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  • 【專家解析】清華大學席勁瑛:生物技術成VOCs治理生力軍?

    網站首頁    【專家解析】清華大學席勁瑛:生物技術成VOCs治理生力軍?

     

    隨著相關政策法規、標準的出臺,目前國內防治VOCs(揮發性有機物)污染已進入議事日程并不斷深入。在生產過程中采用替代產品和實施清潔生產從源頭上減少VOCs產生和排放,是控制VOCs的首選措施。然而在很多情況下,VOCs 氣體會不可避免地揮發,因此,收集處理VOCs氣體(包括回收)是必不可少的控制措施。

     

    VOCs氣體處理技術主要分為兩類,一類是回收技術,以各種物理方法為主,對排放的VOCs進行吸收、過濾、分離,再資源化循環利用。包括吸附、冷凝、膜分離、吸收等技術。另一類是分解技術,以化學處理和生物處理方法為主,把排放的VOCs分解化合轉化為其他無毒無害物質。包括熱力燃燒、催化燃燒、等離子體、化學吸收、紫外光(催化)氧化、生物處理等技術。

     

    在眾多處理技術中,VOCs生物處理技術是近年來廣受關注的一種技術,具體的處理工藝有生物過濾法、生物滴濾法、生物洗滌法、活性污泥法和膜生物法等。

     

    VOCs生物處理技術具有多個優點,工藝設備結構相對簡單,處理工藝投資和運行費用較低,產生二次污染物少。

    生物處理技術去除VOCs的基本原理是,氣體中的VOCs經過傳質過程(氣液接觸表面或通過膜)進入微生物懸液或生物膜中,在好氧條件下(有氧氣存在的條件下)大部分VOCs被微生物降解為水、二氧化碳、硫酸鹽、硝酸鹽等小分子無機物質,小部分轉化為剩余菌體,從而實現VOCs氣體凈化。

     

    與其他物理和化學處理技術相比,VOCs生物處理技術具有多個優點。

    由于生物處理裝置的關鍵部分是生物填料層和噴淋加濕系統,工藝設備結構相對簡單,而其他工藝組成往往比較復雜。例如,蓄熱式催化燃燒(RCO)工藝具有催化反應床、氣體熱交換、氣路切換閥門、電加熱或燃氣加熱、防爆、溫度監控模塊等多個部分。

    另外,生物處理工藝投資和運行費用較低。由于不使用價格昂貴的催化劑、吸附劑或離子管,其投資費用一般比其他方法便宜1/3至1/2。此外,由于生物法反應在常溫下進行,不需要對氣體進行加熱,在運行過程中也僅消耗少量的營養液和水,其能量消耗與藥劑消耗水平比較低,運行費用也相對低廉。

    運用生物法產生二次污染物少。VOCs生物法處理的產物主要是無害的二氧化碳、水等小分子物質,屬于一種綠色環保技術。研究表明,某些工藝處理過程中,VOCs會轉化為毒性更大的中間產物,或者產生臭氧等有害副產物,或者產生大量廢液,從而產生二次污染物。

    任何VOCs處理技術都有其優缺點和適用范圍。在VOCs處理領域,由于氣體性質千差萬別,不存在某一類技術“包打天下”的情況。同樣,VOCs生物處理技術也并不是萬能的,它主要適合于處理低濃度、不具有回收價值或燃燒經濟性的VOCs氣體,尤其適合處理生物降解性較好組分的氣體。

     

    在美國加州和西德建成土壤過濾床,被用于污水處理廠;20世紀80年代后,生物過濾塔應用領域擴展到其他含有毒污染物的廢氣;進入21世紀,生物法應用研究依然活躍。

    據了解,生物技術已經有60多年的研究和應用歷史,尤其在德國、荷蘭等歐洲國家應用較為廣泛。

    20世紀50年代,在美國加州和歐洲的西德建成了一些土壤過濾床,并被用于處理污水處理廠散發出的含硫化氫的惡臭氣體。早期是敞開式土壤生物濾床,后來發展為封閉式生物過濾塔。由于敞開式的生物濾床占地大,并且受氣候條件影響較大,因此封閉式的生物過濾塔更適用于工業企業和城市。

    進入20世紀60年代和70年代,在歐洲一些國家,尤其是在西德和荷蘭,生物過濾塔被廣泛應用于污水處理、噴涂、堆肥、食品加工,以及畜禽養殖等領域,并被認為是具實用性的有機廢氣控制技術。

