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新型丝网填料滴滤器净化含苯废气的实验研究

2013-10-15 中国环保技术网 我要评论(0) 字号:T | T
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环境保护科学 第30卷 总第126期 2004年12月    收稿日期:2004-03-15    作者简介:都基峻(1974-),男,辽宁省锦州

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环境保护科学 第30卷 总第126期 2004年12月
  
  收稿日期:2004-03-15
  
  作者简介:都基峻(1974-),男,辽宁省锦州人,博士研究生。
  
  大气污染防治
  
  新型丝网填料滴滤器净化含苯废气的实验研究
  
  Experimental?Study?on?Treatment?of?Benzene?in?Air?Stream?byBiotrickling?
  Filters?With?Novel?Webby?Filling
  
  都基峻 季学李 羌 宁 刘玉红
  
  (同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室 上海 200092)
  
  摘要 实验研究了新型丝网填料滴滤器净化含苯废气的性能。研究表明该生物滴滤器能够
有效的净化含苯废气,在入口负荷小于60mgL-1h-1时,平均净化效率在90%以上。
当进口负荷提高时,消除能力也逐渐提高,但净化效率有所下降,将进口负荷控制在30~60mgL-1
h-1之间,即可以达到高的净化效率,又可保持较高的消除能力。苯的净化效率随进气量增加
而下降,对于净化高浓度苯废气,10~20m/h的气速是比较合适的。不锈钢丝网填料对循环液分
布均匀性有较高要求,特别在生物膜的形成阶段。当喷淋系统不能保证布液均匀时,可采用阶
梯环等化工填料作为最初的液体分配层。

??关键词 丝网填料 生物滴滤器 净化性能 苯废气

  Abstract Performance?of?Biotrickling?filter?with?novel?webby?filling?for?treatment
?benzene?in?air?stream?was?researched?in?the?paper.The?result?showed?that?the?
biotrickling?filter?with?novel?webby?filling?can?treat?benzene?effectively.?When?
benzene?loading?under?60mgL-1h-1,the?average?removal?efficiency?was?higher?than?
90%.Elimination?capacity?was?enhanced?with?increase?of?input?loading,but?removal?
efficiency?was?down.When?loading?was?between?30~60mgL-1h-1,the?removal?efficiency?
and?elimination?capacity?were?satisfaction.The?removal?efficiencies?dropped?with?increase?
of?input?air?stream.The?stream?speed?between?10~20m/h?was?becomingly.The?webby?filling?
needed?averagely?distribure?liquid?in?the?filter,especially?when?the?biofilm?was?forming.
If?the?liquid?can't?be?averagely?distributed,scalariform?ring?can?be?used?as?distributed?
layer?on?webby?filling.

  Key?words Webby?Filling Biotrickling?Filter Treatment?Performance Benzene?Waste?Gas

  1 引言

  生物法处理废气,是一项利用微生物新陈代谢作用,将废气中的污染物质降解并转化为无害物质清
洁技术,由于该技术具有净化效果好、简单易行、经济廉价、安全性能高的优点,特别是具有天然的环
境相容性的优点,近年来在控制有机废气污染方面越来越受到人们的重视〔1、2〕。

  苯是常用的化工原料,对人体健康有很大危害,由于苯的挥发性很强,在工业生产中以苯为主要成
分的废气广泛存在。但以苯为唯一碳源的生物净化研究还很少,报道的消除能力也较低,不能满足实际
的控制需要。

  在净化工艺中,不同的滴滤填料对净化效果的影响很大,通过对生物滴滤载体性能的比较研究,发
现丝网填料具有挂膜量大,去除能力高的特点〔4〕。本研究将新型立体不锈钢丝网填料应用于生物滴
滤中,以苯为唯一碳源,开展生物滴滤净化含苯废气的实验研究。研究的目的主要是检验新型填料的
实际性能,提高生物滴滤器净化含苯废气的能力。

