組合填料在生物滴濾塔上的應(yīng)用
2017-02-08 10:53:57??????點擊：
填料是生物滴濾脫臭塔的核心構(gòu)件,其選用及組合方式對脫臭效果有顯著影響[ 1 ] 。已有實驗[ 2 ]結(jié)果表明,采用單一填料處理惡臭氣體,出口惡臭氣體濃度雖能達到GB 1455—1993 規(guī)定的二級廠界標(biāo)準(zhǔn)A類要求,但塔阻力較大,反沖洗周期短,模試裝置的阻力超過1. 4 kPa容易出現(xiàn)堵塞和液泛現(xiàn)象,動力消耗較大。因此,本工作對生物滴濾塔所用的填料進行了選擇。
1 實驗部分①
1. 1 填料
多孔凸凹型改性濾料 該料為紅褐色,球形,多孔,表面有凹凸點,規(guī)格為10 mm,比表面積大于4 m2 /g,孔隙率為30. 9%,空隙率為51. 0%。
PYC強化掛膜濾料 該料為紅褐色,球形,表面粗糙,規(guī)格為10 mm,比表面積大于1 m2 /g,
孔隙率為26. 8% ,空隙率為45. 0%。
輕質(zhì)多孔填料 該料為紅褐色,圓形,表面光滑,規(guī)格為10 mm,比表面積為500 ～800 m2 /m3 ,孔隙率為19. 0% ,空隙率為42. 5%。上述3種填料均為江西省萍鄉(xiāng)市新興化工環(huán)保填料廠產(chǎn)品。
1. 2 實驗裝置
裝置由1臺自行設(shè)計的生物滴濾塔和1個噴淋液槽組成。滴濾塔殼體材質(zhì)為有機玻璃,厚度為5 mm,管路材質(zhì)為聚丙烯,塔內(nèi)徑為90 mm。滴濾塔總高度為1. 2 m, 共3 層: 頂層高度為200 mm,裝有噴淋液散水裝置;中間部分為填料層,填料高度為750 mm,填料在填料層中分層填裝,下部設(shè)有支撐架,用于支撐填料;底層高度為200 mm,設(shè)有惡臭氣體入口總管、氣體分布裝置和液體出口。
1. 3 待處理廢氣
以某化工污水廠水質(zhì)調(diào)節(jié)池產(chǎn)生的廢氣為研究對象, 8個月實時監(jiān)測結(jié)果顯示,廢氣的主要污染物含量為: H2 S, 8～30 mg/m3 ; CH3 SH, 0. 5～2. 0 mg/m3 ; NH3 , 15～60 mg/m3 ;揮發(fā)性有機化合物(VOCs) , 50～150μg/g。
1. 4 操作條件
操作溫度為常溫(7～28 ℃) ,噴淋液流量為20 L /h,噴淋液pH值為6～8,掛膜泥水混合液中活性污泥的質(zhì)量濃度為2. 4～2. 6 g/L。
1. 5 脫臭菌及營養(yǎng)液
脫臭菌菌種為某化工污水廠二沉池活性污泥。在營養(yǎng)液中,葡萄糖、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、氯化鈣及硫酸亞鐵的質(zhì)量濃度分別為300,50, 150, 225, 275, 25 mg/L。
1. 6 分析測試
滴濾塔運行阻力采用U 型壓力計測定。H2 S, NH3 , CH3 SH 質(zhì)量濃度按GB /T 14678—1993, GB /T 14679—1993 檢測。用Mini RAE2000 PGM - 7600型手持式氣體檢測儀測定VOCs質(zhì)量濃度。
2 結(jié)果與討論
2. 1 填料對氣流的阻力
阻力與氣體流量之間的關(guān)系是決定工程操作費用的重要參數(shù)[ 3 ] ,滴濾塔的壓降隨氣體流量
的增大而增大[ 4 ] 。噴淋液流量一定時,填料種類和氣體流量對塔阻力的影響如圖2所示。
由圖2可以看出,當(dāng)氣體流量從200 L /h增大到1 000 L /h時, 3 種填料阻力的波動范圍為75～300 Pa。當(dāng)氣體流量從1 000 L / h 增大到2 000 L /h時, 3種填料的阻力顯著增大,分別為:多孔凹凸填料,從180 Pa增大至500 Pa;強化掛膜填料,從300 Pa增大至750 Pa; 輕質(zhì)填料,從200 Pa增大至890 Pa。多孔凹凸填料和強化掛膜填料是輕質(zhì)填料的改進產(chǎn)品, 3種填料的空隙率由大到小順序為:多孔凹凸填料,強化掛膜填料,輕質(zhì)填料。多孔凹凸填料空隙率大,阻力低,不易堵塞,但容易發(fā)生“溝流”,致使惡臭氣體在滴濾塔中的停留時間縮短,不僅影響掛膜效果,而且使掛膜時間延長。輕質(zhì)多孔填料的阻力較大,需要頻繁反沖洗才能保持較好去除效果。
