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生物過(guò)濾除氨氣-生物除臭技術(shù)－VOC生物處理法應(yīng)用
1.摘要
氨氣無(wú)色，有毒，易反應(yīng)，具有腐蝕性，并有強(qiáng)烈異味。其會(huì)刺激人體皮膚，眼睛，鼻子，喉嚨，及肺部 。自然界和工業(yè)生產(chǎn)都將產(chǎn)生氨氣，因此對(duì)氨氣的控制是非常重要的。生物過(guò)濾是最近新起的一項(xiàng)控制氨氣的技術(shù)。在這里將研究如何結(jié)合堆肥，淤泥，及PVC片作為生物過(guò)濾介質(zhì)來(lái)除去氨氣。主要通過(guò)研究進(jìn)口濃度，堆積時(shí)間，過(guò)濾介質(zhì)深度等參數(shù)所能產(chǎn)生的影響，來(lái)估測(cè)除氨氣效率。通過(guò)建立和操作實(shí)驗(yàn)室刻度過(guò)濾器來(lái)來(lái)得出需要的有關(guān)數(shù)據(jù)。 結(jié)果表明，當(dāng)進(jìn)口濃度為236ppm，氨氣轉(zhuǎn)載速度小于9.86 g-NH3/m3.h，停留時(shí)間為1分鐘時(shí)，氨氣的出去效率可以超過(guò)99.9%。細(xì)菌馴化時(shí)間為10天。研究結(jié)果表明，該生物過(guò)濾系統(tǒng)，能夠有效的除去廢氣中的氨氣。并且根據(jù)氨氣入口的濃度，可以決定過(guò)濾介質(zhì)的程度。
2.介紹
氨氣無(wú)色，有毒，易反應(yīng)，具有腐蝕性，并有強(qiáng)烈異味。氨氣會(huì)刺激人的眼睛及呼吸管道，在高濃度的條件下甚至能在幾分鐘內(nèi)使人致死。氣態(tài)氨產(chǎn)生的主要來(lái)源有，家畜飼養(yǎng)，石化工業(yè)，金屬制造設(shè)備，食品業(yè)，造紙業(yè)，紡織設(shè)備，廢水處理設(shè)備，淤泥處理及堆肥設(shè)備。隨著氨氣排放標(biāo)準(zhǔn)日益嚴(yán)格，需要開發(fā)更有效更經(jīng)濟(jì)的氨氣處理技術(shù)。傳統(tǒng)的氨處理技術(shù)是基于物理或者化學(xué)方法，例如活性炭吸附，濕式冷凝洗滌，以及熱氧化和催化，但該方法費(fèi)用高，且會(huì)產(chǎn)生新污染。
空氣生物過(guò)濾技術(shù)，很早之前就開始有所應(yīng)用，在近幾年更多的應(yīng)用到異味氣體排放控制，有毒化合物及VOC的控制。生物過(guò)濾的原理非常簡(jiǎn)單：含污染物的氣體，通過(guò)某多孔填料床，其中含有固定的微生物，通過(guò)這些微生物的降級(jí)作用，實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的生物處理。當(dāng)異味污染氣體通過(guò)介質(zhì)時(shí)，氣流中的污染物被生物膜吸收，氧化生成CO2, H2O, NO3, 及SO4。與傳統(tǒng)的方法相比，生物過(guò)濾技術(shù)在處理低濃度污染氣體方面具有相當(dāng)優(yōu)勢(shì)。并且該技術(shù)還具有高效，低投入費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用，安全操作，低能源消耗，不產(chǎn)生副產(chǎn)品，能將許多無(wú)機(jī)物和有機(jī)物轉(zhuǎn)化成無(wú)害的氧化物的特點(diǎn)。
最近，也有相關(guān)研究調(diào)查關(guān)于如何利用生物過(guò)濾來(lái)除去氨氣，使用隔離細(xì)菌來(lái)處理高負(fù)載量的氨氣。比較哪些無(wú)機(jī)填料效果較高，以及使用固定的濕性細(xì)菌來(lái)除去氨氣和硫化氫氣體。
而這篇研究文章的目的則是，引進(jìn)一項(xiàng)專門的生物過(guò)濾除氨氣的工藝技術(shù)。研究如何使用堆肥，淤泥和PVC片的混合物作為過(guò)濾介質(zhì)，來(lái)除去氨氣。其中還將重點(diǎn)研究進(jìn)口濃度，堆積時(shí)間，過(guò)濾介質(zhì)深度等參數(shù)對(duì)處理效率的影響。
3.材料及方法
生物過(guò)濾系統(tǒng)
