（环境工程专业论文）生物过滤法处理炼油污水厂恶臭的工艺研究.pdf

歹乏鼍五，、掌矛2 - 2 学位论文 摘要 大庆石化公司炼油污水厂浮选池无组织排放出大量恶臭气体，对周边环境和人体健 康造成了很大危害。本课题研究生物过滤反应器处理该恶臭气体的可行性和主要影响因 素，并确定主要工艺参数，为该技术的工业化应用提供技术支持。 本研究分别采用堆肥一树皮火山岩填科( a 填料) 和堆肥一p e 惰性填抖( b 填抖) 做为分 段式生物过滤反应器的内充填料。考察了空床停留时间( e b r t ) 、进气方式、污染物浓度、 负荷冲击以及环境温度对去除效果的影响，同时考察了反应器内填料湿度、p h 值、营 养物质的变化情况，还考察了不同填料对压力降的影响。 主要研究结论： ( 1 ) 选择的堆肥树皮一火山岩填料( a 填料) 和堆肥一p e 惰性填料( b 填料) 都适合于做生物 过滤反应器的填料；b 填料比a 填料更适合处理此炼油污水厂的恶臭气体。 ( 2 ) 采用两种填料时，较为适宜的e b r t 都为6 6s 。 选用a 填料，e b r t = 6 6s 时，非甲烷总烃、苯、甲苯及二甲苯的进口浓度范围分别 为5 ，l 一1 0 8 1 8 、0 1 - 3 2 8 8 、0 2 9 1 8 、0 2 4 8 2m g - m 。时，平均去除率分别为7 9 7 、9 8 9 、9 8 8 、9 9 ，6 ；最大去除负荷分别为5 0 ，7 、1 7 6 、 5 0 、2 6g m - 3 h 1 ，相应去除率 为9 2 1 、9 9 0 、9 9 9 、9 9 3 。 选用b 填料，e b r t = 6 6s 时，非甲烷总烃、苯、甲苯及二甲苯的进口浓度范围分别 为5 1 - 1 0 8 1 8 、o 1 - 3 2 8 8 、o 2 9 1 8 、o 2 4 8 2m g - m 。时，平均去除率分别为9 0 5 、9 9 2 、9 9 5 、9 9 9 ；最大去除负荷分别为5 6 8 、1 4 4 、5 0 、2 6g - m 3 - h 一，相应去除率 为9 6 9 、9 8 7 、1 0 0 0 、1 0 0 0 。 ( 3 ) 采用炼油污水厂曝气池活性污泥接种可以成功、快速地启动反应器。 ( 4 ) 生物过滤法处理炼油污水吹脱出来的恶臭气体时，填料湿度的最佳范围是5 0 6 0 ；填科p h 的变化范围为6 8 ；反应器的渗沥液应通过喷淋返回填料层，且长期运行 时需要适量补充一些氮、磷等营养盐；填料床层温度在1 0 3 0 范围时，温度的变化 对填料微生物的生物降解能力的影响并不明显；进气方式采用上流式比采用下流式较 好；进气中污染物浓度提高对苯、甲苯和二甲苯去除率没有明显影响，而非甲烷总烃去 主韧：j 骧去处理冻油污水广恶臭的工艺研究 除率有下降趋势；月a 、b 两 填 斗装忝的反应器都具有较小的压降( 左6 个月内，革个 反应器的平均压陉为0 ，1 0 k p a ) 。 ( 5 ) 设计的生物过滤反应器具有较强的抗负荷冲击能力。 关键词：生物过滤；炼油污水；恶臭；堆肥 歹。建差一天项士学口论文 t e c h n i c ss t u d y0 1 - ib i o f i l t r a t i o no fo d o r sf r o mo i lr e f i n i n g w a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t a b s t r a c t t h ei n o r g a n i z e de m i s s i o no fo d o r sf r o mf l o t a t i o nt a n ko fo i lr e f i n i n gw a s t e w a t e r t r e a t m e n tp l a n ti nd a q i n gp e t r o c h e m i c a ic o m p a n yh a se n d a n g e r e dt h ea m b i e n c ea n d 也e p u b l i ch e a l 也t h ef e a s i b i l i t yo fb i o f i l t r a t i o no fo d o r sa n dt h ee f f e c tf a c t o r sw e r ei n v e s t i g a t e d mt h i sw o r k t h em a i nt e c h n o l o g i c a lp a r a m e t e r sw e r ea l s oc o n f i r m e d w h i c hp r o v i d e du s e f u l t e c h n o l o g i c a li n f o r m a t i o nf o ri n d u s t r i a la p p l i c a t i o no f t h i st e c h n o l o g y i nt h i ss t u d y ，t h eb o f i l t e r sw e r ep a