非稳态条件下生物滴滤塔净化甲苯废气的实验.pdf

除尘超重机在高速运转过程中的动态平衡,必须采用 合理的减震技术 ,其中几个关键控制点为 ①调整叶 片的静、 动平衡 ; ② 支撑安装减震装置; ③ 转子安装定 向导轮; ④优化结构设计等。 2. 4 密封问题 在脱硫除尘超重机中轴承的密封非常重要,因为 既要保证转子的高速运行 ,又要防止气体或液体从轴 承处泄露 。在本设备制造过程中采用法兰密封轴承 和机械密封措施 ,有效地解决了密封问题。 3 结论 中小型锅炉烟道气脱硫除尘超重机能够适应目 前我国热电厂中小型锅炉的脱硫除尘, 与传统湿法烟 气净化脱硫除尘塔相比, 该设备体积小 、 效率高,操作 方便 、 维修简单 ,是一种新型的高效一体化技术。但 该技术在试用过程中也存在设备腐蚀、结垢、震动 、 密 封等问题, 因此在该设备的设计、制造和安装施工等 环节, 必须采取相应的措施 ,完善脱硫除尘超重机的 性能 。 参考文献 [ 1] 荚江霞, 陈明功, 张军等. 碟片超重床结构对烟道气中 CO2脱除 率的影响. 安徽理工大学学报 自然科学版 , 2006, 26 3 70 -72. [ 2] 陈明功. 锅炉烟道气脱硫除尘设备防腐的研究. 环境保护, 1999, 3 17-18. 作者通讯处 陈明功 232001 安徽省淮南市 安徽理工大学化学工 程系 电话 0554 6668485 E -mail mgchenaust . edu. cn 2006- 10-19 收稿 非稳态条件下生物滴滤塔净化甲苯废气的实验 ＊ 张书景 李 坚 李依丽 金毓 孙 莉 北京工业大学环境与能源工程学院, 北京 100022 摘要 在接近于工业应用的非稳定条件下, 以陶粒为填料, 恶臭假单胞菌为单一菌源, 甲苯为目标污染物, 对生物滴滤 塔的抗负荷冲击与抗饥饿能力进行研究。 结果表明, 停留时间及进气污染负荷的瞬间变化不会造成滤塔处理性能明 显下降, 仅为 7左右, 12 h内基本恢复, 最大去除能力为136. 49 g m3h; 碳源与氮源的突然中断以及短期的闲置, 对 滤塔处理性能的影响均较小; 填料层中水分的含量是影响滤塔处理性能的一个重要因素。 关键词 生物滴滤塔 甲苯 非稳态条件 负荷冲击 饥饿 ＊北 京市 自然 科学 基金 8052004 , 北 京工 业大 学青 年基 金 97005013200402 0 引言 采用生物滴 滤法去除挥发性有 机物 VOCs, volatile organic compounds 是近年来的研究热点, 目 前,大量的研究集中在稳定工况下 ,填料的优选、 目标 污染物 、反应机理、降解菌及生物膜等内容的研究 上 [ 1- 4] , 在实际工业生产中 ,环境条件的变化以及废气 排放量的不稳定性均会导致废气浓度随时间瞬时变 化; 设备的维修或定期维护 ,周末或假期时的关闭均 会使处理系统处于闲置或菌种饥饿状态 , 有研究表 明 [ 7] ,闲置期后的启动恢复是生物滴滤系统设计和操 作的一个重要因素 。 仅一小部分学者对瞬间变化负 荷工况下及运行突然被中断等情况发生后生物滴滤 装置处理性能变化进行研究 [ 5-7] 。同济大学的羌宁等 在控制环境温度维持在一定范围的条件下,研究填料 具有一定吸附性能的生物滴滤塔抗负荷变化及缓冲 能力 [ 8] 。 本实验以陶粒作为生物滴滤塔填料 ,采取恶臭假 单胞菌作为单一菌源制备菌悬液挂膜,采用气液逆流 操作方式, 对含甲苯废气进行净化处理研究。 1 实验材料与方法 1. 1 实验装置 生物滴滤塔净化甲苯废气的实验装置如图 1 所 示。生物滴滤塔由内径150 mm的有机玻璃管制成, 总高为1 000 mm , 其中填料层高度为680 mm, 共分为 53 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 4 段。含甲苯气体采用动态配气法配制, 从空气压缩 机出来的气流分成 2 股, 辅气流进入甲苯液体挥发 瓶,将液体甲苯蒸发 , 含有甲苯蒸汽的辅气流然后进 入气体混合瓶与主气流充分混合 , 形成含甲苯废气。 含甲苯废气由塔底进气口进入 ,营养液通过自动控制 装置, 定时定量由滤塔顶部布液装置滴下 ,滤塔内气 液逆流接触 ,净化后的废气由顶部排出 , 沥出液由底 部的液封装置进入储液槽 。营养液由一定浓度的磷 酸盐缓冲溶液、 MgSO4溶液、 CaCl2溶液、FeCl3溶液以 及微量元素组成 ,控制C∶ N∶ P ≯ 100∶ 5∶ 1。 1空气压缩机; 2气体流量计; 3甲苯液体挥发瓶; 4气体混合瓶; 5采样口; 6储液槽; 7液封及沥出液出口; 8增压泵; 9营养液自动供给装置; 10布液装置。 图 1 生物滴滤塔净化甲苯废气实验装置图 1. 2 菌源与填料 本研究以中科院微生物保藏中心的恶臭假单胞 纯菌种 pseudomonas putida 作为单一菌源, 制备菌悬 液挂膜启动滴滤塔。选用粒径为 2～ 3 mm的高效挂 膜生物陶粒作为填料 ,表面粗糙,微孔结构丰富,截污 能力强,利于微生物生长繁殖 ; 抗冲击负荷能力强 ,耐 低温 ,反冲洗能耗低 。 1. 