VOC廢氣生物處理技術

VOC廢氣生物處理技術發(fā)布時間：2009-5-24空氣凈化技術:在塑料、橡膠加工、油漆生產(chǎn)、汽車噴漆和涂料生產(chǎn)等諸多工業(yè)領域中，工業(yè)品的生產(chǎn)和加工過程產(chǎn)生了大量含有揮發(fā)性有機化合物(VolatileOrganicCompounds,VOC)的廢氣(VOC廢氣)。這些廢氣未經(jīng)處理排入大氣，在一定條件下會形成光化學污染，影響大氣質(zhì)量，影響動植物生長和人類的健康。某些有毒VOC廢氣有致殘、致畸、致癌作用，對長期暴露其中的人體造成嚴重傷害。為此,各國頒布了相應的法令,限制該類氣體的排放,我國于1997年頒布并實施的《大氣污染綜合排放標準》，限定33種污染物的排放限值，其中包括苯、甲苯、二甲苯等揮發(fā)性有機物。對VOC廢氣的治理，有多種處理技術可供使用。但對于VOC濃度低、風量大的廢氣，傳統(tǒng)工藝存在投資運行費用高、處理效率低和處理后存在二次污染等問題。近年來，逐漸發(fā)展的廢氣生物處理技術作為一種新型的空氣污染控制技術，得到日益廣泛的應用。該項技術與傳統(tǒng)的燃燒法、催化氧化法、吸收法、吸附法相比，對VOC低含量廢氣的處理有明顯的優(yōu)勢。本文主要介紹現(xiàn)行的德國廢氣生物處理技術，以期對我國相應技術的推廣應用起到借鑒作用。1廢氣生物處理工藝生物處理原理廢氣的生物處理技術首先應用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中異味氣體的處理，例如養(yǎng)殖業(yè)中動植物加工產(chǎn)生的臭氣、堆肥發(fā)酵和生物污泥廢氣處理等。隨著工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的揮發(fā)性有機氣體的污染日益嚴重，這項技術逐步應用到工業(yè)廢氣凈化領域。其凈化的基本原理是：有機廢氣或異味氣體流經(jīng)帶有液體吸收劑的處理器；在處理器中，由于廢氣中的污染物在氣、液相之間存在濃度梯度，濃度差使其從氣相轉(zhuǎn)移到液相，被生存其中的微生物吸附；通過微生物的代謝作用，有機物被分解、轉(zhuǎn)化為生物質(zhì)和無機物。反應處理工藝分類

生物處理技術的基本工藝流程以生物過濾為例，如圖1所示，廢氣經(jīng)過一定的除塵、溫度和濕度調(diào)節(jié)，進入生物處理單元，經(jīng)過微生物的處理，氣體可以達標排放。33圖1有機廢氣的生物處理工藝流程圖根據(jù)處理運行方式不同，處理工藝主要分為生物濾床工藝和生物洗提工藝兩種。1.2.1生物濾床廢氣流經(jīng)生物濾床（見圖2）中的活性濾層，有機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。滝臉土麗氓頂托隸曲L滋嗣）滝臉土麗氓頂托隸曲L滋嗣）（a）生物濾床示意圖（b）多層布置的生物濾床圖2生物濾床生物濾床主要由進氣系統(tǒng)、布氣承托層、生物濾層和維護裝置組成。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)。在工程實踐中，一般可選擇有機濾料

