印刷廠有機(jī)廢氣的生物處理技術(shù)

唐黎標(biāo)

印刷廠在印刷過程中有機(jī)廢氣的排放包括兩部分，油墨在印刷單元的揮發(fā)和在干燥箱的散發(fā)。有機(jī)廢氣大量揮發(fā)對工人身體和外界環(huán)境造成危害加劇，國家已經(jīng)不允許隨便排放。隨著近年來的霧霾危害，目前我國大氣污染已經(jīng)相當(dāng)嚴(yán)重，所以這些廢氣要進(jìn)行處理后再排放。

印刷廠排放的有機(jī)廢氣特點是風(fēng)量大、濃度小。大多數(shù)情況下予以銷毀處理，目前所見到的處理技術(shù)主要有催化燃燒，吸附-催化燃燒，對于比較集中的工業(yè)園區(qū)也有采用吸附回收技術(shù)。與其他的有機(jī)廢氣處理工藝相比較而言，生物法具有較高處理效率、較低的處理費用、簡單的設(shè)備構(gòu)成、無二次污染、較好的安全性等特點，尤其對于微生物可降解性好的有機(jī)物顯示出它自身的優(yōu)越性。印刷廠廢氣的特點剛好和生物法處理廢氣的特點相匹配，所以生物氧化法能不能成為印刷廠有機(jī)廢氣的有效處理技術(shù)，有待大量的實驗與理論研究。

印刷廠有機(jī)廢氣的主要組成和生物法處理的基本原理

印刷廠覆膜機(jī)所揮發(fā)出來的廢氣主要有甲苯和乙酸乙酯，甲苯和乙酸乙酯是使用比較廣泛的有機(jī)溶劑，存在于諸多染料或其他溶劑中，印刷廠中這兩種氣體占主要成分。此外還有苯、二甲苯、異丙醇或正丙醇、丙酮、丁醇、乙醇、乙酸丁酯等，這些成分所占的比例相對較小，但也不能忽視它們長期排放所造成的危害。

生物凈化是存在微生物體內(nèi)的一種氧化分解過程，生長于填料層中的微生物以廢氣中的有機(jī)成分為養(yǎng)分，經(jīng)過自身的生長代謝，將其轉(zhuǎn)化為無用的無機(jī)物CO2和H2O或者細(xì)胞的構(gòu)成物質(zhì)。按照被大多數(shù)人所公認(rèn)的生物膜理論，有機(jī)廢氣的分解要經(jīng)歷以下三個步驟：①有機(jī)廢氣進(jìn)入填料層中先和水接觸，不斷地溶解于水中；②溶解入水膜的有機(jī)廢氣擴(kuò)散到生長有微生物的生物膜中，被微生物所捕獲；③微生物以擴(kuò)散進(jìn)來的有機(jī)物作為碳源進(jìn)行自身的生長代謝，將其氧化分解為CO2和H2O。

生物法的工藝與設(shè)備

目前生物法處理有機(jī)廢氣的主要工藝有生物過濾、生物滴濾和生物洗滌三種工藝。近年來生物滴濾工藝在處理有機(jī)廢氣方面更是深得各個研究者的芳心，有了比較系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。

1.生物過濾工藝

廢氣從塔底部進(jìn)入，通過填料層，被填料層中的微生物捕捉消化分解為CO2和H2O，達(dá)到凈化的目的。這種裝置的填料層多由土壤、木屑、堆肥等混合而成，塔頂部噴灑循環(huán)水，為微生物提供生長所需的水分。填料層為微生物提供各種營養(yǎng)物質(zhì)。

2.生物滴濾工藝

這種處理裝置和過濾裝置結(jié)構(gòu)類似，不同點在于填料層的組成和所噴淋的是微生物新陳代謝所需的營養(yǎng)液。它的填料層多由惰性材料組成，比如拉西環(huán)、碎石、陶瓷等。塔頂?shù)膰娏苎b置將營養(yǎng)液噴下，先在填料層上形成生物膜，隨后不斷為膜中的微生物提供營養(yǎng)供其生長，有機(jī)廢氣從塔底進(jìn)入接觸并擴(kuò)散到生物膜內(nèi)，被微生物捕捉分解。

印刷廠有機(jī)廢氣生物處理的最新進(jìn)展

印刷廠有機(jī)廢氣中最主要的兩種有機(jī)廢氣是甲苯和乙酸乙酯，據(jù)研究表明當(dāng)甲苯和乙酸乙酯的混合氣體在過濾床中停留時間為1分鐘時，過濾床對它們的去除效率已經(jīng)達(dá)到了90%。

研究人員采用甲苯專性降解菌株接種，采用生物滴濾法能有有效降解甲苯、乙酸乙酯等印刷廠中的有機(jī)廢氣。當(dāng)每天需要處理的污染負(fù)荷連續(xù)供給8～12小時，按照廢氣流量為8400L/h，一周供給7d，總VOCs保持550～750mg/ m3的質(zhì)量濃度時，總?cè)コ蕿?5%～90%。

研究人員利用生物過濾塔對三苯混合氣體進(jìn)行實驗研究表明，在以三苯混合物馴化、篩選出來的優(yōu)勢降微生物作為降解菌，滴濾塔的凈化效率隨著入口濃度的增大而降低，反之亦然。在氣體停留時間為84.8秒，苯入口濃度低于132.2mg/m3，甲苯入口濃度為418.2mg/m3時，不規(guī)則形陶粒填料濾塔對苯、甲苯的凈化效率也達(dá)到100%。

