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生物滴滤塔处理甲苯废气

文档作者：徐校良王志良吴海锁黄琼陈英文沈树宝文档来源： 1．南京工业大学生物与制药工程学院 2．江苏省环境科学研究院		点击数：	更新时间： 2021年05月11日
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2013年第33卷第3期
化 工 环 保
ENVIR0NMENTAL PROTECTIoN 0F CHEMICAL INDUSTRY ·193·
生物滴滤塔处理甲苯废气
徐校良 ，王志良 ，吴海锁 ，黄琼 ，陈英文 ，沈树宝
(1．南京工业大学生物与制药工程学院，江苏南京211816；2．江苏省环境科学研究院，江苏南京210036)
[摘要]分别以生物陶粒和聚氨酯泡沫为生物滴滤塔填料，对甲苯废气进行处理，考察不同生物滴滤塔挂膜启动
时间以及气体流量和甲苯质量浓度条件下生物滴滤塔对甲苯废气的去除效果。实验结果表明：生物陶粒为填料
的生物滴滤塔所需要的挂膜启动时间更短；在气体流量为450 L／h时，以生物陶粒为填料的生物滴滤塔甲苯去除
率稳定在72％左右，聚氨酯泡沫为填料时甲苯去除率稳定在65％左右。以聚氨酯泡沫为填料时，随甲苯质量浓度
提高，甲苯去除率下降幅度较小，甲苯质量浓度为1．80 g／m 时，甲苯去除率仍在72％以上。
[关键词]生物滴滤塔；生物陶粒；聚氨酯泡沫；甲苯；挂膜启动时间；填料；废气处理
[中图分类号]X701 [文献标志码]A [文章编号]1006—1878(2013)03—0193—05
Treatment of Toluene W aste Gas in Biological Trickling Filter
Xu Xiaoliang ，Wang Zhiliang ，Wu Haisuo ，Huang Qiong ，Chen Yingwen ，Shen Shubao
(1．College ofBiotechnology and Pharmaceutical Engineering，Nanjing University ofTechnology，Nanjing Jiangsu 211816，China；
2．Jiangsu ProvincialAcademy ofEnvironmental Science，Nanjing Jiangsu 210036，China)
Abstract： Toluene waste gas was treated using bioceramic and polyurethane foam as the packings in
the biological trickling filter respectively．The toluene removal efects of the filter under the conditions of
diferent biofilm form ation time， gas flow and toluene mass concentration were studied．The experimental
results show that： The biofilm formation time in the filter with bioceramic iS shorter；W hen the gas flow iS
450 L／h． the toluene removal rate by the filter with bioceramic can maintain 72％ ， while that of the filter
with polyurethane foam can only maintain 65％．W ith the increasing of toluene mass concentration．the
toluene removal rate of the filter with polyurethane fo am is decreased by little． and when the toluene mass
concentration iS 1．80 g／m ． the toluene removal rate is still above 72％ ．
