北京大学学报(自然科学版),第43卷,第4期,2007年7月
Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Pekinensis ,V ol.43,N o.4(July 2007)
收稿日期:2007201229;修回日期:2007204209
填充大孔载体的生物滴滤塔脱除H 2S 的研究
李 晶
1),2)
倪晋仁
2),3)
籍国东
2)
(1)北京大学深圳研究生院,城市人居环境科学与技术重点实验室,深圳,518055;2)北京大学环境工程系,
水沙科学教育部重点实验室,北京,100871;3)
通讯作者,E 2mail :nijinren @https://www.doczj.com/doc/dd11608089.html, )
摘 要 在生物滴滤塔反应系统中,利用大孔聚氨酯载体固定渗滤液处理厂活性污泥中的自养菌,进行为期1年的脱除H 2S 臭气的试验研究。结果表明:污泥经过预曝气、选择驯化、挂膜固定化和直流驯化4个阶段共18d 的培养后,系统成功启动;最佳运行条件为pH 为2116,营养液喷淋速率为70m L Πmin ,空塔停留时间为25s ;当H 2S 去除率
为100%时,系统所允许的最大污染物容积负荷为114gH 2S Π(m 3载体?h ),是鲍尔环滴滤系统的5倍。试验还发现:H 2S 脱除反应的最终产物以S O 2-4为主,且S O 2-
4浓度与pH 、氧化还原电位有很好的相关性。
关键词 硫化氢;生物滴滤塔;固定化;大孔载体中图分类号 X 701
H 2S G as R emoval in the Biotrickling Filter with a Macroporous C arrier
LI Jing
1),2)
NI Jinren
2),3)
JI Guodong
2)
(1)
The K ey Laboratory for Environmental and Urban Sciences ,Shenzhen Graduate School ,Peking Univer sity ,Shenzhen ,518055;
2)
Department o f Environmental Engineering ,Peking Univer sity ,The K ey Laboratory o f Water and
Sediment Sciences ,Ministry o f Education ,Beijing ,100871;3)
Corresponding Author ,E 2mail :nijinren @https://www.doczj.com/doc/dd11608089.html, )
Abstract A kind of macroporous carriers was used to imm obilize acclimated activated sludge in a biotrickling filter for rem oving hydrogen sulfide (H 2S ).The experiments on rem oval of H 2S had been carried out in the reactor system for about one year.The period of start 2up could be divided into four stages ,including pre 2bubbling ,selective culture ,imm obilization and direct H 2S culture.I t needed only 18days to start up the system and to operate steadily.The optimum pH ,rate of spray nutrient and em pty bed residence time were 2116,70m L Πmin and 25s ,respectively.When the rem oval efficiency of H 2S was 100%,the maximum in fluent load of the biotrickling filter (114gH 2S Π(m 3carriers ?h ))was five times that of the plastic pall rings biotrickling filter.The main metabolism end 2products were sulphate while the by 2products were whitish yellow sulphur suspensions.Close correlation was found am ong pH ,oxidation 2reduction potential (ORP )and concentration of sulfate.K ey w ords hydrogen sulfide ;biotrickling filter ;imm obilization ;macroporous carrier
0 引 言
腐臭味的硫化氢(H 2S )因产生源广、腐蚀设备、对人体危害大等原因引起了人们的广泛关注。为了有效控制臭气,近年来国内外开发了多种处理技术,其中生物处理法因投资少、装置简单、运行费用低、无二次污染等优点成为除臭领域的研究热点
[1—3]
。生物滴滤塔具有能准确控制环境条件和反应进程,承受较大污染负荷,有利于冲洗代谢产物等特点;此
外,它适合处理亨利系数(H c )在0101～1范围内的气体,从而成为脱除H 2S (其H c 为01398)的主要生物处理工艺形式
[4,5]
。H 2S 脱除的反应产物以固相
硫聚物和液相硫酸盐为主
[2]
,目前多数研究集中在
硫聚物上,但硫聚物易造成载体堵塞
[6]
,这也成为限
2
75
制该技术推广应用的重要因素;而硫酸盐不是水体
主要污染物[7]
,且可避免堵塞,便于冲洗,但对硫酸盐定量研究的文献报道较少。
填料是影响生物滴滤塔处理效果的重要因素之一,常见的填料主要有沸石、多孔陶瓷、鲍尔环和活性炭。这些填料中活性炭因比表面积大、孔隙率高、
气阻小等优点,应用最为广泛[2,8]
。但活性炭造价昂
贵,且易造成堵塞[2]。而大孔聚氨酯载体[9]
相对造价较低,不易堵塞,因此本文采用已在废水处理行业取得较好效果的大孔载体作为滴滤塔中的填料,寻找适宜的驯化方式,克服启动时间长的缺点,高效脱除H 2S ;同时考察系统最佳运行参数及脱除过程中H 2S 的时空分布规律;调节运行条件,使S O
2-4
为主
要反应产物,并定量描述其与其他参数之间的关系,
为生物滴滤塔在H 2S 臭气处理领域的进一步研究和应用提供数据参考。
