低成本高效率廢氣處理新方案

執(zhí)行環(huán)保排放標(biāo)準(zhǔn)愈來愈嚴(yán)格，有害空氣污染物質(zhì)(HAPs)和工廠臭氣造成的環(huán)境污染問題越來越受到人們的重視。處理廢氣有多種方法，其中生物法是一種有效的、費(fèi)用較低的、沒有二次污染的方法。筆者對(duì)生物法和其他的處理廢氣方法進(jìn)行對(duì)比，重點(diǎn)介紹生物濾池和生物滴濾池處理廢氣系統(tǒng)的特點(diǎn)、原理和應(yīng)用實(shí)例。

1　工業(yè)廢氣的物理化學(xué)處理方法

污染物質(zhì)可以通過熱處理、活性炭吸附或化學(xué)洗滌從工業(yè)廢氣中去除。熱處理包括直接燃燒和催化氧化。當(dāng)有機(jī)污染物質(zhì)的濃度高時(shí)，熱處理的方法是有效的。然而，當(dāng)有機(jī)物的濃度低時(shí)，熱處理的費(fèi)用將很高，原因是需要的燃料較多；活性炭吸附中，有機(jī)污染化合物被吸附到炭表面，從而產(chǎn)生清潔空氣。每單位質(zhì)量的炭的吸附數(shù)量同空氣中污染物質(zhì)的濃度有關(guān)，濃度低時(shí)吸附率低。因此，當(dāng)污染物的濃度降低時(shí)，吸附每單位質(zhì)量的污染物所需的炭量將變得很大；洗滌作用對(duì)于去除許多有毒氣體和其它高溶解度的化合物有效，但是運(yùn)行費(fèi)用高。

2　工業(yè)廢氣的生物處理方法

工業(yè)廢氣的生化處理系統(tǒng)屬于一種環(huán)保友好技術(shù)。相對(duì)于上述的處理方法，生物法更加適用于處理低濃度的有毒空氣污染物質(zhì)(HAPs)，且具有投資運(yùn)行費(fèi)用省、維護(hù)管理簡(jiǎn)單、不產(chǎn)生二次污染等特點(diǎn)。在歐洲，燃料費(fèi)用較高，關(guān)于惡臭的規(guī)范也很嚴(yán)格，所以廣泛采用生物法去除惡臭氣體。

生物法的實(shí)質(zhì)是利用有孔的、潮濕的介質(zhì)上聚集的活性微生物的生命活動(dòng)，將廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)變?yōu)楹?jiǎn)單的無機(jī)物(如CO2和H2O)或組成自身細(xì)胞。一般認(rèn)為生物法凈化有機(jī)廢氣需經(jīng)歷三個(gè)步驟：①有機(jī)廢氣成分首先同水接觸并溶于水中(即由氣相擴(kuò)散進(jìn)入液相)；②溶解于液相中的有機(jī)成分在濃度差的推動(dòng)下，進(jìn)一步擴(kuò)散至介質(zhì)周圍的生物膜(如圖1所示)，進(jìn)而被其中的微生物捕捉并吸收；③進(jìn)入微生物體內(nèi)的有機(jī)污染物在其自身的代謝過程中作為能源和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被分解，經(jīng)生物化學(xué)反應(yīng)最終轉(zhuǎn)化為無害的化合物(如CO2和H2O)。這一過程見圖1。

兩種最常用的生物處理系統(tǒng)是生物濾池和生物滴濾池:生物濾池中，有孔的介質(zhì)通過進(jìn)氣的濕度調(diào)節(jié)器和偶爾的噴淋而保持潮濕(如圖2所示)；生物滴濾池中，水流穩(wěn)定地、持續(xù)地循環(huán)穿過濾床，對(duì)處理后的空氣進(jìn)行持續(xù)收集(見圖3)。

2.1　生物濾池系統(tǒng)

生物濾池的最初形式是通過挖掘溝渠，在溝中放置空氣布水系統(tǒng)，再用滲透性土壤填埋溝渠建成的。但是土粒之間的小孔尺寸會(huì)帶來堵塞問題，只有少量的這樣的系統(tǒng)存在著。現(xiàn)在大多數(shù)的生物濾池用木片或肥料填充。如圖2所示，廢氣通過配水系統(tǒng)進(jìn)入濾池底部，然后穿過有孔的嵌在礫石中的塑料管排出。放置在礫石層上的填料通常為一層，大約為1m厚，如果再厚的話，將要使填料受到壓擠而變形。采用噴淋系統(tǒng)來保持填料潮濕，當(dāng)下雨和噴淋量大的時(shí)候，用排放系統(tǒng)來排出多余的水。這種生物濾池在運(yùn)行之前，要求對(duì)填料進(jìn)行篩濾來控制孔隙尺寸，這樣可以保證填料具有較大的孔隙并減少水頭損失。用肥料做填料時(shí)，填料上活性環(huán)境使多種的微生物立即開始起作用，降解的過程中填料提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。較低的水頭損失和理想的活性環(huán)境意味著生物濾池可以做得小一些。

然而，肥料做填料也有缺陷。當(dāng)肥料軟化時(shí)容易產(chǎn)生水平和垂直壓縮作用。水平壓縮使濾床內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，也有可能使濾床離開容器壁；而垂直壓縮使填料孔隙堵塞，從而增大了水頭損失。當(dāng)廢氣經(jīng)過填料到達(dá)裂縫和開口處，處理過程就失敗了。如果增濕和噴淋系統(tǒng)運(yùn)行不好，由于干化作用也可能使填料發(fā)生收縮。此外，干肥料通常是疏水性的，這將使填料再次濕化很困難。

