含苯废气的微生物处理
1 引言
近年来，含低浓度苯、甲苯、二甲苯、乙基苯、多环芳烃、有机硫化物、有机氯化物等挥发性有机物及恶臭物质的工业有机的排放量不断增加，引起大气污染日趋严重。这类低浓度挥发性有机的污染控制，也越来越受到人们的广泛重视，生物法处理低浓度有机，就是针对这类既无价值又严重污染环境的工业废气而研究开发的[1，2]。据统计，“九五”初期上海工业废气排放中，苯的排放量达到3703.2t/a[3]，本文以含苯废气为例，研究了生物滴滤器对工业废气的处理。
2 装置与流程
2.1 装置
实验用生物膜填料塔，由内径为70mm的有机玻璃管制成，共分7层，每层高度为0.17m，每层设有采样口，总高为1.19m(见图1)。最下层为进气层，不装填料，上面6层为填料层，选用瓷质拉西环作为填料。每层填料之间用隔板隔开，隔板的开孔率大于70%。试验在室温(15～25℃)下进行，进气中苯浓度为50～2000mg/m3，气体流量为100～500L/h，气体的空塔停留时间为15～83s，生物膜填料塔的阻力降为29.4～49Pa。
2.2 流程
生物滴滤池实验流程
实验采用逆流操作，整个系统处于负压状态(真空度为1666Pa左右)。苯类废气采用动态鼓泡法配制，空气在外界大气压作用下经过流量计进入充填有液态苯类的鼓泡瓶而产生气泡，利用平衡分压产生的苯类废气经过管道到达混合瓶中。在混合瓶中，进入的空气与苯类废气充分混合，配制成不同浓度，经流量计调节流量后从塔底部进入填料塔，在上升的过程中与填料表面湿润的生物膜接触而被净化。净化过程中需要的水采用喷水系统供应，为保证以较小的水量润湿全部填料表面，用增压泵使水以一定压力呈雾状喷出，营养液也随喷淋水一起加入。塔内每隔一定时间喷1次水，以保持生物膜表面湿润。净化后的气体经过真空泵后排入大气中。
3 测定与挂膜
3.1 分析测定
实验用气相色谱法分析测定苯类污染物的含量，所用仪器为日立163气相，填充柱涂有皂土和邻苯二甲酸正癸酯(5%)、Chromosorbw (60～80目)。采样用1mL注射器在各采样口直接抽取气体进样进行分析。
3.2 挂膜
苯类废气具有一定的可微生物分解性，因此用配制一定浓度的含苯类物质的对污水厂污泥进行驯化的方法进行菌种筛选。筛选所得的菌种溶液(以短杆菌和丝状菌为主)进行挂膜，培养2～3d后即可通入低浓度的苯类废气进行净化实验。
4 结果与讨论
4.1驯化过程
挂膜后，在空塔停留时间为36.6s、气速为0.018cm/s的条件下，考察生物滴滤器对含苯废气的去除效果，以生化去除速率为参数，所得结果如图2所示。
含苯废气生化去除速率随挂膜时间变化
实验用载体对苯没有吸附作用。在刚挂膜时，由于菌种对苯的生化去除作用较弱，基本上处于适应阶段，尽管此时进口浓度较低(100mg/m3以下)，生化去除速率仍然很低，甚至在挂膜后的1周内未反映出反应器对气态苯废气的去除效果。随着菌种对废气的适应性增强，在第7天出现了去除效果。随后，菌种的增长带来了去除效果的不断增长，挂膜后的第3周出现了去除效果的快速增大直至稳定，表明驯化过程的成功。
4.2 浓度对处理效果的影响
由于入口浓度反映了反应器处理的负荷，故浓度的高低将对处理效果产生影响。我们在驯化较长时间处理基本稳定的情况下，对浓度的影响进行了研究，此时的气体流量为250L/h，结果如图3和图4。
含苯废气生化去除速率随入口浓度变化
含苯废气处理效率随入口浓度变化
1)在一定的低浓度范围内，随浓度的升高，处理效率基本不变，而在高出一定浓度后，处理效率随浓度的提高逐渐下降;2)在实验浓度范围内随浓度升高，去除速率逐渐上升直到最大值。
生物滴滤器处理含苯废气的过程是传质—生物降解过程，故传质和生物降解都对去除效果产生影响。传质决定着去除的表观效果，而生物降解则决定着污染物的最终去除。据双膜理论，物质的传递在于膜两侧的浓度差，对亨利常数较大的物质来说，传质的阻力在于液膜阻力。若溶解度较小，这种影响势必来得强烈，因此随浓度的升高而处理效率降低。但浓度的提高还是提高了从气相到液相的传质量，也提高了微生物降解的基质浓度，从而提高了去除速率，这种提高一直维持到所有微生物都营养充分，达到最大负荷为止。
4.3 最大生化去除速率
最大生化去除速率反映了生物对工艺废气中污染物的处理能力，也是系统对有机负荷去除能力的表现。我们以不同的化合物为例，试验了同类反应器对它们的最大生化去除速率，具体结果如图5。
不同化合物的最大生化去除速率
不同化合物的最大生化去除速率不同，这与文献报道吻合[6]。由此可知，生物法处理废气时，最大生化去除速率不仅与反应器有关，而且也与要处理的化合物有关。
由文献[7]可知，苯的BOD5/COD =0.53，水中溶解度为820mg/L;甲苯的B/C=0.61，水中溶解度为515mg/L;苯乙烯的B/C=0.46，水中溶解度为125mg/L;二甲苯的B/C=0.56，水中溶解度为198 mg/ L;丙烯腈的B/C=0.52，水中溶解度为78748 mg/L;丙酮的BOD5/COD=0.39，水中溶解度情况为互溶。由此可见，如将B/C值与溶解度数值相乘，所得数据对以上化合物排大小顺序为：丙酮>丙烯腈(40949)>苯(434.6)>甲苯(314.2)>二甲苯(110.9)>苯乙烯(57.5)，与各化合物的最大生化去除速率大小顺序相同。
5结语
生物滴滤器对气态苯类化合物具有较强的去除能力，在试验浓度范围和采用瓷质拉西环作为填料时，最大去除能力可达到122g/m3.h。用生物滴滤器处理气态苯类化合物时，浓度具有较大影响，在高于某一浓度时，随着入口浓度的提高，处理效率逐渐降低;但同时，生化去除速率却随浓度的提高而提高，一直达到最大生化去除速率为止。
由于生化去除速率反映了生物滴滤器的生化去除能力，所以用生物滴滤器处理气态苯类废气时存在最大生化去除速率。不同气态化合物生物去除研究表明，生化去除速率除与反应器有关之外，还与被处理的化合物有关。各种化合物的最大生化去除速率不同，其大小顺序与它们的理化性质有关，即与各种化合物的溶解度和BOD5/COD 数值有关。
使用微信“扫一扫”功能添加“谷腾环保网”