c k e dw i t ht h em l x m r e ( i e p a c k i n gm e d i aa ) o f c o m p o s t ，b a r ka n dl a v a , a n dt h em i x t u r e ( i e p a c k i n gm e d i ab ) o fc o m p o s ta n dp o l y e t h y l e n e ( p e ) ，r e s p e c t i v e l y t h ee f f e c t so fe m p t yb e dr e s i d e n c et i m e ( e b r t ) ，a i r - f l o wm o d e ， c o n c e n t r a t i o no ft h ec o n t a m i n a n t s ，i o a ds h o c ka n dt e m p e r a t u r eo nt h er e m o v a lo d o r sw e r e i n v e s t i g a t e d 1 1 1 ev a r i a t i o no fw a t e rc o n t e n t p hv a l u ea n dn u t r i e n t so fp a c k i n gm e d i ai nt h e b i o f i l t e r sw a si n v e s t i g a t e d i na d d i t i o n ，t h ee f f e c to fd i f f e r e n tp a c k i n gm e d i ao nt h ep r e s s u r e d r o po f p a c k i n gb e dw a sa l s oi n v e s t i g a t e d t h ef o l l o w i n gm a i nc o n c l u s i o n sw e r eo b t a i n e d ： ( 1 ) t h er e s u l t ss h o w e dt h a tb o t ho ft h ec o m p o s t - b a r k l a v a ( p a c k i n gm e d i aa ) a n d c o m p o s t p e ( p a c k i n gm e d i ab ) c o u l db eu s e da st h ep a c k i n gm e d i ao ft h eb i o f i l t e r s p a c k i n g m e d i abw a sm o r es u i t a b l ea sp a c k i n gm e d i ao fb i o f i l t e r st or e m o v et h eo d o r sf r o mo i l r e f i n i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ( 2 ) t h eo p t i m a le b r tw a s6 6sf o rt r e a t i n go d o r si nt h eb i o f i l t e r sp a c k e dw i t hb o t h p a c k i n gm e d i a i nt h eb i o f i l t e r sp a c k e dw i t hp a c k i n gm e d i aa ，a te b r to f6 6s ，w h e nt h ei n l e t c o n c e n t r a t i o n so fn o n m e t h a n eh y d r o c a r b o n ( n m h c ) ，b e n z e n e ，t o l u e n ea n dx y l e n ev a r i e di 坞 t h er a n g eo f 5 1 1 0 8 1 8 ，0 1 - 3 2 8 8 ，0 2 1 0 7 2a n do 2 - 4 8 2m g m 。，t h ec o r r e s p o n d i n ga v e r a g e r e m o v a le f ! f i c i e n c yw a s7 9 7 ，9 8 9 ，9 8 8 a n d9 96 ，r e s p e c t i v e l y w h e nt h e m a x i m u me l i m i n a t i o nc a p a c i t yw a s5 0 7 ，1 7 6 ，5 0 ，2 6g - l n j h ，t h ec o r r e s p o n d i n gr e m o v a l e f f i c i e n c yo f 9 2 1 ，9 9 0 ，9 9 9 ，9 9 3 ，r e s p e c t i v e l y ，w a so b t a i n e d i n t