1 材料与方法
111 试验装置
试验中自制的生物滴滤塔由内径85mm ,高750mm 的有机玻璃柱制成。均匀布孔的隔板将滴滤塔等间距分为4层,每层均匀填充75mm FPUFS 载体[9]
。立方体状的FPUFS 实际为一种专用合成高分子载体,采用大孔和微孔相结合的方式开孔,内含羟基、环氧基等活性基团,持水率为2500%,比表面
积为80～120m 2Πg [10]
。
试验中的H 2S 由FeS 和H 2S O 4在H 2S 发生装置内产生,通过改变FeS 含量及H 2S O 4的浓度和进样速率来控制H 2S 产量和浓度。H 2S 与经过滤后的压缩空气混合后由底部进入滴滤塔,和喷淋液形成逆相流,流速由转子流量计精确控制。通过改变H 2S 和空气的流速比调节H 2S 臭气浓度。营养液通过蠕动泵从顶部喷淋装置均匀布水,具体流程见图1。营养液配比为:NH 4Cl 014g ΠL ;K H 2PO 4113g ΠL ;K 2HPO 4113g ΠL ;
CaCl 20107g ΠL ;
FeS O 4?7H 2O
0101g ΠL ;MgCl 2?6H 2O 0102g ΠL ;pH =7。冬季利用
保温设备使系统恒温于28℃运行;夏季通过中央空
调调节控温于28℃。
112 系统启动与运行
从某渗滤液处理厂S BR 反应器中取回活性污泥,在不加任何营养物质的条件下,预曝气,定期排出沉积物和悬浮杂质。1d 后加入含Na 2S
的营养物
11电磁泵 21空气过滤器 31转子流量计 41H 2S 发生装置51三通阀 61混合器 71气体采样口 81液体采样口 91FPUFS 载体 101喷淋装置 111生物滴滤塔 121营养液贮
槽 131蠕动泵 141NaOH 吸收液
图1 大孔载体滴滤塔脱除H 2S 装置系统示意图
Fig 11 Sketch of the bio 2trickling filter system
质,为保证Na 2S 不会以H 2S 的形式溢出,每次添加前先将pH 调节到710,并逐日提高Na 2S 的质量浓度;曝气,选择驯化7d ,测定混合液悬浮固体浓度M LSS (mixed liquor suspended s olids )变化情况。同时用无菌蒸馏水做空白对比实验(见表1),测定pH 、S 2-和S O 2-
4浓度。将3L 上述污泥投入已均匀填充
载体的滴滤塔,继续添加Na 2S 等基质,上流式通入适量氧气,循环挂膜固定化,8d 后用扫描电镜SE M
(scan electron microscope )观察载体及其上微生物群落。从滴滤塔底部以014m 3
Πh 通入200mg Πm 3
的H 2S
臭气进行直流驯化,并以80m L Πmin 速率循环喷淋营养液,测定H 2S 去除率。
表1 选择驯化阶段试验设计
T able 1 Experimental design during selective culture 处理试验设计简称处理一
污泥+营养液+Na 2S 接种污泥(W )处理二
无菌蒸馏水+Na 2S
空白(K )
待系统稳定运行后,考察pH 、营养液喷淋速率、空塔停留时间对H 2S 去除率的影响和容积负荷对消减负荷的作用。在喷淋速率为70m L Πmin ,气体流量
为012m 3
Πh ,停留时间为25s ,H 2S 进气浓度为200mg Πm 3
下测定pH 、ORP 和S O 2-
4浓度,并研究其定
量关系。改变H 2S 进气浓度,测定滴滤塔中部和顶部出气浓度。停止供给系统H 2S 臭气12h 后重新供气,考察系统抗冲击负荷能力。
113 分析项目及方法
H 2S 采用锌氨络盐2亚甲基蓝比色法;S O 2-
4采用
隔酸钡分光光度法;S 2-
采用碘量法;M LSS 采用重量
3
75 第4期
李 晶等:填充大孔载体的生物滴滤塔脱除H 2S 的研究
法;pH 使用Sartorius P B 210酸度计;ORP 使用Sartorius ORP 电极;SE M 使用Hitachi S 23400N 扫描电子显微镜。
2 结果与讨论
211 系统启动
系统经过预曝气、选择驯化、挂膜固定化和直流驯化4个阶段,18d 后成功启动。预曝气1d 后污泥中无机杂物和有机废屑得以排出。图2显示了7d 的选择驯化阶段中各参数的变化情况。由图2(a )可见,处理一中污泥浓度M LSS 随Na 2S 的逐日添加先下降后上升,这反映了污泥从受Na 2S 抑制状态到利用Na 2S 为自身代谢能源的过程,也是耐受或者嗜好S 2-
的微生物富集的过程
。
图2 选择驯化阶段MLSS 、pH 和液相组分浓度变化动态
Fig 12 Variations of M LSS ,pH (a )and com position
concentration (b )during selective culture
图2(a )还反映了处理一和处理二pH 变化情况。处理一pH 始终在6～8之间波动,而处理二pH 不断升高。这是因为Na 2S 水解成碱性,因此处理二的pH 随Na 2S 含量增加而升高。而处理一中的微生物以Na 2S 为能源,减少了pH 迅速升高的可能性;同时营养物质K 2HPO 4和K H 2PO 4对pH 也起了一定的缓冲作用。从图2(b )可知,处理一和处理二S O 2-
4
浓度都随S 2-增加而增大,但处理一S O 2-4增长更迅速;相对于处理一S 2-在低浓度上波动,处理二S 2-
浓度却一直增长且后4d 更为明显。可见,处理一中
对Na 2S 的利用主要是微生物将S 2-代谢成S O 2-4,曝气作用将S 2-氧化成S O 2-4所占比例较小。第7天处理一M LSS 和S O 2-4的急剧下降是高浓度S 2-成为微生物生长限制因子及选择驯化结束的标志。
对挂膜前后载体及其固定微生物群落的SE M 观察发现,经过8d 挂膜的载体微孔内固定了大量微生物(图3)。微生物在较短时间内得以大量固定,可能是因为载体大孔可以为微生物生长繁殖提供良好的气、液环境,而微孔的各种基团可与微生物形成氢键、离子键和共价键,因此固定化效果好,微生物
含量高[10]
。直流驯化2d 发现去除率始终稳定在80%以上,这标志系统启动完成。反应系统经四阶18d 驯化便成功启动,远远快于已有文献中报道的
最快28天
[11]
。
212 操作参数对去除率的影响
试验考察系统运行的最佳pH 、营养液喷淋速率;在不同进气浓度下,空塔停留时间对去除率的影响以及容积负荷对消减负荷的影响(图4)。
由图4(a )可见,当pH 处于115～310时,系统对H 2S 去除率可达95%以上,最佳pH 为2116;当pH
图3 大孔载体固定化微生物前后电子显微镜照片
Fig 13 SE M photos of the carrier before and after the imm obilization
4
