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生物過濾除氨氣-生物除臭技術(shù)－VOC生物處理法應(yīng)用
1.摘要
氨氣無色，有毒，易反應(yīng)，具有腐蝕性，并有強烈異味。其會刺激人體皮膚，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，因此對氨氣的控制是非常重要的。生物過濾是最近新起的一項控制氨氣的技術(shù)。在這里將研究如何結(jié)合堆肥，淤泥，及PVC片作為生物過濾介質(zhì)來除去氨氣。主要通過研究進口濃度，堆積時間，過濾介質(zhì)深度等參數(shù)所能產(chǎn)生的影響，來估測除氨氣效率。通過建立和操作實驗室刻度過濾器來來得出需要的有關(guān)數(shù)據(jù)。 結(jié)果表明，當進口濃度為236ppm，氨氣轉(zhuǎn)載速度小于9.86 g-NH3/m3.h，停留時間為1分鐘時，氨氣的出去效率可以超過99.9%。細菌馴化時間為10天。研究結(jié)果表明，該生物過濾系統(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，可以決定過濾介質(zhì)的程度。
2.介紹
氨氣無色，有毒，易反應(yīng)，具有腐蝕性，并有強烈異味。氨氣會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。隨著氨氣排放標準日益嚴格，需要開發(fā)更有效更經(jīng)濟的氨氣處理技術(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，但該方法費用高，且會產(chǎn)生新污染。
空氣生物過濾技術(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。生物過濾的原理非常簡單：含污染物的氣體，通過某多孔填料床，其中含有固定的微生物，通過這些微生物的降級作用，實現(xiàn)對污染物的生物處理。當異味污染氣體通過介質(zhì)時，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，生物過濾技術(shù)在處理低濃度污染氣體方面具有相當優(yōu)勢。并且該技術(shù)還具有高效，低投入費用和運行費用，安全操作，低能源消耗，不產(chǎn)生副產(chǎn)品，能將許多無機物和有機物轉(zhuǎn)化成無害的氧化物的特點。
最近，也有相關(guān)研究調(diào)查關(guān)于如何利用生物過濾來除去氨氣，使用隔離細菌來處理高負載量的氨氣。比較哪些無機填料效果較高，以及使用固定的濕性細菌來除去氨氣和硫化氫氣體。
而這篇研究文章的目的則是，引進一項專門的生物過濾除氨氣的工藝技術(shù)。研究如何使用堆肥，淤泥和PVC片的混合物作為過濾介質(zhì)，來除去氨氣。其中還將重點研究進口濃度，堆積時間，過濾介質(zhì)深度等參數(shù)對處理效率的影響。
3.材料及方法
生物過濾系統(tǒng)
主體是三層結(jié)構(gòu)的床式生物過濾器，主要結(jié)構(gòu)為一個高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。在每個過濾床中部安裝了溫度計，用于日常溫度測量。為了使過濾器中有穩(wěn)定的溫度，在系統(tǒng)中安裝了電子溫度調(diào)節(jié)裝置。
4.測量方法
采用靛酚法確定氨氣濃度。利用酒精玻璃溫度計測量溫度，該溫度計測量范圍為0到100攝氏度。氣體流速則使用流量計進行測量，單位為l/min。利用水壓力計測量壓降數(shù)值。
5.結(jié)果
馴化時間
該研究最重要的目的就是確定細菌需要多少時間來馴化氨氣。在該實驗中，第一階段持續(xù)時間為83天，經(jīng)觀察，細菌用了十天的時間來馴化氨氣，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。
入口氨氣濃度對除氨效率的影響
另外需要研究的就是通過生物過濾系統(tǒng)能夠達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天的實驗，其中廢氣流速為6.48 l/min，廢氣的停留時間(EBRT)為一分鐘。在運行開始階段，進口濃度為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，而能夠達到99.9%以上的除去效率。當入口的氨氣濃度為10 to 236ppmv時，出口氣體中氨氣的濃度低于0.1 ppmv。然而，當入口氨氣濃度超過236時，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。在實驗過程中，壓降數(shù)據(jù)主要通過水壓力計進行測量。經(jīng)觀察，在最初幾天壓力就大，過段時間后，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)。
過濾材料潮濕度對系統(tǒng)的影響
過濾器中介質(zhì)的潮濕度是非常重要的操作參數(shù)，因為它將直接影響系統(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)中的溫度是需要日常控制的，因為溫度對于微生物的生長影響非常大。對于細菌最理想的溫度是30 °C 左右，因此在操作過程中都要爭取將溫度控制在30 °C 左右。
6.討論
在氨氣的生物過濾過程中， 微生物將氨轉(zhuǎn)化成硝酸鹽。整個過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-，然后由硝化細菌將NO2-轉(zhuǎn)化成NO3-。在與氨氣物質(zhì)接觸前，過濾介質(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)量以后圍繞到過濾介質(zhì)周圍形成生物膜。 污染物質(zhì)經(jīng)擴散從氣態(tài)到進入到含微生物的固定生物膜中，從從氨被氧化成無害的硝酸鹽。
