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滕州生物废气处理塔

产品时间:2020-09-11

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简要描述:

滕州生物废气处理塔
恶臭气体不仅对生态环境造成严重影响,而且对人体健康具有的危害,会使中枢神经产生障碍、病变,引起慢性病、急性病。杂环香料的阈值低、气味强度大且不愉快,在生产和包装过程中极易有大量的气味逸出,对公司内部和周边人群易造成身心不愉快。该厂产生的废气浓度较低,成分复杂,监测难度大,治理困难。国外早在20世纪50年代末便开始了恶臭气体污染治理的研究,并积累了丰富的理论知识和实践经验。

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滕州生物废气处理塔

目前净化处理VOCs 有吸收法、吸附法、冷凝法、催化燃烧法、等离子体氧化法、光催化氧化法、生物法等方法。其中,生物法相对于其他净化方法而言,具有投资低、去除效率高、能耗低、无二次污染等优点,已成为大气污染控制技术领域的研究热点之一。生物法包括生物过滤、生物洗涤和生物滴滤法三种工艺。

一、生物法净化VOCs原理

生物法净化VOCs废气的机理如图1.1所示。VOCs废气的生物净化是微生物通过代谢活动,将废气中的VOCs转化为简单的无机物(CO2,水等)及细胞组成物质的过程。废气的生物净化过程与废水的生物净化过程有很大的区别:对于前者,由于气、液相(或固体表面液膜)之间的有机物浓度梯度和水溶性的作用,废气中的污染物首先要经过气、液相间的传质过程,然后在液相中被微生物降解,产生的代谢物一部分溶于液相,一部分作为细胞物质或细胞代谢能源,还有一部分(如CO2)则从液相转移到气相。废气中的污染物通过上述过程不断减少,从而被净化。

图1.1 生物法净化VOCs机理

用于降解气相污染物的微生物种类很多,根据能源利用情况可以分为自养菌和异养菌:自养菌利用无机碳作为能源,因此一般存在于生物除臭塔中;异养菌则是通过氧化有机物来获得能量,在适宜的温度、pH值和有氧的条件下,能较快地完成降解过程。在生物滤塔运行初期,微生物对污染物有一个适应过程,其种群和数量分布逐步向适宜于处理目标污染物的情况转变。在通常情况下,对易降解的有机物,大约需10天时间,而对于难降解的有机物,所需时间则更长。

二、生物法净化VOCs的工艺

2.1 生物洗涤法(Bioscrubbing)

生物洗涤法的工艺流程见图2.1。生物洗涤塔由一个吸收塔和一个再生池构成,洗涤液(循环液)自吸收室顶部喷淋而下,废气中的VOCs和O2在这个过程中传入液相。吸收了VOCs的洗涤液再进入再生池(活性污泥池)中,洗涤液中的VOCs被再生池中的活性污泥降解,再生后的洗涤液循环使用。目前,常用的洗涤设备为喷淋塔,也可以采用多孔板式塔和鼓泡塔。一般地,若气相传质阻力较大,可用多孔板式塔;反之,液相传质阻力较大时则用鼓泡法。

由于生物洗涤器的循环洗涤液需采用活性污泥法来再生,所以在通常情况下,循环洗涤液主要是水,因此,该方法只适用于水溶性较好的VOCs,如乙醇、等,而对于难溶的VOCs,该方法则不适用。

2.2生物过滤法(Biofilitration)

生物过滤法处理VOCs废气的工艺流程如图2.2所示。VOCs废气通过增湿塔增湿后进入生物滤塔,流经约0.5~1 m厚的生物活性填料层,在这过程中,污染物从气相传入生物相,进而被氧化分解。生物过滤法工艺简单,易于操作,而且滤料具有比表面积大、吸附性能好的特性,可大大减缓入口负荷变化引起的净化效率的波动。

生物过滤反应器的性能参数主要有空床停留时间、表面负荷、质量负荷和去除率,各参数的基本含义及典型范围见表2.1。这些参数及其范围实际上也是生物过滤反应器的设计依据。其中空床接触时间表示的是废气经过反应器的相对时间,由于床内充满填料,而气体只能在填料空隙间通过或停留,因此气体的实际停留时间,应该是气体流量除以反应器的空隙体积。

