有机废气(VOCs)处理生物分解法
有机废气(VOCs)处理生物分解法
生物分解法是在已成熟的采用微生物处理废水基础上发展起来的处理有机废气的方法。通过附着在多孔、潮湿介质上的活性微生物,用大气中低浓度的有机废气为其生命活动的能源或养分,将其转化为简单的无机物(CO2、H2O)或细胞组成物质。
按照荷兰学者Ottengraf提出的生物膜理论,生化法处理有机废气主要经历3个步骤:
①废气中的有机污染物首先同水接触并溶解于水中(即由气膜扩散进入液膜);
②溶解于液膜中的有机物成分在浓度差的推动下进一步扩散到生物膜,进而被其中的微生物捕获并吸收;
③进入微生物体内的有机污染物在其自身的代谢过程中作为能源和营养物质被分解,经生物化学反应最终转化成为无害的化合物。
近些年来国外研究者对生物分解法处理VOCs在动力学模型、微生物菌种的培养及工艺设备方面进行了大量的研究工作。通过对生物废气处理过程数学模型的建立与计算,预测在给定条件下生物净化法的处理效果,为设计和过程优化提供依据。
Tang研究了生物过滤器的吸附、微动力学、质量传递和气体流线谱之间的相互作用,用开发出的数学模型描述了生物过滤器的瞬间特性,实验研究和模型分析结果均表明,过滤器的瞬间特性主要受过滤材料的性质和运行条件影响。
Okkerse等研究了生物滴滤池处理废气中生物量累积和阻塞的问题,并利用二氯甲烷作为模拟污染物质,获得了动力学模型。
Hwang等研究了甲苯生物过滤法的动力学行为,由于甲苯是不溶于水的气体污染物,所以可作为模型化合物选用,有效性因素分析结果表明,生物过滤非水溶性化合物(如甲苯)时,受系统质量传递影响,不宜在气体流动速度较高的条件下操作。
Abumaizar用提出的稳态数学模型描述(VOCs)在生物过滤池中的去除动力学,在稳态条件下处理苯、甲苯、乙苯和二甲苯,实验数据与模型预测比较结果表明,粒状活性炭存在可提高堆肥生物过滤池对苯系污染物的去除效率。
郭静对反应器中微生物的生长状况进行了分析,发现被处理污染物的成分以及微环境条件不同,将繁殖出不同的微生物种群。对于水溶性好的污染物,可利用适于在水中生存的细菌进行生物降解。对于难溶于水的污染物,可由真菌代替细菌进行生物降解。特别是对于某些有机物,真菌的降解能力高于细菌。
乔铁军也进行了生物活性滤池中微生物的生长研究。结果表明,在活性滤池中微生物的生长速度是不同的,异养细菌生长速度最快,亚硝化细菌次之,硝化细菌最慢。3大微生物类群之间不存在明显的竞争关系,而在各个类群内部之间则表现为对基质的竞争关系。
国内外研究者对污染物的处理设备强化和工艺优化上进行了大量的研究。
Ergas设计的生物膜反应器生物质量浓度较高,可克服传统生物过滤池的许多缺点。
Smith采用微生物过滤技术对甲苯废气进行处理,发现处理效率达77%,而持续时间可达200d。
Sorial在研究含有苯、甲苯、乙苯和二甲苯的废气利用生物过滤技术处理过程中,发现VOCs处理效率可达88%。
杨显万等对低浓度挥发性有机废气长期工业试验结果表明,生物法对甲苯质量浓度为300～400mg/m3的橡胶再生低浓度有机废气具有良好的净化作用,净化效率可较长时间保持在90%左右,含有甲苯的废气经生化处理后可实现达标排放。
李国文选取柱状活性炭为滤料,以甲苯为有机废气代表物,采用生物过滤塔进行处理,降解效率均大于95%。
尚巍等用生物过滤塔处理VOCs,将填料在塔外浸泡接种,排泥后装入塔内进行通气挂膜,由于挂膜时间短,处理效果好。
与传统的废气处理技术相比,生物处理技术具有效果好、投资及运行费用低、安全性好、无2次污染、易于管理等优点。但是为进一步工业应用,仍需要解决工程实施中一些关键问题,如针对高浓度废气和较难生物降解的物质,培养专属菌种,如何提高疏水性或难降解废气的处理能力,如何改善生物滤料、填料的物理性能和使用寿命,如何实现自动控制,提高对各运行参数的控制能力,降低维护费用和发生故障的次数。
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