生物滴滤池处理恶臭废气工程设计.docx
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生物滴滤池处理恶臭废气工程设计
设计总说明
随着环保意识的增强,人们对环境质量的要求越来越高,对因恶臭所带来的污染也更加敏感。
恶臭物质不仅可使人产生不快和厌恶感,而且许多恶臭物质还危害着人们的健康甚至生命。
我国的恶臭污染现象十分普遍,严重影响着环境空气质量,所以控制和治理恶臭污染己经刻不容缓。
本文是针对我国恶臭污染的现状,为了正确合适地处理硫化氢、硫醇类、硫醚类、氨、胺类、吲哚类、硝基化合物、烃类、醛类、脂肪酸类、酚类、酮类、酯类及有机卤系衍生物等散发出来的恶臭气味,而讨论了经济、高效的脱除恶臭技术。
其中生物滴滤池脱除恶臭气体工艺具有工艺简单,操作简便,投资、运行和维护费用低廉,可有效减少环境污染等特点。
本设计主要是以生物滴滤池来处理某炼油厂所散发出14200m3/h的恶臭气体。
首先浓度为300.0~400.0mg/m3的恶臭气体经气管在风机的输送下,然后调节阀门使气体以0.49m/s的气速进入生物滴滤池中。
在生物滴滤池的微生物作用下,大部分的恶臭被微生物吸收、分解,因此14200m3/h的恶臭气体就能按地方气体排放标准合格排放,从而达到去除恶臭污染的目的。
本文主要着重于对生物滴滤池的设计及设备的选取。
首先,本文概述了恶臭气体的控制现状及生物净化的原理;其次,本文详细地讲述了各种生物净化工艺的原理和特点;再次,本文对14200m3/h的恶臭气体进行初步的计算,以确定后续设备的选择;最后,本文根据上述的计算进行设备的选取和调试。
关键词:
生物滴滤池,恶臭废气,炼油厂污染,H2S
注:
本设计题目来源于教师的企业科研项目,项目名称为:
深圳石化工业废气综合治理。
项目编号:
2006074
DesignNotes
Withtheenhancementofenvironmentalprotectionawareness,thepeoplearemoreandmorehightotheenvironmentqualityrequest,duetothepollutionbroughtaboutbytheodorisalsomoresensitive.Notonlytheodormaterialmaycausethehumantoproducenotquickandtiresofthemalice,moreovermanyodormaterialsarealsoharmingpeople'shealthandeventheirlives.Nowodorpollutioniswidespread,havingaseriousimpactonairquality,soit'snotimetodelaytocontrolandtreatodorpollution.Thistextistoaimatthepresentconditionofodorpollutioninourcountry,inordertodisposeofsulfuretedhydrogen,mercaptan,thioether,ammonia,amines,indole,nitrocompounds,hydrocarbons,aldehydes,fattyacids,phenols,ketones,saltsandorganichalogenderivativesbecomingly,discussthetechnologyofgettingridofodorpollutioneffectively.Thetechnologyofthebiological-tricklingfilterremovingodorpollutionhasbringextensivebecauseofitssimpletechniqueandmanipulation,thelowcostofinvestment,operationandmaintenancecosts,reducingpollutioneffectively.
Thedesignisaimedatdealingwith14200m3/hstenchgasforbiological-tricklingfilter,whichcomefromofrefinery.Firstofall,theconcentrationof300.0~400.0mg/m3stenchgasistransmitbythetrachea,andthenadjustthegasvalvesto0.49m/svelocityofthegasintothebiological-tricklingfilter.Inthebiological-tricklingfilterroleofmicroorganisms,mostofthestenchgaswasabsorbedordecomposition,therefore14200m3/hstenchgascanbedeterminedbythelocalgasemissionstandardsforqualifiedemissionssoastoachievethepurposeofodorpollutionremoval.
