許多揮發(fā)有機(jī)污染物，在化工和石油化工的生產(chǎn)過程中被排放入大氣，這會嚴(yán)重污染大氣和破壞生態(tài)環(huán)境并嚴(yán)重危害人體健康。用生物法處理有機(jī)廢氣是近年來發(fā)展起來的一項新技術(shù)，目前已成為世界工業(yè)有機(jī)廢氣凈化研究的熱點(diǎn)課題之一。

本研究以低濃度甲苯廢氣對象，對生物膜填料塔中的填料性能進(jìn)行試驗研究，目的是找出經(jīng)濟(jì)、實用并易產(chǎn)業(yè)化的填料(載體)，以便于在國內(nèi)用生物法處理有機(jī)廢氣進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用以及產(chǎn)業(yè)化。

許多揮發(fā)有機(jī)污染物，在化工和石油化工的生產(chǎn)過程中被排放入大氣，這會嚴(yán)重污染大氣和破壞生態(tài)環(huán)境并嚴(yán)重危害人體健康。用生物法處理有機(jī)廢氣是近年來發(fā)展起來的一項新技術(shù)，目前已成為世界工業(yè)有機(jī)廢氣凈化研究的熱點(diǎn)課題之一。

生物法所用填料的特性是影響其處理效果的關(guān)鍵因素之一，因此以填料的研究和選擇引起了人們的極大興趣。早期的填料主要是人工合成的剛性填料，隨后出現(xiàn)了軟性、半軟性、塑料填料、顆?；钚蕴?、碳素纖維等，因其價格較貴，其應(yīng)用也有一定的局限性。

國外新型的預(yù)適應(yīng)的生物量小片劑、木屑與蘑菇堆肥混合物作生物濾池的填料，容易造成堵塞。許多天然或燒結(jié)材料如陶粒、輕質(zhì)陶塊、海藻石、瓷環(huán)等則其比表面積大，掛膜效果好而日受青睞。

本研究以低濃度甲苯廢氣對象，對生物膜填料塔中的填料性能進(jìn)行試驗研究，目的是找出經(jīng)濟(jì)、實用并易產(chǎn)業(yè)化的填料(載體)，以便于在國內(nèi)用生物法處理有機(jī)廢氣進(jìn)行工業(yè)應(yīng)用以及產(chǎn)業(yè)化。

試驗條件與方法

實驗的主要裝置是塔徑為72mm的玻璃生物膜填料塔，其中填料分別采用不銹鋼環(huán)、瓷環(huán)、塑料環(huán)、陶粒、海藻石、煤渣、輕質(zhì)陶塊等，填料層高度為1000mm，氣體流量在300L/h，入口氣體中甲苯的濃度范圍在50～1100mg/l，氣體在生物膜填料塔層中的停留時間約41s，塔頂循環(huán)液噴淋量13.2～33.6l/h，循環(huán)液pH=6～7，t=16.8～24℃。實驗裝置流程如圖1所示。

本課題組從焦化廢水污泥中篩選出短桿菌，對其純菌種做革蘭氏染色結(jié)果為革蘭氏陰性菌(G-)，為假單胞菌屬(Pseudomonas sp.)中的細(xì)菌。假單胞菌屬是一種化能異養(yǎng)型細(xì)菌，其對有機(jī)污染物有很強(qiáng)的降解能力。用甲苯作為該菌種唯一的碳源以及氮磷營養(yǎng)液(N:P=5∶1，N+P=0.5～1.0mg/L)馴化該微生物菌種，保持溫度在20～30℃的培養(yǎng)箱中培養(yǎng)。然后采用該馴化的菌種溶液對生物膜填料塔進(jìn)行掛膜。

實驗過程中定時抽取氣相甲苯樣，甲苯樣品均用甲苯檢測管檢測分析。

實驗結(jié)果與分析

本研究目的是對生物膜填料塔的生物膜填料(載體)的性能進(jìn)行試驗研究，因此，以生物膜填料塔對有機(jī)氣體甲苯的凈化效率和生化去除量為指標(biāo)，對不同填料進(jìn)行分析討論。

填料性能參數(shù)填料是生物膜填料塔的核心

填料塔操作性能的好壞，與所選用的填料有直接關(guān)系。本研究進(jìn)行試驗研究的有7種填料:不銹鋼環(huán)、瓷環(huán)、陶粒、海藻石、塑料環(huán)、煤渣、輕質(zhì)陶塊。所用填料性能的參數(shù)有:

