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(duì)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(diǎn)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(duì)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(fèi)用、簡(jiǎn)單的設(shè)備構(gòu)成、無二次污染、較好的安全性等特點(diǎn)，尤其對(duì)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(diǎn)剛好和生物法處理廢氣的特點(diǎn)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(shí)驗(yàn)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(duì)較小，但也不能忽視它們長(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(gè)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(zhǎng)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(zhǎng)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(gè)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(zhǎng)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(diǎn)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(zhǎng)，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(shí)間為1分鐘時(shí)，過濾床對(duì)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(shí)，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(shí)，總?cè)コ蕿?5%～90%。

研究人員利用生物過濾塔對(duì)三苯混合氣體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究表明，在以三苯混合物馴化、篩選出來的優(yōu)勢(shì)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(shí)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(shí)，不規(guī)則形陶粒填料濾塔對(duì)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(huì)明顯抑制甲苯的去除效率；異丙醇的濃度過高會(huì)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(shí)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(duì)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(duì)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(shí)，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(huì)對(duì)微生物的生長(zhǎng)造成一定的影響，有些會(huì)促進(jìn)微生物的降解，有些則會(huì)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(shí)，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(zhǎng)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(zhǎng)過程中，溫度的高低對(duì)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(zhǎng)的最佳溫度。一般嗜溫型微生物的最適生長(zhǎng)溫度在25℃～43℃。在滴濾床中采用嗜溫型菌對(duì)甲苯的去除實(shí)驗(yàn)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(duì)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(gè)填料層。濕度過小會(huì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(gè)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(shí)驗(yàn)對(duì)假單胞菌屬的降解甲苯菌的生長(zhǎng)影響因素對(duì)比分析，結(jié)果表明：甲苯量>溫度>pH>接種量。

目前對(duì)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(shí)驗(yàn)室研究階段，還未見到投入現(xiàn)實(shí)應(yīng)用中去。對(duì)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(diǎn)已成為熱點(diǎn)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。