或無機濾料。無機濾料選擇比表面積大，有一定強度的無機填料，如加氣混凝土、多孔陶粒、熔巖顆?；虻V渣等。有機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。由于有機濾料廉價易得，獲得廣泛的應用。有機濾料濾層一般高度在0.5?1.2m。運行3?5年后，由于密實度增大造成阻力增大，應進行更換；更換濾料時，宜分次進行，以保持濾料中微生物種群的穩(wěn)定。1.2.2生物洗提工藝生物洗提工藝采用了污染物的液體吸收和生物處理的聯(lián)合作用。廢氣首先被液體（吸收劑）有選擇地吸收形成混合污水，再通過微生物的作用將其中的污染物降解。根據(jù)污水處理的方式（吸收劑再生方式）不同，可分為活性污泥法和生物膜法（生物滴濾池），構(gòu)筑物示意圖如圖3、圖4所示。生物吸收塔生物吸收塔圖3生物洗提一活性污泥法示意圖圖4生物滴濾池示意圖從圖3中可以看出，生物洗提-活性污泥法是將吸收劑（水和微生物的混合液）和廢氣在吸收塔內(nèi)采用通過噴淋、填料填充或曝氣等方式進行混合，溶解于水的有機物被微生物吸附，排入活性污泥反應器后進一步被降解，吸收劑得到凈化再生和重復使用。因為吸收劑的再生速度不受處理負荷和吸收速度的影響，所以這種方法適用于處理生物降解速度較慢的有機物。圖4所示滴濾池中的填料上生長有大量生物膜，當廢氣通過其間，有機物被生物膜表面的水層吸收后被微生物吸附和降解，得到凈化再生的水被重復使用。在生物洗濾過程中，吸收劑的再生效率影響廢氣的吸收、凈化效果和系統(tǒng)的能耗高低,這主要取決于污水處理效率的高低。而影響生物洗提工藝處理效果的因素有：廢氣中有機物水溶性和生物降解難易程度；進氣溫度、粉塵和有毒物質(zhì)含量；對微生物的曝氣和營養(yǎng)物質(zhì)供給（如N、P等）；水的溫度、pH、含鹽量和新鮮淡水的補充情況。2生物反應器的應用和經(jīng)濟技術比較2.1應用范圍與設計參數(shù)確定廢氣生物處理的主要適用范圍是：去除異味氣體和含VOC廢氣濃度較低的廢氣，廢氣中TOC（總有機碳）＜1000mg/m3；氣體流量＜50000m3/h，氣流均勻且連續(xù)；廢氣的溫度一般＜40°C,生物濾床工藝同時要求進氣濕度＞95%；廢氣組分易溶于水，易生物降解。對廢氣中各種組分的降解情況如表1所示，可作為工藝設計的選擇依據(jù)。表1不同IS氣成分B9生物閑律紐］工生物痣床生物洗提反應器藝處理翹率沌抄處理效率50^—80%處理翹率C50師處理敘率用0唏苯=甲苯酮；丙酮飽和婭：甲烷戊烷醇:甲N醇混合二甲奉芳香坯；苯乙烯笨環(huán)坯；環(huán)己烷異丙醇W：甲醇丁醇醛胺乙二醇醛甲醴苯酚酯;乙漲乙酯鹵優(yōu)韌；二氮甲烷乙二醇離胺=三甲基胺酚：苯酚孰化苯酣三盍乙烷酯乙酸甲酯糠醛詭艇=一甲基毓醴四氮乙烷酮=丙酮氣味礫蠱化物硝基化合物甲醛■■葷朵環(huán)乙烷硫殍；甲硫睜肓直和較難生韌無機物：氨無機物：H.S降解的有機物工程設計中，需要同時考慮廢氣中氣體組分的種類、濃度，反應器中有效接觸時間。反應器的尺寸由面積負荷：m3氣體/（m2過濾面積?h）；接觸時間：s；體積負荷：gTOC/（m3過濾體積?h）；或：氣味單位GE/（m3過濾體積?h）；或：m3氣體/（m3過濾體積）等參數(shù)確定。實際工程中，反應器尺寸可參考同類生產(chǎn)企業(yè)的經(jīng)驗值估算，并應進行中試實驗，以優(yōu)化設備尺寸，降低投資。表2、表3分別給出不同種類企業(yè)應用生物濾床和生物洗提工藝的

