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生物過濾除氨氣-生物除臭技術－VOC生物處理法應用
1.摘要
氨氣無色，有毒，易反應，具有腐蝕性，并有強烈異味。其會刺激人體皮膚，眼睛，鼻子，喉嚨，及肺部 。自然界和工業生產都將產生氨氣，因此對氨氣的控制是非常重要的。生物過濾是最近新起的一項控制氨氣的技術。在這里將研究如何結合堆肥，淤泥，及PVC片作為生物過濾介質來除去氨氣。主要通過研究進口濃度，堆積時間，過濾介質深度等參數所能產生的影響，來估測除氨氣效率。通過建立和操作實驗室刻度過濾器來來得出需要的有關數據。 結果表明，當進口濃度為236ppm，氨氣轉載速度小于9.86 g-NH3/m3.h，停留時間為1分鐘時，氨氣的出去效率可以超過99.9%。細菌馴化時間為10天。研究結果表明，該生物過濾系統，能夠有效的除去廢氣中的氨氣。并且根據氨氣入口的濃度，可以決定過濾介質的程度。
2.介紹
氨氣無色，有毒，易反應，具有腐蝕性，并有強烈異味。氨氣會刺激人的眼睛及呼吸管道，在高濃度的條件下甚至能在幾分鐘內使人致死。氣態氨產生的主要來源有，家畜飼養，石化工業，金屬制造設備，食品業，造紙業，紡織設備，廢水處理設備，淤泥處理及堆肥設備。隨著氨氣排放標準日益嚴格，需要開發更有效更經濟的氨氣處理技術。傳統的氨處理技術是基于物理或者化學方法，例如活性炭吸附，濕式冷凝洗滌，以及熱氧化和催化，但該方法費用高，且會產生新污染。
空氣生物過濾技術，很早之前就開始有所應用，在近幾年更多的應用到異味氣體排放控制，有毒化合物及VOC的控制。生物過濾的原理非常簡單：含污染物的氣體，通過某多孔填料床，其中含有固定的微生物，通過這些微生物的降級作用，實現對污染物的生物處理。當異味污染氣體通過介質時，氣流中的污染物被生物膜吸收，氧化生成CO2, H2O, NO3, 及SO4。與傳統的方法相比，生物過濾技術在處理低濃度污染氣體方面具有相當優勢。并且該技術還具有高效，低投入費用和運行費用，安全操作，低能源消耗，不產生副產品，能將許多無機物和有機物轉化成無害的氧化物的特點。
最近，也有相關研究調查關于如何利用生物過濾來除去氨氣，使用隔離細菌來處理高負載量的氨氣。比較哪些無機填料效果較高，以及使用固定的濕性細菌來除去氨氣和硫化氫氣體。
而這篇研究文章的目的則是，引進一項專門的生物過濾除氨氣的工藝技術。研究如何使用堆肥，淤泥和PVC片的混合物作為過濾介質，來除去氨氣。其中還將重點研究進口濃度，堆積時間，過濾介質深度等參數對處理效率的影響。
3.材料及方法
生物過濾系統
主體是三層結構的床式生物過濾器，主要結構為一個高1.5 m，直徑80 mm的金屬圓柱容器。該容器中含有堆肥，城市下水道淤泥，及PVC。其中三者的混合比例為，3－2－1。在過濾系統的每一層都裝有混合后的填料介質，由金屬濾網支撐。在每一層的進口與出口處，都裝有氣體取樣端口。另外，每層還裝有介質取樣端口，用于從填充材料中取樣。在每個過濾床中部安裝了溫度計，用于日常溫度測量。為了使過濾器中有穩定的溫度，在系統中安裝了電子溫度調節裝置。
4.測量方法
采用靛酚法確定氨氣濃度。利用酒精玻璃溫度計測量溫度，該溫度計測量范圍為0到100攝氏度。氣體流速則使用流量計進行測量，單位為l/min。利用水壓力計測量壓降數值。
5.結果
馴化時間
該研究最重要的目的就是確定細菌需要多少時間來馴化氨氣。在該實驗中，第一階段持續時間為83天，經觀察，細菌用了十天的時間來馴化氨氣，在馴化期間除氨率較低，馴化期后，除氨率上升到99.9% ，并且系統開始保持穩定。
入口氨氣濃度對除氨效率的影響
另外需要研究的就是通過生物過濾系統能夠達到什么樣的除氨效果。為了取得需要的結果，系統做第二階段的83天的實驗，其中廢氣流速為6.48 l/min，廢氣的停留時間(EBRT)為一分鐘。在運行開始階段，進口濃度為10 ppmv，然后逐漸增加到大約236ppmv。在最初幾天，處于馴化階段，除氨率比較低，然后就有迅速的提高。經觀察系統系統能處理的氨氣濃度上限是236 ppmv，而能夠達到99.9%以上的除去效率。當入口的氨氣濃度為10 to 236ppmv時，出口氣體中氨氣的濃度低于0.1 ppmv。然而，當入口氨氣濃度超過236時，除氨率將下降，且系統變的不穩定。經觀察，10 - 236 ppmv的入口氨氣濃度范圍內，最大的氨氣轉載量為9.86 g-NH3 /m3h。
容器內壓降
容器內氣體阻力大小決定風扇的能量消耗，也就是系統的主要能源消耗。在實驗過程中，壓降數據主要通過水壓力計進行測量。經觀察，在最初幾天壓力就大，過段時間后，壓力數據主要與介質的濕度有聯系。平均的壓力為43.55 Pa。沒有發現壓力與氨氣轉載量之間有直接的關聯。
過濾材料潮濕度對系統的影響
過濾器中介質的潮濕度是非常重要的操作參數，因為它將直接影響系統的除氨效率，以及氣體壓降。最佳的潮濕度是在40%和60%。為了維持理想的穩定的介質濕度，需在系統中增加濕度調節裝置。
溫度控制
系統中的溫度是需要日?？刂频模驗闇囟葘τ谖⑸锏纳L影響非常大。對于細菌最理想的溫度是30 °C 左右，因此在操作過程中都要爭取將溫度控制在30 °C 左右。
6.討論
在氨氣的生物過濾過程中， 微生物將氨轉化成硝酸鹽。整個過程是有兩種微生物完成的，首先是亞硝化單胞菌將NH4+轉化成NO2-，然后由硝化細菌將NO2-轉化成NO3-。在與氨氣物質接觸前，過濾介質中的微生物數量是不變化的。在馴化階段以后，微生物聚集成塊，一定數量以后圍繞到過濾介質周圍形成生物膜。 污染物質經擴散從氣態到進入到含微生物的固定生物膜中，從從氨被氧化成無害的硝酸鹽。
