有機廢氣(VOCs)處理生物滴濾塔
1 工藝流程
生物滴濾塔處理有機廢氣的工藝流程如圖所示.
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生物滴濾塔示意圖 |
生物滴濾塔主體為一填充塔 ,內有一層或多層填料 ,填料表面是由微生物區系形成的幾毫米厚的生物膜.含可溶性無機營養液的液體從塔上方均勻地噴灑在填料上 ,液體自上向下流動 ,然后由塔底排出并循環利用.有機廢氣由塔底進入生物滴濾塔 ,在上升的過程中與潤濕的生物膜接觸而被凈化 ,凈化后的氣體由塔頂排出.
2 填料與工藝條件
生物滴濾塔使用的填料多為粗碎石、塑料、陶瓷等 ,填料表面形成幾毫米厚的生物膜 ,填料比表面積一般為 100～300 m2/m3.這既為氣體提供了大量的空間 ,又可使氣體對填料層造成的壓力以及由微生物生長和生物膜疏松引起的空間堵塞的危險性降到了最低限度.生物滴濾塔還有一個生物濾池不具備的優點就是其反應條件易于控制 ,通過調節循環液的 pH、溫度 ,即可控制反應器的pH和溫度 ,因此 ,在處理鹵代烴、含硫、含氮等通過微生物降解會產生酸性代謝產物及產能較大的污染物時 ,生物滴濾塔較生物濾池更有效.
3 動力學模型
生物滴濾塔入口有機氣體濃度與去除量的關系是:有機氣體濃度在0～ A 時,其去除量隨濃度增加而增加,基本為一條直線;當有機氣體濃度> A以后,去除量不再隨濃度增加而變化,而是基本趨于穩定. A 點稱為生物膜凈化有機氣體的臨界濃度.入口氣體濃度小于臨界濃度時,生物滴濾塔內的微生物能有效地降解有機物,進來多少幾乎就能降解多少;但當入口濃度大于臨界濃度時,塔里的生物膜很快被有機氣體飽和,生化去除量趨于平穩. 有機氣體濃度 < A 時,其在生物膜上的降解為一級生化反應過程,其反應速率方程可以表示為 ra = K1a ×S1 , 式中 , ra為表面反應速率, K1a 為一級表面反應速度常數, S1 為液相氣體濃度.當氣體濃度 > A 時, 氣體降解過程為零級反應過程.
利用無因次準數 M 的值來比較化學反應速率與傳質速率在液膜中的相對大小,并進而判斷化學反應的動力學類型, 其計算公式為 M =( D ×k1) / kL2, 式中: D為氣體在液相的擴散系數(m2/ s) ; k1 為一級反應速率常數(1/ s) ; kL 為物理吸收的液膜傳質系數(m/ s) . 經計算,對于一般的有機氣體,其 M µ 1 , 這說明 ,有機氣體在生物膜上的生化降解反應為瞬時快速化學反應 ,即微生物對有機氣體的降解反應速率遠遠超過有機氣體在液膜中的擴散速率 ,擴散到液膜內的氣體能被微生物迅速生化降解反應完畢.根據化學工程原理 ,可以判定這一生化凈化過程屬于傳質控制過程.由于是傳質控制過程 ,則有機氣體的凈化過程速率主要取決于傳質速率的大小.因此 ,凡是能強化氣體在氣、 液相傳質的措施均可強化這一生物凈化過程.
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