3 分析方法 甲苯浓度 采用美国 Agilent6890 型气相色谱仪进 行检测 。气相色谱仪参数为 FID 检测器,HP-5 型毛 细柱 ,采用静态配气法绘制标准曲线。压降 U 型压 力计 。 2 结果与讨论 在接近于工业化应用的非稳定条件下,生物滴滤 塔分别在秋 、冬、春、夏季气候条件下已连续运行约 200 d,由于作为菌源的恶臭假单胞菌对甲苯降解存 在一个适应期, 导致启动前期系统处理能力比较低, 随着稳定生物膜的逐渐形成 , 系统处理能力逐渐增 大,并体现出较强的抗负荷变化能力。本实验对运行 152 d后滤塔的抗冲击负荷变化以及抗饥饿能力进行 研究 。 2. 1 负荷变化对滤塔处理能力的影响 本实验中负荷变化是指滤塔停留时间的变化以 及进口污染物负荷即甲苯浓度由于环境温度 、 挥发瓶 内甲苯液体量等因素的影响造成的连续瞬间波动。 在系统启动第152 d 滤塔进气流量由0. 8 m 3 h调整为 1. 0 m 3 h,稳定运行约50 d后 , 继续增大进气流量至 1. 2 m 3 h,对应停留时间分别为 54、 43. 5 与36 s, 而进 口甲苯浓度处于不断变化的不稳定状态 。滤塔整体 运行情况如图 2 所示。 图 2 停留时间变化对滤塔处理能力的影响 由图 2 可以看出, 停留时间以及进口污染物负荷 的改变并没有引起滤塔去除效率的下降 ,仍能够基本 上将进口污染物全部去除 ,仅当瞬间增大的浓度超出 滤塔最大去除负荷后, 去除效率会稍有降低 ,但仍在 93 以上。为了更好的评价滤塔抗污染物负荷瞬间 变化的性能 ,研究了 2 种停留时间下 ,滤塔体积去除 负荷与瞬间变化的体积负荷的关系 。体积负荷的变 化均分别在1 d内完成, 改变体积负荷后间隔1 h取样 分析 。图 3 为2 种停留时间下滤塔体积去除负荷与 瞬间变化的体积负荷的关系图。体积负荷表示在单 位时间内单位体积填料需要净化的污染物的质量 ; 体 积去除负荷表示单位时间内单位体积填料去除的污 染物的总量 。 图 3 2 种停留时间下滤塔体积去除负荷与体积负荷关系图 54 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 从图 3 中可以看出,体积去除负荷随体积负荷的 增加而增加 ; 在进气甲苯浓度较低时, 滤塔能够完全 去除废气中的污染物, 在图 3 中表现为数据点落在 100去除线上 ; 随着体积负荷的瞬时增加 ,滤塔不足 以将废气中的污染物完全去除 ,在图中表现为数据点 位于 100 去除线之下 ,但是仍然接近 100 去除线。 通 过 对 比 可 以 发 现, 在 体 积 负 荷 增 大 至 106. 1 g m 3h 时 , 2 种停留时间下的体积去除负荷 发生了变化, 36 s的停留时间, 滤塔已经不足以将进 口甲苯完全去除掉, 但去除能力仍在随体积负荷的增 加而增加, 最大体积去除负荷达到128. 49 g m 3h ; 然而, 停留时间为43. 2 s时 , 滤塔最大体积去除负荷 为136. 49 g m 3h 。结果证明 ,滤塔具有较强的抗负 荷冲击能力 ,停留时间的改变、进口污染物负荷的瞬 间变化均不会引起系统去除能力的明显下降 ,接近于 工业化应用状态 。 2. 2 氮源 、 碳源短缺对滤塔处理能力的影响 氮源 、 碳源的短缺是针对于实际工业生产中产气 不连续性或营养供给设备发生故障等现象而言的。 当这些情况发生后, 滤塔内微生物会处于不同程度的 饥饿状态, 生长受到抑制 ,甚至有些微生物会处于一 种休眠状态,从而存在一个恢复的过程 。滤塔启动恢 复的时间长短直接反映了处理性能的好坏。图 4 为 进气无污染物负荷 碳源短缺 状态运行3 d后, 滤塔 启动 运 行 情 况 , 启 动 前 后 进 气 甲 苯 浓 度 均 为 1 390 mg m 3 ,进气流量为1. 0 m 3 h,停留时间43. 2 s。 图 4 进气无甲苯负荷后滤塔的启动运行情况 由图 4 可以看出 , 在进气无甲苯负荷, 即碳源短 缺情况下 ,运行3 d后的滤塔, 启动初期去除效率由原 来的 100下 降至 96, 但 在6 h内 逐渐上 升到 100,出口检测不到甲苯 。图 5 为氮源停止供应后 滤塔运行状况。在12 h内停止营养液供应, 同时将进 气 甲 苯 浓 度 由 736. 46 mg m 3 逐 渐 增 大 至 1 696. 93 mg m 3 , 进 气 负 荷 为 1. 0 m 3 h , 停 留 时 间 43. 2 s,通过去除效率来研究营养液中氮源对滤塔处 理性能的影响。 图 5 氮源停止供应后滤塔运行状况 从图 5 中可以看到 ,短时间内氮源的停止供应并 不会使滤塔的处理性能下降, 随着进气甲苯浓度的增 加,仍能将一定浓度范围内的甲苯完全去除掉, 在最 大进气浓度1 696. 93 mg m 3 ,停留时间43. 2 s时, 去除 效率仍然可达 97。 2. 3 短期闲置对滤塔处理能力的影响 由于生产工况及工艺的原因,工业生产中废气的 排放通常为间歇式, 滤塔会在一定时期处于闲置的状 态,故本实验进行了短期 3 d 闲置后 ,滤塔的恢复能 力的研究。图 6 为闲置3 d恢复运行后滤塔的去除效 率变化。