Thispaperisfocusedondesigningofequipmentselectionaboutbiological-tricklingfilter.Atfirst,Iwillintroducetheoverviewstatusofthecontrolofstenchgasesandtheprincipleofbiofilter.Thesecond,Iwilldescribetheprincipleandfeaturesaboutvariousofbiologicalpurificationprocess.Atlast,Iwillpaypreliminarycalculationsto14200m3/hstenchgas,soastoselecttheequipment.Atthesupplement,Ibasedontheabovecalculationforselectinganddebuggingtheequipment.
Keywords:
Biological-tricklingfilter,Odorpollution,Refinery,H2S
1概述
1.1恶臭的污染概况
随着公众环境意识的增强,大气环境恶臭污染问题受到了越来越多的关注。
室内外环境污染日益突出,恶臭作为环境公害之一,直接影响人们的生活质量,甚至危害人们的身体健康乃至生命安全。
人们对环境质量的要求越来越高,对恶臭问题也更加敏感,解决好脱臭问题,对保护环境,保障健康,延长建筑物寿命和设备的使用期限,都有很重要的意义。
恶臭物质,是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损坏生活环境的气体物质,这些物质的嗅阐值极低,有些还是有毒气体,散发至环境中会影响人们的身心健康,同时也会腐蚀周围的构筑物,影响其牢固性及美观,对恶臭污染的治理可以减弱甚至消除这些危害、保护人们的身心健康。
欧美、日本等从20世纪70代便开始研究脱臭技术,并用于工程实践。
其中生物法净化恶臭气体具有净化效率高、建备结构简单、投资低、操作简便、处理成本低、运行维护容易、避免二次污染等优点而成为近十年来研究应用的重点,在德国和荷兰的一些生产性实践中,这一技术成功地处理了大量来自污水公共区域的恶臭、VOCs和有毒气体排放物,去除率可超过90%。
1.2恶臭物质的来源与危害
恶臭物质分布广,影响范围大,有的污染源发生的恶臭能波及方圆几千米几十千米。
在日本的公害诉讼中,恶臭案件仅次于噪声,居第二位。
恶臭源可分为天然来源和人工来源。
天然来源包括在不流动的湖沟沼泽中,各种水草、藻类的分解会产生甲基硫、甲基硫醇等,动物尸体与植物残骸等腐败分解常放出硫化氢、氨等腐败性臭气。
人工来源包括工业源和生活源,具体地说,有以下几个方面:
工业恶臭工业生产中产生的恶臭,如医药、橡胶加工、石油精炼等工厂的硫醇类物质(散发烂洋葱、烂洋白菜臭),牛皮纸浆厂、农药厂的硫醚类物质(蒜、烂韭菜臭),炼油厂、化肥厂的硫化物(腐蛋臭、强刺激性臭),汽车废气、石油化工厂的醛类物质(刺激性臭、不快臭、催泪),骨胶、油脂、鱼肠、兽骨等厂的胺类物质(刺激性臭、腐败鱼臭),金属冶炼厂、化工厂的酚类物质(不快臭)。
农牧业恶臭农牧业的畜牧场、家禽饲养场、屠宰厂、鱼产加工厂、粪便处理厂、堆肥等产生的恶臭。
如粪臭、鱼臭、腐败物臭、烂果臭、烂菜臭等都是农牧业生产者加工中产生的。
