陶瓷球填料生物膜滴滤塔挂膜启动工艺及对甲苯废气的净化性能实验研究

环境科学学报陶瓷球填料生物膜滴滤塔挂膜启动工艺及对甲苯废气的净化性能实验研究田鑫瘳强朱询饶佳家21.重庆大学工程热物理研宄所，重庆400以4；2.重庆大学生物工程学院，400以4膜期生长期和稳定期3个过程组成。在挂膜期间循环液吸光度填料床压力损失滴滤塔降解量以及气相进出口温差的变化规律基本相同，这几个参数可以作为衡量挂膜完成的综合评价指标。在挂膜初期，进口甲苯浓度和循环液吸光度对挂膜有很大影响。在实验工况范围内，滴滤塔净化效率随着气体流量和液体流量的增大而降低，而进口甲苯浓度较小时，其对降解效率的影响较小。有机化工煤化工橡胶再生以及油漆喷涂等工业过程排放的低浓度挥发性有机废气以及收稿日期基金项目国家自然科学基金重庆市科技攻关项目恶臭气体严重地危害着当地的生态环境和人群健康。生物法处理低浓度有机废气就是针对这类工业废气的净化处理而研究开发的环境生物技术，国外十多年的实践明，这方法具有耗能小，投资小，运行费用低，无次污染等优点。因此，生物废气处理技术已成为当今世界各国学者的热点研究课，61.废气生物滴滤处理法是废气生物净化技术中的主要方法。其中的生物滴滤塔由个多孔填料床构成，床内固体填料面覆盖着微生物膜和水，当废气在填料床内通过时对其进行生物降解。生物膜滴滤塔挂膜启动工艺是滴滤塔净化有机废气的关键技术，生物膜填料床内生物膜成膜的好坏直接影响生物膜滴滤塔的稳定运行和净化废气的效果，而且，生物膜滴滤塔挂膜启动时间的长短也是滴滤塔运行的主要经济指标。目前，国内外对生物膜滴滤塔的挂膜的方法己有部分研究78，但是对影响挂膜启动的因素的实验研究很少，衡量挂膜完成的情况也只是通过镜检局部观察，并没有对填料床整体成膜情况提出判断标准。生物滴滤塔挂膜启动技术已成为影响生物滴滤法处理有机废气工业应用的主要难之。宄。提出了衡量填料塔整体挂膜启动完成的标准，系统地探讨了影响挂膜启动的因素，并对挂膜后的生物膜滴滤塔净化性能进行了实验研究。1实验装置与实验方法1.1实验装置填料采用直径为8陶瓷球颗粒，填料层高度为50塔外部包有2，1厚的聚氨醋泡沫保温材料。滴滤塔的塔内件由液体分布器均流板和填料支撑板等组成。液体分布器采用级槽式分布器。均流板和填料支撑板采用不锈钢板孔板。1为实验装置系统。为了测量滴滤塔气体进出口温度温差，在气体管路进出口处分别安装了2支直径为0.2据亥温度数米系充包括台出台式电脑和生物膜滴滤塔口液体流量计循环水泵过滤人，4018温度米集模块以及数据转换模块。器5.循环水箱；6甲苯瓶7.稳压箱；8.喷气机9混1.2实验方法合室1压力；气体流量计温度，样点3.本实验选用重庆钢铁公司焦化厂除酚车间甲苯浓度采样点曝气池的活性污泥作为原始菌种，把甲苯作为生物唯的碳源，采用液态驯化的方法对采集回来的菌种进行驯化和筛选，较后得到了对甲苯具有高降解性能的假单胞菌属的短杆菌。在挂膜实验开始前，把驯化好的菌悬液接入到循环水箱内的无机盐培养液中，通过循环液的循环让菌种在滴滤塔填料床上附着并生长。无机盐营养液中氮磷比例为5其具体组成1.甲苯气体由动态法配制喷，将空气口欠晦D，寿甲蒂混，流中也在混合室里混合，维持个比较低的水平。在这之后，填料床挂膜进入快速生长期，循环液，60值急剧升高在这段期间，±真料床填料面的微生物开始大量生长并逐渐形成生物膜。