《挥发性有机污染物与恶臭的生物处理技术及其工艺选择》由会员分享，可在线阅读，更多相关《挥发性有机污染物与恶臭的生物处理技术及其工艺选择（7页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、挥发性有机污染物与恶臭的生物 处理技术及其工艺选择李 琳 刘俊新 (中国科学院生态环境研究中心,北京100085)摘 要 本文介绍了生物滤池、 生物洗涤塔和生物滴滤池处理挥发性有机污染物及恶臭的特性、 近期发展状况及其应用。阐述了亨利系数在选择生物处理技术中的作用,以及生物反应器内填料、 微生 物的选择。 关键词 生物滤池 生物洗涤塔 生物滴滤池 废气处理The selection of biological techniques and processes for treatment of VOC and odoursLi Lin Liu Junxing (Research Center f
2、or Eco2Environmental Sciences , Chinese Academy of Sciences , Beijing 100085)Abstract This paper gives an overview of the characteristics ,advantages , disadvan2 tages , development status and application area of biofilters , bioscrubbers and biotrickling fil2 ters using for elimination of volatile
3、organic compounds and odours. In addition , the selection of biological techniques by Henrys law constant , packing materials and microorganisms in the bioreactors are also discussed. Key words biofilter ; bioscrubber ; biotrickling filter ; off2gas treatment废气中的污染物包括有机污染物和无 机污染物。挥发性有机污染物及恶臭主要 来源于生活
4、和工业生产等方面。生活源主 要有粪便处理、 生活垃圾和食物腐烂等;工 业源主要有石油化工、 牲畜屠宰与肉类加 工、 水产加工、 油脂工业、 炼油、 炼焦、 煤气、 化肥、 制药、 皮革制造、 造纸、 合成材料、 污水 处理和垃圾处理等行业。挥发性有机污染 物及恶臭物质,如苯类、 芳香烃、 含氧烃、 有 机硫化物、 硫化氢、 氨等物质,逸散到大气 中,严重危害人体健康和生态环境。目前, 废气中污染物对环境的污染已成为世界环 境公害之一。随着人们生活水准的提高,公 众对提高环境质量的要求也日益增强。一些发达国家已经制定相关的环保法律,严格 控制废气中污染物的排放,并要求企业在排 放前采取相应的治理
5、措施。 对于废气中污染物的处理,人们早已开 始研究,而且已经开发出一些卓有成效的控 制技术。近年来通过引进一些高新技术手 段,形成了许多新的处理方法。在传统处理 技术中,研究较多并且广泛采用的有吸附 法、 焚烧法、 冷凝法、 吸收法等,近年来逐步 形成和优先发展的控制技术包括生物法、 光 分解法、 电晕法、 臭氧分解法、 等离子体分解 法等。对于大流量、 低浓度的挥发性有机废 气和恶臭气体,使用物理化学方法投资大、 操作复杂、 运行成本高。而生物处理方法因第2卷第5期环境污染治理技术与设备Vol . 2 ,No . 52001年10月Techniques and Equipment for E