75 北京大学学报(自然科学版)第43卷
图4 操作参数对H
2
S去除效率的影响
Fig14 The effect of the operational parameters on the H2S rem oval efficiency
大于510或小于115时,去除率迅速下降。pH对去除率影响的实质是对酶蛋白的两个主要基团氨基(—NH2)和羧基(—C OOH)的影响,当溶液pH低于硫细菌的等电点(4～5)时,—C OOH受到抑制,—NH2导致硫细菌带正电,有利于吸附带负电的H2S 离子化产物HS-和S2-[12]。微生物在低pH下具有较强的去除H
2
S能力,使操作无需调整pH,这对经济和简便的操作是有益的。但当pH<1时,极低的pH抑制微生物的生长且影响酶的活性,导致去除率只有53%,因此应避免系统pH下降到110以下[8]。
从图4(b)可知:H
2
S去除率随喷淋速率的提高而增加,当喷淋速率超过70m LΠmin时,去除率可达到100%。当喷淋速率小于50m LΠmin,去除率下降,这是因为此时营养物质和水分不能满足微生物正常生理活动的需要,同时累积的代谢产物对微生物有抑制作用[13]。虽然喷淋量速率的提高有利于去除效果[14],但过量的喷淋液将增加气阻,不利于微生物降解,且动力消耗增大、成本提高,因此建议最佳营养液喷淋速率为70m LΠmin。
图4(c)显示,停留时间对去除效果影响很大:当停留时间小于15s时,去除效果急剧下降;停留时间对去除率的影响大于进气浓度对去除率的影响。
延长停留时间,尽管进气浓度增加,但去除率仍保持上升趋势。当停留时间增至25s时系统能达到较好的去除效果,而继续增加停留时间,对去除率的影响并不明显。且随着停留时间的增加,设备体积要求加大,处理成本将会提高,因此建议最佳停留时间为25～30s,这与以往研究结果比较吻合[15]。
图4(d)表明,消减负荷随容积负荷的增加而增加,但当容积负荷超过114gH
2
SΠ(m3?h)时,消减负荷增加到最大值并趋于稳定。这是因为在进气浓度不
变时,流量越大,容积负荷越大,停留时间越短,H
2
S 尚未与液相充分接触就被带出塔外,不利于气液间的传质[16]。当进气浓度超过微生物降解的临界浓度时,液膜厚度增加,影响传质效率;且过高的浓度
成为微生物生长的限制因子,因此H
2
S去除率下降。本系统在去除率达100%时,所允许的最大容积负
荷为114gH
2
SΠ(m3?h),是利用鲍尔环等为载体的滴滤系统的5倍(最大容积负荷为2215gH2SΠ(m3?h))[16]。
213 H2S脱除时空分布规律
生物法脱除H
2
S先是S2-失去两个电子生成多
575
第4期李 晶等:填充大孔载体的生物滴滤塔脱除H
2
S的研究
聚硫,再被氧化成S O 2-4
[16]。系统内pH 、S 2-和S O 2-
4
浓度变化情况表明:S O 2-
4浓度随pH 的下降而升高,而S 2-
始终在1mg ΠL 以内波动(图5)。这也说明,系
统内生物脱除H 2S 的最终产物为硫酸[3]
。
图5 pH 、硫化物和硫酸根离子浓度随时间变化图
Fig 15 Changes of pH ,sulfide and sulfate concentration
with time
微生物的活动是影响H 2S 脱除的一个重要因素,而氧化还原电位ORP 可以用来表征将硫氧化成
硫酸的嗜酸性微生物的活动[17]
。观测pH 、ORP 和S O 2-4浓度随时间的变化,结果发现当pH 从8185降低到2170,S O
2-4
浓度增加了近8倍,ORP 先降低后
升高。用SPSS1110强行进入法(Enter 法)考察pH
和ORP 双因子对S O 2-4浓度的影响,其多元回归方程为:
c (SO 2-4)=2009-182×p H -1108×ORP 。
式中,c (S O 2-4)为硫酸根离子浓度(mg ΠL );ORP 为氧
化还原电位(mV )。在置信系数95%的可信区间内,通过了回归方程显著性F 检验和回归系数显著性T
检验,R 2
为01937。因此,认为可以用此回归方程通
过快速测定pH 和ORP 的值而计算出S O 2-4浓度。滴滤塔内载体分层填充,能在串联几个滴滤塔的同时节约占地面积,减少成本。试验考察滴滤塔中层和顶部在不同进气浓度下的出气浓度。由图6可知,无论进气浓度多少,H 2S 去除率均随高度的增加而增加,55%以上的H 2S 在塔中下部被去除。上下两层去除效果相近,可用沿塔纵向生物量没有明显梯度变化来解释[18]
。这也说明塔高对去除率有着重要的影响,以串联方式布置载体有利于均衡每段底物浓度,提高去除率。
3 结 论
(1)大孔载体固定化系统启动迅速,
活性污泥
图6 H 2S 浓度与塔高的关系
Fig 16 The relationship between the concentration
of H 2S and height of biotrickling filter
经预曝气、选择驯化、挂膜固定化和直流驯化4个阶段后驯化成功,18d 后反应器便能正常运行,启动效率大大提高。
(2)大孔聚氨酯载体填充的滴滤塔可高效脱除H 2S 臭气。系统参数pH 、喷淋速率和空塔停留时间最佳值分别为2116、70m L Πmin 和25s ,在最大容积负
荷114g Π(m 3?h )内,去除率可以达到100%。
(3)H 2S 脱除过程具有明显的时空分布规律:
代谢的最终产物主要是S O 2-
4,其质量浓度随pH 降低显著增加;H 2S 出气浓度随高度的增加而递减。
(4)S O 2-4
质量浓度和pH 与ORP 有很好的相关性,用回归方程c (S O 2-4)=2009-182×pH -1108×
ORP (R 2
=01937)可以迅速计算出硫酸根离子的浓
度,为快速掌握S O 2-
4浓度变化规律提供试验依据。 致谢 试验过程中张锦涛、廖波、史一欣同学给
予了热情帮助,谨致衷心感谢。
参
考
文
献
[1] Malhautier L ,G racian C ,R oux J C ,et al.Biological
treatment process of air loaded with an amm onia and hydrogen sulfide mixture.Chem osphere ,2003,50:1452153.
[2] Duan H Q ,K oe L C C ,Y an R ,et al.Biological treatment
of H 2S using pellet activated carbon as a carrier of microorganisms in a biofilter.Water Research ,2006,40:262922636.
[3] 李琳,刘俊新.细菌与真菌复合作用处理臭味气体的
试验研究.环境科学,2004,25(2):22226.