h eb i o f i l t e r sp a c k e dw i t hp a c k i n gm e d i ab a te b r to f6 6s ，w i t ht h ei n l e t c o n c e n t r a t i o no fn o n - m e t h a n eh y d r o e a r b o n 州m h c ) ，b e n z e n e ，t o l u e n ea n dx y l e n ev a r y i n gi n t h er a n g eo f5 1 1 0 8 1 8 0 1 3 2 8 8 ，0 2 1 0 7 2a n d0 2 - 4 8 2m g - n 1 j t h ea v e r a g er e m o v a l e f f i c i e n c yw a s9 0 5 ，9 92 ，9 9 5 ，9 9 9 ，r e s p e c t i v e l y t h em a x i m u me t i t m n a t i o n i i i 生物芷鹿洼处理炼油污水厂恶臭的工艺研究 c a p a c i t yo f5 6 8 1 4 4 ，5 0 2 6g m h c o r r e s p o n d i n gr e m o v a le f f i c i e n c yo f9 6 9 9 8 7 ， 10 0 o 10 0 o w a so b t a i n e dr e s p e c t i v e l y f 3 、t h ea c t i v a t e ds l u d g e 疗o mo i lr e f n i n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t o f a su s e da st h e i n o c u l a n tt ot h ep a c k i n gm e d i a w h i c hm a d et h es t a r t u do f t h eb i o f i t l e r ss h c c e s s f u la n dq u i c k ( 4 ) w i t ht h eb i o f i l t r a t i o no fo d o r sf r o mo i lr e f i m n gw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ，t h e o p t i m a lw a t e rc o n t e n ta n dp hv a l u eo f p a c k i n gm e d i aw e r e5 0 一6 0 a n d6 - 8 r e s p e t i v e l y t h el e a c h a t ef r o mt h eb i o f i t l e r sm u s tc i r c u l a t ea n ds p r i n k l eb a c kt op a c k i n gm e d i aa n dt h e a d d i t i o no fn u t r i e n t ss u c ha sn i t r o g e n ( n ) a n dp h o s p h o r u s ( p ) w a sn e c e s s a r y , i nal o n g - t e r m o p e r a t i o np e r i o d w h e nt h et e m p e r a t u r eo fp a c k e db e dw a si nt h er a n g eo f10 3 0o c t h ev a r i a t i o no f t e m p e r a t u r ed i dn o ta f f e c tt h ea b i l i t yo f m i c r o o r g a n i s m sd e g r a d i n go d o r si nt h ep a c k i n gm e d i a t h eu d f l o wm o d eo fa i rf l o ww a sb e t t e rt h a nt h ed o w n - f l o w t h ee f f e c t so fi n c r e a s i n gi n l e t c o n c e n t r a t i o n so fc o n t a m i n a n t so nt h er e m o v a le f f i c i e n c i e so fb e n z e n e ，t o l u e n ea n dx y l e n e w e r en o to b v i o u s b u tt h er e m o v a le f 珏c i e n c yo fn m h cd e c r e a s e dw i t l l 血ei n c r e a s eo fi r d e t c o n c e