發(fā)性有機化合物廢氣的生物處理技術(shù)及其工程應(yīng)用

發(fā)性有機化合物廢氣的生物處理技術(shù)及其工程應(yīng)用摘要：介紹了含有揮發(fā)性有機化合物廢氣（VOC廢氣）的生物處理原理和技術(shù)應(yīng)用。對在德國應(yīng)用較廣的生物濾池和生物洗提工藝的工作原理、適用范圍、工藝設(shè)計的基本要求進行了說明。通過和其他VOC廢氣處理工藝進行的經(jīng)濟技術(shù)對比，表明了生物處理工藝在其適用范圍內(nèi)的優(yōu)越性。關(guān)鍵字：揮發(fā)性有機化合物廢氣生物處理生物濾床生物洗提反應(yīng)器在塑料、橡膠加工、油漆生產(chǎn)、汽車噴漆和涂料生產(chǎn)等諸多工業(yè)領(lǐng)域中，工業(yè)品的生產(chǎn)和加工過程產(chǎn)生了大量含有揮發(fā)性有機化合物（VolatileOrganicCompounds，VOC）的廢氣（VOC廢氣）。這些廢氣未經(jīng)處理排入大氣，在一定條件下會形成光化學(xué)污染，影響大氣質(zhì)量，影響動植物生長和人類的健康。某些有毒VOC廢氣有致殘、致畸、致癌作用，對長期暴露其中的人體造成嚴(yán)重傷害。為此，各國頒布了相應(yīng)的法令，限制該類氣體的排放，我國于1997年頒布并實施的《大氣污染綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，限定33種污染物的排放限值，其中包括苯、甲苯、二甲苯等揮發(fā)性有機物。對VOC廢氣的治理，有多種處理技術(shù)可供使用。但對于VOC濃度低、風(fēng)量大的廢氣，傳統(tǒng)工藝存在投資運行費用高、處理效率低和處理后存在二次污染等問題。近年來，逐漸發(fā)展的廢氣生物處理技術(shù)作為一種新型的空氣污染控制技術(shù)，得到日益廣泛的應(yīng)用。該項技術(shù)與傳統(tǒng)的燃燒法、催化氧化法、吸收法、吸附法相比，對VOC低含量廢氣的處理有明顯的優(yōu)勢。本文主要介紹現(xiàn)行的德國廢氣生物處理技術(shù)，以期對我國相應(yīng)技術(shù)的推廣應(yīng)用起到借鑒作用。1廢氣生物處理工藝1.1生物處理原理廢氣的生物處理技術(shù)首先應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中異味氣體的處理，例如養(yǎng)殖業(yè)中動植物加工產(chǎn)生的臭氣、堆肥發(fā)酵和生物污泥廢氣處理等。隨著工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機氣體的污染日益嚴(yán)重，這項技術(shù)逐步應(yīng)用到工業(yè)廢氣凈化領(lǐng)域。其凈化的基本原理是：有機廢氣或異味氣體流經(jīng)帶有液體吸收劑的處理器；在處理器中，由于廢氣中的污染物在氣、液相之間存在濃度梯度，濃度差使其從氣相轉(zhuǎn)移到液相，被生存其中的微生物吸附；通過微生物的代謝作用，有機物被分解、轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)和無機物。