运行前后进气甲苯浓度控制在较小波动范 围内, 平均进气甲苯浓度为1 255 mg m 3 , 进气负荷为 1. 0 m 3 h ,停留时间43. 2 s。 图 6 停运 3 d 恢复运行后的去除效率变化 图 6 表明 3 d 的停运,对滤塔的净化效率产生了 一定的影响 ,操作工况基本一致, 停运前去除效率为 100,受夏季天气条件变化的影响 , 闲置3 d内环境 湿度均较大 ,恢复运行后起始效率降低到 85,恢复 效率时间相对较长, 需要32 h。 2. 4 填料层中水分对滤塔性能的影响 对于处理甲苯类憎水性气态污染物 ,生物滴滤塔 中喷淋液的主要作用是提供微生物生长必需的营养 55 环 境 工 程 2007年 6 月第25 卷第3 期 元素 ,实际操作中,液体以沟流 、 股流及壁流等形式流 动,如果控制进液间隔比较合适, 滤塔内湿度会被控 制在一定范围内 ,相关资料 [ 9] 研究表明滤塔内最佳湿 度为 50 左右, 该条件下可以达到一个有效传质与 适合微生物生长的环境平衡。填料及生物膜表面的 液层存在不均匀动态变化性, 液层的薄厚决定了气相 中污染物向生物膜表面扩散的传质阻力 。本实验中 采用间歇进液操作方式, 通过前期实验确定了最佳进 液时 间 间 隔 为 50 min, 每 次 进 液 量 为 125 mL 即 150 mL h 。为了较好地分析填料层中水分对滤塔处 理性能的影响 ,在进气甲苯浓度为1 236 mg m 3 , 停留 时间43. 2 s的条件下 , 研究了进液间隔50 min内滤塔 去除效率及压力降损失随时间变化情况, 结果如图 7 所示 。 图 7 滤塔去除效率及压降随时间变化关系图 由图 7 可知 ,在相同进气负荷与进口污染物负荷 的条件下 , 滤塔在进液到下次进液的50 min的间隔 内,压力降损失由原来的280 Pa升高到310 Pa , 去除效 率也由原来的 100下降至 94,随着时间的延长, 压降逐渐降低至原来的280 Pa, 去除效率则又逐渐恢 复至 100。营养液的加入使生物膜表面的液膜增 厚,大部分附着有生物膜的填料被液体覆盖或包围, 阻碍了具有微孔结构好氧生物膜对污染物的吸附作 用,随着时间的延长 , 滤塔内进入气流会带走填料床 层中一部分水分 ,填料及生物膜逐渐处于一种最佳的 半干半湿或称表面湿润的状态 。可见, 进液方式及填 料层中水分是调节滤塔内湿度 ,影响滤塔去除能力的 一个重要因素。 3 结论 1 在本实验条件下的设备表现出较强的抗负荷 变化能力, 停留时间 、进口污染物负荷的瞬间变化均 不会对处理能力造成太大影响 ,最大体积去除负荷为 136. 49 g m 3h ,接近实际应用条件。 2 在启动前后进气甲苯浓度为1 390 mg m 3 , 停 留时间43. 2 s的条件下, 碳源3 d即停止供应 ,去除效 率仅由原来的 100下降至 96, 6 h内逐渐上升到 100。氮源停止供应的12 h内 , 随着进气甲苯浓度 的增加,滤塔仍能将一定浓度范围内的甲苯完全去除 掉,在最大进气浓度1 696. 93 mg m 3 , 停留时间43. 2 s 时,去除效率仍然可达 97。3 d的停运对净化效果 产生了一定的影响, 需要32 h的恢复时间。滤塔内微 生物抗饥饿能力较强 。 3 填料床层中水分含量是影响滤塔处理性能的 重要因素, 含水量高会阻碍生物膜对污染物的吸附作 用,降低净化效果,滤塔内存在一个最佳的湿度平衡, 需要进一步研究 。 参考文献 [ 1] 魏在山, 徐晓军等. 生物法处理低浓度有机废气的填料选择研 究. 重庆环境科学, 2001, 23 2 40 -45. 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EX FR Hou Chentao Ma Guangda 45 Abstract The degradation perance of benzene, toluene and xylene by fungus Trichoderma viride Pers. ex Fr were studied. The experimental results showed that the biodegradation rate of benzene, toluene and xylene increasedwith increasing of their initialgas concentrations; when concentrations of them were 47. 25～ 1 677. 47 g m3, 64. 70～ 1 258. 50 g m3and 20. 59～ 1 707. 