利用生物過濾裝置處理氣態(tài)甲苯和乙酸乙酯混合氣體的研究表明，乙酸乙酯和異丙醇的濃度過高會明顯抑制甲苯的去除效率；異丙醇的濃度過高會明顯抑制生物過濾器去除乙酸乙酯的效率。

用滴濾法處理含甲苯廢氣的研究表明，生物滴濾池在N含量較低時性能大幅下降，而N源過多沒有明顯的提高去除能力。C∶N處于17.5以下微生物對甲苯的去除效率基本穩(wěn)定在90%以上。

影響生物法處理印刷廠有機(jī)廢氣的因素

對于印刷廠有機(jī)廢氣來說，目前生物法處理中主要有過濾和滴濾兩種工藝方式，尚未見到有洗滌工藝處理相關(guān)廢氣的研究。

1.混合有機(jī)廢氣種類

生物法處理印刷廠有機(jī)廢氣時，有機(jī)廢氣不僅含有甲苯和乙酸乙酯，還含有其他成分的氣體，那么這些氣體的組成以及濃度的大小會對微生物的生長造成一定的影響，有些會促進(jìn)微生物的降解，有些則會抑制微生物的降解。采用生物過濾法處理乙酸乙酯和甲苯混合廢氣時，發(fā)現(xiàn)高負(fù)荷乙酸乙酯的存在抑制了甲苯的去除。

2.填料

①填料種類

過濾器和滴濾器的填料成分相差很大，過濾器由于填料自身為微生物提供生長所需營養(yǎng)成分，用的是有機(jī)填料，像木屑、堆肥等；滴濾器使用無機(jī)填料，像陶瓷、碎石、拉西環(huán)等。使用聚丙烯網(wǎng)狀纖維為框架，填充水溶性較低的有機(jī)礦粉復(fù)合而成的生物填料去除甲苯氣體，收到顯著的效果。使用陶瓷球填料進(jìn)行生物滴濾塔降解甲苯廢氣，處理效果較好。以堆肥和珍珠巖為填料采用生物過濾器去除乙酸乙酯效率達(dá)到99%以上。

②填料溫度和濕度

微生物在生長過程中，溫度的高低對微生物體內(nèi)酶的活性影響很大。所以填料層中的溫度應(yīng)該保持在微生物所能適應(yīng)生長的最佳溫度。一般嗜溫型微生物的最適生長溫度在25℃～43℃。在滴濾床中采用嗜溫型菌對甲苯的去除實驗中，填料床最佳溫度為30℃～40℃。

從填料的組成上來說，填料的濕度只針對過濾工藝而言，如果濕度過大，通入的氧氣很難進(jìn)入生物膜內(nèi)，致使微生物得不到足夠的氧氣，使得降解效率降低。也可能導(dǎo)致填料和營養(yǎng)物質(zhì)被沖刷下來，破壞整個填料層。濕度過小會導(dǎo)致填料層出現(xiàn)開裂，降解菌得不到足夠的水分，效率一樣降低。因此間歇性的從填料層上方噴淋循環(huán)液，保持填料層有足夠的濕度非常必要。McNevin D等人研究表明填料濕度保持在30%～80%（重量），適宜范圍為40%～60%。

③填料營養(yǎng)液及pH值

微生物生存所需的主要營養(yǎng)物質(zhì)有水、碳源、氮源、無機(jī)鹽及生長輔助素等。在生物滴濾塔中填料層的pH可以通過添加營養(yǎng)液的方式進(jìn)行調(diào)節(jié)，而過濾塔中微生物的營養(yǎng)物質(zhì)主要由填料來提供，所以它的pH值比較難控制。大多數(shù)微生物的適宜生長環(huán)境pH為中性，所以盡量避免填料層中發(fā)生酸化。生物濾池法處理低濃度甲苯有機(jī)廢氣的研究中最佳pH值為7～8，處于弱堿性環(huán)境。

3.降解菌

降解菌是整個處理中最為關(guān)鍵的部分，如果降解菌選取的不夠準(zhǔn)確，得不到較好的處理效果。一般廢氣中有機(jī)成分比較多，所以處理廢氣的降解菌基本沒有單一的菌種，大都是復(fù)合菌種。通過實驗對假單胞菌屬的降解甲苯菌的生長影響因素對比分析，結(jié)果表明：甲苯量>溫度>pH>接種量。

目前對于印刷廠廢氣中兩種主要廢氣甲苯和乙酸乙酯，國內(nèi)已經(jīng)有相當(dāng)多的研究，尤其是滴濾工藝和過濾工藝，但大都是在實驗室研究階段，還未見到投入現(xiàn)實應(yīng)用中去。對于其他有機(jī)廢氣處理方法而言，生物法低投資、高效率、低能耗等優(yōu)點已成為熱點研究課題。

目前印刷廠有機(jī)廢氣的種類比較多，而研究都只是局限于一種或一類有機(jī)物，所以所研究出來的單一的降解菌不能處理成分復(fù)雜的有機(jī)廢氣。因此研究多組分氣體的降解條件、各組分之間的相互影響等問題十分必要。