生物治理技術(shù)對工業(yè)有機(jī)廢氣（VOCs）的工程應(yīng)用研究

王志強(qiáng) 王明健

【摘 要】論文指出生物技術(shù)在工業(yè)有機(jī)廢氣（VOCs）治理的應(yīng)用可行性，以及生物凈化系統(tǒng)中的生物填料、溫度、pH、污染物濃度等為生物法的重要影響因子。闡述了利用生物凈化技術(shù)對涂料生產(chǎn)廢氣治理的實(shí)際的工程案例，根據(jù)工程處理效果進(jìn)行了研究分析。

【Abstract】The paper points out the application feasibility of biotechnology in the treatment of industrial organic waste gas （VOCs）， and the important factors in the biological purification system that affect the biological methods ，such as biological packing， temperature， pH and pollutant concentration and so on. The practical engineering case of treating the waste gas of painting production by using biological purification technology is expounded， and the effect of the engineering treatment is studied and analyzed.

【關(guān)鍵詞】有機(jī)廢氣；VOCs；微生物；涂料廢氣；生物降解

【Keywords】organic waste gas； VOCs； microorganism； paint waste gas； biodegradation

【中圖分類號】X51 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-1069（2018）05-0120-02

1 引言

工業(yè)有機(jī)廢氣的凈化處理是大氣污染控制的一個重要方面。目前我國用于高濃度的工業(yè)有機(jī)廢氣采取的凈化措施有：催化燃燒法、光催化氧化、低溫等離子、吸收法即吸附法等。對于較低濃度的工業(yè)有機(jī)廢氣（污染物濃度<5000mg/m3），目前尚無經(jīng)濟(jì)有效的治理措施。這類低濃度工業(yè)廢氣的凈化處理也是當(dāng)今國內(nèi)外環(huán)境保護(hù)方面的難題之一。

生物法控制有機(jī)廢氣是近年發(fā)展起來的空氣污染控制技術(shù)，該技術(shù)已經(jīng)是目前工業(yè)廢氣凈化領(lǐng)域的前沿?zé)狳c(diǎn)技術(shù)。在國外，生物凈化技術(shù)的開發(fā)進(jìn)程大致為：20世紀(jì)80年代，基礎(chǔ)開發(fā)研究[1]；1990～1996年，技術(shù)應(yīng)用研究；1997年以后，工業(yè)實(shí)用技術(shù)及裝置的推廣應(yīng)用研究。目前德國、荷蘭有500多座大規(guī)模的廢氣生物過濾裝置，生物過濾反應(yīng)器的面積一般在10～2000m2之間，廢氣處理氣量達(dá)到1000～150000m3/h。在我國生物法凈化處理低濃度有機(jī)廢氣技術(shù)的應(yīng)用尚不多見。

2 生物凈化機(jī)理

2.1 吸收-生物膜理論

按照生物膜理論，生物化學(xué)凈化處理有機(jī)廢氣一般要經(jīng)歷以下幾個步驟：

廢氣中的有機(jī)污染物首先同水接通并溶解于水中（即由氣膜擴(kuò)散進(jìn)入液膜）。

溶解于液膜中的有機(jī)污染物成分在濃度差的推動下進(jìn)一步擴(kuò)散到生物膜，進(jìn)而被其中的微生物捕獲并吸收[4]。

微生物對有機(jī)污染物進(jìn)行氧化分解的同化合成，產(chǎn)生的代謝物一部分融入液相，一部分作為細(xì)胞或細(xì)胞代謝能源，還有一部分（如CO2）則析出到空氣中。

廢氣中的有機(jī)物經(jīng)過上述過程不斷減少，得到凈化。

2.2 吸附-生物膜理論[2]

吸附-生物膜理論認(rèn)為生物化學(xué)法凈化處理低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣經(jīng)歷的主要步驟如下：

①廢氣中的揮發(fā)性有機(jī)物擴(kuò)散通過氣膜并被吸附在濕潤的生物膜表面；

②吸附在生物膜表面的有機(jī)污染物被其中的微生物捕獲并吸收；

③進(jìn)入微生物細(xì)胞的有機(jī)污染物在微生物體內(nèi)的代謝過程中作為能源和營養(yǎng)物質(zhì)被分解，最終轉(zhuǎn)化為無害的物質(zhì)（如CO2和H2O等）；

④生化反應(yīng)產(chǎn)物CO2逆向脫離生物膜，進(jìn)入氣流主體。

3 生物降解的歷程

生物凈化器處理有機(jī)廢氣的歷程：VOCs在微生物處理凈化器中的凈化處理可看作化學(xué)物質(zhì)的傳質(zhì)和生化反應(yīng)的聯(lián)合過程，因此，可借用氣相主體在濾料介質(zhì)中的傳質(zhì)和生物降解的模型，來建立其降解整體模型[3]。本模型將生物凈化器的傳質(zhì)和生物降解過程作為兩相處理，即氣相主體和液/固相，有效地分離了VOCs在生物凈化器中的吸附效應(yīng)。在生物凈化器啟動階段，濾料的吸附效應(yīng)起主要作用，吸附飽和并接種微生物后，生物降解則起主導(dǎo)作用。

4 實(shí)際工程應(yīng)用

4.1 有機(jī)廢氣濃度

某涂料有限公司，主要產(chǎn)品為家具油性漆，工藝廢氣主要污染物包括苯、甲苯、二甲苯、酯類等有機(jī)廢氣；設(shè)計廢氣處理量為10000m3/h。有機(jī)廢氣的原始進(jìn)氣濃度范圍如下表1所示：

4.2 生物凈化設(shè)備參數(shù)

為提高生物填料的強(qiáng)度及使用壽命，該工程生物凈化裝置采用天然火山巖作為生物填料，生物凈化裝置設(shè)計參數(shù)如下表2所示：

4.3 生物凈化效率

生物凈化系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，廢氣排放口取樣檢測數(shù)據(jù)如下表3所示：

5 結(jié)論

①采用生物過濾工藝，對于低濃度的涂料有機(jī)廢氣有較好的出料效果，廢氣處理效率可達(dá)到85%以上；

②生物對苯及苯系物有較好的處理能力。

【參考文獻(xiàn)】

【1】孫佩石.生物法凈化廢氣中低濃度揮發(fā)性有機(jī)物的過程機(jī)理研究[J].中國環(huán)境科學(xué)，1997，17（6）：545-549.

【2】吳玉祥.有機(jī)廢氣的生物處理[J].環(huán)境污染與防治，1992，14（4）：20-22.

【3】李力清.惡臭污染及處理技術(shù)[J].化工環(huán)保，1995，15（3）：141-144.

【4】朱雅蘭.生物法處理低濃度有機(jī)廢氣[J].甘肅科技，2008，24（2）：63-66.