    20世紀80年代后,生物過濾塔應用領域擴展為控制VOCs和其他含有毒污染物的廢氣,比如化工廠和印刷車間排放的氣體等。除了歐美國家外,世界其他各國的研究者也先后對此工藝展開研究和應用。

    進入21世紀,由于生物過濾塔本身具有技術經濟方面的優勢和巨大的應用潛力,它的應用研究依然非?;钴S。

    目前,VOCs生物處理技術已經在不同行業得到成功應用。在污水處理、垃圾堆肥、垃圾焚燒、畜禽養殖、畜禽糞便處理、動物尸體處理等惡臭類VOCs氣體凈化領域,生物法已經成為主流技術和工藝。

    在車輛噴涂、包裝印刷、家具制造、電子器件、石油化工、制藥、印染、橡膠制品、塑料制品等領域的VOCs氣體處理方面,生物法已經有了越來越多的成功應用案例。未來在這些領域,預計生物法將會有快速發展和廣泛應用,市場機會將越來越多。

    采用紫外+生物過濾工藝,運用紫外單元提高VOCs可生化性;增加反應器高度,從而減小反應器占地面積;發揮行業協會和政府作用,建立第三方評估和推廣平臺,有序推動新技術推廣應用。

    在VOCs生物處理技術的應用過程中,也出現了一些技術難點。生物法對于難生物降解、高濃度的VOCs去除效果較差。針對這一問題,可以采用紫外+生物過濾聯合工藝,運用紫外單元提高VOCs的可生化性,同時降低生物過濾單元的負荷。

    生物處理技術還存在占地過大問題,可通過優化反應器解決,即在不改變反應器體積的前提下,增加反應器的高度,從而減小反應器的占地面積。生物量累積過量,填料層堵塞,壓降升高也是生物處理技術中不可忽略的問題,可通過增加預處理單元,優化噴淋條件以及生物量控制來解決。

    此外,當前VOCs生物處理技術在推廣應用過程中,還存在一些問題。一是開展生物技術推廣的企業規模小、數量多,市場分散且呈現碎片化趨勢,行業內相互壓價與惡性競爭現象較為普遍,VOCs生物處理領域還缺乏大中型企業,行業整體實力偏弱。

    二是行業內普遍重公關營銷、重工程建設而忽視運行管理。許多企業認為生物法技術門檻不高,簡單模仿和復制已有工程,不能根據工程需要靈活調整設計運行參數,工程建成后管理也跟不上。導致工程處理效果不佳或運行不穩定,從而對生物法在市場上的口碑和被接受程度產生負面影響。三是企業普遍缺乏技術創新能力,而高校和科研機構的研究成果難以直接產業化,缺乏技術驗證、孵化和推廣平臺。

    對于未來VOCs生物處理技術的推廣應用,我們建議,發揮行業協會作用,加強需求方、VOCs治理企業和科研機構的交流與合作,增加信息透明度,減少由于信息不對稱而出現的推廣應用壁壘。

    另外,政府相關部門加大對企業VOCs違法排放的監管力度,倒逼企業加嚴VOCs處理工程建設和運行標準,形成行業內重視運行管理的氛圍。通過技術孵化平臺推動技術創新成果優化、實用化,同時建立技術的第三方評估和推廣平臺,有序推動新技術推廣應用。

    (席勁瑛:作者系清華大學環境學院副研究員)

    專家介紹
    席勁瑛,男,博士,清華大學環境學院副研究員。兼任中國工程建設標準化協會城市給水排水專業委員會委員、中國環境科學學會揮發性有機物污染防治專業委員會委員、期刊《Frontiers of Environmental Science & Engineering in China》責任編委等。在揮發性有機物和惡臭氣體生物控制、有害微生物消毒技術等方向開展了深入的研究工作,承擔和參與了國家和企業課題十多項,其中作為課題負責人承擔國家自然科學基金課題1項、863課題1項、水專項子課題1項、環保公益項目1項、國家重點實驗室基金課題2項。獲得了較為豐碩的成果。在國內外學術期刊和會議上發表了60余篇論文,其中SCI收錄18篇,EI收錄15篇,獲得國家發明專利3項。2010年榮獲中國環境科學學會第七屆“青年科技獎”,2013年榮獲環保部首屆“環保青年拔尖人才”稱號。

    來源中國環境報,版權歸原創作者所有。

     

     

    2020年5月9日 16:29
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