(1)比表面積：單位體積填料層的填料表面積為比表面積。其單位為㎡/m3。填料的比表面積愈大，所能提供的氣液傳質(zhì)面積愈大。

(2)空隙率：單位體積填料層的空隙體積為空隙率。其單位為㎡/m3。填料的空隙率大，氣液通過能力大且氣體流動阻力小。

(3)濕填料因子：比表面積除以空隙率的平方為濕填料因子。代表實際操作時填料的流體力學(xué)特性。其值大，表明填料表面的潤濕性能好。所用5種填料的性能參數(shù)見表1。

不同填料生物膜填料塔的凈化效率及生化去除量

在實驗條件下，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)及計算結(jié)果作出不同填料生物膜填料塔的凈化效率和生化去除量與時間的變化關(guān)系如下表2、表3所示。

由表2、表3可看出:這七種填料附著生物膜后對甲苯的凈化性能的順序為:海藻石>輕質(zhì)陶塊>陶粒>瓷環(huán)>不銹鋼環(huán)>煤渣>塑料環(huán)。從填料自身特性角度分析認(rèn)為其原因是:比表面積越大，生物膜附著的面積就越大;濕填料因子越大，表示填料表面的潤濕性能越好，潤濕性能越好，說明填料附著生物膜的能力就越強(qiáng)。

輕質(zhì)陶塊是生產(chǎn)陶粒的工廠的廢料中得來的，海藻石是漂浮在海面上的一種物質(zhì)，兩者均是多孔性物質(zhì)、表面粗糙，表面潤濕性能好，可為微生物附著提供較好的環(huán)境，適合微生物的生長、繁殖;比表面積大，則生物膜附著面積大，能夠提高單位體積的有機(jī)污染物的生化降解量，對甲苯的凈化效率和生化去除量高，第10d是兩者的凈化效率即可達(dá)到98%以上。此外，兩者有較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和防腐蝕能力，掛膜速度快，價格低廉。因此，輕質(zhì)陶塊和海藻石適宜用作生物膜填料塔的填料。

陶粒是一種新型材料，其具有質(zhì)輕、價廉、比表面積大、親水性好等優(yōu)點(diǎn)。在廢水處理中已被用作生物膜反應(yīng)器的填料。瓷環(huán)和不銹鋼環(huán)是化工上常用的定型規(guī)整填料，除具有較大的比表面積和濕填料因子、較好的持水性和表面的潤濕性能外，還具有較好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和防腐蝕能力，但價格較貴。這三者附著生物膜的面積較大，對甲苯的凈化效率和生化去除量較好。選擇試驗結(jié)果表明，它們被用作廢氣處理的生物膜填料塔的填料是可行的。

煤渣具有一定的持水性和表面性質(zhì)，但因其中的堿性成分溶出會使循環(huán)液呈弱堿性，運(yùn)行一段時間后，pH值就會達(dá)到7.5～8.0的范圍內(nèi)，不利于微生物的生長。本試驗所用的微生物的適宜生長環(huán)境為pH=6.0～7.0。此外，煤渣的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不好，易破碎造成堵塞。因此不適宜作生物膜填料塔的填料。

塑料環(huán)的比表面積較小，濕填料因子小，其表面性質(zhì)和濕潤性差，且具有疏水性，這使它不能附著大量潤濕的生物膜，所以選擇試驗結(jié)果顯示，它對甲苯的凈化效率和生化去除量也不高，運(yùn)行30d后凈化效率仍只有61%。因此它不適合用作生物膜填料塔的填料。

結(jié)論

通過以上分析表明:作為用于凈化處理有機(jī)廢氣的生物膜填料塔的填料，應(yīng)選用：

(1) 比表面積大，濕填料因子大的多孔材料，以盡可能大地提高生物量及提高單位體積的有機(jī)污染物的降解量。

(2) 填料一般選用適宜的粒徑、表面性質(zhì)好、持水性好的惰性材料，適合于微生物的附著、生長、繁殖。

(3) 具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和化學(xué)穩(wěn)定性。

(4) 價格低廉，投資省。采用不銹鋼環(huán)、瓷環(huán)、陶粒、塑料環(huán)、海藻石、輕質(zhì)陶塊、煤渣等作為填料的試驗研究，結(jié)果表明這七種填料的凈化性能順序為：海藻石>輕質(zhì)陶塊>陶粒>瓷環(huán)>不銹鋼環(huán)>煤渣>塑料環(huán)。

來源： 魏在山，孫佩石 ,黃若華 ,徐曉軍 (昆明理工大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院 ,昆明 650093)、相章分享環(huán)保技術(shù) 

編輯：李丹