1.2反應(yīng)處理工藝分類生物處理技術(shù)的基本工藝流程以生物過濾為例，如圖1所示，廢氣經(jīng)過一定的除塵、溫度和濕度調(diào)節(jié)，進入生物處理單元，經(jīng)過微生物的處理，氣體可以達標(biāo)排放。圖1有機廢氣的生物處理工藝流程圖根據(jù)處理運行方式不同，處理工藝主要分為生物濾床工藝和生物洗提工藝兩種。1.2.1生物濾床廢氣流經(jīng)生物濾床（見圖2）中的活性濾層，有機物被濾料上的濕潤水膜吸收，通過濾料上生活的微生物的代謝作用而降解。（a）生物濾床示意圖（b）多層布置的生物濾床圖2生物濾床生物濾床主要由進氣系統(tǒng)、布氣承托層、生物濾層和維護裝置組成。在生物濾床處理廢氣過程中，微生物的活性和數(shù)量對處理效果具有決定意義，它們?nèi)Q于如下因素：進氣流量、溫度和濕度；廢氣中物質(zhì)組成；濃度的穩(wěn)定性和水溶性；氧氣和營養(yǎng)物的供給；濾床的布置和溫度、濕度保持；濾料的選擇；濾床中的pH控制等。濾料影響微生物的生長，從而直接影響凈化效果。濾料選擇必須考慮濾料的孔隙率、孔徑分布、比表面積、親水性、自身氣味、pH等參數(shù)。在工程實踐中，一般可選擇有機濾料或無機濾料。無機濾料選擇比表面積大，有一定強度的無機填料，如加氣混凝土、多孔陶粒、熔巖顆粒或礦渣等。有機濾料主要有腐殖樹皮、植物根須、枝杈、鋸末、泥炭等及其混合物。由于有機濾料廉價易得，獲得廣泛的應(yīng)用。有機濾料濾層一般高度在0.5～1.2m。運行3～5年后，由于密實度增大造成阻力增大，應(yīng)進行更換；更換濾料時，宜分次進行，以保持濾料中微生物種群的穩(wěn)定。1.2.2生物洗提工藝生物洗提工藝采用了污染物的液體吸收和生物處理的聯(lián)合作用。廢氣首先被液體（吸收劑）有選擇地吸收形成混合污水，再通過微生物的作用將其中的污染物降解。根據(jù)污水處理的方式（吸收劑再生方式）不同，可分為活性污泥法和生物膜法（生物滴濾池），構(gòu)筑物示意圖如圖3、圖4所示。跪圖月3團睜生物洗鍋提前—墨活性污泥法示灰意雖圖僵我圖參4續(xù)陜生物滴濾池示燈意圖格從眉圖哪3煉中可以看出，予生物洗攝提簡-帖活性污泥法是草將吸收劑（水偵和微生物的混嫩合液）和廢氣女在吸收塔內(nèi)采轟用通過噴淋、佳填料填充或曝寇氣等方式進行彎混合，溶解于粗水的有機物被含微生物吸附，橋排入活性污泥捕反應(yīng)器后進一呈步被降解，吸唱收劑得到凈化討再生和重復(fù)使績用。因為吸收靜劑的再生速度莖不受處理負(fù)荷怖和吸收速度的灘影響，所以這該種方法適用于猛處理生物降解擾速度較慢的有亂機物。停祝圖拘4干所示滴濾池中跡的填料上生長摸有大量生物膜勢，當(dāng)廢氣通過傍其間，有機物為被生物膜表面部的水層吸收后魔被微生物吸附尋和降解，得到更凈化再生的水秩被重復(fù)使用。聯(lián)在生物洗醉濾過程中，吸牢收劑的再生效廈率影響廢氣的黃吸收、凈化效院果和系統(tǒng)的能誓耗高低，部這主要取群決于污水處理風(fēng)效率的高低。蜜而影響生物洗信提工藝處理效段果的因素有：乏廢氣中有機物竭水溶性和生物咸降解難易程度犯；進氣溫度、腸粉塵和有毒物魚質(zhì)含量；對微莖生物的曝氣和脂營養(yǎng)物質(zhì)供給擴（架如系N所、猶P駱等）；水的溫衛(wèi)度尺、應(yīng)p割H玩、含鹽量和新藍鮮淡水的補充堂情況。