城市公共设施恶臭城市垃圾场、污水处理厂、医院、公共厕所等产生的恶臭,如污水臭、医药臭、消毒剂臭、粪尿臭、浴室臭等。
恶臭物质的臭味,不仅取决于它的种类和性质,也取决于它的浓度,浓度不同,同一物质的气味也会改变。
例如将极臭的吲哚稀释到极低的浓度时,就会变成茉莉的香味;相反,高浓度的香水,也会给人不愉快的感觉。
在评价恶臭时,应以感受到的家度强弱为准,而不是以“香”和“臭”来划分。
其主要来源及恶臭味性质见表1.1。
表1.1恶臭物质的主要来源和臭味性质
物质名称
主要来源
臭味性质
硫化氢
牛皮纸浆、炼油、炼焦、石油化工、煤气、粪便、硫化碳的生产或加工
腐蛋臭
硫醇类
牛皮纸浆、炼油、煤气、制药合成树脂、合成纤维、橡胶
烂洋葱臭
硫醚类
牛皮纸浆、炼油、农药、垃圾、生活污水下水道
蒜臭
氨
氮肥、硝酸、炼焦、肉类加工、家畜
尿臭、刺激臭
胺类
水产加工、畜产加工、皮革、骨胶、油脂化工
粪臭
吲哚类
粪便、生活污水、炼焦、肉类腐烂、屠宰牲畜
刺激臭
硝基化合物
染料、炸药
刺激臭
烃类
炼油、炼焦、石油化工、电石、化肥、内燃机排气、油漆、油墨、印刷
刺激臭
醛类
炼油、石油化工、医药、内燃机排气、垃圾铸造
刺激臭
脂肪酸类
石油化工、油脂加工、皮革制造、合成洗涤剂、
酿造、医药、粪便
刺激臭
醇类
石油化工、油脂加工、皮革制造、肥皂、合成材料、酿造、林产加工
刺激臭
酚类
溶剂、涂料、油脂工业、石油化工、合成材料、
照相软片
刺激臭
酯类
合成纤维、合成树脂、涂料、粘合剂
香水臭、刺激臭
卤素有机物
合成树脂、合成橡胶、溶剂灭火器材、制冷剂
刺激臭
此外,恶臭对人体的危害主要表现在以下几个方面:
1、危害神经系统。
长期受到一种或几种低浓度的恶臭物质刺激,首先使嗅觉脱失,
继而导致大脑皮层兴奋与抑制过程的调节功能失调。
有的恶臭物质,如硫化氢不仅有异
臭作用,同时也对神经系统产生毒理作用。
2、危害呼吸系统。
当人们闻到臭气时,会反射性地抑制吸气,妨害正常呼吸功能。
3、危害循环系统。
如氨等刺激性气体,会使血压出现先下降后上升,脉搏先减慢
后加快的变化。
硫化氢还能阻碍氧的输送,而造成体内缺氧。
4、危害消化系统。
经常接触恶臭物质,使人食欲不振与恶心,进而发展成为消化
功能减退。
5、其他危害。
恶臭会使内分泌系统的分泌功能紊乱,而影响机体的代谢活动。
氨
和醛类对眼睛有刺激作用,常引起流泪、疼痛、结膜炎、角膜浮肿。
长期受到恶臭持续作用会使人烦躁、忧郁、失眠、注意力不集中,记忆减退,从而使学习和工作效率降低。
1.3恶臭的控制现状
目前主要采用物理、化学法,例如燃烧、吸附、吸收和还原等。
这些方法的工艺或设备较复杂,运行费用较高;用于处理某些恶臭废气时,效果不甚理想。
生物脱臭法通过不断改进完善,克服了前述物理、化学方法的缺陷,并显示出处理效率较高、适应性较广、工艺较简单以及费用较省等优点,成为治理恶臭的一个重要发展方向。
恶臭废气的微生物处理早在1957年就在美国获得专利,20世纪80年代在德国、日本、荷兰等国家有相当数量的工业规模的各类生物净化装置投入运行,至1990年在德国仅生物滤床便有500余座。
废气生物反应器处理结果表明,对于许多一般性的空气污染物的控制可达到90%以上。
今后,随着生物脱臭技术及其各种相关研究的发展,以及各国对恶臭物质更加严格的限制,生物脱臭法将会越来越普及。
2恶臭治理技术的机理和特点
2.1恶臭气体的生物净化特点及原理
2.1.1恶臭治理概述
恶臭气体和有机废气的处理是大气污染控制的一个重要方面,并己引起各部门的重视而成为研究和治理的热点。
