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废气生物处理技术的独到优势

文章来源:本站   发布时间:2019-10-08   点击数:41

专注废气处理20余年,专治各种疑难废气

废气生物处理技术的独到优势

随着国家对VOCs挥发性有机物的管控越来越严格,多污染物协同控制愈加重要以及恶臭异味治理的需求,VOCs生物法处理技术以其独到的优势越来越受到市场的认可和重视。环大气53号文对生物法的适用定位;本篇帮您读懂VOCs废气生物处理技术的应用现状、独到优势和局限性,以及工程应用优化解决方案。

环大气53号文对生物法的适用定位

生态环境部在6月份发布《重点行业挥发性有机物综合治理方案》(环大气〔2019〕53号),该方案在“推进建设适宜的治污设施”章节中明确:生物法主要适用于低浓度VOCs废气治理和恶臭异味治理。

任何VOCs处理技术都有其优缺点和适用范围。在VOCs废气处理领域,由于气体性质千差万别,不存在某一类技术“包打天下”的情况。同样,VOCs生物处理技术也并不是万能的,有其独到的优势,也有一定的局限性。它主要适合于处理低浓度、不具有回收价值或燃烧经济性的VOCs气体,尤其适合处理生物降解性较好组分的气体。当然,生物处理技术也存在一定的局限性,主要表现在其生物降解速率有限,承受负荷不能过高,对具有生物毒性的物质处理效果较差。

废气生物处理技术的独到优势

国内外的研究与应用成果表明:与其它物理、化学技术相比,生物处理技术具有效率高、投资运行费用低、工艺运行维护方便、二次污染小等突出优点,尤其适用于低浓度有机废气和恶臭气体处理。

自上世纪 80 年代,德国和荷兰专家提出使用生物法有效地降解有机废气,生物处理技术兴起于荷兰和德国,尤其适用于中、低浓度废气的处理。废气生物技术在国外已经有50多年的研究和应用历史,尤其在德国、荷兰等欧洲国家应用较为广泛。目前已经有相当数量工业规模的各类生物处理废气装置;据统计,本世纪初投入运行的装置已达7500套。

在众多处理技术中,VOCs生物处理技术是近年来在我国广受关注的一种技术,生物法处理技术以其独到的优势越来越受到市场的认可和重视。据2009年有关资料统计,国内外生物法控制技术运用占比23%。

根据国内外771个VOCs控制工程案例统计

国内从20世纪90年代开始研究废气的生物处理技术,目前也在污水处理等领域开展了一些应用工作。其中,清华大学环境学院环境生物学研究所是国内较早开展废气生物控制技术研究的单位之一。多年来,针对废气生物处理技术领域的核心关键技术和科学问题,开展了系统的研究和开发,在工艺组合(紫外光氧化+生物过滤)和反应器结构设计、填料优选和构建、菌种筛选和培育、营养盐配方开发和填料层堵塞控制等方面取得了大量创新性的研究成果,并在实际工程中得到了推广和应用。

一、VOCs生物处理技术原理

生物过滤法、生物滴滤法、生物洗涤法、活性污泥法等

废气生物处理技术的主要原理是利用填料层中微生物的代谢作用将废气中含有的苯或氯苯、醇、醛、酮、硫化氢﹑氨﹑硫醇﹑硫醚等有毒有害物质转化为无害的水、二氧化碳等小分子物质,从而实现废气净化与污染控制的目的。

废气处理生物法原理

微生物净化有机废气模式图

废气生物处理技术

VOCs和恶臭废气生物处理工艺有生物过滤法、生物滴滤法、生物洗涤法、活性污泥法和膜生物法等。主要包括生物滤池、生物滴滤塔、生物洗涤器、膜生物反应器(见图1)。

图1生物反应器

其中,生物过滤器和生物滴滤器应用较为广泛,膜生物反应器尚限于实验室研究阶段。生物过滤法在工业应用中较多,但因生物过滤需要很大的接触表面,因此设备结构相对复杂行费用较高:生物洗涤法对有些难于氧化的恶臭物质难于脱净;生物滴滤法因具有可调节微生物营养供给和生长环境的优势更是成为国内外学者的研究热点,主要集中在不同目标污染物、高性能填料降解菌和机理模型等研究内容上。下表对3种生物处理技术进行了比较。

对比图

生物滴滤池对VOCs 的降解效率与效果受到微生物、填料、pH 以及运行参数的等多个因素的综合影响。

二、生物法优点

设备简单、二次污染少、投资和运行费用较低

从生物处理技术的原理及工艺特征来看,生物法具有以下优点:

1、工艺设备简单:由于生物处理装置的关键部分是生物填料层和喷淋加湿系统,不需要加热、防爆,切换,温度控制等需要,所以工艺设备结构相对简单。

生物过滤工艺

如图:生物过滤工艺

2、二次污染少:VOCs生物法处理的产物主要是无害的二氧化碳、水等小分子物质,属于一种绿色环保技术。

3、工艺投资和运行费用较低:由于不使用价格昂贵的催化剂、吸附剂或离子管,其投资费用一般比其他方法便宜1/3至1/2。此外,由于生物法反应在常温下进行,不需要对气体进行加热,在运行过程中也仅消耗少量的营养液和水,其能量消耗与药剂消耗水平比较低,运行费用也相对低廉。