  2 实验装置和仪器

  实验中所用的生物滴滤反应器由内径100mm、总高约为16m的不锈钢塔构成。全塔分四段,每段填
料高度200mm,除进出口外,每段之间也设有气体取样口。循环液通过泵从循环槽提升至滴滤塔顶部向
下喷淋到挂膜载体上,最后由塔底排出进入循环槽,如此反复循环。实验装置如图1所示。含苯废气的
分析监测采用气相色谱进行,所用色谱仪为岛津公司的14-B型色谱仪,色谱柱为:supelco2-5447,含
苯气体直接用气密型进样针进样。实验期间的室温在20℃~30℃之间。

  1-鼓风机 2-转子流量计 3-苯发生瓶 4-生物滴滤塔5-气体采样口 6-回流水槽 7-循环水泵

  图1 生物滴滤系统示意图

  实验采用填料为自主开发的新型立体不锈钢丝网,该填料的空隙率高达97%以上,比表面积为
370m2/m3堆积密度为180~200kg/m3,与以往的生物滴滤填料相比,该填料具有堆积
密度小,气体阻力小,空隙率高,生物挂膜量大的优点,而且挂膜后实际的比表面积还会增大,适合
作为高负荷生物滴滤器的填料。

  生物滴滤装置进行了约100d左右的净化实验,实验控制苯的进口浓度在1000~4500mg/m3
范围内,气流量控制在36~300L/h的范围,苯的进口负荷范围约为10~100mgL-1h-1。
循环液流量144L/h,循环液pH值在7~75之间,在循环液中适量补充N、P和K、Na、Ca、
Mg、Fe等微量元素。在设备运行中,全塔压降随气流量增加和培养时间增长而增大,约在
50~300Pa左右。

3 结果讨论和分析

3.1 循环液分布对生物膜形成的影响

实验采用焦化污泥作为生物源进行驯化,驯化过程直接在生物滴滤器中进行。苯的浓度基本保持在
1000~3000mg/m3的范围内,气体流量在06~1m3/h的范围内。在驯化初期,为了加快
生物驯化和挂膜的速度,将苯的浓度和气体流量控制在较高水平,当设备已经具备一定的净化能力
后,减小风量,控制浓度,维持系统稳定。驯化过程中的消除能力净化效率的变化见图2、图3。

  图2 苯塔驯化过程中净化效率的变化

  图3 苯塔驯化过程中消除能力的变化  

  在驯化前10d内,苯的净化效率和消除能力都很低。直到驯化10d左右,苯的净化效率开始
提高,并很快就提升并保持在40%左右,(图3中净化效率大幅下降是受实验室停电影响,塔内厌
氧所致),但是直到第23d,净化效率仍然未能突破50%。为寻找效率偏低的原因,打开净化塔
观察,发现生物挂膜不均匀,效率较低是由于气体短流引起的。继续检查发现喷淋装置已损坏,循
环液集中流过填料中心,因此生物膜也只在填料中心形成。为使循环液分部均匀,加装阶梯环填料
层作为液体分配层。改造后苯塔的净化效率逐渐上升到70%以上,消除能力也接近100mgL-1
h-1,驯化阶段基本完成。打开净化塔观察,也证实生物膜已经比较均匀的分布在丝网填料上了。
因此,不锈钢丝网填料要求循环液在填料上的分配比较均匀,否则将因挂膜不均而影响净化效率。

  3.2 进口负荷对净化效果的影响

  生物滴滤塔的进口负荷、消除能力及效率的关系,见图4、图5。

  图4 进口负荷与消除能力的关系

  图5 进口负荷与效率的关系

  由图4和图5可以看出,生物滴滤器能够有效的净化含苯废气,在入口负荷小于60mgL-1h-1
时,平均净化效率在90%以上。随进口负荷的升高,消除能力也逐渐升高,但净化效率有所下降。
而且,随进口负荷的提高,进口负荷和消除能力及效率的关系呈现3种不同的状态。

  (1)当进口负荷小于30mgL-1h-1时,消除能力和净化效率基本不存在波动的情况,消
除能力基本等于进口负荷,净化效率接近100%。

  (2)进口负荷介于30mgL-1h-1和60mgL-1h-1之间,此时消除能力和净化效率开
始呈现一定的波动,以净化效率为例,既有接近100%的数据,偶尔又会跌到只有80%左右,
说明在这个进口负荷水平时,处理效果会受到其他因素的影响而下降,不过此范围内的平均净化效
率仍在90%以上。

