1 引言

近年來，含低濃度苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、多環(huán)芳烴、有機(jī)硫化物、有機(jī)氯化物等揮發(fā)性有機(jī)物及惡臭物質(zhì)的工業(yè)有機(jī)的排放量不斷增加，引起大氣污染日趨嚴(yán)重。這類低濃度揮發(fā)性有機(jī)的污染控制，也越來越受到人們的廣泛重視，生物法處理低濃度有機(jī)，就是針對(duì)這類既無價(jià)值又嚴(yán)重污染環(huán)境的工業(yè)廢氣而研究開發(fā)的[1，2]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，“九五”初期上海工業(yè)廢氣排放中，苯的排放量達(dá)到3703.2t/a[3]，本文以含苯廢氣為例，研究了生物滴濾器對(duì)工業(yè)廢氣的處理。

2 裝置與流程

2.1 裝置

實(shí)驗(yàn)用生物膜填料塔，由內(nèi)徑為70mm的有機(jī)玻璃管制成，共分7層，每層高度為0.17m，每層設(shè)有采樣口，總高為1.19m(見圖1)。最下層為進(jìn)氣層，不裝填料，上面6層為填料層，選用瓷質(zhì)拉西環(huán)作為填料。每層填料之間用隔板隔開，隔板的開孔率大于70%。試驗(yàn)在室溫(15～25℃)下進(jìn)行，進(jìn)氣中苯濃度為50～2000mg/m3，氣體流量為100～500L/h，氣體的空塔停留時(shí)間為15～83s，生物膜填料塔的阻力降為29.4～49Pa。

2.2 流程

生物滴濾池實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)采用逆流操作，整個(gè)系統(tǒng)處于負(fù)壓狀態(tài)(真空度為1666Pa左右)。苯類廢氣采用動(dòng)態(tài)鼓泡法配制，空氣在外界大氣壓作用下經(jīng)過流量計(jì)進(jìn)入充填有液態(tài)苯類的鼓泡瓶而產(chǎn)生氣泡，利用平衡分壓產(chǎn)生的苯類廢氣經(jīng)過管道到達(dá)混合瓶中。在混合瓶中，進(jìn)入的空氣與苯類廢氣充分混合，配制成不同濃度，經(jīng)流量計(jì)調(diào)節(jié)流量后從塔底部進(jìn)入填料塔，在上升的過程中與填料表面濕潤的生物膜接觸而被凈化。凈化過程中需要的水采用噴水系統(tǒng)供應(yīng)，為保證以較小的水量潤濕全部填料表面，用增壓泵使水以一定壓力呈霧狀噴出，營養(yǎng)液也隨噴淋水一起加入。塔內(nèi)每隔一定時(shí)間噴1次水，以保持生物膜表面濕潤。凈化后的氣體經(jīng)過真空泵后排入大氣中。

3 測(cè)定與掛膜

3.1 分析測(cè)定

實(shí)驗(yàn)用氣相色譜法分析測(cè)定苯類污染物的含量，所用儀器為日立163氣相，填充柱涂有皂土和鄰苯二甲酸正癸酯(5%)、Chromosorbw (60～80目)。采樣用1mL注射器在各采樣口直接抽取氣體進(jìn)樣進(jìn)行分析。

3.2 掛膜

苯類廢氣具有一定的可微生物分解性，因此用配制一定濃度的含苯類物質(zhì)的對(duì)污水廠污泥進(jìn)行馴化的方法進(jìn)行菌種篩選。篩選所得的菌種溶液(以短桿菌和絲狀菌為主)進(jìn)行掛膜，培養(yǎng)2～3d后即可通入低濃度的苯類廢氣進(jìn)行凈化實(shí)驗(yàn)。

4 結(jié)果與討論

4.1馴化過程

掛膜后，在空塔停留時(shí)間為36.6s、氣速為0.018cm/s的條件下，考察生物滴濾器對(duì)含苯廢氣的去除效果，以生化去除速率為參數(shù)，所得結(jié)果如圖2所示。

含苯廢氣生化去除速率隨掛膜時(shí)間變化

實(shí)驗(yàn)用載體對(duì)苯?jīng)]有吸附作用。在剛掛膜時(shí)，由于菌種對(duì)苯的生化去除作用較弱，基本上處于適應(yīng)階段，盡管此時(shí)進(jìn)口濃度較低(100mg/m3以下)，生化去除速率仍然很低，甚至在掛膜后的1周內(nèi)未反映出反應(yīng)器對(duì)氣態(tài)苯廢氣的去除效果。隨著菌種對(duì)廢氣的適應(yīng)性增強(qiáng)，在第7天出現(xiàn)了去除效果。隨后，菌種的增長帶來了去除效果的不斷增長，掛膜后的第3周出現(xiàn)了去除效果的快速增大直至穩(wěn)定，表明馴化過程的成功。