三、VOCs生物处理技术面临的难点

影响因子、堵塞问题、占地问题

在VOCs生物处理技术的应用过程中存在一些技术难点,但目前都有对应的优化解决思路。

1、影响因子:影响因子主要是VOC的性质、浓度、工艺条件这三大类,通常生物法适合处理高水溶性、易生物降解的物质,其浓度一般不高于1000mg/m3 ,大风量条件下小于200mg/m3;常见物质中适宜性由高到低依次为醇类、酯类、苯系物>醛、酮、卤代烃>小分子烯烃、烷烃。工艺条件方面的影响主要集中在温度、湿度、PH值,菌种等,在一些特定行业或高湿度工段废气,生物法比其他方法更为适合,不需要除湿。

生物法对于难生物降解、高浓度的VOCs去除效果较差。针对这一问题,可以采用紫外+生物过滤联合工艺,运用紫外单元提高VOCs的可生化性,同时降低生物过滤单元的负荷。

难降解VOCs去除的解决方案

2、堵塞问题:堵塞问题是生物法工程实际应用中比较常见的问题,大多数情况下由废气预处理不规范引起,其中油污和颗粒物影响大。另外一些是喷淋不合理,生物控制不到位造成的。生物量累积过量,填料层堵塞,压降升高也是生物处理技术中不可忽略的问题,可通过增加预处理单元,优化喷淋条件以及生物量控制来解决。

堵塞问题解决方案1

堵塞问题解决方案(1)

堵塞问题解决方案2

堵塞问题解决方案(2)

注:由于篇幅限制,还有其他解决方案就不一一列举了。

3、占地问题:占地偏大是常见的一种认识,实际上随着近年来生物技术的发展,占地比以往已大大降低,有些甚至比目前主流的工艺占地还要小。

占地问题解决方案:认识上的误区、填料层优化、反应器的优化

占地问题

可通过优化反应器解决,即在不改变反应器体积的前提下,增加反应器的高度,从而减小反应器的占地面积。

废气生物处理占地面积比较

如图:焚烧设备与生物法设备占比面积对比

4、操作问题:难实现自动控制,以提高对各运行参数的控制能力,维护费用高和发生故障的次数多。菌种培育困难,难筛选出降解各种VOCs气体的优势菌种。

四、VOCs生物处理技术常见应用行业

污水处理厂恶臭废气、制药行业废气、食品加工废气等

目前,废气生物处理技术已经在不同行业得到成功应用。该技术适用于涂料与喷漆﹑有机原料及合成材料﹑农药﹑染料﹑石油化工﹑炼焦﹑制药﹑鞋厂﹑印刷厂﹑造纸厂﹑加油站﹑养殖厂﹑污水处理厂﹑堆肥厂等的废气与恶臭气体的处理。该技术还适用于建材市场、家具城、批发城等大型公共场所的室内VOCs处理。可处理的挥发性有机物主要包括脂肪烃(低级脂肪烃(汽油)、氯乙烷、氯甲烷)﹑芳香烃(苯、甲苯、二甲苯、氯苯)﹑含氧有机物(醇、醚、酮、醛)﹑含氮有机物(胺)﹑含硫有机物(硫醇、硫醚)等。可处理的还原性无机化合物主要包括氨、硫化氢等。

家具制造行业VOCs

VOCs去除效果

未来在这些领域,预计生物法将会有快速发展和广泛应用,市场机会将越来越多。

五、推广应用过程中的存在问题

缺乏大中型企业、重工程建设而忽视运行管理等

一是我国业内人员对生物法的基本性能、适用范围和使用条件等缺乏规律性认识,缺乏系统的培训和专题能力建设。

二是开展生物技术推广的企业规模小、数量多,市场分散且呈现碎片化趋势,行业内相互压价与恶性竞争现象较为普遍,VOCs生物处理领域还缺乏大中型企业,行业整体实力偏弱。

三是行业内普遍重公关营销、重工程建设而忽视运行管理许多企业认为生物法技术门槛不高,简单模仿和复制已有工程,不能根据工程需要灵活调整设计运行参数,工程建成后管理也跟不上。导致工程处理效果不佳或运行不稳定,从而对生物法在市场上的口碑和被接受程度产生负面影响。

四是企业普遍缺乏技术创新能力,而高校和科研机构的研究成果难以直接产业化,缺乏技术验证、孵化和推广平台。

对于未来VOCs生物处理技术的推广应用,我们建议,发挥行业协会作用,加强需求方、VOCs治理企业和科研机构的交流与合作,增加信息透明度,减少由于信息不对称而出现的推广应用壁垒。

另外,政府相关部门加大对企业VOCs违法排放的监管力度,倒逼企业加严VOCs处理工程建设和运行标准,形成行业内重视运行管理的氛围。通过技术孵化平台推动技术创新成果优化、实用化,同时建立技术的第三方评估和推广平台,有序推动新技术推广应用。


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