生物膜處理有機廢氣的工藝技術與應用

余達蔚

（佛山市環(huán)境工程裝備有限公司，廣東 佛山 528000）

在工業(yè)生產過程中，化工廠等大型企業(yè)會產生大量廢氣，其中含有各種類型的有機污染物，這些污染物會對環(huán)境產生較大的危害，也不利于人體健康。因此，美國、英國等發(fā)達國家對有機廢氣的排放有著十分嚴格的規(guī)定。而在我國，由于管理范圍大、化工廠數量多等因素，一些廠家的有機廢氣排放并沒有達到國家制定的排放標準。鑒于此，如何更加有效地處理有機廢氣，就成為促進經濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要工作。

1 生物膜處理有機廢氣的相關概述

化工廠排放的有機廢氣主要含苯、甲苯、二甲苯、丙烯酸、醚類、脂類、醇類、酮類及苯乙烯等，不同化工產品所產生的廢氣成分有所區(qū)別。目前，我國相關企業(yè)處理有機廢氣的常見方式主要是吸收、吸附及燃燒這三種處理方式。這三種方法雖然在治理有機廢氣的過程中起到了很大的作用，但也存在一些問題。具體來說，在采用吸收法和吸附法處理廢氣的過程中，用到的處理劑需要進行再生處理，這使得相關工藝流程的成本大大增加，并且由于再生工藝比較復雜，稍有疏忽就可能產生安全事故，必須交由專人專門處理，導致運行、操作的時間延長，處理有機廢氣的效率較低[1]。而在采用燃燒法的過程中，燃燒時存在較大的安全隱患，不完全燃燒還會產生新的有害污染物，溫度過高又會產生NO等有毒物質，造成二次污染。

生物膜法最早用于處理污水，包括城市生活污水及工業(yè)生產污水，其相關工藝技術也比較成熟。隨著對生物膜法研究的不斷深入，人們開始將生物膜法用于廢氣的處理中[2]。與傳統(tǒng)的有機廢氣處理法相比，生物膜法具有工藝設備簡單、操作容易、管理方便、維護成本低等優(yōu)點，其工藝成熟度也較高。生物膜處理技術的原理是利用微生物在填料表面的附著生長，對過濾的氣體進行吸附消解，從而達到凈化廢氣的目的。

2 生物膜處理技術的優(yōu)勢

生物膜技術處理有機廢氣主要具有以下優(yōu)勢：一是生物膜上的微生物，具有多樣化的特點，包括好氧菌與厭氧菌，能夠完成對有機廢氣中的大部分物質的吸附[3]。二是生物膜本身的含水率非常低，每個單位內含有的微生物量非常大，因而具備較高的處理能力。三是在使用生物膜處理技術的過程中，其工藝流程非常穩(wěn)定，不會消耗過多的能量，減少了不必要的能源消耗。總之，在處理有機廢氣的過程中，生物膜處理不失為一種較好的工藝。

3 生物膜處理有機廢氣的處理裝置

利用生物膜技術處理有機廢氣，其使用的裝置主要是生物濾池、生物滴濾池。

3.1 生物濾池

生物濾池處理有機廢氣的大體流程如圖1所示。其中，1表示增濕器或調節(jié)器，2表示生物濾池。實際上，生物濾池中含有多種物質，既包括具有一定吸附能力的泥炭、活性炭、土壤及灰泥等濾料，又含有各種營養(yǎng)元素（K2HPO4、NH4NO3等）和pH緩沖劑[4]。當有機廢氣進入生物濾池后，可以通過各種介質為微生物提供碳源，發(fā)生傳質與生化反應，并逐漸在濾料床層中形成微生物膜，促進有機氣體中的污染物持續(xù)產生降解反應。

圖1 生物濾池處理有機廢氣流程

在生物濾池處理有機廢氣的過程中，活性炭等濾料的吸附能力較強，能夠加速濾池中微生物細胞外酶與氣體中的有機物質進行結合，并在濾料與生物膜的交界處進行濃縮，進而提升濾池內的生化反應速率，加快凈化有機廢氣的速度[5]。

3.2 生物滴濾池

生物滴濾池處理有機廢氣的大致流程如圖2所示。圖中，1表示儲水槽；2表示生物滴濾池。相關領域的人員也將生物滴濾池稱為生物濾池，但實際上生物滴濾池與生物濾池有著本質上的區(qū)別。在處理有機廢氣的過程中，兩者的區(qū)別明顯，濾池中所選用的填料不同。在生物濾池中，其使用的填料大都是具有一定吸附能力的物質；而在生物滴濾池中，其使用的填料一般為不具備吸附能力，填料顆粒的空隙比較大的濾料，如粗碎石、塑料蜂窩狀的填料等[6]。