生物滴滤是介于生物过滤与生物洗涤的一种生物法废气净化方法。滴滤塔中填充一定体积的惰性填料,为微生物提供一定的附着面。在生物滴滤塔中,液相是连续流动的,且进行一定的循环,如图2.3所示,循环液由滴滤塔的顶部向下喷淋,并沿着填料滴流而下同时控制着床层的湿度。循环液为微生物提供分解有机物所必需的水分和营养液。VOCs由滴滤塔的底部至上运动,流经表面附有微生物的填料,与微生物接触后被降解。

2.3 生物滴滤法(Trickling Biofiltration)

生物滴滤塔填料的选择原则与生物过滤塔基本相同,通常采用粗碎石、塑料、陶瓷等无机材料,比表面积一般为100~300 m2/m3。采用这类填料,一方面为气流通过提供了大量的空间;另一方面,也可降低填料压实程度,避免由于微生物生长和生物膜脱落引起的填料堵塞。

与生物过滤塔相比,生物滴滤塔的反应条件(pH值、湿度)易于控制(通过调节循环液的pH值、湿度),故在处理卤代烃、含硫、含氮等微生物降解过程中会产生酸性代谢产物的污染物时,生物滴滤塔较生物过滤塔更有效。另外,由于生物滴滤塔的反应条件由人为控制,所以滤塔中的环境更适于微生物的生长和繁殖,单位体积填料的生物量较生物过滤塔多,也更适于净化负荷较高的废气。

2.4 生物法工艺比较

对不同成分、浓度、气量的VOCs各有其适宜的生物净化系统。净化气量小、浓度大且生物代谢速度较低的气体污染物时,可采用以穿孔板式塔、鼓泡塔为吸收设备的生物洗涤器,以增加气液接触时间和接触面积,但系统的压降较大;对易溶气体则可采用生物喷淋塔;对于大气量、低浓度的VOCs可采用生物过滤系统,该系统工艺简单、操作方便。对于负荷较高,降解过程易产酸的VOCs则宜采用生物滴滤法。

三、国内外研究进展及研究方向

3.1 国内外研究进展

目前,生物法处理有机废气在德国、荷兰、美国和日本等国已得到广泛的应用,其中生物滤池和生物滴滤塔技术已经十分成熟。Bayer AG,Braintech Gmbh,Roth,Bioteg,HHAS,Monsanto,Comprimo B V 等公司提供的成套装置已经成功地运用于处理在酿酒厂、食品加工厂、化工厂、纸加工厂和烟草生产厂等地方中产生的有机废气,它们对VOCs 的去除率在50 %~99 %之间。R.S. Singh等采用木豆秸秆作滤料,研究生物滤池处理甲苯的效率,经过7天的运行系统达到稳定。Estela Pagans等选用城市固体废弃物中的有机部分和动物副产品堆肥做滤料,研究了生物滤池同时去除NH3和挥发性有机化合(VOCs)的效率,当NH3的负荷在846~67100 mg/(m3·h),其平均去除率为94.7 %。

我国从20 世纪90 年代起,各高校和研究机构也开展了生物处理VOCs 废气的研究。汪群慧等采用装有ZX02 型特制填料的生物滴滤塔,对某药厂青霉素生产车间精馏残液挥发出的含醋酸丁酯、正丁醇和等复杂多组分的混合有机废气,进行中试规模的动态连续处理。当醋酸丁酯、正丁醇和的最大进气质量浓度分别<20000 mg/m3、24000 mg/m3 和370 mg/m3 时,其去除率分别>95 %、92 %和接近100 %。俞敏等报道的某制药厂生物滴滤处理兼氧池高浓度恶臭废气工程装置。兼氧池恶臭成分主要是H2S,当进气量为8000 m3/h,有效平均空床停留时间为12.0 s,H2S 进气质量浓度为394.26~776.52mg/ m3、平均为524.36 mg/ m3 时,H2S 去除率保持在86.53 %~94.79 %,平均去除率为90.60 %;去除负荷为59.14~122.63 g/(m3·h),平均去除负荷为81.47 g/(m3·h)。杨虹等利用生物滴滤器处理味精厂挥发性恶臭废气,试验表明以沸石为填料的生物滴滤器能较好地处理成分复杂的挥发性恶臭气体,在进气量<3.0 m3/h、pH 为7.0~8.0、喷淋水量为2.0 L/h、温度为20~25 oC 的条件下,系统除臭效果较好,能将臭气强度从4~5 级降至0 级。

