廢氣的生物處理工藝及其發(fā)展分析研究 環(huán)境工程專業(yè)

廢氣的生物處理工藝及其發(fā)展分析研究環(huán)境工程專業(yè)摘要：隨著人口、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，隨著公眾環(huán)保意識(shí)的不斷提高和執(zhí)行環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)愈來愈嚴(yán)格，有害空氣污染物質(zhì)和工廠臭氣造成的環(huán)境污染問題越來越受到人們的重視。生物法廢氣凈化技術(shù)利用微生物的代謝作用，具有適應(yīng)性強(qiáng)，投資、運(yùn)行費(fèi)用低，二次污染小等優(yōu)點(diǎn)。它已逐步成為世界上工業(yè)廢氣凈化領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)技術(shù)。關(guān)鍵詞：廢氣、生物吸收法、生物濾池、生物滴濾池引言隨著人口、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，隨著公眾環(huán)保意識(shí)的不斷提高和執(zhí)行環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)愈來愈嚴(yán)格，有害空氣污染物質(zhì)和工廠臭氣造成的環(huán)境污染問題越來越受到人們的重視?；S、制藥廠、冶煉廠等在生產(chǎn)過程中排放的各種有機(jī)、無機(jī)廢氣，不僅對人體感官有刺激作用，而且不少有機(jī)化合物有毒性，嚴(yán)重危害了人類的健康和生態(tài)環(huán)境。我國目前只對高濃度工業(yè)有機(jī)廢氣采取了凈化處理如吸收法、吸附法和催化燃燒法等方法，低濃度（5mg/m3）工業(yè)有機(jī)廢氣的凈化處理難度很大，是世界上工業(yè)廢氣凈化研究的一個(gè)難題[1]。生物法廢氣凈化技術(shù)就是為解決這類既無回收價(jià)值，又?jǐn)_民并污染環(huán)境的低濃度工業(yè)有機(jī)廢氣凈化處理的難題開發(fā)的，屬目前世界上工業(yè)廢氣凈化領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)技術(shù)[2]。原理[3]廢氣生物凈化過程實(shí)質(zhì)上是利用微生物的生命活動(dòng)將廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)物(CO2和H2O)及細(xì)胞質(zhì)等。生物處理過程一般經(jīng)歷了如下幾個(gè)過程：(1)廢氣成分首先同水接觸并溶于水中，由氣相轉(zhuǎn)移到液相；(2)污染物被生物膜吸附，有機(jī)成分被微生物吸收；(3)微生物將污染物轉(zhuǎn)化為無害的化合物。微生物對各類污染物均有較強(qiáng)、較快的適應(yīng)性，并可將其作為代謝底物降解、轉(zhuǎn)化。同常規(guī)的有機(jī)廢氣處理技術(shù)相比，生物技術(shù)具有效果好、投資及運(yùn)行費(fèi)用低、安全性好、無二次污染、易于管理等優(yōu)點(diǎn)，尤其在處理低濃度(小于3mg/l)、生物降解性好的有機(jī)廢氣時(shí)更顯其優(yōu)越性。主要理論依據(jù)目前，主要存在兩種理論來解釋這種傳質(zhì)過程，一種是公認(rèn)的影響較大的荷蘭學(xué)者Ottehraf依據(jù)吸收操作的雙膜理論而提出的生物膜理論；一種是Pederson、孫佩石[1]等依據(jù)吸附理論而提出的吸附—生物膜理論。圖1生物化學(xué)法凈化有機(jī)廢氣過程示意圖[4]主要分類根據(jù)微生物在有機(jī)廢氣處理過程中存在的形式，可將處理方法分為生物吸收法(懸浮態(tài))和生物過濾法(固著態(tài))兩類。生物吸收法(又稱生物洗滌法)即微生物；及其營養(yǎng)物配料存在于液體中，氣體中的有機(jī)物通過與懸浮液接觸后轉(zhuǎn)移到液體中而被微生物降解。生物過濾法則是微生物附著生長于固體介質(zhì)(填料)上，廢氣通過由介質(zhì)構(gòu)成的固定床層(填料層)時(shí)被吸附或吸收，最終被微生物降解，較典型的有生物濾池和生物滴濾池兩種形式[5]。生物吸收法生物吸收法是通過懸浮液先將氣態(tài)污染物吸收其中，再對懸浮液進(jìn)行生物處理。