恶臭气体的治理工艺可以采用物理、化学和生物的手段。
以被处理物的归属进行划分,可以划分为两类――移除和破坏,见图2.1。
两者主要不同在于,前者的恶臭收集物仍需进一步处理,而后者已将恶臭转化为CO2和水。
图2.1恶臭治理工艺
常规的恶臭治理技术主要包括吸收法、吸附法和燃烧法,虽然这些方法有不少优点,但也存在某些不足。
吸收法和吸附法一般都需要对吸收剂和吸附剂进行再生,这既增加工艺的复杂性和设备的投资额,还使运行操作变得复杂,而且由于还需补充大量的化学药剂等,导致运行费用较高。
燃烧法由于废气燃烧不完全而会产生有害的燃烧产物,若燃烧温度过高,则会产生恶臭污染,另外,燃烧设备运转时还存在一定的安全隐患。
表2.1、图2.2分别表述了恶臭来源、投资及运行费用对恶臭治理因素的影响。
表2.1不同处理工艺在不同恶臭源中的应用
恶臭源
生物滤池
生物滴滤
热氧化
催化氧化
洗涤
介质吸收
化工企业
++
+++
+++
++
+
+++
汽车制造
++
+++
+++
++
+
+++
电子制造
+
+++
+++
++
+
+++
油漆制造
++
+++
+++
++
+
+++
印染
++
+++
+++
++
+
++
塑料制造
++
+++
++
++
++
++
污水处理
+++
+++
+
+
+
+
动物屠宰
+++
++
+
+
+
+
注:
+++表示应用广泛;++表示应用性中等;+表示应用较少
图2.2投资及运行费用的对比
由表2.1及图2.2可以看出,与其它处理工艺相比,生物法(尤其是生物滤池和生物滴滤池)具有应用广泛、可处理气体流量范围大、投资及运行费用少等优点,因此成为各类治理恶臭技术的特点。
2.1.2恶臭气体的生物处理特点
恶臭废气生物处理技术是一项新兴的有效控制VOCs等污染物的技术,近年来有很大的发展,特别适用于处理大体积、低浓度的废气,以替代设备费用昂贵、运行维护困难、有二次污染等缺陷的空气污染控制技术。
其可用于控制化工、制药、电镀、喷漆、印刷等行业产生的有害污染物(hazardousairpollutants,HAPS)以及废水处理厂、堆肥厂、垃圾填埋厂产生的恶臭(odour)等。
同传统的物化处理方法相比,生物法具有许多其他方法无可比拟的优点。
1、生物脱臭法可避免或减少二次污染。
一般将硫系、碳系、氮系等各种恶臭成分,以及苯酚、氰等有毒成分氧化和分解成CO2、H2O、H2SO4等物质。
生物处理的产物是微生物,很容易处理,而化学氧化法会产生氯和含氯产物,加热法会产生氮氧化物等污染物,还需进一步处理。
2、生物脱臭法投资少,能耗低,运行费用低。
生物脱臭是以臭成分作为生物体内的能源,只要使微生物与恶臭成分相接触,完成氧化和分解过程。
在常温常压下进行,处理的能量来自生物利用VOCs成分本身产生的能量,一般不需要加热;不需投加额外的化学品;消耗的动力只是污染气体进入处理系统时所耗的能量(正压送风或负压引风)。
与物理化学法相比,不仅可省能源和资源,而且处理成本也比较低廉。
荷兰建造的生物滤其总成本是每处理1000m3废气,费用为0.25~1.25美元(1987年价格)。
而采用吸附、吸收、氧化等传统物化方法其总成是每处理1000m3废气,费用为2.5~10美元。
3、生物脱臭法的脱臭效率高。
只要控制适当的负荷条件与气接触条件,就能达到极高的脱臭效率,对于一般的空气污染物去除效率超过90%。
4、生物脱臭装置较为简单,只需设置诸如生物过滤器、曝气槽、捕集器等装置。