2. 2 吸附性能對阻力的影響
填料上的生物含量越大,對惡臭氣體的去除效果越好,但填料上的生物膜的量并不能無限制地增長,生物膜太多容易導(dǎo)致料堵塞。因此,對3種填料在相同實驗條件下的吸附性能進行研究。實驗過程氣體流量控制在1 500 L /h,每天給循環(huán)污泥中添加營養(yǎng)液,補充損失水分,通過觀察得出循環(huán)污泥的濃度和塔阻力變化情況(見圖3) 。
由圖3可以看出,隨運行時間延長,循環(huán)液中污泥的質(zhì)量濃度下降,填料的阻力上升。運行前5天, 3種填料的吸附效果均較好。對輕質(zhì)多孔填料、強化掛膜填料和多孔凹凸填料,運行到第5 天, 循環(huán)液中污泥的質(zhì)量濃度分別降到1 630, 1 410, 1 300 mg/L。使用輕質(zhì)多孔填料和強化掛膜填料時,運行時間超過15天,循環(huán)液中污泥的質(zhì)量濃度趨于穩(wěn)定。實驗過程中還清晰地觀察到,輕質(zhì)多孔填料表面光滑,生物膜附著量少,大部分脫落的生物膜填充在填料空隙中,并隨噴淋液沉淀在裝置底部;多孔凹凸填料表面生物膜脫落速度較快,阻力為1. 45 kPa時塔出現(xiàn)液泛現(xiàn)象;強化掛膜填料表面附著大量生物膜,阻力變化平緩(小于1. 18 kPa) 。生物膜容易在強化掛膜填料表面固定,因為這種填料微孔豐富,內(nèi)部多孔且具有特殊的單孔結(jié)構(gòu)。與其他2種填料相比,強化掛膜填料的親生物性較好,生物膜的“脫落—生長—脫落”平衡容易建立,塔的壓降能夠維持穩(wěn)定。
2. 3 組合填料
根據(jù)單一填料的實驗結(jié)果,對3種填料進行組合:底部用空隙率和表面積均較大的多孔凹凸填料,以增加微生物的掛膜數(shù)量并強化對難溶氣體的吸附;中間采用強化掛膜填料,以有利于微生物的生長和氣、液的進一步均勻分布;上部選用輕質(zhì)多孔填料,以通過填料的吸附和良好的表面性質(zhì),保證出口有害氣體濃度達到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。在選定的實驗條件下進行組合填料的脫臭實驗,以通過生物滴濾塔的壓降變化來判斷生物膜的生長是否成熟[ 5 ] ,實驗結(jié)果如圖4所示?！?br />
由圖4可以看出,掛膜初期(前3天) , H2 S,NH3 , CH3 SH,VOCs去除率迅速下降,但塔阻力卻快速增長,原因是微生物尚未適應(yīng)吸附環(huán)境,主要依靠填料的吸附作用和噴淋液的吸收作用工作。隨著填料的吸附飽和,生物膜逐漸在填料表面形成,從第3天開始微生物對惡臭氣體的降解作用越來越明顯。到第15 天, NH3 及H2 S去除率達到80. 6% ,塔阻力增長緩慢。到第35 天,VOCs及CH3 SH出口濃度達到GB 1455—1993二級廠界標(biāo)準(zhǔn)A 類要求, H2 S及NH3 去除率大于98. 4%。塔阻力基本保持在680～700 Pa,出口氣體一直處于達標(biāo)狀態(tài),生物膜的顏色逐漸由無色變?yōu)闇\黃、深黃、褐色。變?yōu)楹稚珮?biāo)志著生物膜已經(jīng)成熟。與強化掛膜填料塔的阻力相比,運行期間組合填料塔的起始阻力和穩(wěn)定(時)阻力均較低。在滿足出口氣體達標(biāo)的前提下減小動力消耗,可有效解決生物滴濾塔壓降大和由于填料堵塞而引起的液泛現(xiàn)象。
3 結(jié)論
a. 單一填料不能滿足生物滴濾塔對阻力低且吸附性好的操作要求。