较后，填料床挂膜进入稳定期，循环液006，值又保持在稳定状态，这段期间填料床内生物膜生长趋于稳定，从而循环液，600值也基本保持稳定1.5左右。2.1.2滴滤塔填料床压力损失填料床内生物膜的生长将直接影响气体在填料塔内的流动特性，从而通过测量气体通过填料床的压力损失就可以间接说明填料床内微生物的生长状况。从3可以看出在成膜期填料床压力损失维持在203以下，这时塔内生物膜渐渐形成，填料床压力损失较小。进入生长期后，填料床压力损失升高，说明填料床内生物膜开始生长而且生物量增加得很快。较后进入稳定期，填料床压力损失会随着气液流量的波动有所波动，但总体上基本维持稳定，说明填料床内生物膜生长稳定，挂膜启动完成。2.1.3滴滤塔的甲苯生化去除量滴滤塔的甲苯生化去1路为封闭式闭式循环系统。实验系1采用气液逆流操作方式。实验中，气4，10瓜3，循环液喷淋量为12，滴滤塔水力负荷为循环液阳值维持在7左右，实验出口甲苯浓度由气体检测管检测，3.型数字阳计检测，液体循环液722型光栅分光光度计测量，填料162型倾斜式微压计测量，液体和别由冗庄15液体转子流量计和210气体转子流量计测量。2生物膜滴滤塔的挂膜启动工艺2.1衡量滴滤床整体挂膜启动完成的参数2.1.1循环液吸光度循环液吸光度，0，值是循环液内微生物浓度的主要指标，它也是直接说明微生物生长状况的指标，所以循环液吸光度的变化趋势可以直接反映填料床挂膜的情况。从2中可以看出，在挂膜前期前7循环液006，1值直保持在0.0.2之间，在这段时间中，填料床挂膜属于成膜期，微生物逐渐在填料面附着并开始生长，循环液中的微生物附着在填料面的数量大于从填料面脱落的微生物的数量，循环液0，61值室环境温度吸光度采用床静压差用气体流量夕除量是直接说明滴滤塔净化性能的指标，也是说明挂膜启动完成的关键指标。4是滴滤塔甲苯生化去除量和循环液，0，值在挂膜期间随时间的变化。从中可以看出滴滤塔甲苯生化去除量在挂膜初期较小，般小于今广，而当挂膜进入生长期后拳解量也迅速随之增大，挂膜成功进入稳定期后，也达到较大20 81.在整个挂膜期间，生物降解量会随着气体米枨流量以及进口甲苯浓度的波动而有所波动，但是在挂膜进入稳定期后，生物降解量已经基本达到稳定18 31左右。从4中还可以看出，在挂膜期间，循环液，6，值增大时，生物降解量般也随之增大，◎，值减小时生物降解量也随之减小。2.1.4气体塔进出口温差由于微生物降解有机废气属于放热反应，所以在生物膜滴滤塔内，微生物把污染物降解成氧化碳和水的同时，还要产生热量。滴滤塔气体进出口温差直接反映了塔内生物代谢产热量的大小，也从另个侧面反映了塔内污染物降解量的多少。5是滴滤塔甲苯生化去除量和气体在滴滤塔进出口温差在挂膜期间随时间的变化规律，从中24可以看出，气体进出口温差的变化趋势和滴滤塔甲苯2，生化去除量的变化趋势基本相同，在挂膜初期甲苯16生化处理量较低时，生物降解甲苯代谢产热较少，所12以气体通过滴滤塔的温升也较小30左右，而当进8入挂膜稳定期滴滤塔甲苯生化去除量趋于稳定时，气4体通过滴滤塔的温升也趋于稳定达到51左右。从5中还可以看出，甲苯生化去除量在第3到第13，1期间有所上升，这是由于当进口甲苯浓度较小5胃级反应区，即属于传质扩散控制区。甲苯生化降解量会随着气体流量的上升而上升，在本次挂膜实验期间，在第。1到第13山气体流量都有所上升，造成了生化降解量的升高。但是，由于气体流量差并没有随着甲苯生化降解量的增大而增大。