n t r a t i o n so fc o n t a m i n a n t s t h eb e dp r e s s u r e si nt h eb i o f i l t e r sp a c k e d 、j v i 出p a c k i n g m e d i aao rbw e r el o w , i e t h ea v e r a g eb e dp r e s s u r ei ne a c hb i o f i l t e rw a s0 1 0k p ad u r i n g t h ep e r i o do f6m o n t h s ( 5 ) t 1 l eb i o f i l t e r sd e s i g n e dh a v eb e t t e ra b i l i t yo f r e s i s t i n gl o a ds h o c k k e y w o r d ：b i o f i l t r a t i o n ；o i lr e f i n i n gw a s t e w a t e r ；o d o r ；c o m p o s t i v 独创性说明 作者郑重声明：本硕士学应论文是我个人在导师指导下进行的研究工 作及取得研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外， 论文中不包含其他人已经发表或撰写的研究成果，也不包含为获得大连理 工大学或者其他单位的学位或证书所使用过的材料。与我同工作的同志 对本研究所做的贡献均己在论文中做了明确的说明并表示了谢意。 大连理工大学硕士研究生学位论之 大连理工大学学位论文版权使用授权书 本学应论文作者及指导教师完全了解“大连理工大学硕士、博士学应论文版权使用 规定”，同意大连理工大学保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的复印牛和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权大连理工大学可以将本学位论文的全部或部分内 容编入有关数据库进行检索，也可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编学位论 文。 作者签名：五堑盖蕉 导师签名：壶整致 大连理工大学硕学彦_ ：乏支 l 绪论 1 1 恶臭的来源及危害 恶臭污染物是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损坏生活环境的气体物质。 恶臭具有污染源分布广泛、气量大、浓度低、成分复杂、危害大等特性。 恶臭散发源分布广泛，如化工厂、污水处理厂、垃圾转运站、养猪场、排水泵站、 食品加工厂等。炼油污水厂污水处理设施经常排放出有害废气，在摊放废气中主要含有 硫化氢、挥发性有机硫化物( v o s c ) 、苯系物、低分子烷烃等恶臭组分，已经成为较大 的恶臭污染源，成为一种公害。 恶臭物质按组成分为5 类：( 1 ) 含硫化合物，如h 2 s 、s 0 2 、硫醇、硫醚；( 2 ) 含氮化 合物，如胺类、酰胺、吲哚：( 3 ) 卤素及其衍生物如氯气、卤化烃；( 4 ) 烃类，包括烷烃、 烯烃、芳香烃；( 5 ) 含氧的有机物，包括醇、醛、酚、酮、酯、有机酸等。 恶臭是一种影响广泛的公害，强烈刺激人的，i i , 理，严重时引起中毒。它对人体的毒 害是多方面的：首先引起人体反射性地抑制吸气，妨碍正常呼吸功能；神经系统长期受 到低浓度恶臭的刺激，使嗅觉脱失，继而使大脑皮层兴奋与抑制的调节功能失调，恶臭 成分如h 2 s 直接毒害神经系统；氨等刺激性臭气，使血压先降后升、脉搏先慢后快， h 2 s 影响氧的运输、造成体内缺氧，干扰循环系统；臭气使人食欲不振、恶心、呕吐， 可能导致消化系统功能减退以及内分泌系统紊乱，影响机体的代谢活动。此外，氨和醛 类对眼睛有较强的刺激作用。 由于恶臭对人体感官和健康的影响，引起世界各国的普遍重视。美国、日本等国早 在7 0 年代就颁布了恶臭防治法规并开展了大量的研究工作。我国于1 9 9 3 年才颁布了恶 臭污染物排放标准 2 - 4 1 。 1 2 治理恶奥的方法及比较 治理恶臭的方法可分为化学除臭法、物化除臭法、生物除臭法等几类。常见恶臭污 染防治技术的原理、特点见表1 1 3 1 。 治理恶臭的方法可视恶臭污染物的性质、种类、浓度、处理量、排放方式及当地的 卫生要求和经济情况的不同，采取不同的处理方法。每一种方法都有其各自的使用范围 及特点，在实践中常结合几种方法对恶臭进行处理。但是，化学除臭法和物化除臭法所 使用的设备繁多、工艺复杂、易产生二次污染，而且二次污染后再生和后处理过程复杂、 能耗大，不是增加了污泥的碱度就是增加了污泥的体积，不是除臭效果不好就是运行维 护成本较高。然而，近几十年来，随着生物治理技术在污染治理中的不断发展、成熟及 生物过滤法处理炼汩i 水厂吾臭钓j 艺纡究 利用，生物税臭法以其自身的显著特点越来越受到人们的青徕。生物技术具有以下优 点用：可以在标准条件下操作( 温度2 5 3 5 ，常压) ；装置筒单可靠；净化效 率两；抗冲击能力强；投资和运行成本低；可以自动操阼；无二次污染物形成。 