生物滴濾器去除VOC的性能及其強(qiáng)化研究.pdf

1、揮發(fā)性有機(jī)物（volatile organic compounds，VOCs）排放引起的環(huán)境污染和對(duì)人體健康的危害已引起了人們的普遍關(guān)注。VOCs的各種控制技術(shù)中，生物過(guò)濾法因其技術(shù)可靠、成本低廉和環(huán)境友好的特點(diǎn)而得到廣泛研究和應(yīng)用。然而，采用生物滴濾器（biotrickling filter，BTF）控制VOCs存在著長(zhǎng)期運(yùn)行時(shí)因填料內(nèi)生物膜的過(guò)度蓄積導(dǎo)致性能下降，以及對(duì)疏水性 VOCs難以進(jìn)行有效處理的問(wèn)題。同時(shí)，填料對(duì)BTF性能也

2、有至關(guān)重要的影響。
　　本研究在實(shí)驗(yàn)室里采用兩套完全相同的BTF裝置（BTF1和BTF2），分別以甲苯和正己烷為模型 VOCs，以網(wǎng)狀聚氨酯海綿為填料，以城市污水處理廠的活性污泥為接種污泥，分別考察和評(píng)價(jià)了不同有機(jī)負(fù)荷、氣體空床停留時(shí)間（empty bed contact times，EBCTs）、氮源及表面活性劑對(duì)其性能的影響，并對(duì)長(zhǎng)期運(yùn)行后填料上的生物膜進(jìn)行了初步分析。本研究中采用氣相色譜法監(jiān)測(cè) VOCs濃度，并在每階段實(shí)驗(yàn)中

3、均設(shè)置了參考條件以驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性和可靠性。
　　以甲苯為模型VOC時(shí)，BTF1和BTF2分別以整體柱狀和小立方塊狀聚氨酯海綿為填料，在啟動(dòng)階段兩套 BTFs對(duì)甲苯的去除效率均隨停留時(shí)間而升高，BTF1在第19天達(dá)到99％以上，而B(niǎo)TF2卻需要27天。當(dāng)甲苯負(fù)荷為16 g/m3 h保持不變時(shí)，氣體EBCT從30 s降至5 s時(shí)，兩套BTFs對(duì)甲苯的去除效率分別從98.8%降至64.3%和98.4%降至74.1%。當(dāng)氣體 EBC

4、T為30 s保持不變時(shí)，甲苯負(fù)荷從35增到加140 g/m3·h時(shí)，兩套 BTFs的去除效率分別從99.1%降至77.4%和99.0%降至81.5%。在其他條件相同時(shí)，BTF2在更短的EBCT和或者更高的甲苯負(fù)荷條件下均表現(xiàn)出比 BTF1更好的性能，而且在整個(gè)運(yùn)行過(guò)程中壓降更低。兩 BTFs內(nèi)過(guò)量生物膜被清洗和廢棄后，其高性能能在3~7內(nèi)恢復(fù)。
　　在進(jìn)口甲苯濃度保持不變時(shí)，以 NH4Cl為唯一氮源，氣體 EBCT從30 s降至1

5、5 s和7.5 s時(shí)，BTF1對(duì)甲苯的去除效率從98.0%分別降到了57.9%和51.6%。保持甲苯負(fù)荷不變，以NaNO3為唯一氮源，氣體 EBCT從30 s降至15、10和7.5 s時(shí)，BTF1的去除效率從99.0%分別降到了79.8%、70.8%和61.2%。當(dāng)氣體EBCT為30 s時(shí)，無(wú)論以 NH4Cl還是以 NaNO3為唯一氮源，BTF對(duì)甲苯的去除效率都隨著進(jìn)口甲苯負(fù)荷的增加而降低。當(dāng)甲苯負(fù)荷低于70 g/m3·h，采用NH4C

6、l為唯一氮源時(shí)，BTF具有更好的性能，但是不適合高負(fù)荷條件下的氮源。相反，在甲苯負(fù)荷高于140 g/m3·h時(shí)，采取NaNO3為唯一氮源時(shí)，BTF2具有更好的性能。長(zhǎng)期運(yùn)行或進(jìn)行填料清洗后，以NaNO3為唯一氮源的BTF2的性能都能在相當(dāng)短的時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到高性能狀態(tài)，而以NH4Cl為唯一氮源時(shí)則不能恢復(fù)。
　　以正己烷為模型 VOC時(shí)，當(dāng)氣體 EBCT為30 s保持不變時(shí)，當(dāng)進(jìn)口有機(jī)負(fù)荷為15、30和60 g/m3·h時(shí)，BTF相應(yīng)

7、的去除效率和去除容量分別為92.9%、86.7%、63.8%和14.3、26.1、39.3 g/m3·h。當(dāng)正己烷濃度為260 mg/m3保持不變時(shí)，當(dāng)氣體EBCT為別為30 s、15 s和7.5 s時(shí)，相應(yīng)的去除效率和去除容量分別為87.0%、46.4%、31.7%和28.0、28.8、41.0 g/m3·h。而且在沖擊負(fù)荷下，網(wǎng)狀聚氨酯填料中形成的生物膜表現(xiàn)了很的抗沖擊能力，維持 BTF穩(wěn)定性能。
　　在營(yíng)養(yǎng)液中引入 Trit

8、on X-100，考察了BTF對(duì)正己烷在高負(fù)荷時(shí)的強(qiáng)化去除性能。在進(jìn)口有機(jī)負(fù)荷為15 g/m3·h時(shí)，Triton X-100的濃度為1.0和0.2 mL/L，BTF的去除效率分別為40.0%和53.1%；當(dāng)有機(jī)負(fù)荷為30 g/m3·h時(shí)，Triton X-100的濃度為0.2和0.1 mL/L，相應(yīng)的去除效率分別為58.8%和81.7%。當(dāng)負(fù)荷為60 g/m3·h和Triton X-100濃度為0.1 mL/L，BTF的去除效率達(dá)到了

9、83.7%，相比于未引入表面活性劑時(shí)提高了20%；當(dāng)營(yíng)養(yǎng)液中取消 Triton X-100，BTF的去除效率下降并穩(wěn)定在72.8%。特別重要的是在整個(gè)周期（126天）運(yùn)行中，引入的Triton X-100能很好的控制填料中生物膜的過(guò)度蓄積，是一種新的生物膜過(guò)度蓄積控制策略。
　　本論文針對(duì)BTF內(nèi)填料優(yōu)化、生物膜過(guò)度蓄積及控制策略、疏水性有機(jī)物處理性能及其強(qiáng)化等重要問(wèn)題進(jìn)行了研究，有助于拓寬BTF處理VOCs的適應(yīng)范圍和提供一種新