為了解決肥料軟化時(shí)的問題，人們開始采用混合無機(jī)填料。Monsanto使用獲得專利的聚苯乙烯水珠和有機(jī)材料作為填料。①也有人采用火山巖、礫石等具有較大孔隙的材料作為填料，還有些生物濾池用大孔的聚氨酯泡沫塑料做填料。用均一的無機(jī)填料不僅可以解決填料壓縮問題，而且還可以降低水頭損失。無機(jī)填料提供的是無營(yíng)養(yǎng)物或接種的環(huán)境，其所需的較低的水力負(fù)荷使干燥更加容易。采用無機(jī)混合填料的生物濾池必須小心地對(duì)其進(jìn)行管理，提供適當(dāng)?shù)奶盍辖臃N環(huán)境，小心地控制水的流量，營(yíng)養(yǎng)物的添加要有規(guī)律性。總之，如果這些問題能夠解決的話，無機(jī)填料可以提供最大的降解率，也可以使生物濾池做得更小。實(shí)際運(yùn)行中，采用可編程的邏輯編輯器對(duì)生物濾池的運(yùn)行進(jìn)行監(jiān)控，以便調(diào)整運(yùn)行參數(shù)，反常條件下可以關(guān)掉系統(tǒng)。

用木片或肥料做填料的生物濾池同無機(jī)混合填料生物濾池相比，其運(yùn)行和管理費(fèi)用較低，但是處理效果比后者差，因此，可以根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況做出選擇。

2.2　生物滴濾池系統(tǒng)

生物滴濾池不同于生物濾池，它要求水流連續(xù)地通過有孔的填料，這樣可以有效地防止填料干燥，精確地控制營(yíng)養(yǎng)物濃度與pH值。另外，由于生物滴濾池底部要建有水池來實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)運(yùn)行，所以總體積比生物濾池大。這就意味著:將有大量的污染物質(zhì)溶解于液相中，從而提高了比去除率。因此，生物滴濾池的反應(yīng)器的尺寸可以比生物濾池的小。但是，生物滴濾池的機(jī)械復(fù)雜性高，從而使投資和運(yùn)行費(fèi)用增加。由于這些原因，所以生物滴濾池最適于那些污染物質(zhì)濃度高導(dǎo)致生物濾池堵塞、有必要控制pH值和使用空間有限的地方。

2.3　工業(yè)廢氣生物處理法的應(yīng)用

生物處理方法也有不適宜的地方。例如，攜帶油或油脂的灰塵和空氣因?yàn)榭赡軙?huì)阻塞濾床，從而應(yīng)用生物法得不到很好的處理。另外，由于生物濾床的尺寸有限，降解緩慢的化合物(如特定的氯代烴)也不適于進(jìn)行生物處理。低濃度的化合物很難得到降解，原因是少量的水對(duì)空氣的分隔作用使水中污染物的濃度降低，從而降低降解速率。然而，這些情況對(duì)于那些較難溶化合物而言，例如苯和甲苯，雖然溶解度較低，但相對(duì)其他處理方法，用生物處理方法可以得到穩(wěn)定的處理。一般情況下，生物處理系統(tǒng)較其他的處理系統(tǒng)體積較大，不能安裝在空間有限的地方。

生物處理方法適宜處理多種揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)和許多工業(yè)廢氣中的無機(jī)蒸氣物質(zhì)。這些物質(zhì)中含有氮、氯或可產(chǎn)生少量酸的硫化合物。例如，H2S通常是惡臭問題的來源，用生物濾池可以得到很好的處理，僅僅是產(chǎn)生少量的酸。在處理低濃度的易降解的污染物質(zhì)方面，生物濾池和生物滴濾池是最成功的。

在美國(guó)新澤西州的Lawrenceville，采用生物滴濾池處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物(VOCs)、有害空氣污染物質(zhì)(HAPs)和海邊污水處理廠的惡臭排放物。此污水處理廠位于加利福尼亞州的圣地亞哥市的?？栈?，處理的廢氣來自工業(yè)廢水、煉油廠的處理池。處理流程是:污染氣體下向流，同循環(huán)的液體一起運(yùn)行，經(jīng)過兩個(gè)生物滴濾池(填料是455kg的活性炭)處理后而排放。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)是:空氣進(jìn)氣流速3000m3/h；反應(yīng)器面積為3.1m×9.1m，完全由玻璃纖維合成樹脂制成，濾床體積為31m3；氣體停留時(shí)間為36s；平均有機(jī)負(fù)荷率大約是。2g/(m3·h)。對(duì)于污染物質(zhì)的去除，包括酚、亞甲基氯化物、丁酮、苯、甲苯、乙苯、二甲苯和硫化氫，總的去除率達(dá)到85%。

水廠的氣體污染物在采用生物滴濾池處理之前，是通過4個(gè)獨(dú)立的250kg的活性炭吸附柱進(jìn)行處理?；钚蕴康母潞驮偕枰粋€(gè)月的時(shí)間，每年需花費(fèi)36000美元，而生物滴濾池的每年費(fèi)用為5000美元。

3　結(jié)論

相對(duì)于傳統(tǒng)的處理廢氣的方法，如燃燒法、化學(xué)洗滌法、催化氧化法和吸附法，生物法的優(yōu)點(diǎn)是:維護(hù)管理方便，費(fèi)用較低，沒有二次污染，對(duì)人類健康和生態(tài)的影響較少，適宜處理多種揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)和許多工業(yè)廢氣中的無機(jī)蒸氣物質(zhì)。生物法在工業(yè)的廢氣處理方面將發(fā)揮越來越重要的作用。