生物過(guò)濾塔處理苯乙烯隔油池廢氣中試實(shí)驗(yàn)

劉 巍，李 壯，孫紅珍，楊艷妮，薛 強(qiáng)，李 剛，付學(xué)紅，郭 陽(yáng)

(1.中國(guó)石油吉林石化公司 研究院,吉林 吉林 132021；2.中國(guó)石油吉林石化公司 化肥廠,吉林 吉林 132021；3.中國(guó)石油吉林石化公司染料廠,吉林 吉林 132021)

近年來(lái)，揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的污染問(wèn)題和治理措施日益受到政府、企業(yè)和社會(huì)公眾的關(guān)注和重視。生物法因其運(yùn)行成本低、性能可靠、處理效果好、二次污染小等特點(diǎn)成為去除VOCs的主要方法[1]，其中生物過(guò)濾塔因在去除有機(jī)廢氣方面具有穩(wěn)定高效的性能而廣泛應(yīng)用[2-4]。

作者針對(duì)苯乙烯隔油池廢氣開(kāi)展生物過(guò)濾塔中試實(shí)驗(yàn)研究，探討了停留時(shí)間和溫度對(duì)生物過(guò)濾塔的影響，并考察長(zhǎng)周期運(yùn)行穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放效果。

1 生物法中試實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)裝置

生物過(guò)濾塔處理苯乙烯隔油池廢氣中試工藝流程圖見(jiàn)圖1，主要設(shè)備見(jiàn)表1。

圖1 工藝流程圖

表1 主要設(shè)備規(guī)格型號(hào)、主要指標(biāo)

2個(gè)生物過(guò)濾塔串聯(lián)，通過(guò)排氣管道末端風(fēng)機(jī)抽氣，將空氣與隔油池逸散口逸散出的VOCs氣體混合，抽入第一個(gè)滴濾塔從塔底部進(jìn)入，在填料層與填料表面的微生物膜接觸發(fā)生降解反應(yīng)后，經(jīng)塔頂排氣口排出進(jìn)入第二個(gè)生物過(guò)濾塔，在第二個(gè)生物過(guò)濾塔由頂部進(jìn)入，經(jīng)塔內(nèi)填料層表面微生物處理后由塔底排出至大氣環(huán)境。

每個(gè)生物過(guò)濾塔配有一套為塔內(nèi)微生物生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的營(yíng)養(yǎng)液噴淋系統(tǒng)，為間歇噴淋。營(yíng)養(yǎng)液由自吸泵打入生物過(guò)濾塔，經(jīng)塔頂進(jìn)入，由塔底排出，營(yíng)養(yǎng)液循環(huán)使用。

1.2 實(shí)驗(yàn)材料

1.2.1 填料

實(shí)驗(yàn)中所采用的填料的性質(zhì)見(jiàn)表2。

表2 填料(海綿塊)的性質(zhì)

1.2.2 營(yíng)養(yǎng)液

中試實(shí)驗(yàn)中所用營(yíng)養(yǎng)液由清華大學(xué)提供，主要成分：硝酸鈉、磷酸氫二鈉、磷酸二氫鉀配置而成，主要是給填料層微生物提供必要的氮源和磷源。

1.2.3 菌種

實(shí)驗(yàn)啟動(dòng)階段所用的接種污泥為污水廠好氧池活性污泥。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法與過(guò)程

菌種準(zhǔn)備：取污水廠生化系統(tǒng)活性污泥備用。

營(yíng)養(yǎng)液準(zhǔn)備：主要成分(g/L)NaNO3：10；Na2HPO4：0.7；KH2PO4:0.52；自來(lái)水300 L。

將約30 L活性污泥倒入生物濾塔營(yíng)養(yǎng)液水池內(nèi)，開(kāi)啟水泵，噴淋2 min，流量4 t/h，然后開(kāi)啟風(fēng)機(jī)。

實(shí)驗(yàn)運(yùn)行操作條件見(jiàn)表3。

表3 生物過(guò)濾塔操作運(yùn)行條件

1.4 分析方法

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中分析指標(biāo)及分析方法見(jiàn)表4。

表4 實(shí)驗(yàn)分析方法

2 生物過(guò)濾塔處理苯乙烯隔油池廢氣中試實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析與討論

2.1 VOCs去除能力

生物過(guò)濾塔對(duì)非甲烷總烴、苯、甲苯、乙苯、苯乙烯去除效果見(jiàn)圖2～圖6，由圖2可以看出生物過(guò)濾塔的非甲烷總烴進(jìn)氣負(fù)荷在0.5～47 000 mg/m3。在一定范圍內(nèi)的進(jìn)氣負(fù)荷下，生物過(guò)濾塔均能獲得較好的去除效果。

由圖上可以看出生物過(guò)濾塔運(yùn)行共分為2個(gè)階段，第一個(gè)階段為生物過(guò)濾塔掛膜期，第一階段約為生物過(guò)濾塔啟動(dòng)開(kāi)始后的20天，這個(gè)階段填料內(nèi)部的微生物菌群逐漸生長(zhǎng)并形成生物膜，對(duì)非甲烷總烴的去除率也逐漸上升，第二階段為當(dāng)生物過(guò)濾塔裝置穩(wěn)定運(yùn)行階段，在濾塔啟動(dòng)完成后，由于進(jìn)氣負(fù)荷變化以及環(huán)境溫度變化，濾塔在不同運(yùn)行條件下呈現(xiàn)出不同的VOCs去除性能，去除率在20%～95%波動(dòng)。