表i 1 常见恶臭污染物防冶技术一览【3 | t a b 1 1c o n v e n t i o n a lt e c h n o l o = c , yo f t r e a t i n go d o r s 大连理工尢堂而学生笼文 荷兰的j v a ng r o e n e s t i j n 对几种废气处理方凌在投资及运行费用方面送行 了比较，结果如表1 2 【6 所示。由表1 2 可见，与普通物理、化学处理技术相 比，生物处理技术的投资及运行费用是最低的。 虽然生物脱臭法的历史还比较短，部分工作仍停留在实验室阶段，但由于其具有晦 统方法所不可比拟的优越隆和安全性，所以其发展蘑力很大，应用前景相当广阔。 表1 2 几种废气处理方压的投资及运行费用的比较 6 1 t a b12c o m p a r i s o no f i n v e s t m e n ta n do p e r a t i o nc o s to f s e v e r a lt e c h n o l o g i e so f t r e a t i n go f f - g a s 1 3 生物法治理恶臭 1 3 1 生物脱臭法概述 生物法作为一种废气处理工艺在6 0 年代开始被应用，8 0 年代德国和荷兰开始越来 越多地应用生物过滤工艺来处理生产过程中的挥发性有机物、有毒、臭味等气态污染物 i ”。根据1 9 9 1 年的统计结果，仅德国和荷兰已有5 0 0 多座生物废气处理装置。 生物脱臭法是利用微生物降解恶臭物质使之无臭化、无害化的一种处理技术，国外 己广泛用于低浓度恶臭源的治理。生物法在上世纪5 0 年代土壤脱臭法的基础上，在生 物固着态( 生物过滤) 、生物悬浮态( 活性污泥) 两个方向上并行发展。前者按滤料不同分 为生物滤池和2 0 世纪8 0 年代末出现的介于两者之间的滴滤式，后者按气液接触方式分 为洗涤式和曝气式。生物过滤器、生物洗涤塔和生物滴滤器是3 种主要的废气生物处理 技术，表13 8 为这三种主要的生物法工艺性能比较。圈1 1 图1 3 9 1 为这三种主要的生 物法工艺流程简图。 ( 1 ) 生物过滤器( b i o f i l t e r ) 是被最早研究和使用的种处理挥发性有机污染物和臭味 气体污染物的废气处理技术。早在1 9 2 3 年，b a c h 就利用土壤过滤床去除污水处理厂 排放的含硫化氢等恶臭污染物的气体 9 1 。生物过滤器内部装填活性填料，废气经加压预 湿后进入生物滤池，与填料上附着的生物膜接触，被生物膜吸收，通过膜内微生物 生物：= 艚- ；处理醵曲污水厂恶臭的工艺研究 表1 3 生物法工艺性能比较【8 l t a b 1 3c o m p a r i s o no f p e r f o r m a n c eo f b i o l o g i c a lt e c h n o l g o y 瑾弋 戒 排放f 气) 图1 1 生物过滤器【9 】 f i g 1 ib i o f i l t e r 的分解、氧化、转化机制，将污染物完全分解氧化成c 0 2 、h 2 0 、n 0 3 、s 0 4 2 。等无害物 质。生物滤池的填料通常单独采用土壤、堆肥、泥碳等天然有机填斟，或者与一些惰陛 大连理工大学顽士学堂凳文 材斟混台使用。旨前已经开发了很多性能优异的人工合成露辩，如大连理工大学就在这 方面设了很多研究孑发，一些成果已经工业化，形成产品。生物迄滤嚣e 床层填抖大部 分是蒹盼易得的天然材质，这种天然床体在经过2 5 年的使用后必须进行更换，根据床 层大小，更换时间一般需要2 6 周。生物过滤器具有良好的去除效果及较低操作成本， 但是田于在污染物去除过程中，反应器内部不存在可以调节p h 和营养物浓度的连续流 动的液体，使得反应条件难以控制【l0 1 。 ( 2 ) ，生物滴滤器( b i o t r i c k l i n gf i l t e r ) 是生物过滤工艺的改进。生物滴滤器的床层填料一 般是由塑料制品( 球，拉西环等) 、火山岩、聚氨酯泡沫、陶瓷等惰性物质组成。微生物 附着在填料的表面，循环液体和营养液不断地被加入到反应器中，为生物新陈代谢提供 足够的营养和湿度。废气与液体在床层内充分接触，污染物被吸附到填料上的微生物膜 表层，被微生物在好氧的条件下分解为c 0 2 和h 2 0 。生物滴滤反应器的床层填料具有 较高的机械强度和孑l 隙率( 可以到达9 5 ) ，与生物过滤相比，降低了气体通过床层的阻 力；由于连续流动的液体通过填充层，使得p h 、营养物浓度等反应条件易于控制，也 可以避免反应产物在床层内的积累。但生物滴滤反应器在运行前需要预先在填料表面挂 上一层微生物膜，反应过程中产生的剩余污泥需要再处理，而且由于连续流动液相的存 在，使得亨利系数较大的污染物不容易被去除 1 0 l 。 图1 2 生物滴滤器f 9 1 f i g 1 2b i o t r i c k l i n gf i l t e r 菠 ( 3 ) 生物洗涤塔( b i o s c r u b b e r ) - - 般分为两段，即污染物的吸附、吸收段和降解段。