4.2 濃度對(duì)處理效果的影響

由于入口濃度反映了反應(yīng)器處理的負(fù)荷，故濃度的高低將對(duì)處理效果產(chǎn)生影響。我們?cè)隈Z化較長時(shí)間處理基本穩(wěn)定的情況下，對(duì)濃度的影響進(jìn)行了研究，此時(shí)的氣體流量為250L/h，結(jié)果如圖3和圖4。

含苯廢氣生化去除速率隨入口濃度變化

含苯廢氣處理效率隨入口濃度變化

1)在一定的低濃度范圍內(nèi)，隨濃度的升高，處理效率基本不變，而在高出一定濃度后，處理效率隨濃度的提高逐漸下降;2)在實(shí)驗(yàn)濃度范圍內(nèi)隨濃度升高，去除速率逐漸上升直到最大值。

生物滴濾器處理含苯廢氣的過程是傳質(zhì)—生物降解過程，故傳質(zhì)和生物降解都對(duì)去除效果產(chǎn)生影響。傳質(zhì)決定著去除的表觀效果，而生物降解則決定著污染物的最終去除。據(jù)雙膜理論，物質(zhì)的傳遞在于膜兩側(cè)的濃度差，對(duì)亨利常數(shù)較大的物質(zhì)來說，傳質(zhì)的阻力在于液膜阻力。若溶解度較小，這種影響勢(shì)必來得強(qiáng)烈，因此隨濃度的升高而處理效率降低。但濃度的提高還是提高了從氣相到液相的傳質(zhì)量，也提高了微生物降解的基質(zhì)濃度，從而提高了去除速率，這種提高一直維持到所有微生物都營養(yǎng)充分，達(dá)到最大負(fù)荷為止。

4.3 最大生化去除速率

最大生化去除速率反映了生物對(duì)工藝廢氣中污染物的處理能力，也是系統(tǒng)對(duì)有機(jī)負(fù)荷去除能力的表現(xiàn)。我們以不同的化合物為例，試驗(yàn)了同類反應(yīng)器對(duì)它們的最大生化去除速率，具體結(jié)果如圖5。

不同化合物的最大生化去除速率

不同化合物的最大生化去除速率不同，這與文獻(xiàn)報(bào)道吻合[6]。由此可知，生物法處理廢氣時(shí)，最大生化去除速率不僅與反應(yīng)器有關(guān)，而且也與要處理的化合物有關(guān)。

由文獻(xiàn)[7]可知，苯的BOD5/COD =0.53，水中溶解度為820mg/L;甲苯的B/C=0.61，水中溶解度為515mg/L;苯乙烯的B/C=0.46，水中溶解度為125mg/L;二甲苯的B/C=0.56，水中溶解度為198 mg/ L;丙烯腈的B/C=0.52，水中溶解度為78748 mg/L;丙酮的BOD5/COD=0.39，水中溶解度情況為互溶。由此可見，如將B/C值與溶解度數(shù)值相乘，所得數(shù)據(jù)對(duì)以上化合物排大小順序?yàn)椋罕?gt;丙烯腈(40949)>苯(434.6)>甲苯(314.2)>二甲苯(110.9)>苯乙烯(57.5)，與各化合物的最大生化去除速率大小順序相同。

5結(jié)語

生物滴濾器對(duì)氣態(tài)苯類化合物具有較強(qiáng)的去除能力，在試驗(yàn)濃度范圍和采用瓷質(zhì)拉西環(huán)作為填料時(shí)，最大去除能力可達(dá)到122g/m3.h。用生物滴濾器處理氣態(tài)苯類化合物時(shí)，濃度具有較大影響，在高于某一濃度時(shí)，隨著入口濃度的提高，處理效率逐漸降低;但同時(shí)，生化去除速率卻隨濃度的提高而提高，一直達(dá)到最大生化去除速率為止。

由于生化去除速率反映了生物滴濾器的生化去除能力，所以用生物滴濾器處理氣態(tài)苯類廢氣時(shí)存在最大生化去除速率。不同氣態(tài)化合物生物去除研究表明，生化去除速率除與反應(yīng)器有關(guān)之外，還與被處理的化合物有關(guān)。各種化合物的最大生化去除速率不同，其大小順序與它們的理化性質(zhì)有關(guān)，即與各種化合物的溶解度和BOD5/COD 數(shù)值有關(guān)。

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