生物过滤塔处理苯乙烯隔油池废气中试实验

刘 巍，李 壮，孙红珍，杨艳妮，薛 强，李 刚，付学红，郭 阳

(1.中国石油吉林石化公司 研究院,吉林 吉林 132021；2.中国石油吉林石化公司 化肥厂,吉林 吉林 132021；3.中国石油吉林石化公司染料厂,吉林 吉林 132021)

近年来，挥发性有机物(VOCs)的污染问题和治理措施日益受到政府、企业和社会公众的关注和重视。生物法因其运行成本低、性能可靠、处理效果好、二次污染小等特点成为去除VOCs的主要方法[1]，其中生物过滤塔因在去除有机废气方面具有稳定高效的性能而广泛应用[2-4]。

作者针对苯乙烯隔油池废气开展生物过滤塔中试实验研究，探讨了停留时间和温度对生物过滤塔的影响，并考察长周期运行稳定达标排放效果。

1 生物法中试实验方法

1.1 实验装置

生物过滤塔处理苯乙烯隔油池废气中试工艺流程图见图1，主要设备见表1。

图1 工艺流程图

表1 主要设备规格型号、主要指标

2个生物过滤塔串联，通过排气管道末端风机抽气，将空气与隔油池逸散口逸散出的VOCs气体混合，抽入第一个滴滤塔从塔底部进入，在填料层与填料表面的微生物膜接触发生降解反应后，经塔顶排气口排出进入第二个生物过滤塔，在第二个生物过滤塔由顶部进入，经塔内填料层表面微生物处理后由塔底排出至大气环境。

每个生物过滤塔配有一套为塔内微生物生长提供营养物质的营养液喷淋系统，为间歇喷淋。营养液由自吸泵打入生物过滤塔，经塔顶进入，由塔底排出，营养液循环使用。

1.2 实验材料

1.2.1 填料

实验中所采用的填料的性质见表2。

表2 填料(海绵块)的性质

1.2.2 营养液

中试实验中所用营养液由清华大学提供，主要成分：硝酸钠、磷酸氢二钠、磷酸二氢钾配置而成，主要是给填料层微生物提供必要的氮源和磷源。

1.2.3 菌种

实验启动阶段所用的接种污泥为污水厂好氧池活性污泥。

1.3 实验方法与过程

菌种准备：取污水厂生化系统活性污泥备用。

营养液准备：主要成分(g/L)NaNO3：10；Na2HPO4：0.7；KH2PO4:0.52；自来水300 L。

将约30 L活性污泥倒入生物滤塔营养液水池内，开启水泵，喷淋2 min，流量4 t/h，然后开启风机。

实验运行操作条件见表3。

表3 生物过滤塔操作运行条件

1.4 分析方法

实验过程中分析指标及分析方法见表4。

表4 实验分析方法

2 生物过滤塔处理苯乙烯隔油池废气中试实验结果分析与讨论

2.1 VOCs去除能力

生物过滤塔对非甲烷总烃、苯、甲苯、乙苯、苯乙烯去除效果见图2～图6，由图2可以看出生物过滤塔的非甲烷总烃进气负荷在0.5～47 000 mg/m3。在一定范围内的进气负荷下，生物过滤塔均能获得较好的去除效果。

由图上可以看出生物过滤塔运行共分为2个阶段，第一个阶段为生物过滤塔挂膜期，第一阶段约为生物过滤塔启动开始后的20天，这个阶段填料内部的微生物菌群逐渐生长并形成生物膜，对非甲烷总烃的去除率也逐渐上升，第二阶段为当生物过滤塔装置稳定运行阶段，在滤塔启动完成后，由于进气负荷变化以及环境温度变化，滤塔在不同运行条件下呈现出不同的VOCs去除性能，去除率在20%～95%波动。

