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挥发性有机污染物及恶臭生物处理技术综述

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工业生产、污水及垃圾处理等过程产生的挥发性有机物(VOCs)和恶臭物质逸散到空气中会对环境和人体健康产生危害.利用生物技术处理大流量、低浓度VOCs和恶臭物质具有处理效果好、投资及运行费用低、无二次污染的优点。阐述了生物滤池、生物洗涤塔和生物滴滤池等

  工业生产、污水及垃圾处理等过程产生的挥发性有机物(VOCs)和恶臭物质逸散到空气中会对环境和人体健康产生危害.利用生物技术处理大流量、低浓度VOCs和恶臭物质具有处理效果好、投资及运行费用低、无二次污染的优点。阐述了生物滤池、生物洗涤塔和生物滴滤池等常规生物处理技术,以及真菌生物反应器、膜生物反应器、生物转鼓过滤器、生物物化组合反应器等新型生物处理技术的特性、适用范围、应用现状及研究进展,并对废气生物处理技术的前景进行了展望。

  工业生产、污水处理及垃圾填埋等过程会产生挥发性有机污染物(VOCs)及恶臭物质,这些污染物逸散到空气中会污染环境,危害人体健康,并且随着空气的流动逸散到各处带来区域性影响,因此在排放前需要采取适当的技术手段进行处理。H2S、硫醇、羰基硫等含硫物质,氨、乙胺、氮氧化物等含氮物质,苯类,芳香烃以及卤代烃等是废气中常见的VOCs及恶臭物质。与常规的物理、化学方法相比,生物处理技术具有高效、成本低廉、操作简便、清洁、无二次污染等特点,因而应用广泛。

  生物处理方法,即在微生物的作用下,废气中的VOCs和恶臭物质被降解为CO2、H2O和低害类物质。在1923年,生物处理技术就被用于处理污水处理厂产生的H2S。20世纪90年代起,欧洲、美国、日本等开始大面积推广生物处理技术,获得了很好的社会效应和环境效应。到20世纪90年代末期,我国开始注重生物废气处理技术并取得了大量的研究成果。

  本文阐述了常规和新研发的生物处理技术的特点、研究及应用现状,介绍了各种技术的适用条件及控制参数,为开发研究新型处理技术与设施提供参考依据。

  生物滤池、生物洗涤器、生物滴滤池是常见的3种废气生物处理技术,其中生物滤池应用最为广泛。

  生物滤池是最早被研究和使用的针对VOCs和恶臭物质的生物处理技术。生物滤池内部填充填料,填料上附着微生物,加压预湿后的废气从底部进入生物滤池,与填料表面的微生物接触,被微生物降解。废气中的污染物给微生物提供生长所必需的碳源和能源,处理后的气体从生物滤池的顶部排出。填料需要定期喷淋营养液为微生物提供维持活性所需的水分和养分。常见的填料包括泥炭/煤、土壤、堆肥、沙土等,其中最常见是的土壤和堆肥这些填料均匀性较好,比表面积大,能够保持一定的湿度,孔隙度较大,对污染物和营养物质有良好的吸附能力。

  生物滤池具有操作简单灵活、成本低廉的优点,处理污染物涵盖亲水性物质和疏水性物质。亨利系数小于1的物质一般适合采用生物滤池处理。底物种类与性质,反应器内部环境如pH、温度,运行参数如负荷、停留时间等因素对生物滤池的处理效果以及微生物种群结构均有影响。研究显示,底物去除效果会随着气体停留时间的增加而提高。当气体停留时间由10s增加到40s时,H2S和氨的去除率分别由87.2%和91.7%提高到97.3%和99%。低pH值的生物滤池适合处理H2S等含硫物质;填料湿度越大,氨等亲水性物质的去除率越高。采用生物滤池处理垃圾填埋场的H2S,滤池内部微生物种群结构沿填料高度呈现空间变化,种群结构与H2S的降解效果具有相关性。

  生物滤池通常采用有机填料,长期运行易发生堵塞和腐化,影响处理效果。另外填料湿度和pH较难控制。近年的研究主要集中于减小上述因素的影响。

  生物洗涤塔由装有惰性填料的洗涤塔和带有活性污泥的生物反应器两部分组成。洗涤塔顶部向下持续喷洒水珠,废气从底部进入,在向上扩散过程中与水接触后从气相转入液相,进入液相的污染物被水带入生物反应器,被微生物降解。

  生物洗涤塔适用于处理亨利系数小于0.01的易溶性VOCs和恶臭物质,如SO2、乙酸、氨等。用生物洗涤塔处理含苯酚废气,长期运行的平均去除率在97%左右,去除负荷能够达到30g/(m3!h)。由于生物反应器内的液体是持续流动的,pH值、营养物质及降解产物的量易于改变,所以生物洗涤塔的运行条件较易控制,很少发生降解产物积累的问题。多孔、比表面积大的惰性材料通常作为生物洗涤塔中的填料,以提高废气从气相到液相的传质效率。有针对性地接种功能微生物种群可以有效提高反应器的处理效果。Potivichayanon等在生物洗涤塔的填料上接种了两种降解H2S的微生物Acinetobactersp.MU1_03和AlcaligenesfaecalisMU2_03,运行稳定后的H2S去除率可达到98%。

  疏水性物质气液传质速率很低,不宜采用生物洗涤塔处理。生物洗涤塔由两套设备组成,操作较复杂,运行成本高,也限制了其大面积推广使用。

  生物滴滤池是形式介于生物滤池和生物洗涤塔之间的废气处理装置。废气由气相到液相的传质以及生物降解发生在同一个反应器内,循环水不断从生物滴滤池顶部向下喷洒在填料上,填料表面被微生物形成的生物膜所覆盖。废气通过滴滤池时,首先被生物膜表面的液膜吸收(或溶解于其中),然后在生物膜上发生生物降解,从而被去除。

  生物滴滤池一般采用天然惰性填料或合成填料,如树脂、陶瓷、硅藻土、聚氨酯、泡沫等,上述填料的比表面积较小,为100~300m-1。通常惰性填料表面不含微生物,在生物降解反应开始时填料表面需要接种微生物。生物滴滤池可以处理亨利系数小于0.1的挥发性有机污染物及恶臭物质。生物滴滤池中,生物相静止而液相流动,所以在填料表面可以生长世代周期长的微生物,尤其适用于一些不易生物降解的VOCs或恶臭物质,如卤化物及还原性硫化物[11]。将以对二甲苯为唯一碳源和能源的菌株Pandoraeasp.strainWL1接种到生物滴滤池中,在稳定运行状况下,对二甲苯进气负荷为165.2g/(m3h)时,去除速率可达到141.2g/(m3h)。并且研究证明,当进气浓度发生变化时,生物滴滤池具有较好的耐冲击负荷能力。用生物滴滤池净化二氯甲烷,当气体停留时间为157s,二氯甲烷进气浓度为0.7~3.12g/m3时,生物滴滤池对二氯甲苯的去除率为72.0%~99.1%。有机污染物负荷过高、生物量的积累会引起填料堵塞,影响生物滴滤池长期稳定运行。

  为保护和改善大气环境,加强固定污染源挥发性有机污染物排放建设项目环境保护监督管理工作,加强固定污染源挥发性有机污染物排污许可证申请、核发和排污许可执行与监督管理工作,特制订此技术规范。

  
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