85 g m3respectively, the biodegradation rate of toluene and benzene accorded with the Monod equation, while that of xylene accorded with first -order reaction. Keywords toluene, benzene, xylene, aerobic biodegradation and fungus RESEARCH ONDUST-REMOVING CONTROL STRATEGY FOR BAG TYPE COLLECTORWITH LOW-PRESSURE PULSEChang Hongjie Zhang Xinju Wang Huizhen 48 Abstract The process of dust -removing and effect factors are analyzed based on theory. Aiming at the disadvantage of traditional control ways and new problem because of frequency variation and speed regulation, fuzzy control strategy is brought forward. Firstly, resistance reference of dust remover ismodified fuzzily according to variationof flow rate; next, fuzzy controller according to flow rate and resistance deviation deduces pulse interval. The design process of fuzzy controller is introduced in detail. whose effect of application is good. Keywords dust remover, dust -removing, resistance and fuzzy control THE ENGINEERING APPLICATIONOF HIGH -GRAVITY MACHINETO DE -SULFURIZE ANDDE- DUST FROM FLUE GASChen Minggong 51 Abstract The high -gravity machine is a new technology of desulfurization of flue gases from medium and small -sized boilers with high efficiency, which is characterized by small volume of equipment, high efficiency, convenient operation and simple maintenance. Engineering principle and design scheme of this technology were illuminated, and some main problemsexisted in the course of design andfunctionwere brought forward and relevant solve measureswere discussed in this paper. Keywords flue gas, desulfurization, removing dust and high-gravity machine EXPERIMENT ON PURIFYING TOLUENE IN A BIO-TRICKLING FILTER UNDER TRANSIENT CONDITIONSZhang Shujing Li Jian Li Yili et al 53 Abstract The removal of toluene from an artificial waste gas was investigated in a laboratory scale bio -trickling filter packed with biologic ceramic pellets under transient conditions, whichwas the typical character of industrial operation. The bio -trickling filter was inoculated with pure bacterial culturePseudomonas Putida. The resistance ability to loading change and starving was studied. The results indicated that the bio- trickling filter had a high flexibility of the loading change, and the removal efficiency of the filter was not obviously influenced by the change of residence time and inlet concentration and only decreased 7 in the beginning, it can regain the original removal efficiency within 12 h. The maximum volumetric removal rate of 136. 