b. 組合填料生物滴濾塔的性能優(yōu)于單一填料塔,在保證出口惡臭氣體濃度達標(biāo)的前提下,
塔阻力降低,避免了“溝流”和液泛現(xiàn)象。
1 實驗部分①
1. 1 填料
多孔凸凹型改性濾料 該料為紅褐色,球形,多孔,表面有凹凸點,規(guī)格為10 mm,比表面積大于4 m2 /g,孔隙率為30. 9%,空隙率為51. 0%。
PYC強化掛膜濾料 該料為紅褐色,球形,表面粗糙,規(guī)格為10 mm,比表面積大于1 m2 /g,
孔隙率為26. 8% ,空隙率為45. 0%。
輕質(zhì)多孔填料 該料為紅褐色,圓形,表面光滑,規(guī)格為10 mm,比表面積為500 ～800 m2 /m3 ,孔隙率為19. 0% ,空隙率為42. 5%。上述3種填料均為江西省萍鄉(xiāng)市新興化工環(huán)保填料廠產(chǎn)品。
1. 2 實驗裝置
裝置由1臺自行設(shè)計的生物滴濾塔和1個噴淋液槽組成。滴濾塔殼體材質(zhì)為有機玻璃,厚度為5 mm,管路材質(zhì)為聚丙烯,塔內(nèi)徑為90 mm。滴濾塔總高度為1. 2 m, 共3 層: 頂層高度為200 mm,裝有噴淋液散水裝置;中間部分為填料層,填料高度為750 mm,填料在填料層中分層填裝,下部設(shè)有支撐架,用于支撐填料;底層高度為200 mm,設(shè)有惡臭氣體入口總管、氣體分布裝置和液體出口。
1. 3 待處理廢氣
以某化工污水廠水質(zhì)調(diào)節(jié)池產(chǎn)生的廢氣為研究對象, 8個月實時監(jiān)測結(jié)果顯示,廢氣的主要污染物含量為: H2 S, 8～30 mg/m3 ; CH3 SH, 0. 5～2. 0 mg/m3 ; NH3 , 15～60 mg/m3 ;揮發(fā)性有機化合物(VOCs) , 50～150μg/g。
1. 4 操作條件
操作溫度為常溫(7～28 ℃) ,噴淋液流量為20 L /h,噴淋液pH值為6～8,掛膜泥水混合液中活性污泥的質(zhì)量濃度為2. 4～2. 6 g/L。
1. 5 脫臭菌及營養(yǎng)液
脫臭菌菌種為某化工污水廠二沉池活性污泥。在營養(yǎng)液中,葡萄糖、尿素、磷酸氫二鉀、硫酸鎂、氯化鈣及硫酸亞鐵的質(zhì)量濃度分別為300,50, 150, 225, 275, 25 mg/L。
1. 6 分析測試
滴濾塔運行阻力采用U 型壓力計測定。H2 S, NH3 , CH3 SH 質(zhì)量濃度按GB /T 14678—1993, GB /T 14679—1993 檢測。用Mini RAE2000 PGM - 7600型手持式氣體檢測儀測定VOCs質(zhì)量濃度。
2 結(jié)果與討論
2. 1 填料對氣流的阻力
阻力與氣體流量之間的關(guān)系是決定工程操作費用的重要參數(shù)[ 3 ] ,滴濾塔的壓降隨氣體流量
的增大而增大[ 4 ] 。噴淋液流量一定時,填料種類和氣體流量對塔阻力的影響如圖2所示。
由圖2可以看出,當(dāng)氣體流量從200 L /h增大到1 000 L /h時, 3 種填料阻力的波動范圍為75～300 Pa。當(dāng)氣體流量從1 000 L / h 增大到2 000 L /h時, 3種填料的阻力顯著增大,分別為:多孔凹凸填料,從180 Pa增大至500 Pa;強化掛膜填料,從300 Pa增大至750 Pa; 輕質(zhì)填料,從200 Pa增大至890 Pa。多孔凹凸填料和強化掛膜填料是輕質(zhì)填料的改進產(chǎn)品, 3種填料的空隙率由大到小順序為:多孔凹凸填料,強化掛膜填料,輕質(zhì)填料。多孔凹凸填料空隙率大,阻力低,不易堵塞,但容易發(fā)生“溝流”,致使惡臭氣體在滴濾塔中的停留時間縮短,不僅影響掛膜效果,而且使掛膜時間延長。輕質(zhì)多孔填料的阻力較大,需要頻繁反沖洗才能保持較好去除效果。
2. 2 吸附性能對阻力的影響