用 于生物洗涤处理的污染物一般要求具有较高的水溶性和较低的蒸汽压。与生物过滤和生 物病滤相比，生物洗涤塔主要是解决了两个方面的问题：提高污染物在液相中的吸附 生纫疟法处理炼油污水厂恶臭的工艺矿究 量：延长微生物消化污染物的时间。一般通过两个途径来实现这两个目标：庆层 填料被液相淹没；从洗涤器中流出的液体在循环之前被收集到容器甲l 。 生物先涤塔趵装置体积相对较小，运行过程中无需籀湿；生物洗涤装置适用于产酸 过程，可以去除含有固体颗粒物的发气，微生物所需的营养和p h 条陴的控制比较简单 方便。但是，生物洗涤系统需要安装价格高昂和复杂的迸料和中和系统，安装成本高于 生物过滤器和生物滴滤器；该过程中有化学吸收的过程，与过滤或滴滤反应器相比，该 装置更加接近于化学装置；当处理的废气流量较大时，生物容易过量生长，引起反应器 的堵塞；为了防止生物量的过量增长，过程中必须处理一些有毒和危险的化学品，增加 了过程中的环境污染u o l 。 赢 图1 3 生物洗涤塔【9 1 f i g ，1 3b i o s c r u b b c r 由上述可见，生物过滤塔、生物洗涤塔和生物滴滤塔各有其特点和应用条件，因此， 应根据废气中污染物的特性和条件，选择适宜的处理技术。 资料表明，当亨利系数较低( h c 兰o 0 1 ) ，易溶于水的污染物质适于用生物洗涤塔处理； 亨利系数较高( h c 之1 ) ，难溶于水的污染物质适于用生物滤池处理；溶解性介于两者之间 的污染物质( o 0 1 1 0 的污染物质，可利用真菌进行降解。 大廷基二二戈学丽= = 学广论文 炼油污水厂恶臭为大气量、低浓度鸵混台型恶臭，且主要恶臭组分的亨利系数较高， 难溶于水，适于用生物过滤法。 1 3 2 生物过滤法脱臭 ( 1 1 发展阶段 生物过滤系统的发展大致经历了三个发展阶段：早期的生物过滤系统由布气管 上面覆盖土壤而成，运行费用较低，但需要有宽闶的场地，定期进行场地修整，必须设 置散水装置以保持良好的运行状态，其缺点是布气不均匀、处理效果不稳定。8 0 年代， 德国采用泥碳代替，其通气性更好，从而更适于微生物生长，效果也较好。第二 个发展阶段始于7 0 年代，德国、荷兰、日本等国开始了这一领域的广泛研究，主要研 究内容是生物脱臭的机理、工艺条件、微生物种群及降解动力学。这一时期的代表性过 滤系统是开敞式生物滤池。采用混：疑土板构成布气填料支撑系统，填料由堆肥、泥碳、 木屑和惰性颗粒混合而成，减少了滤层的压实，并且布气较均匀。该系统除了脱臭之外 也用于挥发性有机物( v o c s ) 和有害气体的去除。8 0 年代以来生物过滤系统的发展进 入了第三个时期，各类生物脱臭装置、设备广泛应用于冶金、石油、化工、畜牧业和污 水处理站。这一阶段的主要研究内容是各种易挂膜、抗生物降解填料的开发，运行自动 控制设备等。我国微生物脱臭的研究起步较晚，到8 0 年代末9 0 年代初才开始有这方面 的实验研究，近年来一些地方采用土壤床处理地埋式污水处理设施排出的臭气，也有一 些生物法脱臭的研究报道【1 1 j 。 ( 2 ) 应用范围 生物过滤器适用范围很广( 表1 4 1 2 , 1 3 ) ，用于化工废气处理( 包括化i - l 艺过程排放 的有机废气及化工污水处理厂释放的恶臭气体的处理等) 是其重要应用领域之。各种 气态有机污染物的生物降解性见表1 5 1 1 4 1 。 表1 4 生物过滤器典型适用范围 1 2 , 1 3 】 t a b ，1 4t h er e p r e s e n t a t i v ea p p l i c a t i o nr a n g eo f b i o f i l t e rs y s t e m 主切过虎法处理炼油污水厂恶臭的工艺研完 表1 5 微生物对各种气态有机污染物的生物降解效粟“q t a b1 5t h eb l o d o f a dj o no f v a n o u sg a s e o u so r g a n i cf o lj u t a n t sb ym i c r o o r g a n i s m s 比台物主切强嘻平败果 甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、丁醇、四氢呋喃、四醛、乙醛、非青好 j 酸、三甲胺 苯、苯乙烯、丙酮、乙酸乙酯、苯酚、二甲基硫、噻吩、甲基好 硫醇，二硫化碳、酰胺类、吡啶、乙腈、异腈类、氯酚 甲烷、戊烷、环已烷、乙醚、二恶烷、二氯甲烷较差 1 ，l ，1 - 三氯乙烷无 乙炔、异丁烯酸甲酯、异氰酸酯、三氯乙烯、四氯乙烯不明 除含氯较多的有机物分子难生物降解外，一般的气态污染物在生物过滤器中的降解 速率约为l o 1 0 0g m - 3 h 。生物过滤器对v o c s 的去除率可达9 5 ，对恶臭物质的去 除率可达9 9 。 ( 3 ) 系统启动及冲击负荷对系统的影响 对于以土壤和堆肥为滤料的生物滤池，利用其原有的微生物直接启动而一般不需外 接种。有时为了加快反应器启动，或采用惰性滤料、人工合成滤料，则有必要预先接种 微生物。对于处理易生物降解的物质，可以用污水处理厂排出的废活性污泥作为反应器 启动的接种污泥直接投入进反应器。有一些难生物降解、有毒的化合物，仅能被极少数 微生物所降解。