論2獸使生物反應(yīng)器的即應(yīng)用和經(jīng)濟技器術(shù)比較伐鑼迫2.1誓剩應(yīng)用范圍與設(shè)眠計參數(shù)確定晉廢氣生物呢處理的主要適勾用范圍是：去瞞除異味氣體和達含底VO陡C哈廢氣濃度較低閑的廢氣，廢氣貢中帖TO榜C燦（總有機碳百）面<1000庸mg/m民3狹；氣體流蹤量袋青≤蝶50000央m疲3溜/住h仍，氣流均勻且宗連續(xù)；廢氣的僑溫度一殖般版≤昂40壽猜℃刃，生物濾床工焰藝同時要求進黃氣濕話度仰>95恥%白；廢氣組分易居溶于水，易生提物降解。對廢彩氣中各種組分成的降解情況如莫表綢1喂所示，可作為躁工藝設(shè)計的選幟擇依據(jù)。樂工程設(shè)計碑中，需要同時肯考慮廢氣中氣專體組分的種類怪、濃度，反應(yīng)病器中有效接觸梳時間。反應(yīng)器攀的尺寸由面積犯負(fù)荷粉：咳m欺3沖氣僑體是/撿（樓m辰2惠過濾面貨積矮·婆h粗）；接觸時間虧：漫s么；體積負(fù)荷楊：依gTOC/(斜m根3增過濾體耳積兼·h感)醬；或：氣味單逃位乓GE爆/宋（拴m簡3垂過濾體影積驅(qū)·涂h?。换騻?cè)：禮m稅3站氣俗體理/俘（隆m真3贏過濾體侍積胞·叉h懸）等參數(shù)確定申。酒實際工程慕中，反應(yīng)器尺黨寸可參考同類桌生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)掩驗值估算，并獵應(yīng)進行中試實卸驗，以優(yōu)化設(shè)忌備尺寸，降低旅投資。睬表基2度、日表桂3在分別給出不同方種類企業(yè)應(yīng)用悅生物濾床和生勉物洗提工藝的峽情況。從兩種戒工藝的應(yīng)用可栽以看出，生物涉濾床工藝對氣教味和易溶性有巖機氣體去除效歇率較高，而生奏物洗提能夠用釀于生物降解性蔽較差減的偵VO尼C敏廢氣處理。劍潑近2.2行浙與其他工藝的照經(jīng)濟技術(shù)比較稅棒歇已在對籍含籮VO闖C墾廢氣處理工藝郵的選擇中，在呆技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)考擔(dān)慮如下因素壘：械VO于C搜的去除效率；斑廢氣性質(zhì)（廢畝氣中有機物的禍組成宇、孟VO艱C館含量、廢氣流來量、氣味指標(biāo)區(qū)）；可用建設(shè)恭面積；技術(shù)經(jīng)港濟使用期；必博要的附屬設(shè)施腿建設(shè)（如：水詠蒸氣生產(chǎn)設(shè)施辯）；與原有治污污設(shè)備的配套狹；有機溶劑的腰回收等。經(jīng)濟業(yè)上主要考慮投湖資、運行費用儀和財務(wù)風(fēng)險。箏各種工藝的初鬼步選擇依據(jù)如水表涌4槽所示。天表勵4VO傾C復(fù)氣體處理技術(shù)投措施的適用范眠圍及其經(jīng)濟指把標(biāo)蕩們倒諷處理方法梢券訊刪濃欄度喘/突（敗gTOC范·m配N伯－及3贈）廊手>10規(guī)5嗽～詢1銳1讓～仔5<1息慨排氣店量午/猜（派1000m咽N醋3擊·h巾-1句）器籠5味0葬～諸100捏5健～栗50<5弊投資費撓用源?挎單鉛/范（乘m瀉3帽·h康-1袍）病導(dǎo)下嗓運行費績用拘?篇早敢/兩（骨1000m律3嬸·h萌-1脈）末斑吸筒附曾-摸溶劑回收稼盜鈔+++貫++++苗稼壞++++逼+生浸軋4飯0霉～兆80喘時車1.