生物法處理揮發性有機廢氣的研究

何奮飛

（梅州鑫晟環保科技有限公司，廣東梅州 514000）

揮發性有機化合物簡稱VOCs（volatile organic compounds），指常溫下飽和蒸汽壓大于70Pa、常壓下沸點在260℃以下的有機化合物，或在20℃條件下，蒸汽壓大于或者等于10Pa 且具有揮發性的全部有機化合物。對于揮發性有機化合物而言，其種類較多，芳香烴、醇類、酯類和醛類等用于工業溶劑的有機化合物是最常見也是排放量最大的。同時，絕大部分VOCs 都是有毒的且會散發出惡臭味，甚至部分VOCs還有較強的致癌性。此外，在光照環境下，VOCs 會發生一定的化學反應，引發發光化學煙霧。如果VOCs 中含有鹵代烴類，那么會對臭氧層產生破壞。然而，對于食品工業、水產業、石化行業、農業而言，其在生產過程中會產生揮發性的有機廢氣，采用傳統的化學和物理方法是很難對這些廢氣進行有效的處理，即使能夠處理也需要投入大量的資金成本。

1 生物法處理有機廢氣的技術概況

1.1 生物法的基本概念

生物進化法的實質是氧化分解過程，即附著在多孔、潮濕物質上的活性微生物會吸附廢氣中的有機化合物來為自身的基本生命活動提供能源和養分。此外，對于微生物吸收廢氣中的有機物過程而言，主要是將這類有機物轉化為二氧化碳、水等簡單無機物以及細胞的組成物質，通過這個過程就能減少廢氣中有機物的數量，從而達到凈化效果。

1.2 生物法處理有機廢氣機理

目前，行業內使用生物法處理揮發性有機廢氣的主要機理是基于生物膜理論。生物膜是微生物群體在固定載體表面生存過程中產生的黏性膜結構，如果周圍環境較為濕潤，那么廢氣中的有機物就會為微生物提供生長養料，通過氧化分解反應，不僅能夠有效分解廢氣中的有機物，還能促進微生物的生長與繁殖，進而就能在載體表面形成一定厚度的生物膜，這種類型的生物膜能夠處理濃度較低或可降解性較強的廢氣，并發揮良好的凈化效果。

1.3 生物法處理 VOCs 的工藝特點

對于生物法處理VOCs 廢氣工藝而言，其存在較強且較快的適應能力，即使污染物的類型不同，但是都能將污染物作為代謝底物進行降解和轉化。此外，生物法處理VOCs 工藝相比傳統的廢氣處理技術而言，其具有效果好、資金投入成本低、安全性能好、不會產生二次污染、過程管理簡潔等優點。同時，廢氣生物處理吸收劑存在較強的再生功能，能直接對微生物進行吸收，從而無需設置專門的設備對廢氣中的微生物進行吸收與吸附，簡化了工藝處理流程，降低了機械設備操作運行的費用。

2 三種生物方法簡介

對于氣態污染物的生物凈化過程而言，其實質是在潮濕、有孔的介質上聚集一定數量的活性微生物，微生物的生命活動需要養料，而將廢氣中的有害物質進行降解轉化為二氧化碳和水等簡單的無機物以后，就能為微生物提供基本的生長養分。此外，對于微生物而言，其生存方式、水分、營養物質的添加方式之間存在較大差異性，因此可以在此基礎上將氣態污染物的生物凈化設施分為生物濾池、生物滴濾塔以及生物洗滌器這三個主要的且具有典型代表性的凈化技術。

2.1 生物濾池

對于生物濾池而言，其是一種容器，主要存在敞開和封閉這兩種狀態，是由多孔填料床自上而下疊加組成的。填料主要是由堆肥、泥炭塊、土壤、塑料濾料、粒狀活性炭、陶瓷濾料等組成的，表面由微生物膜和水覆蓋。一般而言，生物濾料的厚度不得超過1m，同時，工作人員要結合氣體量和處理的效果來調整生物濾料的面積。對于生物濾池的工藝流程而言，其主要如圖1所示。生物濾池將廢氣除塵以后，將其通入濕潤器內進行濕潤，濕潤后的廢氣通過填料層，填料層表面覆蓋的生物膜中含有的微生物將通過的廢氣內的有機污染物進行降解。此外，液相在生物濾池中始終保持靜止或者以很小的速度流動狀態，操作人員結合實際的要求和工藝流程，在此基礎上適當補充水分，這樣才能提高氣體通過生物膜填料層的連貫性。

