生物技術(shù)成VOCs治理生力軍?
隨著相關(guān)政策法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái),目前國內(nèi)防治VOCs(揮發(fā)性有機(jī)物)污染已進(jìn)入議事日程并不斷深入。在生產(chǎn)過程中采用替代產(chǎn)品和實(shí)施清潔生產(chǎn)從源頭上減少VOCs產(chǎn)生和排放,是控制VOCs的首選措施。然而在很多情況下,VOCs氣體會(huì)不可避免地?fù)]發(fā),因此,收集處理VOCs氣體(包括回收)是必不可少的控制措施。
VOCs氣體處理技術(shù)主要分為兩類,一類是回收技術(shù),以各種物理方法為主,對(duì)排放的VOCs進(jìn)行吸收、過濾、分離,再資源化循環(huán)利用。包括吸附、冷凝、膜分離、吸收等技術(shù)。另一類是分解技術(shù),以化學(xué)處理和生物處理方法為主,把排放的VOCs分解化合轉(zhuǎn)化為其他無毒無害物質(zhì)。包括熱力燃燒、催化燃燒、等離子體、化學(xué)吸收、紫外光(催化)氧化、生物處理等技術(shù)。
在眾多處理技術(shù)中,VOCs生物處理技術(shù)是近年來廣受關(guān)注的一種技術(shù),具體的處理工藝有生物過濾法、生物滴濾法、生物洗滌法、活性污泥法和膜生物法等。
生物法可將VOCs降解為水、二氧化碳等無害物質(zhì)
VOCs生物處理技術(shù)具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn),工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單,處理工藝投資和運(yùn)行費(fèi)用較低,產(chǎn)生二次污染物少
生物處理技術(shù)去除VOCs的基本原理是,氣體中的VOCs經(jīng)過傳質(zhì)過程(氣液接觸表面或通過膜)進(jìn)入微生物懸液或生物膜中,在好氧條件下(有氧氣存在的條件下)大部分VOCs被微生物降解為水、二氧化碳、硫酸鹽、硝酸鹽等小分子無機(jī)物質(zhì),小部分轉(zhuǎn)化為剩余菌體,從而實(shí)現(xiàn)VOCs氣體凈化。
與其他物理和化學(xué)處理技術(shù)相比,VOCs生物處理技術(shù)具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
由于生物處理裝置的關(guān)鍵部分是生物填料層和噴淋加濕系統(tǒng),工藝設(shè)備結(jié)構(gòu)相對(duì)簡單,而其他工藝組成往往比較復(fù)雜。例如,蓄熱式催化燃燒(RCO)工藝具有催化反應(yīng)床、氣體熱交換、氣路切換閥門、電加熱或燃?xì)饧訜、防爆、溫度監(jiān)控模塊等多個(gè)部分。
另外,生物處理工藝投資和運(yùn)行費(fèi)用較低。由于不使用價(jià)格昂貴的催化劑、吸附劑或離子管,其投資費(fèi)用一般比其他方法便宜1/3至1/2。此外,由于生物法反應(yīng)在常溫下進(jìn)行,不需要對(duì)氣體進(jìn)行加熱,在運(yùn)行過程中也僅消耗少量的營養(yǎng)液和水,其能量消耗與藥劑消耗水平比較低,運(yùn)行費(fèi)用也相對(duì)低廉。
運(yùn)用生物法產(chǎn)生二次污染物少。VOCs生物法處理的產(chǎn)物主要是無害的二氧化碳、水等小分子物質(zhì),屬于一種綠色環(huán)保技術(shù)。研究表明,某些工藝處理過程中,VOCs會(huì)轉(zhuǎn)化為毒性更大的中間產(chǎn)物,或者產(chǎn)生臭氧等有害副產(chǎn)物,或者產(chǎn)生大量廢液,從而產(chǎn)生二次污染物。
任何VOCs處理技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍。在VOCs處理領(lǐng)域,由于氣體性質(zhì)千差萬別,不存在某一類技術(shù)“包打天下”的情況。同樣,VOCs生物處理技術(shù)也并不是萬能的,它主要適合于處理低濃度、不具有回收價(jià)值或燃燒經(jīng)濟(jì)性的VOCs氣體,尤其適合處理生物降解性較好組分的氣體。
在國內(nèi)外不同行業(yè)得到成功應(yīng)用
在美國加州和西德建成土壤過濾床,被用于污水處理廠;20世紀(jì)80年代后,生物過濾塔應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展到其他含有毒污染物的廢氣;進(jìn)入21世紀(jì),生物法應(yīng)用研究依然活躍
據(jù)了解,生物技術(shù)已經(jīng)有60多年的研究和應(yīng)用歷史,尤其在德國、荷蘭等歐洲國家應(yīng)用較為廣泛。
20世紀(jì)50年代,在美國加州和歐洲的西德建成了一些土壤過濾床,并被用于處理污水處理廠散發(fā)出的含硫化氫的惡臭氣體。早期是敞開式土壤生物濾床,后來發(fā)展為封閉式生物過濾塔。由于敞開式的生物濾床占地大,并且受氣候條件影響較大,因此封閉式的生物過濾塔更適用于工業(yè)企業(yè)和城市。