[4] Sercu B ,Nunez D ,Langenhove H V ,et al..Operational
and M icrobiological Aspects of a Bioaugmented T w o 2S tage
6
75 北京大学学报(自然科学版)第43卷
Biotrickling Filter Rem oving Hydrogen Sulfide and Dimethyl Sulfide.Biotechnology and Bioengineering ,2005,90(2):2592269.
[5] 刘波,姜安玺,程养学,等.两级滴滤去除硫化氢和
甲硫醇混合恶臭气体.中国环境科学,2003,23(6):
6182621.
[6] K leinjan W E ,Marcelis C L M ,K eizer A.F oam formation
in a biotechnological process for the rem oval of hydrogen sulfide from gas streams.C olloids and sur faces A ,2006,275:36244.
[7] 国家环境保护总局.污水综合排放标准G B897821996.
北京:中国标准出版社,2000.
[8] Duan H Q ,Y an R ,K oe L C C ,et al.C ombined effect of
ads orption and biodegradation of biological activated carbon on H 2S biotrickling filtration.Chem osphere ,2006,66(9):168421691.
[9] 叶正芳,倪晋仁.一种制备聚氨脂基生物固定化载体
的工艺.中国,Z L20041006275771112006.
[10] 叶正芳,温丽丽,Borthwick A GL ,等.曝气生物流化
床处理炼油厂含硫和高氨氮污水的研究(英文).应用基础与工程科学学报,2005,13(4):3452357.
[11] Vaiopoulou E ,Melidis P ,Aivasidis A.Sulfide rem oval in
wastewater from petrochemical industries by autotrophic denitrification.Water Research ,2005,39:410424109.
[12] 徐亚同,史家 ,张明.污染控制微生物工程.北京:
化学工业出版社环境科学与工程出版中心,2001,
57259.
[13] 谢维民,张兰河,汪群慧,等.高效填料塔生物反应
器处理制药废水处理厂含硫废气.环境科学,2003,
24(6):74278.[14] P otivichayanon S ,
P okethitiy ook P ,
K ruatrachue M.
Hydrogen sulfide rem oval by a novel fixed 2film bioscrubber system.process Biochemistry ,2006,41:7082715.
[15] Ma YL ,Zhao J L ,Y ang B L.Rem oval of H 2S in waste
gases by an activated carbon bioreactor.
International
Biodeterioration &Biodegradation ,2006,57:93298.[16] Jin YM ,Veiga M C ,K ennes C.utotrophic deodorization of
hydrogen sulfide in a biotrickling filter.Journal of Chemical T echnology and Biotechnology ,2005,80:99821004.
[17] 周立祥,方迪,周顺桂,等.利用嗜酸性硫杆菌去除
制革污泥中铬的研究.环境科学,2004,25(1):
62266.
[18] Chung Y C ,Lin Y Y,Tseng C P.Rem oval of high
concentration of NH 3and coexistent H 2S by biological activated carbon (BAC )biotrickling filter.Biores ource T echnology ,2005,96:181221820.
33333
简 讯
纳米科学家王中林教授等研制出世界上最小发电机
人体可以利用自身的能量发电!当被称为“世界上最小的发电机”———纳米发电机问世、并得到进一步完善后,这个美好的愿望正在变为现实。2006年,北京大学工学院先进材料和纳米技术系王中林教授等成功地在纳米尺度范围内将机械能转换成电能,研制出世界上最小的发电机———纳米发电机。该成果发表在2006年4月14日出版的Science 杂志上,并入选中国两院院士评选的“2006年国际十大科技进展新闻”。自2006年以来,纳米发电机研究团队又陆续解决了3个关键性技术问题:发现纳米发电机对超声波的良好反应,设计锯齿型电极以更好产生机械能,将输出的电流整流为直流,并最终将纳米发电机的研究向前推进了一大步。
由于纳米发电机可以收集周围环境中微小的振动机械能并转变为电能,并为其他纳米器件如传感器、探测器等提供能量。它可以整合纳米器件,实现真正意义上的纳米系统;可以收集机械能(比如人体运动、肌肉收缩、血液流动等所产生的能量)、震动能(比如声波和超声波产生的能量)、流体能量(比如体液流动、血液流动和动脉收缩产生的能量),并将这些能量转化为电能提供给纳米器件;纳米发电机产生的电能足够让纳米器件或纳米机器人实现能量自供。有关专家预测,纳米发电机在生物医学、军事、无线通信和无线传感等领域将有广泛的应用前景。
(摘自北京大学新闻网 2007206211)
7
75 第4期
李 晶等:填充大孔载体的生物滴滤塔脱除H 2S 的研究