3.2 存在问题及研究方向

(1)目前,生物法仅限用于处理低浓度有机废气,如何将这些技术和方法用于高浓度有机废气的治理有待于研究。

(2)影响污染物去除率的关键过程是将污染物从气相转移到液相中,目前的大部分研究是对于易溶物和易降解污染物进行处理,在实际应用中将会受到一定的限制,开发出适合于难降解和疏水性污染物处理工艺就显得尤为迫切。利用基因工程技术开发出高效的降解菌种;添加一定的有机溶剂提高疏水性污染物的溶解性,会提高污染物的净化率。

(3)生物法所用填料的比表面积、孔隙率等直接影响反应器的生物量以及整个填充床的压降及填充床是否易堵塞问题,污染物完成从气相到液、固相传质过程,在两相中的分配系数是处理工艺可行性的决定因素。因此,改善生物滤料、填料的物理性能和使用寿命,以节省投资和能耗。

(4)在原有菌种的基础上通过选择生长条件,筛选出能高效降解VOCs的优势菌种,从而缩短反应启动时间,加快生物反应进程,提高处理效率。

 滕州生物废气处理塔

1.生物法概述

生物法处理废气主要是利用微生物将废气中有机污染物及恶臭物质降解及转化为无害或低分子化合物。

2.生物处理废气方法

目前生物处理方法主要有:生物过滤法,生物吸收法和生物滴滤法等。

3.生物过滤法原理以及工艺

生物过滤法

(1)生物过滤法原理

生物过滤法的基本原理:?生物过滤法是指将湿化的有机废气通入填充有填料如土壤、堆肥、泥煤、树皮、珍珠岩、活性炭等的生物过滤器中,与在填料上所附着生长的生物膜(微生物)接触,被微生物所吸附降解,转化为简单的无机物如(如CO2、H2O、SO42-、NO3-和Cl-等)或合成新细胞物质的过程,处理后的气体在从生物过滤器的另一端排出。

(2)生物过滤工艺

生物过滤工艺是利用有较强吸附能力的填料如松树皮、活性炭、陶粒、堆肥等完成对废气污染物的吸附,填料中有大量的微生物,微生物通过吸收捕获废气中的污染物,通过微生物的代谢作用完成对污染物的降解。

在生物过滤器工艺中,废气先通过加湿,然后进入生物过滤床。湿润的污染气流通过固定有混合菌种的多孔填料,经净化后气体被排出生物过滤器系统。生物过滤器一般不需要额外补充营养物质(营养不足时,可以偶尔喷洒,主要是补充氮源或者是磷源),这是因为生物过滤器的填料通常是土壤,堆肥,泥炭,木屑,树皮,颗粒活性炭和塑料材料或者数种材料混合使用,所以本身就为微生物的生长提供了足够的营养以及微量营养素。生物过滤器中填料大多包含丰富的菌种,当然也可以额外接种微生物。生物过滤工艺的核心是生物过滤床,理想的生物过滤床应有如下重要特征:(1)用于微生物膜生长以及气/生物膜传质的高比表面积;(2)高空隙率,以促进气体均勾分布;(3)良好的保水能力,避免床层干燥;(4)存在有效的固有营养物质;(5)存在密集的和多样化的固有菌群。

生物过滤工艺处理废气具有工艺简单、操作方便、运行成本低和处理效果好等优点,而且菌种附着在固定填料上比较稳定不易流失。当然,生物过滤工艺也有着自身的局限性,只适合处理溶解度高、易生化降解的VOCs,尤其是对高浓度废气处理效果较差,耐冲击负荷能力弱,滤床需要定期更换等缺点。

