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废气生物除臭填料的特点与依据(下)

日期:2020-03-10 09:55浏览次数:10

       【摘要】介绍了去除挥发性有机污染物及恶臭物质的生物反应器中常用生物填料的种类和性质,比较了它们的特点和适用条件,阐述了实际应用中填料的含水率、pH和压力损失等的控制方法。
       接上期:废气生物除臭填料的特点与依据(上)
       2.3 压力损失
       气体流过反应器内的填料时,因各种阻力造成的压力降为压力损失。压力损失的大小与填料的性质有关,小颗粒或小孔隙率的填料压力损失大,小颗粒的填料引起的压力损失可能是大颗粒的10倍。常用填料的适宜温度、pH、湿度以及压力损失见表2。
填料分类 填料种类 相对湿度,% 压力损失 温度/℃ pH
活性填料 堆肥 50-70 303.8-3498.6 Pa/m 20-27 未提及
泥煤 88 49 Pa/m 未提及 4.8
土壤 61.2 4.9 Pa/m 未提及 6.2
椰壳 60-80 <235.2 Pa/m 室温 7.0
木片 70 未提及 23-27 未提及
麦壳 未提及 999.6-2 704.8 Pa/m 未提及 未提及
惰性填料 陶粒 71 >460.6Pa堵塞 未提及 6.5
陶粒 未提及 未提及 60-71 未提及
珍珠岩 未提及 19.6 Pa/m 未提及 未提及
活性炭 41.7±0.6  (306.7±5)Pa/m 未提及 7.3~7.4
聚氨酯 80-99 <19.6 Pa/m 室温 5~7
聚氨酯 65 <19.6 Pa/m 未提及 未提及
混合填料 堆肥/污泥/塑料 未提及 117.6 Pa/m 30 7.2
堆肥/贝壳 未提及 1254.4-1999.2 Pa/m 32-37 6.5-8.0
堆肥/石棉 40 <78.4 Pa/m 未提及 6.5-8.5
堆肥/木片 65 9.8-19.6 Pa/m 25-30 未提及
木片/珍珠岩 未提及 2401-2940Pa/m 4.5-6.5 未提及
麦壳/聚丙烯球 50~85 19.6-3920Pa/m 19-28 未提及
牛骨/陶粒 未提及 9.8-1764Pa 未提及 未提及
活性炭/蛭石 60~70 49-392Pa/m 室温 4.5
表2常用填料的适宜温度、pH、湿度以及压力损失
       认为:堆肥的粒径小于1 mm时,压力损失严重;粒径大于4 mm时,才能够减少反应器的压力损失。大粒径的填料不仅减少因压实引起的压力损失,还有利于气体通过反应器,提高供氧率。
       高比表面积的填料有利于微生物的附着和生长繁殖。微生物的过度生长繁殖也会堵塞填料,增加压力损失。Groenestijn等用真菌生物滤池净化甲苯废气时,对两种惰性填料火山岩和珍珠岩进行了比较,结果表明:填料为火山岩的反应器其气体压力损失远大于珍珠岩为填料的反应器,这是由于火山岩更适于真菌生成菌丝,过度生长的菌丝塞满孔隙,增大了填料层的阻力。
废气滤池填料图片
生物填料图片
       压力损失还与填料的机械性能相关。机械性能差的填料,压力损失大。与黏土粒、堆肥等活性填料相比,惰性填料如珍珠岩、海绵块引起的压力损失小。将小颗粒的堆肥材料与泥煤、木片、活性炭、聚合物等压力损失小的材料按一定比例混合,使用混合填料代替单一活性填料,可有效地降低填料层的压力损失。
       引起压力损失的另一个原因是填料中的水分。填料保持适宜的湿度有利于维持微生物的活性,保证生物反应器的正常运行,但湿度过大会大幅度提高反应器的压力损失,增加能耗。
       2.4 生物反应器内的温度和pH