用普通的活性污泥接种启动反应器可能要数月的时间。为缩短其滞后期， 可投加通过实验室分离和富集的纯菌种。其优点是已知菌种的种类、生长条件和性质， 易于在运行中控制。目前国外一些实验室和公司专门供应这些菌种。此外，生物过滤法 处理那些在好氧条件下降解缓厦的物质例如三氯乙烯( t c e ) 、三氯乙烷( t c a ) 、四氯化碳 等污染物时，反应器停留时间要加长【1 5 】。 w a r d 等以h 2 s 为评估指标研究了冲击负荷对生物过滤系统的影响。在负荷变化后 系统经8 小时左右就可以重新恢复稳定运行状态。停止迸气3 个月后恢复进气，系统可 以在1 2 0 1 4 0 小时恢复全部处理能力。在停止进气过程中保持供应系统湿空气可以使 系统更容易重新启动 1 6 l 。 ( 4 ) 运行成本 运行成本包括能耗、水耗、操作及维护管理费用、设备折旧及填科更换等。填料更 换周期视滤抖材质、滤池运行维护和滤池阻力增长情况而定，一般为2 7 年换一次。 滤| 也能耗主要消耗在布气系统和滤池阻力损失上，而滤池阻力主要取决于结构、材料、 填料的湿度、气流上升流速和滤床深度。在给定的滤料和气体停留时间下，单层滤料池 大连翟工大学硬士学蕾2 文 的阻力损失最小。一些在生产上应用的生物滤池，总的愿层压力降为5 0 3 ，0 0 0p a 。对 于一个处理3 0 ，0 0 0m 3 h 1 气体的生物滤池，黾耗为0 7 4 1k w 15 1 。 在欧洲国家和美国的应用中，生物过骧器所需的投资和运行费用见表1 6 【1 7 1 。 表1 6 生物过滤器的投资和运行费用 t a b 1 6t h ei n v e s l r n e n ta n do p e r m l o nc o s to fb l o f i l t e r 德国、荷兰 ( 单床开放式) 美国5 5 0 9 0 0 ( 单床开放式) ( 包括维护费用) 0 1 0 o o 9 0 0 5 0 0 0f 封闭式) ( 不包括滤床更换费用) 生物过滤器能耗约1 8 2 5k w h - 1 0 0 0m 一，与其他气态有机污染物控制技术相比能 耗很低。 ( 5 ) 应用进展 国外用生物过滤器处理挥发性有机废气的研究开发已有3 0 多年的历史，该技术已 经相当成熟。目前在荷兰、德国和美国的许多化工公司得到广泛应用，已建有5 0 0 多座 生物过滤器工业装置。据1 9 9 2 年统计预测，由于欧洲各国的法规对v o c s 排放的限制 越来越严格，到1 9 9 7 年欧洲用生物过滤器处理废气技术的市场营业额达到5 4 0 0 万美元。 在美国，为了满足“大气清洁法”的要求，许多化工公司对该技术进行了大力开发和应用。 目前可提供成套技术和装置的国外公司有：b a y e r a g 、b r a i n t e c h g m b h 、c l a i r t e c h b v 、 c o m p r i m o b v 、e n v i g m b h 、g e o t e c g m b h 、h e r b s t g m b h 、h o l z e r n a n n g m b h 、m o n s a n t o 等，主要为德国、荷兰及美国的公司。例如荷兰c l a i r t e c h 公司的称为b i o t o n ( r ) 的生物 过滤器系统，用于处理含甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醇、异丙醇和丁醇的废气。到 1 9 9 2 年，至少已建有5 3 套b i o m n 处理装置。b i o t o n 处理装置对3 个油漆厂排放的有机 废气的处理结果见表1 7 1 1 7 1 。 荷兰下n 0 研究所和v a m 废物处理公司的生物过滤材料v a m f i l 到1 9 8 7 年已用于 3 0 多套生物过滤器装置。如荷兰c o m p r i m o 公司的内装v a m f i l 过滤材料的生物过滤器 b i o b o x 已得到广泛应用：在德国用于含四氢呋喃、环己酮、丁酮废气的处理；在荷兰 鹿特丹用于一家塑料加工厂含双酚a 、甲苯、苯酚和丙酮废气的处理【l4 ”j 。 美国m o n s a n t o 公司的称为d y n a z y m e 的生物过滤器可去除废气中的醇、醛、酮、 甲苯、苯乙烯、h 2 s 和硫醇等。恶臭物质去除率 9 9 ，v o c s 去除率 9 5 。由于化学 生物过滤洼处理炼油污水厂恶臭的j 艺研究 工业排放有机凌气量大，为满足日趋严格的法规要求，欧美许多叱学公司都已将生物过 滤器用于工艺废气的治理 1 7 】。 表l ，7b i o t o n 处理装置的应用实别f 1 7 1 t a b 1 7t h ea p p l i c a t i o ne x a m p l e so f b i o t o nb i o f i l t e r = y s t e m 1 9 9 2 年在美国s p r i n g f i e l d ( m a ) 和t r e n - t o n ( m i ) 的两个情况相似的聚合物生产工厂分 别安装了单床开放式生物过滤器，用以处理两厂排放的废气【l9 1 。