从以上4个参数在挂膜时期的变化规律可以看出在成膜期，这4个参数值都较小，当进入膜生长期，4个参数值都会迅速升高，并且在进入稳定期后趋于稳定。以向循环水箱中投入菌悬液作为挂膜的第03开始计算，到第3时，循环液，6，值填料床压力损失滴滤塔甲苯生化去除量以及气体通过滴滤塔进出口的温差都趋于稳定，这时从滴滤塔中取出些填料样本，发现填料上覆盖有淡黄色生物膜，进行镜检观察，发现有大量短杆菌，证明了挂膜己经成功。这也说明了通过循环液吸光度填料床压力损失滴滤塔甲苯生化去除量以及气体通过滴滤塔进出口的温差可以作为衡量滴滤塔挂膜启动完成的参数。2.2影响挂膜启动完成的主要因素循环液吸光度甲苯生化去除量化箭3100300孕礞曹曹诺24m 2.2.1阵口，3帝悬，许豸1翦晋嫡邓海阵浙丑，豳藩许豸3器1膈胀，阵口，荼，京浑陆，孕1菇50.2.5，孕，陆浑，矣函7丑，它塍翦晋嫡，许矣，粟尤13.翦晋嫡邓矣溶，京7萌，君避鲥择=丑谢笏砘苦3遄塍碗丑谢阱，薇贫衷它翁贫衷43，3悬。看出，在挂膜初期，循环液呈弱碱性，而当挂膜进入稳定期后，循环液阳值呈弱酸性。作者认为这是由于在挂膜的不同期间，微生物代谢的中间产物不同造成的，具体的中间产物还需进步的研宄判别。3生物膜滴滤塔的降解特性在挂膜实验完成且系统稳定2周后，对生物膜滴滤塔进行对甲苯废气的生物降解实验。实验系统为气液逆流操作，分别研究了液体流量气体流量以及进口甲苯浓度对滴滤塔净化效率的影响。3.1液体流量对净化效率的影响实验中，稳定进口甲苯浓度80，3和循环液阳值为7，在定的气体流量下，调节液体流量，对滴滤塔出口甲苯浓度进行测量，其结果9.从中可看出，液体流量对甲苯降解效率有较大影响，在定的气体流量条件下，随着液体流量的增大，废气净化效率降低。这是因为在定的气体流量下，由于液体流量的增加，填料面液膜厚度增加，导致液相传质阻力增大，直接影响甲苯污染物组份通过液膜被微生物捕捉并降解的速率。同时随着液体流量增加，填料空隙中液膜厚度增加，气液接触面积减小，造成塔内气相污染物组份被液相界面吸收的速率减小，从而降低了甲苯降解效率。3.2气体流量对净化效率的影响在定的液体流量下，稳定进口甲苯浓度8，3和循环液由值为7，调节气体流量，其结果1从中可知，在相同的液体流速条件下，随着气体流量的增大，气体在滴滤塔内的停留时间减短，甲苯废气负荷增大，净化效率降低。3.3甲苯进口浓度对净化效率的影响进口甲苯浓度对滴滤塔甲苯废气净化效率的影响。从中可看出，当进口甲苯浓度较小时，其变化对净化效率的影响很小；在进口甲苯浓度较大时，甲苯浓度越大，净化效率越低。这是由于在定液体和气体流量条件下，进口甲苯浓度越，液相传递和微生物代谢生物代谢能力有余量，因此废气进口浓度的影响较小。4结论生物膜滴滤塔挂膜启动可以分为3个阶段成膜期膜生长期和稳定期。在挂膜启动期间，循环液吸光度填料床压力损失滴滤塔甲苯生化去除量以及气体通过滴滤塔进出口温差的变化规律基本相同，可以作为衡量滴滤塔挂膜启动完成的综合评价指标。在挂膜初期，进口甲苯浓度对挂膜有很大影响，进口甲苯浓度应保持适中；循环液吸光度不能过。吸光度过会抑制微生物在填料面的不，逆附着。在实验工况范围内，滴滤塔净化效率随着气体流量液体流量和进口甲苯浓度的增大而降低。在进口甲苯浓度较低时，其对净化效率的影响较小。I7I周卫列，王家德，郑荣勤，等。填料塔生物成膜工艺及其特性参数研宄。浙江工业大学学报尚巍，王启山，石磊，等。生物滤塔处理，0；的挂膜启动方法研宄。城市环境与城市生态