主體是三層結(jié)構(gòu)的床式生物過(guò)濾器，主要結(jié)構(gòu)為一個(gè)高1.5 m，直徑80 mm的金屬圓柱容器。該容器中含有堆肥，城市下水道淤泥，及PVC。其中三者的混合比例為，3－2－1。在過(guò)濾系統(tǒng)的每一層都裝有混合后的填料介質(zhì)，由金屬濾網(wǎng)支撐。在每一層的進(jìn)口與出口處，都裝有氣體取樣端口。另外，每層還裝有介質(zhì)取樣端口，用于從填充材料中取樣。在每個(gè)過(guò)濾床中部安裝了溫度計(jì)，用于日常溫度測(cè)量。為了使過(guò)濾器中有穩(wěn)定的溫度，在系統(tǒng)中安裝了電子溫度調(diào)節(jié)裝置。
4.測(cè)量方法
采用靛酚法確定氨氣濃度。利用酒精玻璃溫度計(jì)測(cè)量溫度，該溫度計(jì)測(cè)量范圍為0到100攝氏度。氣體流速則使用流量計(jì)進(jìn)行測(cè)量，單位為l/min。利用水壓力計(jì)測(cè)量壓降數(shù)值。
5.結(jié)果
馴化時(shí)間
該研究最重要的目的就是確定細(xì)菌需要多少時(shí)間來(lái)馴化氨氣。在該實(shí)驗(yàn)中，第一階段持續(xù)時(shí)間為83天，經(jīng)觀察，細(xì)菌用了十天的時(shí)間來(lái)馴化氨氣，在馴化期間除氨率較低，馴化期后，除氨率上升到99.9% ，并且系統(tǒng)開始保持穩(wěn)定。
入口氨氣濃度對(duì)除氨效率的影響
另外需要研究的就是通過(guò)生物過(guò)濾系統(tǒng)能夠達(dá)到什么樣的除氨效果。為了取得需要的結(jié)果，系統(tǒng)做第二階段的83天的實(shí)驗(yàn)，其中廢氣流速為6.48 l/min，廢氣的停留時(shí)間(EBRT)為一分鐘。在運(yùn)行開始階段，進(jìn)口濃度為10 ppmv，然后逐漸增加到大約236ppmv。在最初幾天，處于馴化階段，除氨率比較低，然后就有迅速的提高。經(jīng)觀察系統(tǒng)系統(tǒng)能處理的氨氣濃度上限是236 ppmv，而能夠達(dá)到99.9%以上的除去效率。當(dāng)入口的氨氣濃度為10 to 236ppmv時(shí)，出口氣體中氨氣的濃度低于0.1 ppmv。然而，當(dāng)入口氨氣濃度超過(guò)236時(shí)，除氨率將下降，且系統(tǒng)變的不穩(wěn)定。經(jīng)觀察，10 - 236 ppmv的入口氨氣濃度范圍內(nèi)，最大的氨氣轉(zhuǎn)載量為9.86 g-NH3 /m3h。
容器內(nèi)壓降
容器內(nèi)氣體阻力大小決定風(fēng)扇的能量消耗，也就是系統(tǒng)的主要能源消耗。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，壓降數(shù)據(jù)主要通過(guò)水壓力計(jì)進(jìn)行測(cè)量。經(jīng)觀察，在最初幾天壓力就大，過(guò)段時(shí)間后，壓力數(shù)據(jù)主要與介質(zhì)的濕度有聯(lián)系。平均的壓力為43.55 Pa。沒有發(fā)現(xiàn)壓力與氨氣轉(zhuǎn)載量之間有直接的關(guān)聯(lián)。
過(guò)濾材料潮濕度對(duì)系統(tǒng)的影響
過(guò)濾器中介質(zhì)的潮濕度是非常重要的操作參數(shù)，因?yàn)樗鼘⒅苯佑绊懴到y(tǒng)的除氨效率，以及氣體壓降。最佳的潮濕度是在40%和60%。為了維持理想的穩(wěn)定的介質(zhì)濕度，需在系統(tǒng)中增加濕度調(diào)節(jié)裝置。
溫度控制
系統(tǒng)中的溫度是需要日?？刂频?，因?yàn)闇囟葘?duì)于微生物的生長(zhǎng)影響非常大。對(duì)于細(xì)菌最理想的溫度是30 °C 左右，因此在操作過(guò)程中都要爭(zhēng)取將溫度控制在30 °C 左右。
6.討論
在氨氣的生物過(guò)濾過(guò)程中， 微生物將氨轉(zhuǎn)化成硝酸鹽。整個(gè)過(guò)程是有兩種微生物完成的，首先是亞硝化單胞菌將NH4+轉(zhuǎn)化成NO2-，然后由硝化細(xì)菌將NO2-轉(zhuǎn)化成NO3-。在與氨氣物質(zhì)接觸前，過(guò)濾介質(zhì)中的微生物數(shù)量是不變化的。在馴化階段以后，微生物聚集成塊，一定數(shù)量以后圍繞到過(guò)濾介質(zhì)周圍形成生物膜。 污染物質(zhì)經(jīng)擴(kuò)散從氣態(tài)到進(jìn)入到含微生物的固定生物膜中，從從氨被氧化成無(wú)害的硝酸鹽。