運(yùn)行日期圖2 運(yùn)行期間非甲烷總烴去除效果

運(yùn)行日期圖3 運(yùn)行期間苯去除效果

運(yùn)行日期圖4 運(yùn)行期間甲苯去除效果

運(yùn)行日期圖5 運(yùn)行期間乙苯去除效果

運(yùn)行日期圖6 運(yùn)行期間苯乙烯去除效果

2.2 不同濃度條件下生物過(guò)濾塔對(duì)污染物的去除效率

實(shí)驗(yàn)考察了非甲烷總烴在不同濃度條件下生物過(guò)濾塔對(duì)污染物的去除效率，見(jiàn)圖7。經(jīng)統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)氣非甲烷總烴濃度在965 mg/m3以下時(shí)，出口非甲烷總烴濃度2.93 mg/m3～90.10 mg/m3，平均去除效率91%。

進(jìn)氣非甲烷總烴濃度在1 000 mg/m3～5 000 mg/m3時(shí)，出口非甲烷總烴濃度336 mg/m3～3 910 mg/m3，平均去除效率32%。

濃度實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)氣非甲烷總烴濃度在965 mg/m3以下時(shí)，經(jīng)過(guò)生物過(guò)濾塔處理后排放的廢氣中非甲烷總烴可滿(mǎn)足GB31571的排放要求。此時(shí)，特征污染物苯、甲苯、乙苯、苯乙烯均能滿(mǎn)足排放標(biāo)準(zhǔn)要求，苯、甲苯、乙苯、苯乙烯的去除效果見(jiàn)圖8～圖11。

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖7 非甲烷總烴去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖8 苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖9 甲苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖10 乙苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖11 苯乙烯的去除效率

2.3 不同停留時(shí)間生物過(guò)濾塔的去除效率

考察了停留時(shí)間6.5、10、13、20 s條件下污染物的去除效率。

不同停留時(shí)間條件下非甲烷總烴、苯、甲苯、乙苯和苯乙烯的去除效率見(jiàn)圖12～圖16。

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖12 不同停留時(shí)間非甲烷總烴的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖13 苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖14 甲苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖15 乙苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖16 苯乙烯的去除效率

由圖12～圖16可知，停留時(shí)間由6.5 s延長(zhǎng)至13 s，苯系物及非甲烷總烴的去除效率明顯提高，但繼續(xù)延長(zhǎng)停留時(shí)間至20 s時(shí)，污染物的去除效率沒(méi)有明顯提升，因此可確定中試裝置生物過(guò)濾塔最佳停留時(shí)間13 s。

2.4 溫度對(duì)生物過(guò)濾塔的去除效率的影響

中試實(shí)驗(yàn)考察了溫度對(duì)生物過(guò)濾塔處理效率的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖17～圖21。

圖17 不同溫度條件下非甲烷總烴的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖18 苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖19 甲苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖20 乙苯的去除效率

數(shù)據(jù)點(diǎn)圖21 苯乙烯的去除效率

實(shí)驗(yàn)自7月26日啟動(dòng)，至10月25日結(jié)束，前期環(huán)境溫度在15 ～26 ℃，非甲烷總烴、苯、甲苯、乙苯和苯乙烯的去除效率較高，出口廢氣中非甲烷總烴、苯、甲苯、乙苯和苯乙烯均能滿(mǎn)足GB31571排放標(biāo)準(zhǔn)要求，進(jìn)入10月12日后，環(huán)境溫度降到7～14 ℃，非甲烷總烴、苯、甲苯、乙苯和苯乙烯的去除效率下降明顯，導(dǎo)致不能達(dá)標(biāo)排放。由此可見(jiàn)，氣溫對(duì)微生物代謝污染物能力的影響很大，最低溫度不應(yīng)低于15 ℃。

2.5 生物過(guò)濾塔長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行達(dá)標(biāo)排放情況

為了忽略過(guò)高進(jìn)氣VOCs負(fù)荷以及低溫對(duì)數(shù)據(jù)的影響，生物過(guò)濾塔穩(wěn)定運(yùn)行期間取9月6日至10月12日，對(duì)生物過(guò)濾塔運(yùn)行效果進(jìn)行評(píng)價(jià)。各指標(biāo)達(dá)標(biāo)情況見(jiàn)圖22。

由圖22可知，各污染物在生物過(guò)濾塔穩(wěn)定運(yùn)行期間達(dá)標(biāo)效果均較好，但是存在幾個(gè)時(shí)間點(diǎn)超標(biāo)的情況，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)分析，主要超標(biāo)原因是因?yàn)樯镞^(guò)濾塔進(jìn)氣濃度過(guò)高。

a 非甲烷總烴

3 結(jié) 論

生物過(guò)濾塔對(duì)苯系物去除效果較好。

生物過(guò)濾塔最佳停留時(shí)間13 s。

氣溫對(duì)微生物代謝污染物能力的影響很大，最低溫度不應(yīng)低于15 ℃。

進(jìn)氣非甲烷總烴濃度在965 mg/m3以下時(shí)，出口非甲烷總烴濃度2.93～90.10 mg/m3，平均去除效率91%。

進(jìn)氣非甲烷總烴濃度在1 000～5 000 mg/m3時(shí)，出口非甲烷總烴濃度336～3 910 mg/m3，平均去除效率32%。