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生物法联合工艺治理 VOCs 的研究进展(下)

2020-12-19 14:02:57 东莞市中仁环保科技有限公司 阅读

考虑到挥发性有机物(VOCs)治理技术的复杂性以及实际工程应用中的经济效益,生物联合治理技术成为了一种研究趋势。

5、吸附法和生物法联合处理技术

吸附法是一种通过吸附剂对污染物进行净化的技术,通常被用来处理较低浓度的 VOCs,其主要分为物理吸附和化学吸附[69-70]。活性炭因价格低廉,吸附效果好是常用的吸附剂,但是吸附剂易失效且需要定时更换的特性使其广范应用受到限制。因此,吸附法常与其它净化方法联合使用。在与生物技术联合应用时通常作为末端处理系统以保证废气可以达标排放,如图6所示。

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徐辉军等 改造了污水处理厂的废气治理体系,选择化学洗涤+组合生物除臭+碳纤维吸附的复合工艺进行治理。体系采用归类收集的方式进行分质处理,高浓度气体首先单独进行化学洗涤后与低浓度气体分别进入二段生物装置,经过生物处理后的气体再进入吸附装置进行深度处理。改造结果证明,该复合工艺对于污水处理厂废气治理较好,其污染物排放浓度远低于国家标准。王永仪等[73]根据企业中各单元废气的成分、浓度、气量的不同采取相应的处理方式,设计采用了集预洗涤-生物滴滤-活性炭吸附于一体的工艺。废气经过水洗段后进入生物滴滤塔,对于部分难溶难降解的废气生物去除率较低,设计采用吸附的方式进行深度处理,吸附饱和后采用升温脱附方式再生。投用后发现废气排放达到设计要求,满足大气污染排放标准。Alfonsín 等将生物滴滤器与活性炭工艺相结合去除 VOCs。根据废气的种类对活性炭进行了改性,从而优化去除效果。最后,通过对生命周期评估(life cycle assessment,LCA)中能源需求、气候变化、毒性等因素进行评价,表明生物治理比物理、化学工艺对环境的危害更小。

在吸附与生物法联合处理的工艺中,吸附常被用作预处理技术与末端技术。当吸附作为预处理技术时,除了对污染物进行初步吸附还可以起到稳定冲击负荷的作用,为后续生物处理提供一个更加温和的环境。当废气中含有难降解、难溶性的成分时,生物法的去除能力有限,可以采用吸附的方法进行深度处理从而保证该复合体系处理后的废气可以达标排放。 

6、生物组合技术

生物组合技术通常将不同的生物反应器联合使用。生物洗涤器虽然只适用于水溶性污染物,但是它的反应条件易于检测控制。生物过滤与生物滴滤技术的适用范围更广,但也分别存在填料层坍塌与反应器堵塞的问题。因此,联合不同类型的生物反应器可以克服单一生物反应器自身的不足从而获得更好的去除效果。 

齐国庆等[76]在设计治理炼油污水场产生的废气时,考虑到废气具有浓度高、组成复杂等特点,采用生物洗涤与生物滴滤技术相结合的工艺对废气进行了治理。研究发现采用生物组合工艺可以解决单一生物技术存在的抗冲击负荷差以及不能长期运行的问题,净化后的气体可以达到 GB 14554—93《恶臭污染物排放标准》中规定的一级厂界要求。陈雪泉将生物过滤与生物滴滤技术相结合,并将工艺放大到治理垃圾中转站排放的废气,实验发现其对总 VOCs 的去除率可以稳定在 95%以上。王刚设计生物洗涤与生物滴滤技术相结合治理炼化污水厂的废气。该系统中的洗涤塔单元可以起到增加废气湿度,降低油气含量的作用,当废气中含有酸性物质时亦可采用碱液喷淋从而降低其对微生物的影响。运行发现该系列工艺对于对苯系物、硫化物、非甲烷总烃具有较高的降解效率。 

当废气中含有不同理化性质、不同可生化降解性的混合污染物时,可以采用两种生物反应器联合处理。一级反应器作为主要降解系统,二级反应器针对未降解的污染物或特定污染物进行降解。通常,废气中含油量或者颗粒物较多时,会在预处理时设置生物洗涤单元。该单元可以在帮助降低系统中油气含量与颗粒物的同时调节 pH 与湿度,从而维持后续反应器高效、稳定运行。