圖1 生物濾池工藝流程圖

2.2 生物滴濾塔

生物滴濾塔的結構與生物濾池結構相似，主要的區別在于水分噴灑而出的方向，由上噴淋而下的水分逐層流過填料。同時，相比于生物濾池的填料層而言，生物滴濾塔填料層的孔隙較大。由于生物滴濾塔存在多孔填料床，那么液相和氣相能夠以順時針和逆時針方向流動。此外，在凈化過程中，廢氣污染物主要經過由氣態到顆粒表面液膜傳質，然后，廢氣中的污染物就會被生物膜表面的微生物降解，降解過程產生的二氧化碳氣體會反向進行擴散和對流運動，然后到達主流氣相區并最終排出生物滴濾塔外。對于生物滴濾塔而言，其內部結構相比于生物濾池較為復雜，但是其能夠處理如硫化氫一類的酸性副產物廢氣。生物滴濾塔的工藝流程主要如圖2所示。

圖2 生物滴濾塔流程圖

2.3 生物洗滌器

對于生物洗滌器而言，其是一個懸浮狀態且存在活性的污泥處理系統，流化床存在三種不同的形態，這就使得其與生物濾池和生物滴濾塔之間存在較大的差異性。一般而言，生物洗滌器主要是由一個裝有填料的洗滌器和一個裝有活性污泥的生物反應器組成的。對于生物洗滌器的接觸式單元而言，其是第一個反應器，當廢氣污染物進入第一個反應器，反應器內的物質就能將氣態污染物轉化為液態，由于單元內存在惰性材料，那么就能對污染物進行傳質吸附與吸收。在廢氣污染物降解過程中，其表面會沾有活性污泥，單元內的惰性材料也存在對污染物表面的活性物質進行傳質吸附和吸收的功能。此外，對于第一個單元而言，其只能降解少量污染物，絕大部分廢氣污染物是在第二個單元內完成降解的，降解過程主要是發揮第二個單元內活性物質的代謝作用。

2.4 三種生物反應器的比較

對于有機廢氣而言，其成分濃度氣量的不同，那么生物凈化系統的類型也不同。對于化氣量較小、濃度大、易溶解、生物代謝速率低的廢氣凈化過程而言，一般選用生物洗滌床。對于氣量大、濃度低的廢氣可采用生物過濾床。而對于污染物降解后會生成酸性物質的則以生物滴濾床為好。對三種生物反應器優缺點進行比較如表1所示。

3 研究展望

目前，研究生物法處理揮發性有機廢氣還處于應用階段。同時，由于VOCs 廢氣種類較為復雜，因此在未來生物法處理揮發性有機廢氣研究過程中，相關工作人員要重點注意以下幾個方面的內容：

表1 三種生物反應器優缺點總結

1）生物滴濾床方法主要用于凈化親水性或易降解的VOCs 廢氣過程，但不適用于疏水性或難降解的VOCs 廢氣。因此，行業內的技術人員要培育專門的菌種，并創造合適的生存環境。此外，對于雙液相工藝而言，要加入不溶于水的第二有機相，這樣就能提高菌種生物對疏水性化合物廢氣的吸附能力，同時，在反應器中將微孔膜與半透膜有效結合，提高使用效率，這樣就能優化疏水性化合物廢氣的處理效果。

2）在節約資金成本投入和提高能源使用效率方面，要改進生物濾料、填料的物理性能，延長使用壽命。

3）對VOCs 廢氣的凈化方案進行逐步的完善與創新。由于廢氣的氣量和組成結構是變化的，那么要使用先進的科學技術對廢氣凈化工藝進行改進，這樣才能提高難降解和有毒性物質的凈化效率。

4）由于生物滴濾模型技術發展較晚，缺乏先進的指導經驗，存在較差的通用性，那么只有在實踐過程中對生物滴濾模型進行不斷的完善，才能逐漸推廣和應用生物滴濾技術。

4 結束語

綜上所述，社會經濟的不斷進步雖然推動了工業的快速發展，但也給人們的生存環境造成了污染，同時，人們也逐漸重視生活環境和廢氣污染控制工作。對于生物法處理揮發性有機廢氣而言，其主要是對單一氣體進行處理，如果處理含VOCs 的混合廢氣，則需要對廢氣處理工藝進行進一步的升級改造，因此相關工作人員要在工作過程中不斷總結經驗，這樣才能逐漸改革和創新有機廢氣的處理方法，進而創造良好的社會生活環境。