通過對圖2進行觀察，可以發(fā)現(xiàn)回流水通過下部的濾池，向上流動并噴灑到填料床層上，再沿著生物膜流淌而下。溶解于水中的有機污染物被附著在填料上的微生物吸收，進入微生物細胞，在微生物體內作為能源和營養(yǎng)物質被吸收分解，最終轉化成無害的化合物（如H2O和CO2），工作人員既能夠對滴濾池中的pH進行控制，也可以在回流水中添加K2HPO4、NH4NO3等物質，為濾池中的微生物提供其生長所需的營養(yǎng)物質。

圖2 生物滴濾池處理有機廢氣流程

生物滴濾池屬于連續(xù)循環(huán)流動的水系，該系統(tǒng)包括氣體、液體及固體三種物質的相互轉化。不過，從其整體的運行情況來講，其主要過程仍是傳質及生化反應的串聯(lián)。在相關環(huán)節(jié)都設計合理的情況下，濾池中的生物膜反應設備上都含有大量的微生物，其濃度較高，能夠促進有機氣體的快速處理，處理效率較高[7]。使用這種有機廢氣處理方式，企業(yè)能夠減少投資，將反應裝置進行小型化處理，降低成本投入。

4 工藝技術研究與應用

4.1 生化降解動力學方面的研究

我國生物膜處理有機廢氣的研究起步較晚，技術體系不是非常成熟，導致相關參數的制定并非十分準確。為了進一步提高生物膜處理技術的應用水平，相關人員對生化降解動力學流程展開研究。由于其涉及氣體、固體及液體的相互轉化，影響微生物降解速率的因子較多。人們將濾池中的生物膜作為固液混合單體進行研究，對不同反應階段的濃度變化情況進行分析，通過探究生物濾池中發(fā)生的一系列反應，得出以下數學模型：

式中，C代表貫穿深度為x時污染物的濃度，mg/m3；C0為進氣中污染物的濃度，mg/m3；b為生化一級反應速率常數，h-1；x為有機廢氣在濾池中軸向貫穿的距離，m；V為有機廢氣軸向貫穿空隙的速度，m/h；km為分配系數。

當凈化去除率的具體數值確定后，通過式（1）進行計算，人們就能夠得出生物濾池的相關數據，為設計生物濾池提供參考依據。

4.2 生物濾池濾料性的研究

在生物膜處理的過程中，濾料不僅能夠起到支撐的作用，還能夠對微生物等有機物進行吸附。因此，研究生物濾池中濾料的特性，對完善濾池的結構具有非常重要的意義。常見的濾料包括灰泥、土壤、活性炭及硅藻泥等物質。人們最常進行的就是關于灰泥與活性炭這兩種濾料的試驗。生物濾池中灰泥及活性炭的性能比較如表1所示，結果表明，活性炭在分配系數等參數上均優(yōu)于灰泥。

表1 生物濾池中灰泥及活性炭的性能比較

5 結論

生物膜處理技術作為一種新型技術，具有十分突出的優(yōu)點，然而在處理有機廢氣的過程中，其依然有諸多的問題需要進一步探討試驗，篩選出能高效降解各種惡臭有毒氣體的優(yōu)勢菌種，從而縮短反應啟動時間，加快生物反應進程，提高處理效率。未來，在生物膜處理技術研究方面，除應繼續(xù)加大生物低濾處理廢氣的效果研究，還要關注和重視應用化工環(huán)保材料。

1 郭 智，張新妙，欒金義，等.氣隙式膜蒸餾技術研究進展[J].現(xiàn)代化工，2017，37（4）：16-19.

2 郭 智，張新妙，章晨林，等.膜蒸餾過程強化及優(yōu)化技術研究進展[J].化工進展，2016，35（4）：981-987.

3 羅 鳴，王 琪，沈志鵬，等.日本膜技術的發(fā)展與產業(yè)化及其借鑒意義[J].環(huán)境工程技術學報，2014，4（5）：442-450.

4 黃 勇，陳江耀，李建軍，等.生物滴濾塔耦合光催化氧化技術處理電子垃圾拆解車間排放廢氣的中試研究[J].生態(tài)環(huán)境學報，2014，23（5）：817-823.

5 酈 琪，曹文平，張學楊，等.生物膜法在廢氣中有機物去除的應用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].廣州化工，2014，42（3）：18-20.

6 魏 薇，曹文平.生物膜技術在生物-生態(tài)修復技術治理污染水體中的研究[J].節(jié)水灌溉，2013，26（11）：39-43.

7 陳永嬋.小議利用生物膜法處理有機廢氣的幾點體會[J].科技與企業(yè)，2013，36（6）：140.