CN103170238A - 一种生物滴滤器强化处理高浓度乙苯废气的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种生物滴滤器强化处理高浓度乙苯废气的方法，它采用活性污泥对生物滴滤装置进行接种，先在低浓度乙苯废气下进行驯化，驯化结束后再将乙苯提高到高浓度范围，待高浓度乙苯去除效率稳定后，将非离子表面活性剂及其无机盐助溶剂添加到营养液中，利用表面活性剂的增溶作用促进难溶性有机物乙苯在气、液、生物膜三相间的传质过程，进而达到增强其生物可利用性，提高其降解效率的目的。本发明能够在不改变运行设备和其它运行条件的情况下，保证操作过程的连续长时间运行，具有经济高效、环境友好、操作维护方便的特点。

Description

一种生物滴滤器强化处理高浓度乙苯废气的方法
技术领域
本发明属于有机废气处理的技术领域，涉及了一种利用表面活性剂及其助溶剂提高乙苯在生物滴滤器中处理效率的方法。
背景技术
乙苯是原油和石油中重要成分BTEX中的一种，是一种重要的化工原料，主要用作脱氢制造苯乙烯的中间体、医药上合霉素的中间体、制漆工业中硝基喷漆的稀释剂，以及在有机合成中用作多种有机物的溶剂。由于其具有很好的挥发性，在制造及使用的过程中会有相当数量的乙苯气体挥发到空气中，乙苯废气不但会对大气环境造成污染，还会在很大程度上损害人体健康，甚至对人体产生致癌致畸致突变的三致作用。因此，由乙苯废气引起的环境污染已越来越多地受到人们的重视，找到一种高效处理乙苯废气的方法具有重大而深远的现实意义。
经过近几十年来的深入发展，生物滴滤技术已经成为净化有机废气VOCs的重要微生物方法，该方法利用生长在填料中的细菌及真菌等微生物将有机废气氧化分解为水，二氧化碳等简单的无机物质，进而达到净化有机废气的目的。与传统的物理以及化学方法相比，该微生物法具有生产及运行成本低，无二次污染，适用范围广，操作简单运行稳定等优点，在处理大流量、低浓度、生物降解性较好的可挥发性有机废气时，更能凸显其优越性，鉴于此，该技术已逐渐地被应用于乙苯废气的处理中。
然而，常规的生物滴滤技术只能在处理大气量、低浓度的有机废气时达到较高的去除效率，当浓度较高时( >1200 mg/m3 )，去除效果并不尽如人意。导致常规生物滴滤技术去除高浓度VOCs效率低的原因，主要是疏水性VOCs从气相转移到可被微生物利用的微生物相的质量传递效率较低，从而限制了后续的生物降解速率。
发明内容
本发明要解决的问题在于：针对现有技术存在的不足，本发明提供一种操作简单、原料耗费少、无二次污染的增强生物滴滤技术处理挥发性有机废气——乙苯的方法。
为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为一种增强生物滴滤器处理高浓度乙苯废气的方法，其特征在于以下步骤：
步骤a：通过活性污泥对生物滴滤器进行接种，先在低浓度乙苯废气下进行驯化，驯化结束后再将乙苯提高到高浓度范围，使在低浓度下驯化好的微生物暴露于高浓度乙苯废气中，待去除效果稳定后，引入表面活性剂；
步骤b：待生物滴滤器在高浓度乙苯环境下运行稳定后，将非离子表面活性剂及其无机盐助溶剂添加到营养液中，将营养液引入到生物滴滤装置的反应器中，装置在喷淋营养的同时将表面活性剂及其助溶剂均匀分布到填料之上；
步骤c：生物滴滤器在上述条件下持续运行，在助溶剂的辅助作用下，非离子表面活性剂的增容作用得到增强，利用非离子表面活性剂增强后的增溶作用促进难溶性有机物乙苯在气、液、生物膜三相间的传质过程，进而增强其生物可利用性，提高高浓度乙苯废气降解效率，完成去除乙苯废气。
所述生物滴滤器使用活性污泥对其进行接种，先利用低浓度乙苯废气对其进行驯化，使能利用乙苯废气的微生物在较短时间内大量生长繁殖，成为生物群落中优势群种。
所述生物滴滤器在驯化结束后再调节乙苯浓度，使乙苯浓度直接提高到高浓度范围( >1200 mg/m3 )。 
所述生物滴滤器在在高浓度乙苯废气环境下运行稳定后，将表面活性剂及其无机盐助溶剂通过添加到营养液的方式引入到生物滴滤装置的反应器中。喷淋周期为每隔30~50 s喷淋3~5 s。
所述表面活性剂是指聚氧乙烯型和多元醇型两类非离子表面活性剂，包括聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯( Tween-20 )，烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇辛基苯基醚，脂肪酸聚氧乙烯酯等。
所述表面活性剂的助溶剂为无机盐助溶剂，包括锌盐、钠盐、钙盐、镁盐等。
所述非离子表面活性剂及其助溶剂添加浓度均很低，非离子表面活性剂浓度浓度处于其临界胶束浓度之下为6~8 mg/L，助溶剂锌离子约为1 mg/L。
与常规的生物滴滤技术相比，本发明的优点在于：
(1) 本发明利用活性污泥进行接种，微生物种类多，生物多样性程度高，既可以利用单种微生物对乙苯进行分解，又可以充分利用微生物各种之间的互利共生作用将乙苯充分降解为水，二氧化碳等简单的无机物质，保证了高去除率的微生物基础。
(2) 本发明先在低浓度乙苯废气下对微生物进行驯化，使得微生物较快的适应具乙苯环境，使具有降解乙苯特性的微生物快速生长繁殖，成为微生物群落中的优势群种，该做法能大大缩减驯化时间，一定程度上减少运营成本。
