采用生物滴滤法净化有机废气的应用研究

林楷洲

深圳市生态环境监测站,广东 深圳 518107

0 引言

有机废气又被称为挥发性有机物(volatile organic compounds,VOCS),具有一定的毒性,对人类和植物的危害性不容忽视,会导致癌症、畸形、突变等严重问题。同时,有机废气会与大气中的CO2产生反应,形成臭氧,导致空气中的臭氧含量上升,生态环境会直接受到影响。因此,寻求合理科学的有机废气治理途径和方法已成为环保领域亟待解决的热点问题[1]。采用生物滴滤法净化有机废气,具有易于操作和管理、治理效率高、净化效果好以及无二次污染等优势,关注生物滴滤法的优势。本文将研究其应用,凸显有机废气治理的经济性、实用性、高效性和绿色性,以此推动生物滴滤法能够被广泛应用于工业及其他领域。

1 生物滴滤法工作机理及应用优势

生物滴滤法是一种常见的废水、废气处理方法,是生物过滤工艺的升级与改进。该方法采用碎石、塑料颗粒、碳素纤维等惰性物质作为填料,在有机废气经过滤塔或滤料层表面与其中所形成的生物膜相接触,使生物膜中的微生物对有机废气进行降解或转化为自身物质。

随着环境治理事业的深入发展,生物滴滤法中采用的填料物质、使用的技术等都在不断升级和优化。采用生物滴滤法的优势体现在以下几个方面。

1)在净化有机废气时根据生物滴滤法的工作机理,分析废气种类选择适宜的填料和菌种,有利于提升废气治理效率质量。

2)去除经生物降解产生酸性代谢物的有机废气。

3)与传统的生物滴滤塔相比,材料作出调整后,多采用立方多面结构,增加气相与液相的接触面积,在提升传质效率与质量的同时,也在不断扩大空间,一方面减少了设备压降,另一方面也减少了生物膜疏松所导致的空间堵塞问题。

4)由微生物所形成的生物膜来降解和转化其中的污染物,效果明显且没有二次污染问题。

2 生物滴滤法在有机废气治理中应用的影响因素

2.1 填料的选择和填料的湿度控制

填料的选择是生物滴滤法应用时首要应考虑的内容,因为填料是影响微生物生长环境的重要影响因素,比表面积、结构强度、水分滞留能力、空隙率、密度等都会直接影响到微生物的生长及有机废气的治理。同时,要对材料的选择进行严格把关,若所选择的材料不合理,会导致气流通过不畅,或者生物膜脱落、气体排出堵塞等,还会影响填料的使用寿命,导致有机废气治理运作成本提高。

另外,填料的湿度控制也是生物滴滤法应用时需要注重的操作参数。众所周知,微生物在生长过程中离不开相应的水文条件,而为微生物生长提供水文条件的则是生物滴滤塔中的填料含水率,生物滴滤法中的湿度是依靠喷淋液保持的。若湿度太低,会导致微生物性能丧失,填料本身的质量也会出现收缩或破裂现象,影响到气体的流通;若湿度太高,会导致生物滴滤塔中的供氧不足,影响降解效率。

2.2 生物滴滤塔中的温度控制

相比生物过滤,生物滴滤法中的温度更易于人为控制,在有机废气治理期间,生物滴滤塔中的温度可以给微生物创造良好的生长环境,控制最佳温度,可以让有机废气中的污染物质在水中溶解和在填料上吸附;若温度控制不合理会直接降低有机废气治理的质量与效率。

2.3 循环液的pH值控制

与其他有机废气治理方法相比,生物滴滤法更有利于治理会产生酸性代谢产物的有机废气,酸性物质的存在会影响到整个治理环境pH值的变化,若pH值未满足微生物生长环境需求,会导致微生物的负荷过高,发生堵塞现象,影响有机废气的净化效果[2]。

2.4 喷淋液的流量及分布控制

在生物滴滤塔中喷淋液的流量及分布会影响生物滴滤法的净化效果。若流量过小,会导致湿度无法满足微生物生长环境对湿度的需求,影响微生物降解性能;若流量过大,填料的湿度过高,微生物的附着效率降低,不利于在整个系统中形成稳定的微生物膜。同时,如果在生物滴滤塔中喷淋液的分布产生壁流和沟流等现象,其喷淋液的实际效果无法发挥,直接影响其整体治理效果。

3 应用注意事项

3.1 选择合适的接种污泥和营养液配比

在生物滴滤塔中,微生物菌种主要是依靠活性污泥来培育。前期应对接种污泥的整体情况进行分析,在应用到滴滤塔前将污泥中不适宜的菌种淘汰,让相应的菌种发挥优势,以达到良好的降解效果。