Key words： biological trickling filter；bioceramic；polyurethane foam；toluene；biofilm formation
time； packing；waste gas treatm ent
挥发性有机物(VOCs)中含有大量脂肪族和芳
香族有机物u ，具有致癌、致畸、致突变性，还能
参与光化学反应，形成光化学污染，对大气环境和
生命健康危害巨大。生物法处理VOCs以其运行费
用低、管理方便、无二次污染等优点已成为当前环
境保护领域的研究热点之一 。填料作为微生物的
载体，是影响生物法处理VOCs效果的重要因素之
一
。Filho等 比较了分别以聚氨酯泡沫、甘蔗渣、
椰子纤维为填料去除H，S的效果。He等 比较了以
聚氨酯泡沫和分子筛为填料时生物滴滤塔对甲苯的
降解效率，发现分子筛为填料时生物滴滤塔对甲苯
的降解效果更佳。Hornos等 分别用颗粒状的高矿
化泥煤和纤维泥煤作为生物滴滤塔的填料降解废
气中的乙苯，发现以纤维泥煤为填料时生物滴滤塔
对乙苯的降解性能更佳，两种填料都具有较低的压
降。作为填料，生物陶粒具有质轻、比表面积大、
[收稿日期]2012—11—07；[修订日期]2012—12—06。
[作者简介]徐校良(1986一)，男，安徽省安庆市人，
硕士生， 主要研究生物法处理有机废气。电话
15251897663，电邮374933297@qq．com。联系人：沈树
宝，电话13851512205，电邮zsbshen@126．com。
[基金项目]国家科技支撑计划项目(2012BAE01B03)；
国家自然科学基金资助项目(51172107， 21106072)：
教育部高等学校博士学科点专项科研基金资助项目
(20113221110004)；江苏省环保厅资助项目(2011023)；
江苏省环境工程重点实验室科研开放课题(KF2012001)。
化 工 环 保
ENVIRONMENTALPROTECTIONOFCHEMICALINDUSTRY 2013年第33卷
吸附能力强等优点，聚氨酯泡沫具有造价低、不易
堵塞、易挂膜等优点。
本工作分别以生物陶粒和聚氨酯泡沫作为生
物滴滤塔的填料，考察不同生物滴滤塔挂膜启动时
间以及甲苯废气的气体流量和甲苯质量浓度条件下
生物滴滤塔对甲苯废气的处理效果。
1 实验部分
1．1 材料、装置与仪器
生物陶粒： 4～6 mm，江西全兴化工填料有
限公司；聚氨酯泡沫：10 mm×8 mm×8 mn'l，江
苏江南创新海绵有限公司。
实验装置由两套平行操作的生物滴滤塔和模
拟配气系统组成。生物滴滤塔内径为9 cm，有效高
度为40 cm，填料层设有观察孔，用于观察和进行
生物相分析。两个生物滴滤塔分别装有高度为30
cm的生物陶粒和高度为25 cm的聚氨酯泡沫。实验
装置示意见图1。气泵输送的空气分为两条支路，
一条支路的空气通入装有液体甲苯的配气瓶用以甲
苯挥发，挥发的甲苯与另一支路的空气在}昆合瓶中
混合，再经缓冲瓶进一步混合均匀后通人生物滴滤
塔的底部，气体在上升过程中与填料表面湿润的生
物膜接触而被净化，净化后的气体由排气口排空，
营养液则通过电磁隔膜计量泵不断循环喷淋。
GC一2014型气相色谱仪：日本岛津公司。
8
图l 实验装置示意
1 气泵；2 气体玻璃转子流量计；3 配气瓶(含液体甲苯)；
4 混合瓶；5 缓冲瓶；6 生物滴滤塔；7 喷淋头；8 营养液
储液池；9 电磁隔膜计量泵
1．2 活性污泥的培养与驯化
实验所用活性污泥取白中国石化扬子石油化
工股份有限公司废水处理场二沉池，活性污泥的初
始性状：黄褐色，pH 6．9，MLSS 3 210 mg／L，TOC
73 metE。
活性污泥培养初期，以葡萄糖作为微生物
生长的唯一碳源，每天曝气22 h，静置2 h，排出
30％的上清液，补充等量的新鲜营养液，营养液
配方与循环喷淋的营养液相同。营养液配方为：
NH4C1 800 mg／L，Na2HPO4 200 mg／L，KH2PO4 400
mg／L，M gSO4‘7H2O 340 m L，FeSO4。7H2O 10
mg／L， CaC12 15 mg／L，ZnSO4。7H2O 0．5 mg／L，
N~MoO4‘2H2O 0．5 mgm 。
每两天测定MLSS，在MLSS增加到一定量
时，用甲苯逐渐取代葡萄糖对活性污泥进行驯化，
驯化过程中，每天曝气22 h，静置2 h，排出30％的
