废气生物处理的工艺

生物处理原理

废气的生物处理技术s先应用于农业生产过程中异味气体的处理,例如养殖业中动植物加工产生的臭气、堆肥发酵和生物污泥废气处理等。随着工业生产中产生的挥发性有机气体的污染日益严重,这项技术逐步应用到工业废气净化领域。其净化的基本原理是:有机废气或异味气体流经带有液体吸收剂的处理器;在处理器中,由于废气中的污染物在气、液相之间存在浓度梯度,浓度差使其从气相转移到液相,被生存其中的微生物吸附;通过微生物的代谢作用,有机物被分解、转化为生物质和无机物。

反应处理工艺分类

生物处理技术的基本工艺流程以生物过滤为例,废气经过一定的除尘、温度和湿度调节,进入生物处理单元,经过微生物的处理,气体可以达标排放。

根据处理运行方式不同,处理工艺主要分为生物滤床工艺和生物洗提工艺两种:

(1)生物滤床

废气流经生物滤床中的活性滤层,有机物被滤料上的湿润水膜吸收,通过滤料上生活的微生物的代谢作用而降解。生物滤床主要由进气系统、布气承托层、生物滤层和维护装置组成。在生物滤床进行废气处理过程中,微生物的活性和数量对处理效果具有决定意义,它们取决于如下因素:进气流量、温度和湿度;废气中物质组成;浓度的稳定性和水溶性;氧气和营养物的供给;滤床的布置和温度、湿度保持;滤料的选择;滤床中的pH控制等。

滤料影响微生物的生长,从而直接影响净化效果。滤料选择必须考虑滤料的孔隙率、孔径分布、比表面积、亲水性、自身气味、pH等参数。在工程实践中,一般可选择有机滤料或无机滤料。无机滤料选择比表面积大,有一定强度的无机填料,如加气混凝土、多孔陶粒、熔岩颗粒或矿渣等。有机滤料主要有腐殖树皮、植物根须、枝杈、锯末、泥炭等及其混合物。由于有机滤料廉价易得,获得广泛的应用。有机滤料滤层一般高度在0.5~1.2 m。运行3~5年后,由于密实度增大造成阻力增大,应进行更换;更换滤料时,宜分次进行,以保持滤料中微生物种群的稳定。

(2)生物洗提工艺

生物洗提工艺采用了污染物的液体吸收和生物处理的联合作用。废气s先被液体(吸收剂)有选择地吸收形成混合污水,再通过微生物的作用将其中的污染物降解。根据污水处理的方式(吸收剂再生方式)不同,可分为活性污泥法和生物膜法(生物滴滤池)。

生物洗提-活性污泥法是将吸收剂(水和微生物的混合液)和废气在吸收塔内采用通过喷淋、填料填充或曝气等方式进行混合,溶解于水的有机物被微生物吸附,排入活性污泥反应器后进一步被降解,吸收剂得到净化再生和重复使用。因为吸收剂的再生速度不受处理负荷和吸收速度的影响,所以这种方法适用于处理生物降解速度较慢的有机物。

所示滴滤池中的填料上生长有大量生物膜,当废气通过其间,有机物被生物膜表面的水层吸收后被微生物吸附和降解,得到净化再生的水被重复使用。

在生物洗滤过程中,吸收剂的再生效率影响废气的吸收、净化效果和系统的能耗高低,这主要取决于污水处理效率的高低。而影响生物洗提工艺处理效果的因素有:废气中有机物水溶性和生物降解难易程度;进气温度、粉尘和有毒物质含量;对微生物的曝气和营养物质供给(如N、P等);水的温度、pH、含盐量和新鲜淡水的补充情况。

生物反应器的应用和经济技术比较

(1)应用范围与设计参数确定

废气生物处理的主要适用范围是:去除异味气体和含VOC废气浓度较低的废气,废气中TOC(总有机碳)<1000 mg/m3;气体流量 ≤50000 m3/h,气流均匀且连续;废气的温度一般≤40 ℃,生物滤床工艺同时要求进气湿度>95%;废气组分易溶于水,易生物降解。对废气中各种组分的降解情况如表1所示,可作为工艺设计的选择依据。

工程设计中,需要同时考虑废气中气体组分的种类、浓度,反应器中有效接触时间。反应器的尺寸由面积负荷:m3气体/(m2过滤面积•h);接触时间:s;体积负荷:gTOC/(m3过滤体积•h);或:气味单位GE/(m3过滤体积•h);或:m3气体/(m3过滤体积•h)等参数确定。

实际工程中,反应器尺寸可参考同类生产企业的经验值估算,并应进行中试实验,以优化设备尺寸,降低投资。从两种工艺的应用可以看出,生物滤床工艺对气味和易溶性有机气体去除效率较高,而生物洗提能够用于生物降解性较差的VOC废气处理。

(2)与其他工艺的经济技术比较

在对含VOC废气处理工艺的选择中,在技术领域应考虑如下因素:VOC的去除效率;废气性质(废气中有机物的组成、VOC含量、废气流量、气味指标);可用建设面积;技术经济使用期;必要的附属设施建设(如:水蒸气生产设施);与原有治污设备的配套;有机溶剂的回收等。经济上主要考虑投资、运行费用和财务风险。

结语

随着国内对环境质量的要求不断提高,挥发性有机废气的治理工作正逐步开展。生物处理方法利用微生物的代谢作用,对中、低浓度有机废气进行处理,具有适应性强,投资、运行费用低,二次污染小等优点,是一种自然的污染治理技术。这种方法的不足主要有:对气体水溶性和生物降解性有要求,反应器启动、微生物驯化、处理过程持续时间较长,运行中必须提供足够的营养元素和氧气等。今后的研究工作应主要集中在填料选择、适宜菌种筛选和固定化、反应器优化设计及其组合应用等方面,为工艺的进一步推广应用提供技术参数。

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