  (3)当进口负荷大于60mgL-1h-1时,已经很难出现净化效果接近100%的情况,
净化效率大部分在80%~90%之间,但此时的消除能力很高,出现了消除能力在整个实验的
峰值(100mgL-1h-1左右)。

  综上,如果同时考虑到消除能力和净化效率两个指标,对于单个生物滴滤塔来说,将进口负
荷控制在30~60mgL-1h-1之间,即可以保持高的净化效率,又不至于因消除能力较小,
导致处理能力不足。但从另一个角度来看,如果考虑采用两段生物净化的话,可以将第一段控制
在进口负荷大于60mgL-1h-1,而第二段控制在进口负荷小于30mgL-1h-1,这样就能
发挥两段各自的优势,同时达到净化效率和消除能力两个指标的最优化。

  3.3 表观过滤气速的影响表观过滤气速是生物滴滤器的一个重要参数。由于苯属于难溶于
水的物质,而且苯的入口浓度又比较高,因此表观过滤气速不宜过高,实验在进口负荷30~60
mgL-1h-1的水平下,在4~40m/h气速范围内选择了4个不同的过滤进行净化试验,得到不
同气速条件下的净化效率,结果,见图6。

  表观过滤气速(m/h)

  图6 气速与净化效率的关系

  图6中柱高表示该气速下的平均净化效率,上下引线表示监测到的最高和最低效率。可以看出,
随表观过滤气速的增加,处理效率呈逐渐下降趋势。当表观过滤气速为46m/h时,净化效率高达
98%,且净化效率非常稳定。当表观过滤气速增大后,净化效率逐渐下降,且波动范围变大。从
图6中还可以看出,当表观过滤气速从115m/h提高到229m/h时,净化效率仅下降了2%,
而从229m/h提高到382m/h时,平均净化效率下降了11%,仅为81%。可见表观过滤气速
提高到一定程度后,会对净化效率有较大影响,在本实验装置中,该气速为382m/h。

  虽然提高气体流量对生物滴滤塔的净化效果有不利的影响,但在实际应用过程中,提高气体流
量就可以提高设备的处理能力,这对降低设备投资和提高设备的经济性能有很大帮助,因此在选择
处理气量时要综合考虑。从实验结果看,当过滤气速为10~20m/h左右的时候,既可以达到较大
的处理气量,又可以保证较高的净化效率。

  4 结论
  (1)采用新型不锈钢丝网的生物滴滤器能够有效的净化含苯废气,在入口负荷小于60mgL-1
h时,平均净化效率在90%以上。

  (2)随着进口负荷的提高,消除能力也随之提高,但净化效率有所下降,对于采用新型丝网
填料的生物滴滤塔来说,将进口负荷控制在30~60mgL-1h-1之间,即可以达到高的净化效
率,又可保持较高的消除能力。

  (3)苯的净化效率随表观过滤气速的增加而下降。当进口负荷在30~60mgL-1h-1之
间时,在10~20m/h左右的气速下的运行可以保证较高的净化效率。

  (4)不锈钢丝网填料对循环液布液的均匀性有一定要求,特别在生物膜的形成阶段。当喷淋
系统不能保证布液均匀时,可采用阶梯环等化工填料作为液体分配层。

  参 考 文 献

  1Leson?G.et?al.,Biofiltration:An?Inoovative?Air?Pollution?Control?Technology?for?
VOC?Emissions,J.of?Air?&?Waste?Manage?Assoc.,1991,41(8):1045~1054.

  2Edwarc?D.Schroeder,Trends?in?application?of?gas-phase?bioreactors,Reviews?in?
Enviromental?Science?&?Biotechnology,2002(1):65~74.

  3周琪,杨尚天.生物过滤去除废气中苯的基质降解动力学,同济大学学报,1998,26
(4),414~418.

  4羌宁,季学李,顾国维.气体生物滴滤池载体性能比较实验研究,环境科学,2000,
21(1):45~48.

【责任编辑:管理员 TEL:400-666-4470】

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