废气流量约3 5 0 0 0 m 3 h ，v o c s 质量浓度4 0 0 7 0 0m g m o ，主要污染物为乙醇，还含有醛类和醚类。废 气进入生物过滤器之前需喷水使之饱和，温度控制在3 0 3 5 ，废气在生物过滤器中 的停留时间为1 0 0s 。过滤材料为堆肥与木屑的混合物，含水量控制在5 0 7 0 ，略 高于最佳范围4 0 6 0 。保持滤床湿度是生物过滤器维护的关键。由于未在滤床顶 部安装喷水头，水分主要来自雨水和温暖废气的冷凝水，只在长期干燥季节采用喷水保 温。经测定，上述污染物在生物过滤器中的生物降解速率为1 5 2 5g - m - 3 h ，v o c s 去 除率为9 0 9 5 ，废气中v o c s 的质量浓度降至2 0 7 0m g m 。 m u e l l e r 2 0 】总结了动物油炼油厂臭气处理系统的运行，该系统为一开敞的生产性生物 滤池。滤池填料为树皮、废木材块，容积为2 0 0 0m 3 ，填料高度为l m ，滤料按4 年换一 次设计。废气在进入生物滤池前先加湿到9 0 。废气流量为8 0 0 0 0m 3 h - 1 ，浓度为2 0 0 0 0 臭味单位( o u ) ，设计表面负荷为4 0m 3 m - 2 ，空床停留时间( e b r t ) 9 0s ，臭味去除率 达9 9 。 1 9 9 2 年在美国的s p r i n g f i r i d 建设了2 座单层生物滤池，处理聚合物生产设备中排出 的废气 1 9 】。主要污染物为乙醇、乙醛、酯类。滤池填料为堆肥和木屑的混合物，进气流 量为3 5 。0 0 0 m 3 h ，v o c 浓度为0 4 0 7g - n l - 3 。在进入生物滤池之前，通过喷水调节湿 度使滤池中的填料湿度在5 0 7 0 ，同时控制温度在3 0 3 5 。设计v o c 负荷 为1 5 2 5g - m - 2 h ，停留时间1 0 0s 左右。处理效率为9 0 9 5 。分析影响处理效率 的原因是废气中有不易生物降解的大分子物质。 大芝理工大学硕士学位论文 v a nl 1 也等人【1 9 j 介绍了两座全封闭、串联运行的生物滤池，总二囊斟容积为1 2 0 0m 3 ， 处理较易生物殚解的有机溶剂，流量为1 4 0 0 0 0i t i , h 1 ，c 浓度为o 2 5g 1 t i 一湿度为9 0 ， 设计上同流速为1 4 0m h - 1 ，e b r t = 3 0s ，去除效率为9 0 ，能腐足当地对气体中的c 浓度的要求。该设备的特点是它的湿度自动控制系统，由p l c 控制系统和表面自动喷 洒系统组成。生物滤池己正常运行了6 年。该工艺成为先进的目控技术在生物滤池上的 应用范例。 我国从9 0 年代后期开始该技术的研究。其中大连理工大学、昆明理工大学、哈尔 滨工业大学、同济大学、清华大学、抚顺石化研究院等对生物法治理废气均有研究，但 是国内的各种研究大部分处于实验室研究阶段。我国威海市的江源精细化工有限责任公 司是生产服装外用防水涂层胶的厂家，生产所用原料为丙烯腈、丙烯酸丁脂和丙烯酸乙 脂类物质，三种物质按一定比例聚合，其中丙烯腈剩余4 ，在成品干燥时，用风机将 多余气体排出，污染环境。2 0 0 0 年大连理工大学环境和生命学院设计并安装了生物过滤 塔处理尾气。设计处理量6 0 0 0r l l 3 , h 1 ，经生物过滤塔处理后，丙烯腈去除率为9 9 ，7 。 1 3 | 3 生物过滤法治理炼油污水厂恶臭 炼油污水厂恶臭主要含有低分子烷烃、硫化氢等硫化物，以及苯、甲苯、二甲苯等 苯系化合物。做为单一组分，苯、甲苯、二甲苯【引2 2 1 、硫化氢【5 】等硫化物可用生物过滤 法去除，丙烷【2 3 】、异戊烷( 2 4 1 、己烷口5 】等部分低分子烷烃以及一些醇、醛、酯、醚、酮、 杂环化合物等也可破去除。但炼油污水厂恶臭做为一种成分极复杂的混合污染物，其去 除比去除单一组分废气的难度要大得多。 由于混合污染物恶臭各组分的物理化学性质、生物降解特性及操作条件不同，各组 分的去除规律有所差异。d e s h u s s e s 2 6 】利用1 7 种污染物作为考察对象，建立一个在应用 生物过滤装置时，快速评价污染降解能力的方法，并推论出在生物过滤的过程中，对污 染物的最大去除能力遵循以下顺序，即醇类 酯类 酮类 芳香类 烷烃类，并将污染物的 去除能力与其亨利系数和辛醇水分配系数项关联，认为污染物的去除能力与亨利系数和 疏水性有关。 在处理混和污染物时，不同的组分间还常常表现出相互抑制或者促进作用，几种较 高级氯代芳烃的好氧降解是进行共代谢；当苯单独存在时，苯的生物降解较慢，而在其 它有机物与苯共存时，苯的降解能力增加；另外，叔丁醇的存在对甲醇的生物降解有抑 制作用 27 j ；甲基乙基酮( m e k ) 和甲基异丁基酮( m i b k ) 在生物降解的过程中也存在相互抑 制的现象弘。 生物过滤法处理炼庙污水厂暮曼前一f 艺婿芦 苯、卓苯、乙苯、二甲苯( b t e x ) 是常见的工业废气并且得到了广泛的研究。l u 等 1 2 9 1 采写滴滤过滤器，研究了废气中单一或混合的b t e x 气体进行处理时的清况，比较了 单一移混合