20 ２００７年第６期 新能源产业 ０ 引 言 沼气中含有微量的硫化氢。它是一种强烈的神经毒物，其毒性与氰酸气体相当。沼气燃烧时，其中的硫化氢还会转化为腐蚀性很强的亚硫酸气雾，污染环境和腐蚀设备。因此，为了防止硫化氢造成的危害，在沼气利用之前必须要进行脱硫。目前，国内广泛采用的沼气脱硫工艺为氧化铁，这种方法应用广泛并且积累了很多经验［１，２］。但其主要缺点有投资大、脱硫成本高、再生困难以及造成二次污染等。近年来，沼气生物脱硫法作为一项新技术［３］，具有处理效果好，设备简单，投资及运行费用低，安全性好，无二次污染，易于管理等优点，受到了广泛的关注。目前，在许多发达国家，生物脱硫技术和设备的开发已经实现了商品化［４］。在国内，生物脱硫去除废气的研究还处于起步阶段［５］。本试验对生物滴滤塔进行沼气脱硫的适宜条件和净化机理进行了研究。 １ 试验部分 １．１ 试验装置 试验装置流程见图１，由填料塔、气体循环系统和液体循环系统以及硫化氢发生器装置组成。反应器为生物滴滤塔， 由直径６０ｍｍ、高７００ｍｍ的有机玻璃材料制成，其中填料层高度为４００ｍｍ，两层中间有１００ｍｍ的隔层。由于陶粒有较大的比表面积、高水分 持留能力、高空隙率、一定的结构强度、价格便宜、易于购买等优点，所以试验中选用陶粒作为填料。 生物滴滤塔顶端有液体喷淋装置，营养液自顶端流入、喷淋到填料上，顺着填料层流下，最后由塔底进入循环水箱，再由循环水泵打回到塔顶。待处理的气体由塔底进入生物滴滤塔，在上升的过程中与生物膜接触被净化，净化的气体由塔顶排出。 １．２ 分析方法 Ｈ２Ｓ：硫化氢气体检测管；ｐＨ值：ＨＩ ９２２４ 便携式酸度计；液体流量：液体流量计；气体流量：气体流量计。 ２ 结果与分析 ２．１ 进气量对填料塔去除Ｈ２Ｓ效果影响 试验在循环液为４Ｌ／ｈ，进气浓度分别在５００ｍｇ／ｍ３、 生物滴滤塔去除沼气中 硫化氢的研究 ■ 王 冰，李文哲 （东北农业大学工程学院，哈尔滨，１５００３０） 摘 要：对生物滴滤塔去除沼气中的硫化氢气体进行了研究，并对影响生物滴滤塔的相关因素以及运行原理作了分析。生物滴滤塔具有较高的Ｈ２Ｓ去除能力，对沼气工业化后处理部分具有指导意义。 关键词：沼气；Ｈ ２Ｓ；生物滴滤塔 图１ 试验流程图
生物滴滤塔处理苯乙烯废气问题研究 摘要：本文针对生物滴滤塔在苯乙烯废气处理中的营养液喷淋方式以及停留时 间选择等问题，通过实验分析方法进行研究分析，以进行最佳工艺方案确定，以 促进其在苯乙烯废气处理中的有效推广与应用，并为有关实践及研究提供参考。 关键词：生物滴滤塔；苯乙烯；废气处理；问题；研究 苯乙烯是一种具有较大的毒性作用与恶臭气味的污染物质，主要产生于油漆 加工与塑料、橡胶生产等过程中，对大气环境的污染危害十分严重。苯乙烯作为 工业生产所排放的一种有机废气，针对其污染影响，现阶段的主要处理方法包括 吸附法、冷凝法以及燃烧法、吸收法等，这些处理方法在实际应用中具有较好的 效果，但同时也存在工艺流程复杂且运行成本较高等问题，导致其运行推广与应 用局限性突出。此外，生物法作为有机废气污染处理的一种有效方法，它与上述 的常规有机废气处理方法相比，则具有废气处理效率较高，且设备简单、运行成 本较低等特点，是当前进行低浓度有机废气处理的一种理想手段，而生物滴滤塔 进行苯乙烯废气处理应用，不仅具有较好的稳定性与高效性特征，并且实际应用 十分广泛。下文将结合生物滴滤塔进行苯乙烯废气处理的实际情况，通过实验方 式对其实际处理应用中的有关问题进行研究，以供参考。 1、生物滴滤塔处理苯乙烯废气的应用研究 生物法是当前进行有机废气处理的一种理想技术手段，它进行有机废气处理 应用的主要作用机理表现为通过将有机废气中的有机物作为微生物进行新陈代谢 反应的唯一碳源，从实现有机废气中的有机物向无机物转化分解，同时对微生物 自身的生命活动进行维持。其中，生物滴滤塔进行苯乙烯废气处理，是通过对生 物膜净化技术与高效化工装置（即填料塔）的结合运用，实现对苯乙烯废气的高 效与稳定处理。根据有关研究结论显示，生物滴滤塔进行苯乙烯废气处理应用， 不仅具有较好的处理效果，能够有效避免二次污染产生，并且其工艺操作较为简单，管理方便，运行成本较低，同时研究还指出，生物滴滤塔技术在进行低浓度 与生物降解性较好的有机废气处理应用中，其作用优势更加显著，并且当前针对 生物滴滤塔工艺在有机废气处理中的应用研究，主要围绕生物处理对象以及填料、反应动力学模型以及有关工艺条件的优化设计、对优势菌种的选育等内容开展。 我国针对生物滴滤塔处理有机废气的相关内容研究开展，主要开始于上世纪90 年代，其中，对生物滴滤塔技术进行含苯环有机废气净化处理的工艺条件以及反 应动力学、优势生物膜微种群等，有关学者先后都开展了相应的研究。值得注意 的是，填料作为生物滴滤塔处理有机废气中微生物生长附着的场所，对其处理效 果有着十分重要的影响，针对填料的性能及其在生物滴滤塔处理有机废气中的影响，国内外也开展了大量的研究，其中，就有研究显示，以泥炭与玻璃珠（4:1）作为混合调料，在苯乙烯氧化菌株玫瑰色红球菌培养液中进行接种培育，以形成 生物滴滤塔处理有机废气的生物膜进行试验分析，其结果表明对浓度为0.8g/m3 的气流苯乙烯，其气流速度在245m3/h时，对苯乙烯净化处理量能够达到 63g?m3?h，效果十分显著。此外，还有研究显示，以焦炭与塑料环组合填料进行生物滴滤塔处理苯乙烯废气应用，通过开展中试启动试验，将启动过程中进气浓 度控制为50至114mg/m3的情况下，其对苯乙烯废气的净化去除率能够达到30%至45%左右，最高时能够达到90%左右，也具有较好应用效果。结合上述对生物 滴滤塔处理苯乙烯废气的研究开展情况，在已有的研究理论支持下，针对活性炭 的较高比面积与较好化学稳定性、可再生等特征，还有研究采用菌丝体热解炭和
生物滴滤塔处理烟气中氮氧化物的研究 江继涛1，李多松1，王健2 （1. 中国矿业大学环测学院，江苏 徐州 221008； 3. 中煤科工集团重庆研究设计院） 摘要：本实验研究了 2种不同营养液对活性污泥的驯化效果以及生物滴滤塔反应器的启动。通过大量实验表明，NO x 去除率总体趋势是随着进气浓度的增大而逐渐减小。在 N O x 浓度低于 1000mg/m3 时，NO 去除负荷随着浓度增大而线性增加。进气浓度继续增加时，去除负荷增加逐渐变慢直至稳定。随着进气流量的增加，NO x 去除率逐渐降低，而 N O x 的去除负荷则呈先增 加后减小的趋势。系统压降随进气流量的增加而迅速增加。最佳进气流量为 0.2m3/h。随着循环液喷淋量的增大，NO x 去除率总体上呈先升高后稳定最后下降的趋势。反应器系统的压 降随着循环液喷淋量的增大而升高。循环液最佳喷淋量确定为 3L/h。循环液的 p H为 7.5 时，系统对 N O x 去除最有利。 关键词：生物滴滤塔；氮氧化物；硝化；影响因素 0 引言 NO x 是主要的大气污染物之一，现在全球的 NO x 排放量已达 35～58Mt/a，由含 NO x 废 气的大量排放而造成的大气污染己成为全球性的重大环境问题，目前发展经济有效的 NO x 减排和治理技术已成为全世界范围内研究的热点[1]。