营养液一是要保障微生物良好的生长,形成稳定的生物膜,二是要让其中所驯化的菌群保持活性。有相关研究显示,生物滴滤法中磷、硫、镁、钙、铁等营养元素都是微生物所需的营养,而一部分营养物质会影响到生物滴滤塔中的pH值和性能,因此选择适宜的配合比,可以维持菌种的生长环境。

3.2 科学选取生物滴滤填料

生物滴滤法在有机废气治理中的应用机理是让气体从生物滴滤塔的底部进入,让废气在生物滴滤塔内被其中的微生物净化,再将已经净化的气体从塔顶排出(见图1)。

图1 生物滴滤法运作流程

在生物滴滤法的应用中,填料的影响较为明显,在填料的选择上应充分考虑微生物的生长需求,一般采取碎石、塑料颗粒、碳素纤维等惰性物质为微生物生长和繁殖营造良好的环境。

应选择比表面积较大的填料,面积增加,微生物所能够接触到的填料面积也会随之增加。同时,所选择的填料应有一定的结构强度。在生物滴滤系统中,循环喷淋液会从填料层上方进入滤塔,这个过程会给填料形成一定的压力,选择适宜的结构强度,在生物滴滤塔内形成高空隙率、低密度的结构,可以有效避免在生物滴滤塔内产生填料压实问题,填料与填料之间的空隙可以保障气体的停留时间,让有机废气与微生物充分发生反应。

此外,填料的湿度参数设置也需要结合有机废气的综合情况考虑,将填料的湿度控制在40%～60%,生物滴滤塔内的微生物稳定性更高。填料的湿度控制也需要结合填料的空隙率和密度进行分析,密度较大,湿度控制在40%的微生物稳定性更高;密度较小,湿度控制在60%的微生物稳定性更高。

3.3 合理分析有机废气种类

微生物降解过程中产生酸性代谢物的污染物时,与其他治理方法相比,采用生物滴滤法效果更佳,也是这一原因使得在应用生物滴滤法治理有机废气时应对有机废气的种类进行深入分析。有相关试验表明,生物滴滤法不适用于水溶性较差的疏水性有机废气的治理,因为在生物滴滤法中循环喷淋液起着重要作用,其中含有大量的水分,水溶性较差的有机废气在生物滴滤塔内与微生物产生反应的效果并不明显。

4 生物滴滤法在有机废气治理中的应用

4.1 应用分析

1)应用在喷漆废气中。喷漆废气主要为丙酮、二甲苯、甲苯、乙酸丁酯等挥发性有机化合物成分,一般在油漆喷涂中产生,采用生物滴滤法吸收和降解。使用该方法时,填料应选择活性炭,配合适宜的菌种进行。

2)应用在塑料、塑胶废气中。空气中主要为乙烯、苯乙烯、丙烯晴等烯烃类塑料聚合物单体,是在塑料受热时产生。一般情况下,塑料、纤维生产等采用生物滴滤法,其浓度较低,风量较大,生物滴滤法应用效果较为明显,气体进入滴滤塔便捷;塑料容易产生较大的味道,采用木炭等惰性材料有利于除味。

3)应用在垃圾处理厂中。垃圾处理废气主要为甲烷、硫化氢、氨气等恶臭气体,生物滴滤法具有较强的除臭优势,能比其他有机废气处理方法承受更大的污染负荷,具有较强的缓冲能力,而且没有二次污染。

4.2 应用案例探讨

化工园区污水处理厂的进口臭气浓度在3 000～7 000 mg/m3,VOCs浓度在50～150 mg/m3,整体所需处理风量在20 000 m/h左右,需要将pH控制在6～8。在采用生物滴滤法的过程中主要以火山岩为主,配合活性炭、陶瓷等填料,利用空气压缩机对存储在相应物体中的有机物液体进行蒸发,形成含苯的蒸气,与空气中的主流气体混合成含苯的有机废气,并根据填料的活性设置气体停留时间,控制整体温度,并在生物滴滤塔中为其营造良好的环境条件温度(见图2)。

图2 某化工园区生物滴滤塔

根据监测数据分析可以发现,采用生物滴滤法获得良好的净化效果:臭气净化率大于80%,VOCs 净化率大于60%,pH值在7左右。

5 结束语

在净化废气中应用生物滴滤法具有经济性、实用性、高效性和绿色性等特点。本文分析了影响生物滴滤法治理效果的因素,并提出应采取合理科学的措施对各影响因素进行预防和控制,以进一步推动生物滴滤法的应用,为生态环境保护提供有力保障,促进环境绿色可持续发展。