CN107096374A - 一种强化生物滴滤塔处理甲苯废气的方法 - Google Patents

一种强化生物滴滤塔处理甲苯废气的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种强化生物滴滤塔处理甲苯废气的方法，以聚氨酯泡沫为填料，以焦化污水处理厂二沉池污泥为接种菌种，调节营养液pH值至7.0，启动生物滴滤塔。在甲苯废气中引入低浓度的乙酸乙酯废气，既可以增加滴滤塔的生物多样性，还可以增加功能微生物的丰富度，提高甲苯废气的去除性能。当甲苯浓度为1640mg m‑3，甲苯与乙酸乙酯的浓度比控制在1:0.5时，去除率可达到95.4±2.2％，去除负荷可达到180.3g m‑3h‑1。

Description

一种强化生物滴滤塔处理甲苯废气的方法
技术领域
本发明涉及疏水性VOCs处理的生物过滤技术领域，具体涉及一种强化生物滴滤塔处理甲苯废气的方法。
背景技术
VOCs是挥发性有机化合物(volatile organic compounds)的英文缩写，是一类易挥发有机物的总称，通常是指常温下饱和蒸气压大于70Pa，常压下沸点在260℃以下的有机化合物。VOCs本身具有危害性，如苯系物、甲醛等可致癌，同时VOCs也是光化学烟雾的前驱体，会生成O3和过氧乙酰硝酸酯等二次污染物，对雾霾的产生也起到了至关重要的作用。2013年9月国务院印发《大气污染防治行动计划》，简称大气十条，其中明确指出要推进挥发性有机物污染治理。2014年12月，环境保护部发布《石化行业挥发性有机物综合整治方案》，石化行业的挥发性有机物治理工作率先开展，提出2017年石化行业VOCs排放总量降低30％以上。2015年6月，财政部、国家发展和改革委员会和环境保护部联合发布了《挥发性有机物排污收费试点办法》(财税〔2015〕71号)，自2015年10月1日起对全国范围内的石油化工、包装印刷行业试点开征VOCs排污费。2015年8月新修订的《大气污染防治法》首次将挥发性有机物(VOCs)纳入监管范围。2016年7月，工信部、财政部发布《重点行业挥发性有机物削减行动计划》(工信部联节〔2016〕217号)，提出到2018年，工业行业VOCs排放量比2015年削减330万吨以上。2016年11月，国务院发布了《“十三五”生态环境保护规划》(国发〔2016〕65号)，提出在重点地区、重点行业推进挥发性有机物总量控制，全国排放总量下降10％以上。这些国家政策、文件和法律的出台与实施，既从法律层面对工业VOCs的无组织排放进行了约束，又推动了VOCs治理技术的快速发展。
在主流的VOCs治理技术中，生物技术被公认为是一种处理低浓度、大风量VOCs最为高效、低成本、环境友好的技术。
传统的生物过滤技术主要是利用细菌降解亲水性VOCs，气相污染物首先溶解于液相营养液中，然后与填料表面的生物膜相接处，进而被细菌吸附、代谢，转变成二氧化碳、水和新生生物膜，影响污染物去除效率的关键过程是污染物从气相向液相的转移。但是由于疏水性VOCs由气相到液相的传质速率限制，严重制约了生物过滤技术在疏水性VOCs治理领域的推广应用。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种强化生物滴滤塔处理甲苯废气的方法，通过引入低浓度乙酸乙酯废气，改变生物滴滤塔的群落结构，提高对甲苯废气的去除性能。本发明的工艺设备简单，操作方便，净化效率高，运行成本低，且不产生二次污染。
本发明提供的技术方案是：
在生物滴滤塔内填充聚氨酯泡沫块形成填料层，所述填料层选用边长为4-6mm的聚氨酯泡沫块作为填料，采用乱堆的方式填充，所述聚氨酯泡沫块填料的孔隙率为95％、孔径为0.8mm、堆积密度为0.015g cm-3、表面积为1.7cm2cm-3、持水能力为55g-H2O g-1；配制营养液，每升包含0.5g K2HPO4、0.1g MgSO4·7H2O、4.5g KH2PO4、2g NH4Cl和2mL维他命及微量矿物质溶液，营养液的pH值调至7.0；