上清液，补充等量的新鲜营养液。活性污泥培养驯
化时，所加人的新鲜培养液中葡萄糖与甲苯质量浓
度的变化见表1。
表1 活性污泥培养驯化时葡萄糖与甲苯质量浓度的变化
1．3 实验流程
生物滴滤塔的挂膜启动采用淹没式 J。将培
养驯化后的活性污泥混合液分别注满装有生物陶粒
与聚氨酯泡沫的生物滴滤塔，从生物滴滤塔的进气
口通人一定流量的含甲苯空气，使活性污泥在生物
滴滤塔内翻动，同时将新鲜营养液以0-3 L／h的流量
加入到生物滴滤塔内，测定进水和出水COD，当出
水COD达g~]50 mg／L左右时，排空活性污泥混合液，
以一定流量通人含甲苯质量浓度为0．19--O．38 m3的
空气，且在循环喷淋的营养液(总体积为4 L)中加
入1 mg／L的甲苯和750 mg／L的葡萄糖，以加快活性
污泥中菌种在填料上的生长繁殖。
1．4 分析方法
采用气相色谱仪测定气态甲苯的质量浓度，
FID检测器，色谱柱为RTX一01，柱温75℃，检测
器温度180。【=，进样口温度180℃ ，以N，为载气。
按式(1)计算甲苯去除率 ，％)。
R=(po-pt)／po×100％ (1)
式中：p。为进口甲苯质量浓度，g／m ；Pl为出口甲
苯质量浓度，g／m 。
2 结果与讨论
2．1 活性污泥的培养
活性污泥培养驯化过程中MLSS的变化情况见
第3期 徐校良等．生物滴滤塔处理甲苯废气 ·195·
图2。由图2可见：以葡萄糖为唯一碳源时，随着污
泥培养驯化时间的延长，MLSS不断增加；加入甲
苯后，MLSS先迅速下降后缓慢增加；培养驯化28
d时MLSS达N3 919 mg／L。这是因为：在活性污泥
培养驯化初期，活性污泥处于一个碳源丰富的环境
中，利用营养液，MLSS快速增加； 加入甲苯后葡
萄糖的质量浓度下降，活性污泥中不能适应甲苯的
菌种大量死亡，镜检观察，污泥絮体结构松散；随
着污泥培养驯化时间的延长，活性污泥中菌种利用
甲苯的能力逐渐增强，菌种不断生长繁殖，MLSS
增加，镜检观察，活性污泥中有较大的菌胶团，还
含有细菌、原生动物、后生动物等。
图2 活性污泥培养驯化过程中MLSS的变化情况
2．2 生物滴滤塔的挂膜启动
生物滴滤塔挂膜启动时，维持进口甲苯负荷
为14～26 g／(m ．h)，分别以生物陶粒和聚氨酯泡
沫为填料的生物滴滤塔的挂膜启动情况见图3和图
4。由图3和图4可见：随着挂膜启动时间的延长，
甲苯去除率均逐渐提高；挂膜启动的前3天，生物
滴滤塔对甲苯的去除率均在30％左右，因为接种的
是相同的活性污泥，且挂膜启动开始时，经过驯化
的活性污泥还不适应气相中的甲苯，故甲苯去除率
较低。
图3 生物陶粒为填料时生物滴滤塔的挂膜启动情况
图4 聚氨酯泡沫为填料时生物滴滤塔的挂膜启动情况
以生物陶粒为填料的生物滴滤塔从启动第3天
到第4天，甲苯去除率明显提高，去除率由33％升
高到6l％；启动第4天到第9天，甲苯去除率缓慢增
加；第9天时甲苯去除率达到82％，这是因为生物
陶粒具有较大的比表面积，且具有一定的吸附性
能，微生物较易在生物陶粒表面生长繁殖，形成稳
定的生物膜。
以聚氨酯泡沫为填料的生物滴滤塔，在挂膜
启动的前6天，甲苯去除率增加缓慢，由27％升高
~133％，这是因为聚氨酯泡沫属于大孔载体填料，
微生物在聚氨酯泡沫上生长成一定的生物量需要
的时间较长；启动第6天到第7天，甲苯去除率明显
提高，由43％升高到67％；启动第7到第l5天，甲
苯去除率缓慢增加；第15天时甲苯去除率达87％，
这是因为随着挂膜启动时间的继续延长，聚氨酯
泡沫填料上的微生物对气态甲苯的适应能力不断
增强，且在填料表面不断生长繁殖，形成了稳定
的生物膜。
两种填料比较，微生物更易在生物陶粒表面
生长繁殖，形成稳定的生物膜，以生物陶粒为填料
的生物滴滤塔所需要的挂膜启动时间更短。
2．3 含甲苯的空气流量对生物滴滤塔性能的影响
维持甲苯进口质量浓度在0．90 g／m 左右，含甲
苯的空气流量对以生物陶粒和聚氨酯泡沫为填料的
生物滴滤塔的甲苯去除率的影响分别见图5和图6。
由图5和图6可见：使用不同的填料在含甲苯空气流
量为250 L／h时，甲苯去除率均随运行时间的延长而
逐渐提高，以聚氨酯泡沫为填料的生物滴滤塔的甲
苯去除率更高。
由图5可见：以生物陶粒为填料的生物滴滤塔
在含甲苯空气流量从250 L／h增加到350 L／h时，甲
苯去除率先略有下降，随着运行时间的延长，甲