得5低～勇2.8贈礦吸賓收夢-效溶劑回收檢宗泄+++舞+0匠拿埋++++彈+償遺影3夫0賤～依45月億籃0.8承5系～島1.50貨效預(yù)熱榨式護-掏熱力焚燒躺捏喂++++再+0飽饞斷+++孤++脊襖15.鍋0楚～蹈17.5哭冷蜜1.燭5金～治2.6懂驢預(yù)熱賺式勁-洽催化焚燒消償抄-0+送+0拜堂快-++評++危斗援1拿5押～葬20蒜筑絕0.7陽5淘～飄2.60耗蓄熱確式館-戰(zhàn)熱力焚燒凳漸育-++脆+0麥甘漢+++武+負(fù)夫扶1型6啊～鉤35攏博抹0.延4桶～處2.4抬堤蓄熱轎式犧-廚催化焚燒尼淘構(gòu)-0+鵲++姑量俘+++柄++爭績祝1糧4云～竹30盜茶間0.誕5嗚～弱2.8砍元船剪生物濾床法躺剛救--0臺++鋤飛葛+++削++句勢超9.相5秘～籃15.0嶼雷棵0.1旁5匯～互1.12師閘歲紅生物洗濾法坡牧撲--+句++匠逗瓦++++尖+渣輪頸9.顫5棄～環(huán)20.0蟲鹽付0.3上0欣～蝶0.88泳備注炎：碎+個+診，毅+作，照0搖，囑-斥斬符號表示處理嗚技術(shù)對應(yīng)不同擁處理狀況下的魄經(jīng)濟技術(shù)適用群性償弦我荷++發(fā)劣很適看用蠻程，逮+條立適用幣，故0拆支不太適用凳，請-萄不適用3結(jié)語頑隨著國內(nèi)孝對環(huán)境質(zhì)量的產(chǎn)要求不斷提高骨，揮發(fā)性有機浙廢氣的治理工幼作正逐步開展情。生物處理方迷法利用微生物家的代謝作用，伸對中、低濃度額有機廢氣進行裝處理，具有適紀(jì)應(yīng)性強，投資需、運行費用低柱，二次污染小竹等優(yōu)點，是一統(tǒng)種自然的污染渴治理技術(shù)。這謝種方法的不足蛇主要有：對氣策體水溶性和生毫物降解性有要翠求，反應(yīng)器啟許動、微生物馴英化、處理過程貪持續(xù)時間較長港，運行中必須拍提供足夠的營烏養(yǎng)元素和氧氣聲等。今后的研忘究工作應(yīng)主要點集中在填料選叛擇、適宜菌種卡篩選和固定化掩、反應(yīng)器優(yōu)化五設(shè)計及其組合成應(yīng)用等方面，左為工藝的進一僅步推廣應(yīng)用提矮供技術(shù)參數(shù)。參考文獻繩撈繳1Dipl.勉-Ing.運Renate仁Huebn武e孟r毀．院Funkti歷onspri坐nzipvo窗nBiow糕aesche樹rund臘Biofil敞te笛r相．悔Entsor眨gungs-風(fēng)事后praxi盒s凡，隔200廊0梨，捐(5叛)泰：天3俘5襲～睡38振濤著2DEIU-白Karlsr浴uh佛e央．您Prozes普snachg飛eschal錄teteMa禮ssnahm希enzur傻Minde詞rungv蒼onflu菠echtig蝶enorg靠anisch暈eVerb銷indung酒e階n衡．政Umsetz帥ungde駝rIVU-市Richtl期ini躍e察：綁Lack-u敗ndKleb賽stoff-灌anwend直un搜g幼，腫2003誦否到3Thoma承sMet企a也．憶Entsch嗓eidung蠟skrite列rienbe每ider陷Auswah遼lvon貝Emissi竊onsmin陜derung參sstrat儀egien粗fuerf詠luecht厲igeor策ganisc輸heVerb災(zāi)indung席en(VO劃C屈)暫．現(xiàn)Diplom驕ar