取污水处理厂二沉池污泥作为接种菌种，采用气液循环挂膜法进行动态驯化挂膜；接种污泥浓度控制在3000mg L-1，污泥和营养液组成的混合溶液与单纯营养液交替喷淋，喷淋周期分别为0.5h和0.25h，喷淋量控制在1.0L h-1；挂膜结束后，营养液继续从塔顶通过计量泵自上而下喷淋至填料层，投加量控制为2087L m-3聚氨酯泡沫块填料d-1；
在甲苯废气中引入低浓度的乙酸乙酯废气，浓度比控制在1:0.5；混合废气从生物滴滤塔底部的布气装置进入，所述布气装置采用惰性、弹性材料制成，进气时管口被气流冲开，停气时管口自动闭合；进气管道设置止回阀；废气在生物膜表面与从塔顶喷淋而下的营养液逆流接触。
其中，在生物滴滤塔中，填料层的温度控制在20-25℃。选择聚氨酯泡沫作为填料层是其因具有生物惰性、理化稳定性强、孔隙率高、持水能力强、压头损失小等特点，微生物容易在其表面附着，且可以延缓阻塞周期。
填料层选用边长为4-6mm的聚氨酯泡沫块作为填料，既具有较大的表面积，又不会造成填料挂膜之后的压实。
挂膜后，肉眼可明显看到填料表面的生物膜颜色较深，进气浓度为300±25mg m-3，出气浓度稳定在50mg m-3以下，标志挂膜成功。
将营养液从塔顶通过喷嘴均匀的喷洒到填料层表面，为微生物的生长提供营养元素和水分。在甲苯废气中引入低浓度的乙酸乙酯废气，浓度比控制在1:0.5，改变生物滴滤塔的微生物群落结构，进而提高甲苯废气的去除性能。
所述的低浓度的乙酸乙酯废气浓度为：800-900mg m-3。
混合废气空塔流速控制在71.8m h-1，压降控制在0-6cmH2O柱。
优选的，滴滤塔内聚氨酯泡沫块为2.3L，营养液连续喷淋，喷淋量通过计量泵控制在0.2L h-1。
当甲苯浓度为1640mg m-3，甲苯与乙酸乙酯的浓度比控制在1:0.5时，进气速率为71.8m h-1，停留时间为30s时，去除率可达到95.4±2.2％，去除负荷可达到180.3g m-3h-1。
有益效果：
本发明以聚氨酯泡沫为填料，焦化污水处理厂二沉池污泥作为接种菌种，按照与甲苯浓度比1:0.5引入低浓度乙酸乙酯废气，改变生物滴滤塔的微生物群落结构，较好地克服了疏水性VOCs在传统细菌滤塔中传质效率不高的问题，提高了甲苯废气的降解性能。当甲苯浓度为1640mg m-3，甲苯与乙酸乙酯的浓度比控制在1:0.5时，去除率可达到95.4±2.2％，去除负荷可达到180.3g m-3h-1。
本发明主要针对目前生物过滤技术去除疏水性VOCs能力不强的问题，采用引入亲水性VOC乙酸乙酯废气的方法，提高对甲苯的去除性能。
附图说明
图1：本发明的工艺流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
选用边长为4-6mm的聚氨酯泡沫块作为填料构建填料层，既具有较大的表面积，又不会造成填料挂膜之后的压实；采用乱堆的方式将聚氨酯泡沫块填充至生物滴滤塔内，所述聚氨酯泡沫块填料的孔隙率为95％、孔径为0.8mm、堆积密度为0.015g cm-3、表面积为1.7cm2cm-3、持水能力为55g-H2O g-1；填料层的温度控制在20-25℃。
配制营养液：每升包含0.5g K2HPO4、0.1g MgSO4·7H2O、4.5g KH2PO4、2g NH4Cl和2mL维他命及微量矿物质溶液，营养液的pH值调至7.0。
取焦化污水处理厂二沉池污泥作为接种菌种，采用气液循环挂膜法进行动态驯化挂膜；接种污泥浓度控制在3000mg L-1，污泥和营养液组成的混合溶液与单纯营养液交替喷淋，喷淋周期分别为0.5h和0.25h，喷淋量控制在1.0L h-1；
接种后，营养液从塔顶通过计量泵自上而下继续喷淋至填料层，每天喷淋2h，构建生物滴滤塔，营养液投加量为2087L m-3聚氨酯泡沫块填料d-1；
甲苯和乙酸乙酯混合废气从生物滴滤塔底部进入，在填料表面与从塔顶喷淋而下的营养液逆流接触。塔底设有布气装置，采用惰性、弹性材料制成，进气时布气管口被气流冲开，停气时布气管口自动闭合，可避免堵塞；进气管道设置止回阀，可避免营养滤液、废气等的倒流。
当甲苯浓度为1640mg m-3，甲苯与乙酸乙酯的浓度比控制在1:0.5时，进气速率为71.8m h-1，停留时间为30s时，去除率可达到95.4±2.2％，去除负荷可达到180.3g m-3h-1。