       温度是微生物的重要生存因子。在适宜的温度范围内,微生物的代谢速率和生长速率均可相应提高。一般地,生物反应器的温度高,则去除能力也高。但是,温度过高会减少填料的含水率,引起填料干燥等问题。通常,大多数填料的适宜温度为常温。在一些特殊条件下,则惰性材料具有活性填料无法比拟的优点。在处理有机合成过程中排出的废气时,由于废气排出口的温度往往高达60-90℃,混合肥料、泥煤等材料不适于在高温(高于40℃)下使用,此时使用耐高温的陶粒填料和嗜热微生物可在60-71℃条件下运行,无需增加降温设备,减少了投资和运行费用。
       微生物的生命活动、物质代谢与pH密切相关。大多数细菌的最适pH为6.5-7.5。大多数的活性填料为中性材料,使用时无需调节pH。有些活性填料如木片,pH通常为3-4,并且自身缓冲能力弱,反应器运行前需要先在填料中加入碱、石灰、贝壳粉等作为pH调节剂。一些活性填料的自身降解产物会改变填料的pH,使反应器的去除效果降低。惰性填料因本身无营养物质需额外补加营养液,通过添加营养液,在补充养分和水分的同时还可以调节填料的pH,创造适宜微生物生长的微环境。
       2.5 填料的机械性能及填充方式
       填料层的结构应稳固结实,底层的填料应能够承受重力,中间的填料可以较重,软的填料应填充在上部。填料的填充密度与填料自身的机械性能有关。在生物反应器运行期间,良好的机械性能可以使填料不发生分解、压缩、堵塞、收缩等现象。机械性能低的填料如堆肥、聚氨酯泡沫,填充过高或填充密度过大时,底层填料容易被压实,导致布气不均匀、压力损失增高等问题。通常,填充高度为1.0-1.5m,填充密度为300-500kg/m3(堆肥)、20-40kg/m3(聚氨酯泡沫)。活性炭、火山岩、分子筛、陶粒等材料因机械强度高,填充高度可以达到5m,填充密度大于600kg/m3。体积相同时,增加填料的填充高度能够有效减少反应器的占地面积。质轻的填料如珍珠岩、聚氨酯则更适于多层填充的生物反应器。
       2.6 填料的投资控制及使用期限
       填料应容易获得,价格较为便宜,尽量减少其在投资运行费用中所占的比例。相对而言,天然材料最便宜,一般只需支付运费;堆肥或堆肥-惰性填料约为50-500元/m3;合成填料最贵。就近取材是降低填料成本的有效途径之一。欧洲森林资源丰富,填料多采用木材加工的副产品——木片松树皮;有些沿海国家则采用贝壳作填料。理想的填料应当能够正常使用2-4年。合成材料的使用期最长,至少10年。在实际应用中,应根据各种填料的优缺点、适用条件以及实际需要做出选择。
       3 填料的改进与发展趋势
       填料的改进是废气生物处理的核心技术之一,对填料进行适当的亲水与生物亲和改性,能够大大提高填料的传质性能、挂膜性能和废气处理效果。经过改进的大孔径的发泡聚氨酯作为填料处理挥发性有机污染物和恶臭物质,处理效果普遍比活性填料好,得到更多的实际应用。北京某污水处理厂,生物除臭池内原有的填料是按一定比例混合的木片和树皮,使用几年后部分木片和树皮腐烂,填料层发生板结和塌陷,导致除臭池内的压力损失升高,能耗增大。腐烂的填料散发出臭味,加重了污染。将除臭池内的填料全部更换为聚氨酯泡沫后,新填料孔隙率大,透气性好,压力损失小;保水性强,减少喷淋水的用量;并且不易腐烂,没有异味。
       4 总结
       近几年,废气生物处理填料的开发与研究侧重于改进合成填料的比表面积、结构以及填料的布气性能和机械性能。陶粒、聚氨酯、聚乙烯等合成填料的机械性能往往优于天然材料,通过改变和控制生产工艺,可以控制填料的形状、孔径、粒径、孔隙率等,得到的填料更具保水性,其孔径和孔隙率也更适合微生物附着生长,更有利于与污染物的充分接触,提高处理效果。合成材料重量轻、颗粒小且均一,比较容易形成自动化的大规模生产,与装有其他填料的生物反应器相比,采用这种填料的生物滤池能够长期稳定的运行,并且不易发生堵塞。

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