滴濾塔由直徑250mm，高1700mm不銹鋼材料制成，其中填料層高度為660mm，分三層安裝，每層填料高度220mm。上兩層填料為15171mm的鮑爾環(huán)，最下層為25121mm階梯環(huán).每層之間采 （生物滴濾池處理甲苯廢氣研究 用不銹鋼多孔板支撐。1.2 廢氣氣源由空壓機輸送出的壓縮空氣首先進入緩沖罐，再分成主、輔兩條氣路.輔氣路向純甲苯瓶中吹入少量的空氣，促使甲苯氣體從甲苯瓶中揮發(fā)出來，而后，這部分帶有甲苯的氣體與主氣路的空氣混合，混合均勻后得到一定濃度的甲苯廢氣。在試驗過程中依靠調(diào)節(jié)主、輔氣路內(nèi)氣體流量比例改變進氣濃度。1.3 測試指標及手段主要測定項目有：(1)甲苯

4、濃度，采用檢知管法，監(jiān)測范圍01000mg/m3;(2)氣體和液體流量采用轉(zhuǎn)子流量計計量;(3)微生物相：光學顯微鏡觀察攝影。1.4 微生物的培養(yǎng)和馴化接種污泥取自邯鄲市東效污水廠運行良好的氧化溝，該混合液MLSS為4000mg/L，泥生物相豐富，經(jīng)過三天的強化培養(yǎng)，可以進行接種掛膜，掛膜馴化方法見文獻3。2 實驗結(jié)果與分析2.1 甲苯的去除效果在溫度為2030，投配液量0.8m3/m2h，進氣量為1m3/h，改變進口甲苯濃度(2001000mg/m3)，相應負荷為6.230.9mg/Lh。運行兩個多月，生物滴濾塔在穩(wěn)定條件下的運行結(jié)果如表1所示。氣體流量(m3/h)停留時間(s)空塔氣速(h

5、r-1)投配液量(L/H)進氣濃度(mg/m3)出氣濃度(mg/m3)去除效率(%)容積負荷(mg/Lh)去除速度(mg/Lh)11172040200未檢出1006.26.2300未檢出1009.39.3400未檢出10012.312.350059915.415.360059918.518.4700309621.620.7800659224.722.7900809127.825.310001308730.926.92.2 進氣濃度對甲苯去除效率的影響從圖2可以發(fā)現(xiàn)，甲苯的去除效率隨進氣濃度的增加而下降，尤其是進氣量較大時這種下降趨勢更為明顯。這是因為在生物滴濾池中，微生物對甲苯雖有一定的降解能

6、力，但這種能力是有限的，隨著進氣濃度的增加，微生物承受的甲苯負荷越來越大，雖然單位時間微生物降解甲苯的量增加，但由于微生物降解能力有限，甲苯的去除效率逐漸降低。從表1可以看出，生物滴濾池對甲苯的降解速率均隨著進氣濃度的增加而增加，而且在進氣濃度較小時，降解速率隨進氣濃度增加增大較快，而濃度繼續(xù)增大，降解速率增大緩慢，當達到某一值時，降解速率達到極限，不再增加。這是因為當甲苯濃度低于某一值時，甲苯在生物膜表面的傳質(zhì)速率遠小于其在生物膜中的生化降解速率，被吸附的甲苯分子會被微生物迅速消耗掉，此時甲苯的生化降解速率隨廢氣中甲苯濃度的增加而線性增加，生化反應為一級反應。當廢氣中甲苯濃度超過一定濃度值時

7、，甲苯分子在生物膜表面的傳質(zhì)過程逐漸進入飽和與穩(wěn)定狀態(tài)，即傳質(zhì)與生化反應達到了動態(tài)平衡，表現(xiàn)為生化反應速率不再隨甲苯濃度的增加而改變，而是保持在一定范圍內(nèi)，這時生化反應為零級反應。2.3 停留時間對甲苯去除效率的影響保持營養(yǎng)液循環(huán)量為40L/h，通過改變氣體流量，進行了三個不同停留時間(即117s、78s和59s)下甲苯的去除效率實驗。由圖2可知，隨著停留時間的縮短，甲苯的去除效率降低，并且停留時間不同下降的速度不同。停留時間越短去除效率下降的越快。對于相同進氣濃度，停留時間越長，去除效率越高。這是因為停留時間較長時，有利于進氣中的甲苯擴散進入生物膜，微生物對 本文生物滴濾池處理甲苯廢氣研究(

8、2)- 甲苯降解較充分。2.4 噴灑量的影響實驗條件：停留時間為78s，進氣濃度為500mg/m3，考察了噴灑量對甲苯凈化效率的影響。由圖3可以看出：增加噴淋量，甲苯的凈化效果提高，當達到某一值時，凈化效率變化不大。這主要是由于噴淋量過小，會導致填料上的水分被蒸發(fā)過度、填料干燥，微生物生長的液體環(huán)境受到破壞，細胞與環(huán)境滲透壓差急劇增加，導致細胞失水而死亡，從而影響甲苯的凈化效率;當循環(huán)噴淋量增加，對填料表面生物膜的水力沖刷增強，生物膜更新加快，有利于降低微生物生長的環(huán)境滲透壓及微生物降解甲苯中間產(chǎn)物的濃度，但當噴灑量過多時有可能引起填料的持水量增加過多，使填料的配氣不均勻而導致降解效果下降。由

9、此可見，適量的噴淋水會有利于系統(tǒng)降解甲苯的能力的保持。3 生物滴濾塔的恢復運行試驗考慮到實際運行 中要受到周末停止運行的影響，在進氣量為1.5m3/L，進氣濃度為490mg/m3條件下，進行了恢復性實驗。停止供氣48h(不停止供給營養(yǎng)液)，表示周末停止運行情況，48h后開始正常運行，恢復實驗結(jié)果如表2所示。由表2可以看出，在停止運行48h后，大約80min后生物滴濾塔可以恢復到原來狀態(tài)，該生物滴濾池恢復時間快，適用于間歇運行的條件。時間(min)051015253550658090100進氣濃度(mg/m3)490490490490490490490490490490490出氣濃度(mg/m3)4904003402802001701301008787874 結(jié)論1)以鮑爾環(huán)和階梯環(huán)作為填料，采用城市污水處理廠的污泥接種，快速排泥法掛膜，在低負荷下直流馴化，生物滴濾塔的掛膜和馴化時間短。2)實驗溫度20-300，氣體流量1-2m3/h，進氣甲苯濃度小于1000mg/m3，容積負荷4.6-30.9mg/L.h，生物滴濾池對