有機廢氣(VOCs)處理生物分解法
生物分解法是在已成熟的采用微生物處理廢水基礎上發展起來的處理有機廢氣的方法。通過附著在多孔、潮濕介質上的活性微生物 ,用大氣中低濃度的有機廢氣為其生命活動的能源或養分 ,將其轉化為簡單的無機物(CO2、H2O)或細胞組成物質。
按照荷蘭學者Ottengraf 提出的生物膜理論 ,生化法處理有機廢氣主要經歷3個步驟: ①廢氣中的有機污染物首先同水接觸并溶解于水中(即由氣膜擴散進入液膜) ; ②溶解于液膜中的有機物成分在濃度差的推動下進一步擴散到生物膜 ,進而被其中的微生物捕獲并吸收; ③進入微生物體內的有機污染物在其自身的代謝過程中作為能源和營養物質被分解 ,經生物化學反應最終轉化成為無害的化合物。
近些年來國外研究者對生物分解法處理 VOCs在動力學模型、微生物菌種的培養及工藝設備方面進行了大量的研究工作。通過對生物廢氣處理過程數學模型的建立與計算 ,預測在給定條件下生物凈化法的處理效果 ,為設計和過程優化提供依據。
Tang研究了生物過濾器的吸附、微動力學、質量傳遞和氣體流線譜之間的相互作用 ,用開發出的數學模型描述了生物過濾器的瞬間特性 ,實驗研究和模型分析結果均表明 ,過濾器的瞬間特性主要受過濾材料的性質和運行條件影響。
Okkerse 等研究了生物滴濾池處理廢氣中生物量累積和阻塞的問題 ,并利用二氯甲烷作為模擬污染物質 ,獲得了動力學模型。
Hwang等研究了甲苯生物過濾法的動力學行為 ,由于甲苯是不溶于水的氣體污染物 ,所以可作為模型化合物選用 ,有效性因素分析結果表明 ,生物過濾非水溶性化合物(如甲苯)時 ,受系統質量傳遞影響 ,不宜在氣體流動速度較高的條件下操作。
Abumaizar用提出的穩態數學模型描述(VOCs)在生物過濾池中的去除動力學 ,在穩態條件下處理苯、甲苯、乙苯和二甲苯 ,實驗數據與模型預測比較結果表明 ,粒狀活性炭存在可提高堆肥生物過濾池對苯系污染物的去除效率。
郭靜對反應器中微生物的生長狀況進行了分析 ,發現被處理污染物的成分以及微環境條件不同 ,將繁殖出不同的微生物種群。對于水溶性好的污染物 ,可利用適于在水中生存的細菌進行生物降解。對于難溶于水的污染物 ,可由真菌代替細菌進行生物降解。特別是對于某些有機物 ,真菌的降解能力高于細菌。
喬鐵軍也進行了生物活性濾池中微生物的生長研究。結果表明 ,在活性濾池中微生物的生長速度是不同的 ,異養細菌生長速度最快 ,亞硝化細菌次之 ,硝化細菌最慢。3 大微生物類群之間不存在明顯的競爭關系 ,而在各個類群內部之間則表現為對基質的競爭關系。
國內外研究者對污染物的處理設備強化和工藝優化上進行了大量的研究。
Ergas設計的生物膜反應器生物質量濃度較高 ,可克服傳統生物過濾池的許多缺點。
Smith采用微生物過濾技術對甲苯廢氣進行處理 ,發現處理效率達77 % ,而持續時間可達200 d。
Sorial在研究含有苯、甲苯、乙苯和二甲苯的廢氣利用生物過濾技術處理過程中 ,發現 VOCs 處理效率可達88 %。
楊顯萬等對低濃度揮發性有機廢氣長期工業試驗結果表明 ,生物法對甲苯質量濃度為 300～400 mg/ m3的橡膠再生低濃度有機廢氣具有良好的凈化作用 ,凈化效率可較長時間保持在 90 %左右 ,含有甲苯的廢氣經生化處理后可實現達標排放。
李國文選取柱狀活性炭為濾料 ,以甲苯為有機廢氣代表物 ,采用生物過濾塔進行處理 ,降解效率均大于95 %。
尚巍等用生物過濾塔處理 VOCs ,將填料在塔外浸泡接種 ,排泥后裝入塔內進行通氣掛膜 ,由于掛膜時間短 ,處理效果好。
與傳統的廢氣處理技術相比 ,生物處理技術具有效果好、投資及運行費用低、安全性好、無 2 次污染、易于管理等優點。但是為進一步工業應用 ,仍需要解決工程實施中一些關鍵問題 ,如針對高濃度廢氣和較難生物降解的物質 ,培養專屬菌種 ,如何提高疏水性或難降解廢氣的處理能力 ,如何改善生物濾料、填料的物理性能和使用壽命 ,如何實現自動控制 ,提高對各運行參數的控制能力 ,降低維護費用和發生故障的次數。
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