7、联合系统中的负面效应与存在的问题

实际工程中的废气成分较为复杂、负荷波动较大,一味的按照设计好的复合系统进行治理可能会导致能源以及经济上的浪费,当负荷没有超过单一工艺去除能力时,其处理技术便失去了存在的意义。Rene在应用联合系统治理废气时注意到在实际应用中,只有在极低的停留时间或者遇到高污染负荷时,吸附塔运行才有意义。因此,联合处理系统需要根据废气参数调整治理方案,对不同的处理技术进行平衡,使联合处理系统在得到较高处理效率的同时,将投资和运营成本降到最低并减少能源的浪费。除此之外,还需要建立一个经济模型来预估联合系统的成本问题,做到效益最大化。另外,某些生物组合工艺可能对特定污染物的降解性能较差。Jordi Palau[40]发现应用UV-BTF对甲苯进行去除时,紫外光氧化几乎不能降解甲苯,而与光催化技术结合的生物反应器性能却有了明显的改善。孙彪[44]通过研究发现将等离子体与生物滴滤技术相结合后不能实现对苯的达标排放。还有研究发现生物滴滤与生物过滤技术相结合虽然对总 VOCs 去除率较高,但是其对氯代烃类有机物仅能达到 40%~60%。此外,预处理技术产生的副产物可能会对后续的生物反应器造成影响。等离子体、紫外光技术与生物法联用时,产生的数量可观的臭氧会对生物反应器中的微生物造成影响。有研究者注意到,在应用等离子体-生物滴滤耦合技术净化污染物时,虽然耦合系统中BTF 的净化性能要高于单一 BTF 反应器,但是该系统中微生物的丰度和多样性都低于单一 BTF 系统,猜测可能是由于 NTP 预处理产生的 O3 对塔内微生物的抑制作用。因此,有必要针对预处理技术产生的臭氧含量进行研究,使其可以将生物膜控制在较优条件的同时,又不会对微生物产生过多的消极影响从而影响反应器处理能力。除了臭氧,等离子体与紫外光技术在反应过程中还会产生其他有毒副产物,其中可能会存在比起始物质更难降解、毒性更大的、不利于后续生物反应的副产物,因而需要优化反应器的结构和结构方式[42],最大程度的减少副产物的生成并在前期实验中对副产物进行可生化性评价与毒性评价,最大程度的将目标物污染物转化为有利于后续生物反应的物质,从而确保后续生物技术获得最佳的运行效果。 

8、总结

随着我国经济和社会的不断发展,工业化的进程也在不断加快,相应而来的也包括对环境以及人身健康的损害。通过治理废气来改善周边环境成为了亟待解决的事。但是,实际工程中产生的废气成分复杂,单一的治理技术很难实现对多种污染物的同时高效去除。同时,考虑到无论是化学法还是物理法都存在容易产生二次污染的弊端而生物法具有无二次污染的优势,因此有研究者研发了将生物反应器与其他技术联合治理的体系。这些联合处理技术相比于单一治理技术具有更好的治理效果,一些预处理技术的存在可以使难生物降解的污染物转变为更有利于生物降解的中间产物,并且可以在有机废气浓度过高时为生物反应器提供较好的缓冲作用,因而联合处理技术具有更高、更稳定的降解效果。设计运行后的联合系统除了提高整体去除效率,亦使得周边环境改善明显,同时也明显减少了投资与占地面积[79]。但是目前对于生物法联合去除工艺方面的研究还不够成熟,实际应用也不够深入,还有存在诸多因素需要进一步研究解决。

为了实现生物联合治理技术在工程上的广泛应用,还需要在以下几个方面进行进一步探究:

(1)对于联合处理技术的机理探究还不够深入。联合处理系统的总效率不应只是简单加成的问题,对于生物联合系统中,两种或者两种以上处理技术之间的协同作用是否会产生更大的贡献,联合系统是否使得各自的降解机理发生变化还需要进一步研究。目前,生物联合系统机理探究主要的关注点集中在其他技术对于生物反应器的影响,如:生物降解性更好的中间产物使得反应器挂膜启动更加迅速、有毒副产物对生物反应器的运行性能的影响、预处理技术的存在抵消了部分冲击负荷使反应器运行更加稳定、预处理技术产生的臭氧对反应器中生物量以及压降的控制、其他技术对生物反应器内微生物分布以及微生物群落结构的影响。 

(2)联合系统中存在的问题。生物联合系统处理特定种类 VOCs 不能完全降解,因而需要进一步研究以保证污染物可以达标排放。预处理中的副产物问题也是需要进一步探究解决的如:如何利用臭氧对微生物的消极作用来达到强化生物反应器的目的,如何通过优化反应器的结构最大程度减少有毒副产物对生物反应器的影响。复合系统的设计除了要考虑最终的治理效果,多技术联合的平衡问题也是需要进一步探究的。除此之外,研究者还需要建立一个联合处理系统的经济模型以此来达到效益最大化。

目前已经有一些生物联合技术应用在工程上的实例,结果表明废气经过治理后可以完成既定目标达标排放。除此之外,许多研究人员通过小试实验对生物联合技术进行了一系列研究,结果也都证实了该组合技术具有一定的可行性。但考虑到小型试验的研究条件比较理想,研究对象也较为单一因而需要在工程上进行更为深入的研究。相信在未来随着对生物联合技术研究的不断深入,其在废气净化方面会得到广泛的应用。

来源:北极星VOCs在线



标签:   生物法