49 g m3hwas achieved. The periods of nitrogen and carbon starvation or complete system shutdown had little influence on the filter perance. The water content in the bed played an important role on the bio -degradation process of the organic compounds. Keywords bio -trickling filter, toluene, transient conditions, loading shock and starvation GAS CLEAN TECHNIQUE WITHWATER SPRAYING CROSSWISE Chen Guoping Zhou Tianrui Sun Yifeng et al 57 Abstract The theory and s of water spraying crosswise to treat waste gas are introduced, aiming at the technical lack of current air decontamination. The technique not only keepsdown water -drop second breaked to piece, but avoids the hole block whichwill cause lower cleaning effect. at the same time, chemical additive are proportionally added into water, then, the soak energy of water for dust is improved, and the power for spaying and dust removal increased. Keywords first spray, second spray, clean, waste gas, chemical dust removal and chemical additive RECOVERY OF MANGANESE FROM SPENT PRIMARY BATTERY BY ELECTROCHEMICAL SLURRY LEACHING WITH ANION EXCHANGE MEMBRANE REACTOR Wei Qifeng Ren Xiulian Zhang Huiling et al 60 Abstract The technical parameters for recovery of manganese from spent primary battery by electrochemical slurry leaching were investigated. The experimental results indicated that the current density was 150 A m2, the acidity was 1. 0 mol L, the ratio of liquid to solid was 8∶ 1, and temperature was 20 ℃. Under this condution, the percent recovery was 25. 77 and the current efficiency was 101. 1. The leaching mechanicswas analyzed. Itwas concluded that the reaction velocity was controlled by both chemical reaction and diffusion before 1 h. And it was controlled by chemical reaction after 1 h. The activation energy was 52. 85 kJ mol. This can make the resource recycle and has environmental and economical benefits. Keywords primary zinc -manganese batteries, slurry electrolysis, manganese sulfate and reaction mechanism 4 ENVIRONMENTAL ENGINEERING Vol. 25,No. 3, Jun. , 2007