6、nvironmental Pollution ControlOct . , 2 0 0 1其具有成本低、 操作简便、 技术清洁、 无二次污染等优点而更多地受到关注,成为当前研究的热点。1 废气生物处理技术的发展概况自20世纪80年代初开始,荷兰和德国利用微生物处理废气获得很好的效果,随即引起了美国、 日本及其他欧美国家的重视,目前生物法已逐渐成为净化有机废气和恶臭物质的主要方法之一。生物法是利用微生物将废气中有机污染物或恶臭物质降解或转化为无害或低害类物质的过程。与物理化学处理方法相比,生物法用于处理废气中污染物的主要优点是:投资少、 运行费用低、 污染物不会被转移到其他地方、 不产生二次污染
7、。生物滤池、 生物洗涤塔和生物滴滤池是3种主要的废气生物处理技术14。图1 生物滤池1. 1 生物滤池 生物滤池(Biofilter)是最早被研究和使用的一种处理挥发性有机污染物和除臭的生物技术。1923年Bach就曾利用土壤过滤床去除污水处理厂散发的含硫化氢等恶臭物质的气体5。早期生物滤池主要用于减少废气的恶臭气味。到了20世纪80年代以后,其应用范围已扩展到去除许多易被生物降解的挥发性有机污染物方面。生物滤池(图1)内部充填活性填料,废气经加压预湿后,从底部进入生物滤池,与填料上附着生成的生物膜(微生物)接触,被 生物膜吸收,最终降解为水和二氧化碳,处 理过的气体从生物滤池的顶部排出。 生
8、物滤池处理技术的特点是生物相和 液相都是不流动的,而且只有一个反应器,气-液接触面积大、 运行和启动容易、 运行 费用低。图2 生物洗涤塔1. 2 生物洗涤塔 生物洗涤塔(Bioscrubber)通常由一个 装有填料的洗涤器和一个具有活性污泥的生物反应器构成(图2)。洗涤器里的喷淋 柱将微小的水珠逆着气流喷洒,使废气中的 污染物与填料表面的水接触,被水吸收而转 入液相,从而实现质量传递过程。如果污染 物的浓度较低、 水溶性较高,则极易被水吸收,带入生物反应器。在生物反应器内,污 染物通过活性污泥中微生物的氧化作用,最 终被去除。与生物滤池不同的是,生物洗涤 塔工艺中的液相(通常带有悬浮微生物)
9、是 流动的,在两个分开部分连续循环。这有利于控制反应条件,便于添加营养液、 缓冲剂24环 境 污 染 治 理 技 术 与 设 备 2卷 和更换液体,除去多余的产物。其反应的温度和pH值等因素也可以监测、 控制。 为了防止活性污泥沉积和降解有机物, 活性污泥反应器需要曝气设备,并控制有关 条件,如温度、pH值、 碳、 氮、 磷之间比率,以 确保微生物在最佳条件下发挥作用。1. 3 生物滴滤池 生物滴滤池(Biotrickling filter)被认为 是介于生物滤池和生物洗涤塔之间的处理 技术。废气中污染物的吸收和生物降解同 时发生在一个反应装置内(图3)。滴滤池内填充填料,循环水不断喷洒在填料
10、上,填 料表面被微生物形成的生物膜所覆盖。废 气通过滴滤池时,废气中的污染物被微生物 降解。生物滴滤池只有一个反应器,设备较 简单,生物相静止而液相流动,世代周期长的微生物也能很好地生存。但生物滴滤池 填料的比表面积(即单位柱体积接触面积) 比较低,为100300m2/ m34,它不适于处理水溶性差的挥发性有机污染物。图3 生物滴滤池1. 4 生物处理技术的比较 表1列出了生物滤池、 生物洗涤塔和生 物滴滤池的特点、 优缺点及应用范围3。 由表1可见,生物滤池、 生物洗涤塔和生物滴滤池各有其特点和应用条件,因此,应根 据废气中污染物的特性和条件,选择适宜的 处理技术。表1 废气生物处理技术特点
11、比较特 点优 点缺 点应 用 范 围生物滤池单一反应器;微生物和液相固定气/液表面积比值高;设备简单;运行费用低反应条件不易控制;进气浓度发生变化适应慢;占地面积大适于处理化肥厂、 污水处理厂以及工业、 农业产生的污染物浓度介于0. 51. 0g/ m3的废气生物洗涤塔两个反应器;微生物悬浮于液体中;液相流动设备紧凑;低压力损失;反应条件易于控制传质表面积低;需大量提供氧才能维持高降解率;需处理剩余污泥;投资和运行费用高适于处理工业产生的污染物浓度介于15g/ m3的废气生物滴滤池单个反应器;微生物固定,液相流动与生物洗涤塔相比设备简单传质表面积低;需处理剩余污泥;运行费用高适于处理化肥厂、