对比例1
其余操作同实施例1。生物滴滤塔挂膜成功之后，保持营养液pH值为7.0，当甲苯浓度为1640mg m-3，乙酸乙酯的浓度为0mg m-3时，进气速率为71.8m h-1，停留时间为30s时，去除率为83.9±1.7％，去除负荷为162.7g m-3h-1。
尽管实施例1与对比例1除甲苯与乙酸乙酯的浓度比不同之外，其他操作条件均一样，但实施例1的去除率和去除能力比对比例1分别高11.5％和17.6g m-3h-1。这主要是因为在实施例1中，引入了低浓度的亲水性VOC乙酸乙酯，改变生物膜中原有的微生物群落结构，通过高通量测序结果分析功能微生物genus Pseudomonas提高了8.07％，进而提高了生物滴滤塔去除甲苯废气的性能。
实施例2
其余操作同实施例1。生物滴滤塔挂膜成功之后，调节营养液pH值至7.0，当甲苯浓度为1640mg m-3，甲苯与乙酸乙酯的浓度比控制在1:1.1时，进气速率为71.8m h-1，停留时间为30s时，去除率为45.2±7.7％，去除负荷为112.7g m-3h-1。
实施例3
其余操作同实施例1。生物滴滤塔挂膜成功之后，调节营养液pH值至7.0，当甲苯浓度为1640mg m-3，甲苯与乙酸乙酯的浓度比控制在1:1.7时，进气速率为71.8m h-1，停留时间为30s时，去除率为56.8±1.6％，去除负荷为117.7g m-3h-1。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，依据本发明的技术实质，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本发明技术方案的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种强化生物滴滤塔处理甲苯废气的方法，其特征在于：包括以下步骤：
在生物滴滤塔内填充聚氨酯泡沫块形成填料层，所述填料层选用边长为4-6mm的聚氨酯泡沫块作为填料，采用乱堆的方式填充，所述聚氨酯泡沫块填料的孔隙率为95％、孔径为0.8mm、堆积密度为0.015g cm-3、表面积为1.7cm2cm-3、持水能力为55g-H2O g-1；配制营养液，每升包含0.5g K2HPO4、0.1g MgSO4·7H2O、4.5g KH2PO4、2g NH4Cl和2mL维他命及微量矿物质溶液，营养液的pH值调至7.0；
取污水处理厂二沉池污泥作为接种菌种，采用气液循环挂膜法进行动态驯化挂膜；接种污泥浓度控制在3000mg L-1，污泥和营养液组成的混合溶液与单纯营养液交替喷淋，喷淋周期分别为0.5h和0.25h，喷淋量控制在1.0L h-1；挂膜结束后，营养液继续从塔顶通过计量泵自上而下喷淋至填料层，投加量控制为2087L m-3聚氨酯泡沫块填料d-1；
在甲苯废气中引入低浓度的乙酸乙酯废气，浓度比控制在1:0.5；混合废气从生物滴滤塔底部的布气装置进入，所述布气装置采用惰性、弹性材料制成，进气时管口被气流冲开，停气时管口自动闭合；进气管道设置止回阀；废气在生物膜表面与从塔顶喷淋而下的营养液逆流接触。
2.根据权利要求1所述的强化生物滴滤塔处理甲苯废气的方法，其特征在于：所述填料层的温度控制在20-25℃。
3.根据权利要求1所述的强化生物滴滤塔处理甲苯废气的方法，其特征在于：在动态驯化挂膜中，肉眼可明显看到填料表面的生物膜颜色较深，进气浓度为300±25mg m-3，出气浓度稳定在50mg m-3以下，标志挂膜成功。
4.根据权利要求1所述的强化生物滴滤塔处理甲苯废气的方法，其特征在于：挂膜结束后连续喷淋营养液，聚氨酯泡沫块为2.3L时，喷淋量通过计量泵控制在0.2L h-1。
5.根据权利要求1所述的强化生物滴滤塔处理甲苯废气的方法，其特征在于：所述的低浓度的乙酸乙酯废气浓度为：800-900mg m-3。
6.根据权利要求1所述的强化生物滴滤塔处理甲苯废气的方法，其特征在于：混合废气空塔流速控制在71.8m h-1，压降控制在0-6cmH2O柱。
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