因采用活性污泥的方法，其去除率除了與污泥的MLSS濃度、PH值、溶解氧等因素有關(guān)，還與污泥的馴化、營養(yǎng)鹽的添加量、添加時(shí)間有關(guān)。此法比較適宜氣量小、濃度大的氣態(tài)污染物。噴淋塔吸收法是生物吸收法中很重要的一種[6]。噴淋塔吸收法是由一個(gè)吸收塔和一個(gè)再生他構(gòu)成，如圖2。從活性污泥池中抽出的生物懸浮液自吸收塔頂部噴淋而下，與下部向上的廢氣逆向接觸，使廢氣中的污染物和氧轉(zhuǎn)入液相，實(shí)現(xiàn)質(zhì)量傳遞。吸收了廢氣的生物懸浮液被送回再生反應(yīng)器(活性污泥池)，利用曝氣設(shè)備送太空氣充氧再生。被吸收的氣態(tài)污染物通過微生物氧化作用，最終被再生池中的活性污泥懸浮液從液相中除去。噴淋塔法具有工作效率高、設(shè)備占地小。系統(tǒng)耐沖擊負(fù)荷強(qiáng)等特點(diǎn)。一般運(yùn)行時(shí)污泥濃度可控制在5000~10000mg/L、氣量＜20m3/h。德國在此基礎(chǔ)上開發(fā)出二級噴淋脫臭裝置，其效率極高，運(yùn)行費(fèi)用極低。圖2噴淋吸收塔法設(shè)備示意圖生物吸收法中，氣相阻力較大可用噴淋法，若液相阻力較大時(shí)可用曝氣法。曝氣法與污水處理廠的生物曝氣類似，只是用廢氣替代空氣注入活性污泥池，設(shè)備通常是曝氣管，風(fēng)速為0.1~1mm/s。實(shí)驗(yàn)證明，連續(xù)向曝氣池通人廢氣，三天左右活性污泥可被馴化。日本某污水處理廠用含有廢氣的空氣作為曝氣空氣送入曝氣池，同時(shí)進(jìn)行廢水、廢氣的處理，其效率達(dá)到99％[7]。生物濾池[5]廢氣流經(jīng)生物濾床(見圖3)中的活性濾層，有機(jī)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。圖3生物濾床示意圖圖4多層布置的生物濾床生物濾床主要由進(jìn)氣系統(tǒng)、布?xì)獬型袑?、生物濾層和維護(hù)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(jìn)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(shí)踐中，一般可選擇有機(jī)濾料或無機(jī)濾料。無機(jī)濾料選擇比表面積大，有一定強(qiáng)度的無機(jī)填料，如加氣混凝土、多孔陶粒、熔巖顆?；虻V渣等。有機(jī)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(jī)濾料廉價(jià)易得，獲得廣泛的應(yīng)用。有機(jī)濾料濾層一般高度在0.5~1.2m。運(yùn)行3~5年后，由于密實(shí)度增大造成阻力增大，應(yīng)進(jìn)行更換；更換濾料時(shí)，宜分次進(jìn)行，以保持濾料中微生物種群的穩(wěn)定。生物滴濾池[8]生物滴濾池與生物濾池相似，但所用載體不再是土壤、木屑、泥煤，而是采用粉碎石。塑料顆粒、陶瓷、碳素纖維等，并且最主要的區(qū)別是在填料的上方噴淋循環(huán)液，運(yùn)行前期，循環(huán)水中只有微生物，但運(yùn)轉(zhuǎn)后不久，填料上就可附著一層幾毫米厚的生物膜，循環(huán)水不但提供了液相，而且可以加入出調(diào)節(jié)劑或營養(yǎng)鹽，見圖5。圖5.生物滴濾池設(shè)備示意圖由于填料多采用立體多面結(jié)構(gòu)，填料的比表面積大大提高，一般為100~300m2/m3，顯著加大了氣相與液相的接觸面積，提高了傳質(zhì)效率；同時(shí)，氣體通過空間加大，減小了設(shè)備壓降，降低了運(yùn)行成本；并且減少了由于生物膜疏松引起的空間堵塞的幾率。影響生物滴濾池的主要因素有：填料的填充高度、人口氣體濃度、氣體流量、循環(huán)液噴淋量、溫度、出值與傳統(tǒng)的生物濾他相比，生物滴濾池的反應(yīng)條件易于控制；單位體積填料中微生物濃度高，更適合于鹵代烴、含流、含氮等在降解過程中產(chǎn)酸、產(chǎn)能的氣態(tài)污染物處理；以及高負(fù)荷的廢氣處理?，F(xiàn)存問題[9][10][11]生物處理廢氣在日本、歐洲和美國已廣泛應(yīng)用，設(shè)備及工藝比較成熟，而我國這方面研究還不夠，還存在一些問題，主要是：特定有機(jī)物降解的細(xì)菌種類和接種方法有待研究。設(shè)備的研究開發(fā)，包括過程參數(shù)自動(dòng)控制系統(tǒng)、布水、布?xì)庀到y(tǒng)、填料等標(biāo)準(zhǔn)的確立。