目前，我国燃煤电厂排放烟气中的 SO2 的治理已经取得一定成果，新建燃煤机组都安装了高效脱硫装置，很多现有的燃煤机组也被 要求安装有效的脱硫装置。因此，为了巩固 SO2 的治理成果，严格控制 NO x 的排放成为接 下来的首 要问题。虽然选择性催化还原法(SCR)和选择性非催化还原法(SNCR)等[2]主流技术 能够有效去除 NO x，但处理大体积低浓度 NO x 废气时需要很高的费用，不适合我国国情， 难以在我国大规模推广。 生物滴滤法处理废气过程中，废气进入滴滤塔后与填料上的微生物接触而被净化。废气 的吸收和液相再生过程都在滴滤塔中进行。塔内装有具有很大比表面积的填料，为微生物的 生长和有机物的降解提供了场所[3]。生物滴滤塔的操作条件可灵活控制，所以成为目前生物 法废气(尤其是难溶物质) 净化技术研究的热点。 1 材料与方法 1.1 实验材料 （1）实验废气：是 99.9%高纯度 N O 气体。NO 气体由小型空气泵从生物滴滤塔底部送 入，净化后的气体由顶部排出。 （2）滴滤塔填料：本实验采用陶瓷拉西环作为生物滴滤塔的填料。一般情况下，拉西 环为高径比约为 1的中空环状陶瓷圆柱；实验所用拉西环比表面积大，表面粗糙度适中，适 合微生物附着，其规格差距不大，随机取了几个进行相关参数的测量，基本参数平均值为： 外径为 12mm，内径为 8mm，高 11mm，比表面积为 1200m2/m3，堆积密度为 750kg/m3。 （3）活性污泥：实验所用污泥取自中国矿业大学南湖校区污水处理厂曝气池的硝化段。 将污泥反复淘洗几次，去除漂浮物和沉淀物，只留下米黄色的细小污泥。将淘洗后的污泥装 入塑料桶中，在不添加任何营养物质的条件下空曝 24 小时，使异养细菌通过内源呼吸自溶。 污泥沉淀后倒去上清液，然后将沉淀污泥分装在两个较小的塑料桶中，每桶装 10L。 1.2 实验装置 本实验所采用的生物滴滤塔脱硝系统由供气系统、生物滴滤塔系统、NO x 检测系统三部 分组成，实验流程图如图 1所示。 图 1生物滴滤塔净化 NO x流程图 Figure 1Schematic of the bio-tricking filter system for removal of NO x
生物滴滤池简介 垃圾处理、废水处理及工业生产过程中产生的废气，废气中含有氨气、硫化氢、甲硫醇等对人体有害物质，如未经处理直接进入大气，往往会引起严重的环境污染，损害人体健康，因此其排放正受到日益严格的限制。生物法净化处理挥发性有机废气因其经济、高效和环保，正在取代物理化学法成为一种主流的净化治理技术。 气态污染物的生物净化设施主要分三类：生物过滤器、生物滴滤器及生物洗涤器。生物滴滤器是一种介于生物过滤器和生物洗涤器之间的处理方法。 生物滴滤池的一般流程见下图。在生物滴滤池内充满了惰性填料, 微生物在填料表面附着生长并形成生物膜。生物膜中微生物以有机废气为碳源和能源, 以在循环液中的营养物质为氮源, 进行生命活动。一部分有机废气通过微生物的分解代谢被转化为无害的水和二氧化碳,并为微生物提供能量; 另一部分有机污染物通过合成代谢被转化为微生物自身的生命物质。 图生物滴滤池原理图 生物滴滤池具有以下特点： ●内装有惰性填料,它只起生物载体作用，其孔隙率高、阻力小、使用寿命 长,不需频繁更换； ●设有循环液装置，可调节湿度和pH值，供给营养和微量元素，生物相静 止而液相流动，因而填料上可生存世代周期长、降解特殊气体的菌群， 可承受比生物过滤器更大的处理负荷，且抗冲击负荷能力强,填料不易堵
塞、压降小； ●污染物的吸收和生物降解在同一反应器内进行，设备简单，操作条件可 灵活控制。 ●安装有温度控制装置，当内部气体温度显示下降至微生物的正常生长温 度时，控制系统发信号给热风机，使其工作以提高池内的温度。当气体 低于20O C时，热风机开始运转，直至温度达到微生物适宜温度为止，一般为25O C左右。 与生物滤池相比，生物滴滤池的反应条件易于控制（通过调节循环液的pH 值、温度等参数控制）。故在处理卤代烃及含硫、氮等污染物微生物降解后会产生酸性代谢产物，因此使用生物滴滤池比使用生物滤池更有效。由于单位体积填料层中微生物浓度高，所以生物滴滤池更适合处理高负荷有机废气使用。 鉴于以上特点,生物滴滤器已成为处理挥发性大气污染物的应用热点。 表 1 生物滤床和生物滴滤池处理气体的比较 表2 GA-3生物滴滤池系列
河北工业大学 毕业设计说明书 作者：学号： 学院： 系(专业)：环境工程 题目：生物法去除甲苯气体工艺与设备的研究 与设计 指导者： 评阅者： 2014 年 6 月 5 日
1.4 生物法去除VOCs的工艺选择原则 通常根据VOCs气体组分的亨利系数Hc（Hc=Cg/Cl）选用装置。Hc≤0.01的易溶气体用生物洗涤池，Hc≥1的难溶气体用生物过滤池，0.01＜Hc＜1 的气体用生物滴滤塔[13]。 一般对于难溶性有机气体而言，选用生物过滤法与生物滴滤法并无严格界限。生物滴滤塔作为新型生物处理设备较生物过滤池具有制造和管理成本低廉、操作条件易实现自动控制等优点，本文据此选用生物滴滤塔作为研究与设计的对象，完成课题所给的任务。 2 生物滴滤塔的净化原理 2.1 生物膜净化有机气体的基本理论 2.2 影响生物滴滤塔净化效率的因素 2.2.1 VOCs 种类 2.2.2 菌种的影响 表2.1 部分常用填料及特性 2.2.4 气液两相流动方式 一般分为顺流、逆流、横流3种方式。顺溜阻力小，压降小，但是气体吸收效果
差；逆流传质效果好，但是气体压力损失较大容易造成液泛；横流运行稳定性好，但是气液垂直分布的方式缩短了气相的停留时间。 2.2.5 填料塔的运行条件 主要从塔内环境状况、喷淋液性质、进气条件3个方面分析： （1）环境状况 包括塔内温度、湿度、pH，这三个变量既由进气与喷淋液的性质控制，又与微生物的代谢活动影响密不可分。因此对它们的分析以后两方面的解析为主。 （2）喷淋液性质 包括喷淋液成分、水温、流量、喷淋时间和喷淋方式。 （3）进气条件 主要有气体湿度、有机物浓度、空塔气速、停留时间和有机负荷等。 2.3 主要研究内容 2.4 生物滴滤塔处理甲苯 2.4.1 研究处理甲苯气体的意义 甲苯既是目前生物法净气领域着重研究的对象，也是VOCs的一种，给其它种类有机气体的去除方法研究提供了很好的参考。 2.4.2 甲苯气体的特性 表2.2 我国相关环境标准 2.4.3 相关实验结论 （1）菌种的选择 有文献资料记载，一般去除甲苯以细菌和真菌为主，其中以下列菌种为最优：恶臭假单胞菌，不动杆菌，门多萨假单胞菌，滕黄微球菌，杰氏棒杆菌[12]。本组进行了菌种的甲苯驯化实验，在通过显微镜观察个体形态时发现，真菌在甲苯驯化过程中全部被筛除，只有细菌保留了下来，这可能与提取的真菌菌种有关。