5、生物脱臭法生成的剩余污泥少,这是因为活性污泥法脱臭消化,其剩余污泥较少。
2.1.3恶臭气体物的生物转化机理
生物脱臭法是利用微生物的生物化学作用,使污染物分解,转化为无害或少害的物质。
微生物利用有机物作为其生长繁殖所需的基质,通过不同的转化途径将大分子或结构复杂的有机物经异化作用最终氧化分解为简单的水、二氧化碳等无机物,同时经同化作用并利用异化作用过程中产生的能量,使微生物的生物体得到增长繁殖,为进一步发挥其对有机物的处理能力创造有利的条件。
污染物去除的实质是有机底物作为营养物质被微生物吸收、代谢及利用。
这一过程是比较复杂的,它由物理、化学、物理化学以及生物化学反应所组成。
生物脱臭可以用式(2-1)表达。
恶臭物质+O2细胞代谢物+CO2+H2O(2-1)
恶臭污染物的转化过程可用图2.3表示。
恶臭气体成分不同,其分解产物不同,不同种类的微生物,分解代谢的产物也不一样。
对于不含氮的有机物质如苯酚、羧酸、甲醛等,其最终产物为二氧化碳和水;对于硫类恶臭成分,在好氧条件下被氧化分解为硫酸根离子和硫;对于像胺类这样的含氮恶臭物质经氨化作用放出NH3,可被亚硝化细菌氧化为亚硝酸根离子,再进一步被硝化细菌氧化为硝酸根离子。
2.2净化恶臭气体的微生物类型与特征
生物处理的作用主体是具有特定功能的各种微生物,由于氧化分解恶臭,微生物细胞一方面获得了生长所需的能量,另一方面获得细胞增殖所必需的细胞物质,从而维持了细胞的正常生命活动。
微生物有其自身的新陈代谢,代谢活动都是在酶的作用下进行的,只有创造适宜的生存条件,使酶的机能得以充分发挥,微生物才能正常生长,才能利用恶臭物质作为生长所需的能源、碳源和氮源等,因此,生物反应器首先要确保微生物生存的基本条件。
如环境中要有充足的营养物质和溶解氧(对于好氧微生物来说)、适当的温度、酸碱度及含水率等,同时,待降解的恶臭物质必须有一定的水溶性和可生物降解性,恶臭气体的温度不应大于50℃,并且不含有抑制关键微生物生长的有害物质。
2.3净化恶臭气体的填料
对于生物膜处理构筑物而言,栖息在填料上的生物膜是净化恶臭气体的主体。
生物膜的形成和生长主要是依靠微生物在气、液、固三相中借助于环境力(物理、化学及生物)的作用下,向载体填料表面传递,并以结合固定化的方法实现在载体表面的附着;同时通过吸附、吸收、利用和氧化废气中营养物质而实现其生长。
因此,生物膜法废气处理中,载体材料的性能直接影响生物膜的产生其生长。
根据载体材料的特性、所用处理方法及工艺类型,使用和选择合理的载体,对于快速、有效、稳定地实现微生物的固定化是十分必要的。
2.3.1选择填料基本原则
微生物在废气处理实际工程中应用效果的优劣,与所用的填料特性有密切关系。
不同的填料具有不同的特性,适用于不同的场合。
若选用填料不合理,则不仅难以达到既定的使用目标,甚至可物处理过程失败,会导致不必要的经济损失。
因而,合理应用是至关重要的。
一般而言,选择填料有以下要求:
1、应具有一定的结构强度及耐腐蚀、耐摩擦的能力;
2、应具有较大的比表面积,可给微生物提供充分的附着及与污染气体接触的面积,提高生物量,从而尽可能地提高单位体积有机污染物降解量;
3、应具有较好的表面性质,要有亲水性,便于微生物和水的附着,通常表面粗糙的填料易挂膜,适合微生物生长;
4、应具有足够的空隙率供生物膜生长,确保供氧充足,同时,防止反应器中微生物快速增长,引起堵塞和压降升高,造成短流;