情況。從兩種工藝的應用可以看出，生物濾床工藝對氣味和易溶性有機氣體去除效率較高,而生物洗提能夠用于生物降解性較差的VOC廢氣處理。表2應用生詢酒珠處理廢氣實例企業(yè)類別廢氣流量/(m3"h'1)-淫設形式，濾斜｛下層，上層？體積負荷廢氣組?分進氣濃度掃E放濃度處理敷率加粽材?油S.木工和40.000.匕個平面濾床，3皺代樹根，腐殖稠皮c?33jr/（m.'■h）TOC氣味550^650mgA/gOljQgEiOmg/^^80QGE/m3fI-^100iRg/in!2>c5Ong：/m6QGESOV-99%制藥廠2000si?'4」慝i-4ujtlb.樹根，腐殖樹皮c?24/(m:'h)TOC氣味2000.ng/in!100GGE/n1mg/id'釣100GE/m：>99%:塑料腦工/■油禰車間400a.中述設爸，1.8mb-腐殖樹皮c.10*42珀m7：.(m3-h)TOC氣味600^ieAlSOa-GE/m140ng/irJ,h9&:GE/m；>93%-■fea%堆肥發(fā)酵車間3800^3蚣平面濾床，9帥in'樹根，腐殖樹皮c;30玖/（皿■h卜氣味'￡00邀CTGEAd'3^00'GE/iil!99%畜禽加工160003,.只殳層慮床！240Elb-樹根颶末「廚殖樹皮c.6S■hi氣喘60000GE/m!約100GE/m'>99%33'QOOa.平［￡繚珠！40h植物堆肥g75■h）35000GE/m：約100GE/ni'二］1ikJt-Ln>99%-Ln表3應用生物誨虹藝fth理廢氣實例「誰業(yè)類別廢氣流量/U5?叮*建設范式活性污泥丿固定床反應器底氣:組分進氣濃庫掃澈濃度處理效率金滾加工/油漆車間55Q00貝.2級逆蠱洗慮'b.2?呼活性污泥反應器T0C吒味約300陀/m3ISQO'.&E/n約「go血300—800GE/jh!93^50^80%迦料加工/油漆車間1^00乩藝級逆瀟先濾仲試:裝置）'b.淹沒式生物濾池釣650ingZin.'約SOOGH'/hl!約mg'Zm.：約EX)jugA1約120m&/in5約500GE/m5約7QiLg/jii：-約7mg/m381%.37%發(fā)酵反應器110(丁弘交叉流洗慮b.固走床反匾斎T0C42mg/m14400.：GE/Y未榆出唇1IVjli1506GE/m'^99%'65^'2.2與其他工藝的經(jīng)濟技術比較在對含VOC廢氣處理工藝的選擇中，在技術領域應考慮如下因素：VOC的去除效率;廢氣性質(zhì)（廢氣中有機物的組成、VOC含量、廢氣流量、氣味指標）；可用建設面積；技

術經(jīng)濟使用期；必要的附屬設施建設(如：水蒸氣生產(chǎn)設施)；與原有治污設備的配套；有機溶劑的回收等。經(jīng)濟上主要考慮投資、運行費用和財務風險。各種工藝的初步選擇依據(jù)如表4所示。表4VOC氣體處理技術措施的適用范圍及其經(jīng)濟指標處理方法濃度/(gTOC?mN—3)>105?11?5<1排氣量/(1000mN3巾-1)50?1005?50<5投資費用？/(m3?h-1)運行費用？/(1000m3?h-1)吸附-溶劑回收++++++++++++40?801.5?2.8吸收-溶劑回收++++0+++++30?450.85?1.50預熱式-熱力焚燒+++++0+++++15.0?17.51.5?2.6預熱式-催化焚燒-0++0-++++15?200.75?2.60蓄熱式-熱力焚燒-+++0++++16?350.4?2.4蓄熱式-催化焚燒-0++++++++14?300.5?2.8生物濾床法--0+++++++9.5?15.00.15?1.12生物洗濾法--++++++++9.5?20.00.30?0.88備注：++,+，0，-符號表示處理技術對應不同處理狀況下的經(jīng)濟技術適用性++很適用，+適用，0不太適用，-不適用3結(jié)語隨著國內(nèi)對環(huán)境質(zhì)量的要求不斷提高，揮發(fā)