苯去除率稳定在82％左右；含甲苯空气流量增加
· 196·
化 工 环 保
ENVIRONMENTAL PROTECTION OF CHEMICAL INDUSTRY 20 1 3年第3 3卷
~1450 L／h时，甲苯去除率明显下降，稳定在72％左
右。由图6可见：以聚氨酯泡沫为填料的生物滴滤
塔在含甲苯空气流量为350 L／h时，甲苯去除率稳定
在73％左右；在含甲苯空气流量为450 L／h时，甲苯
去除率下降至65％左右。
运行时间／d
图5 含甲苯的空气流量对以生物陶粒为填料的生物滴滤塔
的甲苯去除率的影响
· 甲苯负荷；_ 甲苯去除率
I80
l7O
160
l工150
14o
望130
鉴12o
差ll0
1OO
90
80
运行时间，d
图6 含甲苯的空气流量对以聚氨酯泡沫为填料的生物滴滤
塔的甲苯去除率的影响
· 甲苯负荷；· 甲苯去除率
2．4 甲苯质量浓度对生物滴滤塔性能的影响
在含甲苯空气流量为350 L／h的条件下，甲苯
质量浓度对以生物陶粒和聚氨酯泡沫为填料的生物
滴滤塔甲苯去除率的影响分别见图7和图8。
由图7可见：以生物陶粒为填料时，随着甲苯
浓度的提高，甲苯去除率逐渐下降；甲苯质量浓度
为1．1 g／m 时，甲苯去除率约为80％；甲苯质量浓
度为1．5 g／m 时，甲苯去除率约为70％；甲苯质量
浓度为1．8 g／m 时，甲苯去除率约为50％。为了考察
是否是由于传质效率的影响，在运行第25天加入吐
温乳化剂，增加气态甲苯在液相中的传质效率，甲
苯去除率略有提高，这可能是由于高浓度的甲苯对
微生物的活性有抑制作用。以生物陶粒为填料，随
甲苯质量浓度增加，甲苯去除率下降幅度较大的原
因是由于生物陶粒粒径较小，比表面积较大，随甲
苯质量浓度增加，微生物在生物陶粒上大量增殖，
造成比表面积减小，填料与气态甲苯的接触面积减
小，故甲苯去除率下降。
由图8可见：以聚氨酯泡沫为填料时，随甲苯
质量浓度提高，甲苯去除率下降幅度较小；甲苯质
量浓度为1．8 g／m 时，甲苯去除率仍在72％以上。
这是因为聚氨酯泡沫属于大孔载体，随甲苯质量浓
度提高，生物量在填料上大量增殖，生物量分布于
孔的内外表面，菌种与甲苯有更大的接触面积，故
甲苯去除率下降幅度较小。
运行时间，d
图7 甲苯质量浓度对以生物陶粒为填料的生物滴滤塔甲苯
去除率的影响
· 甲苯质量浓度；_ 甲苯去除率
运行时间／d
图8 甲苯质量浓度对以聚氨酯泡沫为填料的生物滴滤塔甲
苯去除率的影响
· 甲苯质量浓度； · 甲苯去除率
3 结论
a)分别以生物陶粒和聚氨酯泡沫作为生物滴
滤塔的填料，挂膜启动时微生物更易在生物陶粒表
面生长繁殖，形成稳定的生物膜，以生物陶粒为填
料的生物滴滤塔所需要的挂膜启动时间更短。
b)以生物陶粒为填料的生物滴滤塔在含甲苯
空气流量从250 L／h增加到35O L／h1]~，甲苯去除率
先略有下降，后稳定在82％左右；含甲苯空气流量
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第3期 徐校良等．生物滴滤塔处理甲苯废气
增加到45O L／h时，甲苯去除率明显下降，稳定在
72％左右。以聚氨酯泡沫为填料的生物滴滤塔在含
甲苯空气流量为350 L／h时，甲苯去除率稳定在73％
左右；在含甲苯空气流量为450 L／h时，甲苯去除率
下降至65％左右。以聚氨酯泡沫为填料的生物滴滤
塔的甲苯去除率更高。
c)以生物陶粒为填料时，甲苯质量浓度由1．1
g／m 提高至1．8 g／m 时，甲苯去除率由80％左右降至
50％左右；以聚氨酯泡沫为填料时，随甲苯质量浓
度提高，甲苯去除率下降幅度较小；甲苯质量浓度
为1．8 g／m 时，甲苯去除率仍在72％以上。
参考文献
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[J]．上海化工，2007，23(1)：33—35．
(编辑祖国红)
· 专利文摘·
钛铁合金氧化物纳米管阵列光阳极及其制备与应用
该专利涉及一种钛铁合金氧化物纳米管阵列
光阳极及其制备方法。在采用高温氩弧熔融法制备
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极。与传统的将窄带金属氧化物沉积在TiO，纳米管
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