运行日期图2 运行期间非甲烷总烃去除效果

运行日期图3 运行期间苯去除效果

运行日期图4 运行期间甲苯去除效果

运行日期图5 运行期间乙苯去除效果

运行日期图6 运行期间苯乙烯去除效果

2.2 不同浓度条件下生物过滤塔对污染物的去除效率

实验考察了非甲烷总烃在不同浓度条件下生物过滤塔对污染物的去除效率，见图7。经统计分析，进气非甲烷总烃浓度在965 mg/m3以下时，出口非甲烷总烃浓度2.93 mg/m3～90.10 mg/m3，平均去除效率91%。

进气非甲烷总烃浓度在1 000 mg/m3～5 000 mg/m3时，出口非甲烷总烃浓度336 mg/m3～3 910 mg/m3，平均去除效率32%。

浓度实验结果表明，当进气非甲烷总烃浓度在965 mg/m3以下时，经过生物过滤塔处理后排放的废气中非甲烷总烃可满足GB31571的排放要求。此时，特征污染物苯、甲苯、乙苯、苯乙烯均能满足排放标准要求，苯、甲苯、乙苯、苯乙烯的去除效果见图8～图11。

数据点图7 非甲烷总烃去除效率

数据点图8 苯的去除效率

数据点图9 甲苯的去除效率

数据点图10 乙苯的去除效率

数据点图11 苯乙烯的去除效率

2.3 不同停留时间生物过滤塔的去除效率

考察了停留时间6.5、10、13、20 s条件下污染物的去除效率。

不同停留时间条件下非甲烷总烃、苯、甲苯、乙苯和苯乙烯的去除效率见图12～图16。

数据点图12 不同停留时间非甲烷总烃的去除效率

数据点图13 苯的去除效率

数据点图14 甲苯的去除效率

数据点图15 乙苯的去除效率

数据点图16 苯乙烯的去除效率

由图12～图16可知，停留时间由6.5 s延长至13 s，苯系物及非甲烷总烃的去除效率明显提高，但继续延长停留时间至20 s时，污染物的去除效率没有明显提升，因此可确定中试装置生物过滤塔最佳停留时间13 s。

2.4 温度对生物过滤塔的去除效率的影响

中试实验考察了温度对生物过滤塔处理效率的影响，实验结果见图17～图21。

图17 不同温度条件下非甲烷总烃的去除效率

数据点图18 苯的去除效率

数据点图19 甲苯的去除效率

数据点图20 乙苯的去除效率

数据点图21 苯乙烯的去除效率

实验自7月26日启动，至10月25日结束，前期环境温度在15 ～26 ℃，非甲烷总烃、苯、甲苯、乙苯和苯乙烯的去除效率较高，出口废气中非甲烷总烃、苯、甲苯、乙苯和苯乙烯均能满足GB31571排放标准要求，进入10月12日后，环境温度降到7～14 ℃，非甲烷总烃、苯、甲苯、乙苯和苯乙烯的去除效率下降明显，导致不能达标排放。由此可见，气温对微生物代谢污染物能力的影响很大，最低温度不应低于15 ℃。

2.5 生物过滤塔长期稳定运行达标排放情况

为了忽略过高进气VOCs负荷以及低温对数据的影响，生物过滤塔稳定运行期间取9月6日至10月12日，对生物过滤塔运行效果进行评价。各指标达标情况见图22。

由图22可知，各污染物在生物过滤塔稳定运行期间达标效果均较好，但是存在几个时间点超标的情况，经过数据分析，主要超标原因是因为生物过滤塔进气浓度过高。

a 非甲烷总烃

3 结 论

生物过滤塔对苯系物去除效果较好。

生物过滤塔最佳停留时间13 s。

气温对微生物代谢污染物能力的影响很大，最低温度不应低于15 ℃。

进气非甲烷总烃浓度在965 mg/m3以下时，出口非甲烷总烃浓度2.93～90.10 mg/m3，平均去除效率91%。

进气非甲烷总烃浓度在1 000～5 000 mg/m3时，出口非甲烷总烃浓度336～3 910 mg/m3，平均去除效率32%。