(3) 本发明将表面活性剂及其无机盐助溶剂引入营养液，使装置在供给微生物营养物质时引入表面活性剂及其助溶剂，该方法能使表面活性物质充分且较均匀的分布到填料表面及内部，增大了乙苯气体与表面活性物质的接触面积。
(4) 本发明利用非离子表面活性剂的增溶作用促进乙苯的降解，表面活性剂具有降低表面界面张力的作用，在生物膜的水相中添加少量表面活性剂即可有效提高疏水性的乙苯的水溶性，使其从气相转移到可被微生物利用的微生物相的质量传递速率增加，进而增大其生物降解速率，提高其去除效率。
(5) 本发明利用无机盐助溶剂增强表面活性剂对疏水性物质的的增溶作用，助溶剂在较低用量下即可发挥作用，且添加助溶剂也可使表面活性剂用量进一步减少。
(6) 本发明能够在不改变运行设备，不改变运行条件的情况下，大大增强高浓度乙苯的去除率，且操作可以连续长时间进行，具有经济高效、环境友好、操作维护方便的特点。
具体实施方式
以下将结合具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本实施例采用一种四层生物滴滤器处理乙苯废气，利用表面活性剂及其助溶剂增强该装置对乙苯的去除效率。
本装置主体为两根内径为100 mm高为780 mm的有机玻璃柱子。柱子中装有四层直径100 mm高100 mm的聚氨酯海绵填料( 10 PPI )，层与层之间以带有密集小孔筛板隔开。润湿后的乙苯气体由上方的进气口通入柱体，经滤料上生长的微生物处理后由下方的出气口排出。该装置的营养配给系统由柱子顶端的喷淋装置、抽水泵、以及营养液贮存箱组成。
该装置所用接种菌种采自湖南省长沙市金霞污水处理厂氧化沟内新鲜污泥。取回后放于桶内，不对之进行任何化学及物理处理，将填料浸泡其中，每隔四小时左右搅动填料，24 h左右后取出放到装置内相应位置。同时，将浓度为300 mg/m3的乙苯气体通入装置内，气体流量控制在280 L/s，营养液的喷淋强度控制在26.5 L/m2/h，喷淋周期为30 s喷淋5 s。经过20天的驯化，乙苯去除效率达到了98%，且此后五天一直稳定在此数值左右，装置内压降稳定，装置成功启动，驯化结束。
驯化结束后调节乙苯浓度到1500 mg/m3，进气量以及营养液喷淋量不变。运行12天后装置去除效率稳定在58%左右，此时将非离子表面活性剂及其助溶剂加入到营养液中，使非离子表面活性剂在营养中的浓度大约为7 mg/L，无机盐助溶剂锌离子的浓度为1 mg/L，营养液喷淋周期仍为每30 s喷淋5 s。在上述运行条件下运行7天后，装置对乙苯的去除效率达到了80%，11天后乙苯去除率达到了85%，且此后10天内去除效率一直稳定在该数值左右。在运行过程中，装置压降一直稳定在80 Pa之下，装置运行稳定。
综上，可以看出经过表面活性物质强化后，生物滴滤装置对高浓度乙苯废气的去除效率大幅度增加，增加率高达50%，且运行过程中压降稳定，运行平稳。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，在本发明的实质范围内进行的任何改进、替换工艺方案均在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种增强生物滴滤器去除高浓度乙苯废气的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a：采用活性污泥对生物滴滤器进行接种，先在低浓度乙苯废气下进行驯化，驯化结束后再将乙苯提高到高浓度范围；
步骤b：待生物滴滤器在高浓度乙苯环境下运行稳定后，将非离子表面活性剂及其无机盐助溶剂添加到营养液中，将营养液引入到生物滴滤装置的反应器中，对填料进行喷淋；
步骤c：生物滴滤器在上述条件下持续运行，完成去除乙苯废气。
2.根据权利要求1所述的一种增强生物滴滤器去除高浓度乙苯废气的方法，其特征在于：所述的营养液的喷淋强度控制在26.5 L/m2/h，喷淋周期为每隔30~50 s，喷淋3~5 s。
3.根据权利要求1所述的一种增强生物滴滤器去除高浓度乙苯废气的方法，其特征在于：所述的乙苯高浓度范围指乙苯浓度大于1200 mg/m3。
4.根据权利要求1所述的一种增强生物滴滤器去除高浓度乙苯废气的方法，其特征在于：所述的表面活性剂包括聚氧乙烯型非离子表面活性剂和多元醇型非离子表面活性剂。
5.根据权利要求4所述的一种增强生物滴滤器去除高浓度乙苯废气的方法，其特征在于：所述的表面活性剂为聚氧乙烯失水山梨醇单月桂酸酯、烷基酚聚氧乙烯醚、高碳脂肪醇聚氧乙烯醚、聚乙二醇辛基苯基醚、脂肪酸聚氧乙烯酯中任一种或几种。
6.根据权利要求1所述的一种增强生物滴滤器去除高浓度乙苯废气的方法，其特征在于：所述的无机盐助溶剂为锌盐、钠盐、钙盐、镁盐中一种或几种。
7.根据权利要求1所述的一种增强生物滴滤器去除高浓度乙苯废气的方法，其特征在于：所述的非离子表面活性剂浓度为6~8 mg/L。
8.根据权利要求1所述的一种增强生物滴滤器去除高浓度乙苯废气的方法，其特征在于：所述的无机盐助溶剂中锌离子为1 mg/L。
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