文章编号:0253-2468(2001)-增刊-0122-05 中图分类号:X712 文献标识码:A 生物过滤塔、生物滴滤塔降解苯和甲苯的性能比较 李国文1,胡洪营1,郝吉明1,马广大2 (1.清华大学环境工程系,北京 100084;2.西安建筑科技 大学,西安 710054)摘要:分别选取活性炭、拉西环为生物过滤塔、生物滴滤塔滤料,苯、甲苯为VOCs 代表,研究过滤塔、滴滤塔VOCs 生物降解性能.实验表明,在总有机负荷低于400g/(h #m 3)、停留时间小于90s 的实验条件下,过滤塔、滴滤塔对苯、甲苯均有较强的降解能力,过滤塔中苯、甲苯的最大削减能力分别为128、175g/(h #m 3),滴滤塔中苯、甲苯的最大削减能力分别为118、140g/(h #m 3),甲苯比苯更易被微生物降解;滤塔中CO 2生成量随苯、甲苯降解量的增加呈线性增长,但实验增长速率小于理论增长速率;菌落分析表明,滤塔中微生物主要有真菌、杆菌、芽孢杆菌,其中芽孢杆菌为优势菌种. 关键词:过滤塔;滴滤塔;生物降解;苯;甲苯. Use of biofilter and biotrickling reactors to treat benzene and toluene LI Guow en 1,H U Hongying 1,HAO Jiming 1,M A Guangda 2 (1.Dept of Envir Sci and Eng,Tsinghua Un -i versity,Beijing 100084;2.Dept of Envir Sci and Eng,Xi .an Arch &Tech,Xi .an 710054) Abstract: T his research,selecting Activated Carbon and Ras chig ring as th e filter of bi ofilter and biotrickling reactors resp ectively and taking toluene and benzene as representatives of VOCs,aims to comp are the performance of biofilter to bi otri ckling reactors for the removal of toluene and benzene from air streams.The resu lts show that the biofilter and biotrickling reactors can effectively treat gases containi ng toluene and benzene.For total mass l oading lower than 400g/(h #m 3),retention time ranging from 15s to 90s ,the eliminati on capacities(EC)of toluene and benzene in biofi lter are more higher than those of bi otri ckling reactor:The EC in b iofilter of b enzene and toluene are 128,175g /(h #m 3)respectively ,theEC in bi o -trickling reactor of benzene and toluene are 118,140g/(h #m 3)sevearlly.T he CO 2produ ced increases w ith th e d egrad ation of benzene and toluene,but the exp erimental value is low er than the theoretical valu e.Th e observation of bi oti c community d emonstrates that the microb es are composed of fungi ,bacillus and spore baci llus.of them s pore baci llus i s dominant. K ey words: biofilter;bio -tri ckling reactor;bi o -treatment;benzene;toluene 1 前言 挥发性有机化合物(VOCs)作为有机化合物的主要分支,是指在常温下饱和蒸汽压大于70Pa 、常压下沸点在260e 以内的有机化合物,VOCs 广泛地存在于水、土壤和大气环境中,其中许多是有毒有害物质.目前,一般采用催化燃烧、化学氧化、吸附、吸收等方法去除VOCs,但都有一定的局限性.生物净化技术是近年来发展起来的VOCs 控制技术,与常规处理法相比,具有设备简单、运行费用低、较少形成二次污染等优点,尤其在处理低浓度、生物可降解性好的气态污染物时更显其经济性.根据系统的运转情况和微生物的存在形式,可将生物处理工艺分为生物过滤塔系统和滴滤塔系统[1].本研究选择苯、甲苯为VOCs 代表,选取柱状活性炭和拉西环为过滤塔和滴滤塔滤料,研究过滤塔、滴滤塔对苯、甲苯生物降解性能,为生物法在VOCs 净化领域的应用提供依据. 基金项目:清华大学百人计划支持基金;陕西省自然科学基金作者简介:李国文(1968)),男,博士后 第21卷增刊2001年6月 环 境 科 学 学 报ACTA SCIENTIAE CIRCUM STANTIAE Vol.21,Suppl Jun.,2001 https://www.doczj.com/doc/dd11608089.html,