12、污水处理厂以及农业产生的污染物浓度低于0. 5g/ m3的废气表2 几种废气处理方法的投资及运行费用的比较处理技术投资费用 (荷兰盾,按每小时单位进气量计)运行费用 (荷兰盾,按1000m3气量计)生物滤池8150. 505 化学吸收法102002. 525 焚烧法2515068 催化焚烧法33951418345期 李 琳等:挥发性有机污染物与恶臭的生物处理技术及其工艺选择 1. 5 废气处理技术的经济性比较 荷兰的J. Van Groenestijn对几种废气处理方法,在投资及运行费用方面进行了比较,结果如表26所示。由表2可见,与普通物理、 化学处理技术相比,生物处理技术的投资及运行费用是
13、最低的。2 废气生物处理工艺的选择2. 1 工艺选择 已报道的能够利用生物滤池、 生物洗涤塔和生物滴滤池降解的挥发性有机污染物和恶臭物质包括:烷烃类、 醛类、 醇类、 酮类、羧酸类、 酯类、 醚类、 烯烃类、 多环芳烃类、 卤素类化合物以及硫化氢、 氨气等617。一般认为,用生物法处理挥发性有机污染物和恶臭物质需经过以下3个阶段: (1)污染物由气相转移到液相; (2)进入液相中的污染物被微生物吸收; (3)进入微生物体内的有机物在代谢过程中作为能源及营养物质被分解,从而转化为无害的无机物质。其中,有机物从气相转移到液相并到达微生物表面是整个生物处理系统的关键。废气中的污染物可分为疏水性和亲水
14、性两类物质。疏水性物质不溶于水,而亲水性物质在水中的溶解度也相差很大,其溶解度大小可通过亨利系数来判断。根据亨利定律:P=ClH(1)对于理想气体:P=CgR T(2)因此:H=( Cg/ Cl) R T=Hc R T(3)Hc=H/ ( R T)(4)Cl:某 污 染 物 在 液 相 中 的 浓 度(mol/ m3)Cg:某 污 染 物 在 气 相 中 的 浓 度(mol/ m3)P:某污染物在气相中的分压力(Pa)H:亨利系数(Pa m3/ mol)Hc:用某污染物在气相中的浓度与液相中的浓度之比表示的亨利系数, (Hc=Cg/ Cl)R:气体常数(8. 314Pa m3/ (molK)T
15、:温度( K)由式(3)可知,在一定温度、 压力下,当Cl较小,即某污染物在液相中的浓度较低时,亨利系数H较高;当Cl较大,即某污染物在液相中的浓度较高时,亨利系数H较低。在实际中,通常使用无量纲的Hc代替H判断气体的溶解度大小。Hc与H可通过式(4)换算(当温度为298K,即25时,R T值为2. 48KPa m3/ mol)18。资料表明,当亨利系数较低(Hc0. 01) ,易溶于水的污染物质适于用生物洗涤塔处理;亨利系数较高(Hc1) ,难溶于水的污染物质适于用生物滤池处理;溶解性介于两者之间的污染物质(0. 01 10 ,极难溶于水时,由于其界面 传质速率低而不适于用生物方法处理3。当
16、然,处理技术的选择并不是绝对的,例如,甲苯既可以用生物滴滤池处理也可以用生物滤池处理;对于某些Hc 10的污染物质,可利用真菌进行降解。表3列举了25 条件下,部分化合物的亨利系数。2. 2 填料的选择生物滤池和生物滴滤池中都填装有一定厚度的填料,以使微生物附着生长,生物处理的填料一般应具备如下几个条件: (1)有较好的表面性质,适合于微生物的生长;(2)有较大的比表面积,以尽可能提高污染物与微生物的接触面积; (3)具备一定的空隙率,以防止堵塞和44环 境 污 染 治 理 技 术 与 设 备 2卷 减小阻力;(4)具有一定的结构强度和防腐蚀能力;(5)易于获得,使用寿命长。表3 部分化合物的亨利系数(Hc)18 ,19化合物的名称亨利系数(Hc)乙烯7. 949. 561 ,32丁二烯2. 933. 09二氯甲烷0. 0970. 113苯0. 2