進(jìn)入20世紀(jì)60年代和70年代,在歐洲一些國家,尤其是在西德和荷蘭,生物過濾塔被廣泛應(yīng)用于污水處理、噴涂、堆肥、食品加工,以及畜禽養(yǎng)殖等領(lǐng)域,并被認(rèn)為是最具實(shí)用性的有機(jī)廢氣控制技術(shù)。
20世紀(jì)80年代后,生物過濾塔應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展為控制VOCs和其他含有毒污染物的廢氣,比如化工廠和印刷車間排放的氣體等。除了歐美國家外,世界其他各國的研究者也先后對(duì)此工藝展開研究和應(yīng)用。
進(jìn)入21世紀(jì),由于生物過濾塔本身具有技術(shù)經(jīng)濟(jì)方面的優(yōu)勢(shì)和巨大的應(yīng)用潛力,它的應(yīng)用研究依然非;钴S。
目前,VOCs生物處理技術(shù)已經(jīng)在不同行業(yè)得到成功應(yīng)用。在污水處理、垃圾堆肥、垃圾焚燒、畜禽養(yǎng)殖、畜禽糞便處理、動(dòng)物尸體處理等惡臭類VOCs氣體凈化領(lǐng)域,生物法已經(jīng)成為主流技術(shù)和工藝。
在車輛噴涂、包裝印刷、家具制造、電子器件、石油化工、制藥、印染、橡膠制品、塑料制品等領(lǐng)域的VOCs氣體處理方面,生物法已經(jīng)有了越來越多的成功應(yīng)用案例。未來在這些領(lǐng)域,預(yù)計(jì)生物法將會(huì)有快速發(fā)展和廣泛應(yīng)用,市場機(jī)會(huì)將越來越多。
對(duì)難生物降解、高濃度VOCs去除效果較差
采用紫外+生物過濾工藝,運(yùn)用紫外單元提高VOCs可生化性;增加反應(yīng)器高度,從而減小反應(yīng)器占地面積;發(fā)揮行業(yè)協(xié)會(huì)和政府作用,建立第三方評(píng)估和推廣平臺(tái),有序推動(dòng)新技術(shù)推廣應(yīng)用
在VOCs生物處理技術(shù)的應(yīng)用過程中,也出現(xiàn)了一些技術(shù)難點(diǎn)。生物法對(duì)于難生物降解、高濃度的VOCs去除效果較差。針對(duì)這一問題,可以采用紫外+生物過濾聯(lián)合工藝,運(yùn)用紫外單元提高VOCs的可生化性,同時(shí)降低生物過濾單元的負(fù)荷。
生物處理技術(shù)還存在占地過大問題,可通過優(yōu)化反應(yīng)器解決,即在不改變反應(yīng)器體積的前提下,增加反應(yīng)器的高度,從而減小反應(yīng)器的占地面積。生物量累積過量,填料層堵塞,壓降升高也是生物處理技術(shù)中不可忽略的問題,可通過增加預(yù)處理單元,優(yōu)化噴淋條件以及生物量控制來解決。
此外,當(dāng)前VOCs生物處理技術(shù)在推廣應(yīng)用過程中,還存在一些問題。一是開展生物技術(shù)推廣的企業(yè)規(guī)模小、數(shù)量多,市場分散且呈現(xiàn)碎片化趨勢(shì),行業(yè)內(nèi)相互壓價(jià)與惡性競爭現(xiàn)象較為普遍,VOCs生物處理領(lǐng)域還缺乏大中型企業(yè),行業(yè)整體實(shí)力偏弱。
二是行業(yè)內(nèi)普遍重公關(guān)營銷、重工程建設(shè)而忽視運(yùn)行管理。許多企業(yè)認(rèn)為生物法技術(shù)門檻不高,簡單模仿和復(fù)制已有工程,不能根據(jù)工程需要靈活調(diào)整設(shè)計(jì)運(yùn)行參數(shù),工程建成后管理也跟不上。導(dǎo)致工程處理效果不佳或運(yùn)行不穩(wěn)定,從而對(duì)生物法在市場上的口碑和被接受程度產(chǎn)生負(fù)面影響。三是企業(yè)普遍缺乏技術(shù)創(chuàng)新能力,而高校和科研機(jī)構(gòu)的研究成果難以直接產(chǎn)業(yè)化,缺乏技術(shù)驗(yàn)證、孵化和推廣平臺(tái)。
對(duì)于未來VOCs生物處理技術(shù)的推廣應(yīng)用,我們建議,發(fā)揮行業(yè)協(xié)會(huì)作用,加強(qiáng)需求方、VOCs治理企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)的交流與合作,增加信息透明度,減少由于信息不對(duì)稱而出現(xiàn)的推廣應(yīng)用壁壘。
另外,政府相關(guān)部門加大對(duì)企業(yè)VOCs違法排放的監(jiān)管力度,倒逼企業(yè)加嚴(yán)VOCs處理工程建設(shè)和運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn),形成行業(yè)內(nèi)重視運(yùn)行管理的氛圍。通過技術(shù)孵化平臺(tái)推動(dòng)技術(shù)創(chuàng)新成果優(yōu)化、實(shí)用化,同時(shí)建立技術(shù)的第三方評(píng)估和推廣平臺(tái),有序推動(dòng)新技術(shù)推廣應(yīng)用。
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