生物洗涤法

(1)生物洗涤法原理

生物洗涤法的基本原理:生物吸收法也叫生物洗涤法。它是利用由微生物、营养物和水组成的微生物吸收液处理有机废气,适合于去除可溶性有机废气。吸收了废气的微生物混合液再进行好氧处理,去除液体中吸收的污染物,经处理后的吸收液再重复使用。在生物洗涤法中,微生物及其营养物配料存在于液体中,气体污染物通过与悬浮液的接触转移到液体中,从而被微生物降解。

生物洗涤工艺

生物洗涤工艺是一个由装有惰性填料的吸收器和一个活性污泥反应器组成的悬浮活性污泥处理系统,吸收器内的惰性填充材料,其主要用于增加气液相的接触面积,而不是作为生物相的载体。洗涤循环液从吸收室顶部喷淋而下,使废气中的污染物和氧气通过溶解和吸附作用实现从气相至液相的转移,部分的有机物被直接降解,大部分的有机物进入到活性污泥处理系统,通过活性污泥系统实现有机物的降解,洗涤循环液在活性污泥系统中通过曝气再生。目前,大多数生物洗涤器的运行是以污水处理厂的活性污泥作为接种。

生物洗涤工艺的优点是阻力小压降低、填料由于具有较大的孔隙率因此不易堵塞,不需要定期更换填料,运行过程和反应条件易于控制。但是,其适合治理易溶VOCs,如醇、酮类(Henry系数<0.01),污染物浓度一般低于5000 mg/Nm3、气液传质的比表面积较小(通常<300 m2·m-3);由于生物洗涤工艺所需的运行设备较多,运行成本较高,且不宜处理进气流量较大的废气,在一定程度限制了生物洗涤工艺在处理工业废气中的应用。

生物洗涤塔

生物滴滤法

(1)生物滴滤法原理

生物滴滤法的基本原理:生物滴滤法处理VOCs的原理与生物过滤法基本相同,它是介于生物过滤法与生物洗涤法之间的一种生物处理技术。生物滴滤反应器中一般填充惰性填料,如陶瓷、碎石、珍珠岩、塑料材质填料等,在此系统中填料仅为微生物提供一定的附着表面。废气同生长在惰性填料上的生物膜(微生物)接触,从而被生物降解。

生物滴滤工艺

生物滴滤池,是一种介于生物过滤法和生物洗涤法之间的处理工艺。相比生物过滤器,生物滴滤器中所用的填料是陶瓷、木炭、聚丙烯小球、颗粒活性炭等惰性材料,其不能提供微生物生存以及生长的营养物质。填料只是作为生物生长的载体,但其填料空隙率比生物过滤器高,使用寿命更长,流体阻力小。生物滴滤器整个系统的正常工作必须要有营养液,并通过循环泵将营养液喷淋到吸收塔内的填料上,营养液中一些营养物质(主要是氮源,磷源以及一些痕量元素)外,还起到了调节pH和控制塔内湿度的作用。有机气体在进入吸收塔前也需要加湿,然后被惰性载体上的生物吸附并降解。

相比而言,生物滴滤器能处理范围更广的污染物,承受更大的污染负荷。这是因为生物滴滤器内的环境条件更好控制,而且潜在的有毒、顽固代谢产物会从系统中被清除出去。需要注意的是,生物滴滤器基于滴流的机制,因此这种工艺更适合于水溶性VOCs(Henry系数<0.1),当然由于微生物和污染物之间的接触是同时发生的,所以对于VOCs在水中溶解度没有生物洗涤器要求那么高。另外,由于微生物和污染物之间的接触发生在VOCs扩散到液膜之后,所以对生物滴滤器运行而言,液体流速和循环速度被认为是影响其性能的重要参数。

生物滴滤池的优点在于其运营和投入成本低;日常操作简便;可以人为投加必须的营养物,并调节pH值;适合中高浓度的污染物气体净化。但也有自身的局限性,比如因为塔内微生物的快速繁殖导致的填料层堵塞,压降升高,生物滴滤系统的运行效率下降,必须采取反冲洗等方法来恢复生物滴滤系统的功能,目前常用的防治填料层堵塞的方法有漫灌冲洗法、酸/碱反冲洗、营养限制等。

虽然生物法在处理挥发性有机废气方面有很多的优点和好处,但是它也有一些不足,生物法的缺点主要是所能承载的污染物负荷不能太高,因而一般占地较大。

 

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