填料上的生物含量越大,對惡臭氣體的去除效果越好,但填料上的生物膜的量并不能無限制地增長,生物膜太多容易導(dǎo)致料堵塞。因此,對3種填料在相同實驗條件下的吸附性能進行研究。實驗過程氣體流量控制在1 500 L /h,每天給循環(huán)污泥中添加營養(yǎng)液,補充損失水分,通過觀察得出循環(huán)污泥的濃度和塔阻力變化情況(見圖3) 。
由圖3可以看出,隨運行時間延長,循環(huán)液中污泥的質(zhì)量濃度下降,填料的阻力上升。運行前5天, 3種填料的吸附效果均較好。對輕質(zhì)多孔填料、強化掛膜填料和多孔凹凸填料,運行到第5 天, 循環(huán)液中污泥的質(zhì)量濃度分別降到1 630, 1 410, 1 300 mg/L。使用輕質(zhì)多孔填料和強化掛膜填料時,運行時間超過15天,循環(huán)液中污泥的質(zhì)量濃度趨于穩(wěn)定。實驗過程中還清晰地觀察到,輕質(zhì)多孔填料表面光滑,生物膜附著量少,大部分脫落的生物膜填充在填料空隙中,并隨噴淋液沉淀在裝置底部;多孔凹凸填料表面生物膜脫落速度較快,阻力為1. 45 kPa時塔出現(xiàn)液泛現(xiàn)象;強化掛膜填料表面附著大量生物膜,阻力變化平緩(小于1. 18 kPa) 。生物膜容易在強化掛膜填料表面固定,因為這種填料微孔豐富,內(nèi)部多孔且具有特殊的單孔結(jié)構(gòu)。與其他2種填料相比,強化掛膜填料的親生物性較好,生物膜的“脫落—生長—脫落”平衡容易建立,塔的壓降能夠維持穩(wěn)定。
2. 3 組合填料
根據(jù)單一填料的實驗結(jié)果,對3種填料進行組合:底部用空隙率和表面積均較大的多孔凹凸填料,以增加微生物的掛膜數(shù)量并強化對難溶氣體的吸附;中間采用強化掛膜填料,以有利于微生物的生長和氣、液的進一步均勻分布;上部選用輕質(zhì)多孔填料,以通過填料的吸附和良好的表面性質(zhì),保證出口有害氣體濃度達到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。在選定的實驗條件下進行組合填料的脫臭實驗,以通過生物滴濾塔的壓降變化來判斷生物膜的生長是否成熟[ 5 ] ,實驗結(jié)果如圖4所示?！?br />
由圖4可以看出,掛膜初期(前3天) , H2 S,NH3 , CH3 SH,VOCs去除率迅速下降,但塔阻力卻快速增長,原因是微生物尚未適應(yīng)吸附環(huán)境,主要依靠填料的吸附作用和噴淋液的吸收作用工作。隨著填料的吸附飽和,生物膜逐漸在填料表面形成,從第3天開始微生物對惡臭氣體的降解作用越來越明顯。到第15 天, NH3 及H2 S去除率達到80. 6% ,塔阻力增長緩慢。到第35 天,VOCs及CH3 SH出口濃度達到GB 1455—1993二級廠界標(biāo)準(zhǔn)A 類要求, H2 S及NH3 去除率大于98. 4%。塔阻力基本保持在680～700 Pa,出口氣體一直處于達標(biāo)狀態(tài),生物膜的顏色逐漸由無色變?yōu)闇\黃、深黃、褐色。變?yōu)楹稚珮?biāo)志著生物膜已經(jīng)成熟。與強化掛膜填料塔的阻力相比,運行期間組合填料塔的起始阻力和穩(wěn)定(時)阻力均較低。在滿足出口氣體達標(biāo)的前提下減小動力消耗,可有效解決生物滴濾塔壓降大和由于填料堵塞而引起的液泛現(xiàn)象。
3 結(jié)論
a. 單一填料不能滿足生物滴濾塔對阻力低且吸附性好的操作要求。
b. 組合填料生物滴濾塔的性能優(yōu)于單一填料塔,在保證出口惡臭氣體濃度達標(biāo)的前提下,
塔阻力降低,避免了“溝流”和液泛現(xiàn)象。
c. 運行60 天, 組合填料滴濾塔的阻力為680～700 Pa, H2 S, NH3 , CH3 SH, VOCs去除率均大于98%。
以上組合填料資料轉(zhuǎn)自《環(huán)境工程》作者：王軍,劉發(fā)強 ,秦賞 ,程海 ,齊慶 ,朱義朝
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