廢氣中的顆粒物在濾床中積累過多，易造成濾床堵塞，阻力增大。發(fā)展趨勢[12]目前生物法處理廢氣還只適用于低濃度的簡單廢氣，應(yīng)將生物處理廢氣的應(yīng)用范圍更廣泛。與現(xiàn)代高科技相結(jié)合，將微生物通過馴化，優(yōu)化生存期條件，提高單位體積的生物降解速度。選擇適當(dāng)?shù)奶盍?，提高填料的表面性質(zhì)及其使用壽命。將神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)應(yīng)用于生物法處理廢氣，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，提高對各運(yùn)行參數(shù)的控制能力，可降低維護(hù)費(fèi)用和故障發(fā)生的概率。總結(jié)生物凈化氣態(tài)污染物的記載可追溯到對年代，最早主要應(yīng)用于空氣除臭。60年代開始，許多發(fā)達(dá)國家對此開展了廣泛研究，美、德等國取得了顯著成就。既年代，發(fā)達(dá)國家已將生物凈化氣態(tài)污染物的技術(shù)廣泛應(yīng)用于冶金、煉油、化工、畜牧、污水處理廠等工業(yè)生產(chǎn)。迄今，在德國和荷蘭有500多座大規(guī)模的廢氣生物過濾裝置，生物過濾反應(yīng)器的面積一般在10~2000m3之間，廢氣處理量1000~150000m3/h。我國自90年代起開始這方面的研究，一切處于起步階段，自有技術(shù)的應(yīng)用就更少[13]。隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民生活水平的提高，廢氣對環(huán)境的影響必將受到國家的重視?；?、采礦、冶金、煉油、畜禽、垃圾等具有揮發(fā)、散發(fā)有機(jī)、有毒、臭味的工業(yè)生產(chǎn)所產(chǎn)生的氣態(tài)污染物已成為環(huán)境污染的主要因素。相對于傳統(tǒng)的處理廢氣的方法（如燃燒法、化學(xué)洗滌法、催化氧化法和吸附法），生物處理方法利用的是微生物的代謝作用，因此具有適應(yīng)性強(qiáng)，投資、運(yùn)行費(fèi)用低，二次污染小等優(yōu)點(diǎn)，是一種自然的污染治理技術(shù)。在人們環(huán)保意識(shí)不斷增強(qiáng)的今天，生物法所具有的這些優(yōu)點(diǎn)將會(huì)使它在廢氣處理方面發(fā)揮越來越重要的作用。展望未來，這一領(lǐng)域必將會(huì)有巨大的市場和美好的前景。參考文獻(xiàn)：[1]孫佩石,生化法凈化低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣的動(dòng)力學(xué)模式研究[J],上海環(huán)境科學(xué),1997,16(8),13-14[2]魏在山,生化法凈化工業(yè)有機(jī)廢氣的研究[J],環(huán)境科學(xué)動(dòng)態(tài),2001,1:15-17[3]白書立等,生物法在廢氣凈化過程中的技術(shù)進(jìn)展,中國知網(wǎng)40/kns50/scdbsearch/scdetail.aspx?QueryID=2&CurRec=1[4]苑宏英等,工業(yè)廢氣的生物處理方法,中國知網(wǎng)40/kns50/scdbsearch/scdetail.aspx?QueryID=18&CurRec=1[5]鄭興等,揮發(fā)性有機(jī)化合物廢氣的生物處理技術(shù)及其工程應(yīng)用,環(huán)境污染與防治/upload/rudearticle/2005/200581710245.doc[6]劉小兵等,環(huán)境生物技術(shù)在“三廢”治理中的應(yīng)用,中國知網(wǎng)40/kns50/scdbsearch/scdetail.aspx?QueryID=33&CurRec=1[7]高水明,污水處理廠氣態(tài)污染物的生物凈化技術(shù),北京排水/website/waterPub/cmsinfo/ABC00000000000010474.html[8]賀延齡等,環(huán)境微生物學(xué),中國輕工業(yè)出版社,北京,2001[9]何志橋,王家德,陳建孟,生物法NOx廢氣的研究進(jìn)展,[J]環(huán)境污染治理技術(shù)與設(shè)備,2002,(3)9:59-62[10]