第38卷 第12期 2006年12月 哈 尔 滨 工 业 大 学 学 报 JOURNAL OF HARB I N I N STI T UTE OF TECHNOLOGY Vol 138No 112Dec .2006 生物滴滤法处理油烟有机污染物 孙丽欣1 ,王琨1 ,李玉华1 ,李昕 2 (1.哈尔滨工业大学市政环境工程学院,哈尔滨150090,E 2mail:paperhit@https://www.doczj.com/doc/dd11608089.html,; 2.上海交通大学环境科学与工程学院,上海200240) 摘 要:烹调油烟造成的环境污染,尤其致癌性已引起普遍关注,但我国目前还没有有效的处理方法.以污水处理厂活性污泥为菌种,在生物滴滤塔内接种挂膜,用油烟气进行驯化,模拟应用生物滴滤塔对烹调油烟进行处理.结果表明:应用该方法形成的生物膜,对油烟废气有很好的去除效果.整个实验系统对油烟气的总去除效率可达91%以上,部分高碳烷烃和芳香烃都得到了一定的去除,低碳烷烃大部分为微生物彻底分解,在净化气体中未检出. 关键词:生物膜;烹调油烟;有机物中图分类号:T U834;X822 文献标识码:A 文章编号:0367-6234(2006)12-2081-03 Pur i f i ca ti on of organ i c co m pounds i n o il fu m es by b i olog i c f ilter S UN L i 2xin 1 ,WANG Kun 1 ,L I Yu 2hua 1 ,L I Xin 2 (1.School ofM unici pal and Envir on mental Engineering,Harbin I nstitute of Technol ogy,Harbin 150090,China;E 2mail:paperhit@126.co m;2.School of Envir on mental Science and Engineering,Shanghai J iaot ong University,Shanghai 200040,China ) Abstract:Cooking oil fumes can pollute envir onment,which should be paid more attenti on due t o its potential carcinogen .However,less effort has been app lied t o reduce the polluti on in China at p resent .I n this study,the bacteria cultured fr om active sludge bacteria of waste water treat m ent units were app lied t o decompose the pollutants .The perfor mance of the purificati on of cooking oil fumes by bi ol ogic filter was evaluated .The re 2sults indicated that more than 91%re moval efficiency of cooking oil fumes could be achieved .H igh 2carbon and ar omatic hydr ocarbons were re moved partially .Most of the l ow 2carbon hydr ocarbons were decomposed en 2tirely and not detected in the cleaned gas . Key words:bi ofil m ;cooking oil fu me;organic compounds 收稿日期:2005-12-31. 基金项目:黑龙江省科技攻关项目(GC04C213).作者简介:孙丽欣(1957—),女,高级工程师. 目前,我国对油烟污染的控制技术主要是工 业通风技术的改进或简单组合,这些技术开发成本低、见效快,在油烟气控制方面也取得了一定的 效果[1-6] .但是,普遍存在着处理设备清理难,以及易产生二次污染等问题.国外餐饮业特别是美国及欧洲的餐饮业由于具有多蒸煮、少油炸的特点,废气含油浓度相对较低,大型餐饮业及食品加 工厂一般采用热氧化焚烧法处理[7] ,中小型餐饮 业一般采用催化剂净化法处理[8] ,这些技术成本相对较高,尚不适合我国国情.因此,开发生物治理技术是今后油烟污染治理技术的一个方向.本 文模拟用生物滴滤塔对烹调油烟进行处理,以期研制开发高效、低成本、新型节能、适合中型和大型油烟排放处理的工艺和设备. 1 研究方法 111 实验设备和流程 此次实验流程如图1所示.选用K DM 型调温电热套和1000m l 三颈烧瓶作为油烟发生器.将元宝牌大豆色拉油放置在三颈烧瓶中,用调温电热套进行加热.在三颈烧瓶中间插孔放置一支0～500℃量程的温度计来读取油温度数据.选用HA I L EA 牌ACO -009D 型空气压缩机产生空气,空气气流首先经过一粗调流量阀,然后经三通管,由其产生的射流作用将发生器中的油烟气带出.
毕业设计（论文）-生物法去除甲苯气体工艺与设备的研究与设计.doc
河北工业大学 毕业设计说明书 作者：学号： 学院： 系(专业)：环境工程 题目：生物法去除甲苯气体工艺与设备的研究 与设计 指导者： 评阅者： 2014 年 6 月 5 日
1.4 生物法去除VOCs的工艺选择原则 通常根据VOCs气体组分的亨利系数Hc（Hc=Cg/Cl）选用装置。Hc≤0.01的易溶气体用生物洗涤池，Hc≥1的难溶气体用生物过滤池，0.01＜Hc＜1 的气体用生物滴滤塔[13]。 一般对于难溶性有机气体而言，选用生物过滤法与生物滴滤法并无严格界限。生物滴滤塔作为新型生物处理设备较生物过滤池具有制造和管理成本低廉、操作条件易实现自动控制等优点，本文据此选用生物滴滤塔作为研究与设计的对象，完成课题所给的任务。 2 生物滴滤塔的净化原理 2.1 生物膜净化有机气体的基本理论 2.2 影响生物滴滤塔净化效率的因素 2.2.1 VOCs 种类 2.2.2 菌种的影响 表2.1 部分常用填料及特性
2.2.4 气液两相流动方式 一般分为顺流、逆流、横流3种方式。顺溜阻力小，压降小，但是气体吸收效果差；逆流传质效果好，但是气体压力损失较大容易造成液泛；横流运行稳定性好，但是气液垂直分布的方式缩短了气相的停留时间。 2.2.5 填料塔的运行条件 主要从塔内环境状况、喷淋液性质、进气条件3个方面分析： （1）环境状况 包括塔内温度、湿度、pH，这三个变量既由进气与喷淋液的性质控制，又与微生物的代谢活动影响密不可分。因此对它们的分析以后两方面的解析为主。 （2）喷淋液性质 包括喷淋液成分、水温、流量、喷淋时间和喷淋方式。 （3）进气条件 主要有气体湿度、有机物浓度、空塔气速、停留时间和有机负荷等。 2.3 主要研究内容 2.4 生物滴滤塔处理甲苯 2.4.1 研究处理甲苯气体的意义 甲苯既是目前生物法净气领域着重研究的对象，也是VOCs的一种，给其它种类有机气体的去除方法研究提供了很好的参考。 2.4.2 甲苯气体的特性 表2.2 我国相关环境标准