5、无毒,化学性质稳定;
6、就地取材、价格合理。
因此,在具体选择和应用过程中,应着重考虑以下几方面的基本原则:
(1)足够的机械强度填料必须具有足够的机械强度。
恶臭废气生物处理过程中,气流对填料的剪切作用有时是非常强烈的,它不仅直接作用于填料与微生物的固定化结合体本身,而且还可引起定化结合体之间的强烈摩擦。
因而,要求作为载体使用的材料必颇具有足够高的机械强度,以抵抗强烈的气流剪切力的作用,防止镇料运动、碰撞过程中破碎而损失其功能。
若使用的填料机械强度不够,一旦发生破碎,则不仅影响固定化微生物的数量,而且其直装后果将是导致出气浓度发生波动,影响除臭效果。
(2)优良的稳定性由于生物反应器中所发生的污染物转化过涉及物理化学、生物化学及能量传递的错综复杂的过程,其反应过程所涉及的也是一个复杂的多元体系。
因而,填料必须具备足够舶稳定性,减少或避免发生溶解或参与其中的各种反应,导致自身的捎耗。
填料的稳定性主要包括生物稳定性、化学稳定性和热力学稳定等几方面:
首先,载体材料不能参与生物反应过程,具有抗微生物腐蚀戒不可生物降解的特性;其次,载体材料必须是化学惰性的,具抵抗环境化学腐蚀的能力;第三,具有耐温度变化的性能。
废生物处理中,其温度一般在20~50℃范围内波动,若载体缺良好的热稳定性,则有可能因其软化或伸缩而影响微生物与载主体的结合程度。
虽然土壤、堆肥等填料的稳定性较差,但也应具产一定的稳定性,以避免填料损耗而导致频繁更换,造成维护管困难。
(3)无毒性或抑制性显而易见,作为用于固定微生物的载体材料,本身必须是无毒、无抑制作用的,这是选择填料最基本的要求。
这里所指的无毒、无抑制包括对人体和微生物两个方面。
(4)填料表面的带电特性众所周知,在一般的环境条件下,微生物表面通常带负电荷,因而可知,使用表面带有正电荷的材料作为载体物质,将有利于加速微生物在填料的固定化过程。
(5)优越的物理性状物理性状包括载体的形态、空隙率、相对密度等。
填料的形态直接与其比表面积有关。
比表面积越大,则单位体积载体所能附着或固定的微生物量越多。
而单个载体所占空间体积越大,则其比表面积越小。
因而,为充分提高载体的比表面积,工程上多将载体制作成小尺度或薄片状。
需要指出的是,在考虑提高载体比表面积的同时,还必须考虑保证有效的传质及操作运行的便捷等。
根据高比表面积的原则,所制作的载体形态有多种,如颗粒状、平板状、波纹状、管状等。
填料的空隙率也是直接决定其比表面积大小的重要因素。
同时,空隙率大小也决定填料表面的粗糙程度,高的粗糙度利于微生物的附着,并利于提高其附着的强度,削弱气流剪切作用的冲击。
载体的相对密度影响处理构筑物的建设费用及运行能耗。
若填料相对密度过大,则需要损耗更多的动力,从而增加运行成本,同时也将因过强的气流剪切而影响微生物的固定。
对于生物滤池等而言,若填料相对密度过大,将增加载体支撑结构的建设费用,影响处理设施向空间高度的发展。
如传统的碎石载体填料难以在塔式生物滤池中得到应用。
轻质载体的研究和使用是生物膜处理工艺改进和发展的关键。
另外,除上述选择载体材料的主要原则外,就地取材、价格合理也是必须加以考虑的。
2.3.2常用填料类型与特征
随着环保产业的迅猛发展,填料的数量急剧增加,分类方法也多种多样。
如:
按填料密度不同,可分为重质埠料和轻质填料;按填料获取方法不同,可分为天然填
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