VOCs 廢氣的生物技術處理

金健 中新蘇伊士環保技術（蘇州）有限公司

由于揮發性有機化合物處理技術，其在工程應用中的廣泛前景和經濟效益，促進了生物處理技術的發展和研究趨勢。聯合生物處理技術，主要包括紫外光降解技術、低溫等離子體技術、吸附法以及生物聯合工藝等技術應用。雖這些生物技術都有了廣泛的應用，但在運行和研究過程中還存在一定的問題。低溫等離子體和化學法常作為預處理技術與生物處理技術配合使用，能有有效提高降解效果，使反應器性能更好。吸附法和燃燒法一般作為最終處理技術，確保有害氣體達到國家排放標準。

一、VOCs 與生物處理技術和基本原理

（一）VOCs 與生物處理技術

VOCs 是指在化工或其它有機合成企業在制造中，產生的揮發性有機化合物。隨著工業化的深入，VOCs 的排放已成為大氣環境污染的主要成分。這種揮發性氣體不僅在生產過程中存在，同時也在運輸過程中也持續存在。VOCs 廢氣種類繁多，對人體有一定的毒性，威脅著人們的健康。研究人員通過對VOC 處理的不斷總結，發現利用生物處理技術能解決VOC 帶來的污染問題，且應用的成本低、投資小，因此目前逐步被廣泛使用。該生物處理技術最早出現在一些西方國家，我國的研究較晚，但目前也對該處理工藝進行了深入研究。包括其VOC 廢氣處理過程中的作用和原理，處理過程中如何進行凈化廢氣，以及廢氣處理必需的微生物和處理介質等。

（二）基本原則

使用生物技術處理 VOCs 廢氣，技術人員同時用反應器進行分析。其原理是構建以微生物為基質的反應容器，形成水基微生物群落，氣體空間是帶有一定量氧氣的氣相。有機化合物從氣相中被液體吸附與液體結合，再通過與生物膜接觸并通過微生物的生化作用進行降解。許多VOCs 是利用特定作用的微生物，并被微生物分解后，會產生水和二氧化碳，排放到環境中，因此對生態無任何毒性。在這個過程中，VOCs 廢氣須通過氣液從氣相介質混合到液體中，才能被生物膜吸附。從該原理看出，生物技術去除VOCs 的效果與VOCs 物質的濃度、容器結構以及生物活性直接相關。

二、微生物廢氣處理技術的優勢

隨著技術的不斷發展，我國環境處理的能力也在不斷提高，對于廢氣的處理方式也呈現出多樣化。利用生物技術進行廢氣處理，其技術應用具有以低成本、無污染的特點受到各界的關注。利用生物技術進行廢氣處理，通過微生物將廢氣污染物轉化為無害或低分子物質，或將廢氣中的有害物質轉化為無害無機物。通常使用生物洗滌法、過濾法等。利用微生物的代謝作用，將苯或氯苯、醛類、硫醇以及硫化氫等有害物質轉化為水、二氧化碳等物質，以有效達到凈化和處理廢氣的目的。通過生物技術進行廢氣處理具有許多優點，首先，與其他廢氣處理技術相比，該技術更符合可持續發展的理念。它屬于綠色環保的新型技術。在處理過程中的產物，無毒無害。其次，生物處理技應用術的成本較低。如果使用價格合理的離子管或吸附劑，其經濟成本遠低于其廢氣處理方法。并且生物處理法可在常溫下進行操作，無須進行氣體加熱。在操作過程中，營養液消耗量也較少，能耗相對較低。最后，生物廢氣處理過程操作和設備比較簡單。在廢氣處理過程中，關鍵部分是填料層和加濕系統，且不需要加熱、和溫度控制。工藝設備結構簡單，對人員的技術要求不高。

三、VOCs 廢氣生物處理工藝及控制要點

（一）生物洗滌器

裝置由傳質洗滌器和降解反應器組成，微生物群在設備懸浮并與水結合循環流動。洗滌器內部設有凈化系統，當VOCs 氣體進入吸收室，懸浮液在頂部噴射，使氣體充分與生物懸浮液接觸。然后生物懸浮液進入吸收室底部，由出口裝置進入再生槽內，再由自然空氣再生。物料反吸進入噴片，形成循環回路。VOCs 經微生物凈化后排放至洗滌器。系統的漿液由高度活性的微生物組成，其再生過程需要較長時間，要結合微生物的性質選擇使用的反應器。洗滌器的反應器操作方便，添加的生物不易堵塞，能達到更高的氣體處理能力。在應用時化合物的一般不能濃度不超過5000 毫克每立方米，否則將不能有效處理VOCs 廢氣。

（二）生物過濾器

VOCs 廢氣凈化裝置要先通過過濾器去除顆粒雜物，后經濕度調節，使吸附劑隨濾料進入生物濾池。濾池內充滿填料和活性生物。其層厚必須達到0.5-1 米，將VOCs 氣體沿管道從池底引至生物填料，以全面提高氣體分解效率和質量。廢氣和氧氣將以氣相形式擴散到外層水膜。而池中的微生物用有機物廢氣作為基礎能源。廢氣分解后，V 產生的氮會轉化為氨氣，再進一步而轉化為硝酸鹽。有機物會通過微生物處理會轉化為二氧化碳。而硫通過生物分解生成硫化氫，再處理可轉化為硫酸鹽。目前，生物過濾器對VOC 廢氣的處理應用非常多。例如以甲苯為碳源培育高降解性生物菌群。其條件為環境溫度30°C，濕度80%，入口濃度保持在1500mg/立方米，甲苯氣體分解凈化效率達到90%。通達研究人員的試驗發現，VOCs入口濃度不大于25mg/m3時，可達到97%的廢氣凈化效率。如果廢氣濃度超過25 毫克，則其凈化效率會呈現一定程度的降低。當進水量每小時0.2 立方米增到0.7 立方米時，廢氣處理效率會降到73%。另外溫度對VOCs 廢氣凈化也有很大影響。

（三）關于生物滴濾塔

其主體部分是填充多層生物包裝的塔狀結構，其表面貼有人員進行培養的生物膜。可溶性無機鹽營養液，在塔自上而下噴灑在生物包裝層上，從塔底排出，進行回收利用，這就是VOCs 生物滴濾器的基石處理流程，最后使塔和代謝物隨殘液排出。在應用過程中，生物滴濾池不含碳氫化合物、醇類以及酮類等。因此，VOC 廢氣處理操作簡單，反應容易控制，且電耗低效益好。同時具有生物液壓降小、凈化率高的優點，缺點是生物包裝必須定期更換，設備易磨損。目前國外對于生物滴濾池應用比較廣泛，國內目前也正處于廣泛推廣階段。如果采用生物滴濾器處理苯酚氣體，對苯酚氣體的去除率達到99%上，最佳保留時間20 s，并保持中性pH。

（四）混合生物反應器處理技術

由于廢氣的復雜成分和性質，提高廢氣處理的效率非常重要。因此，復合生物反應器應運而生，表現出多樣化及高效率的應用特性，它通常根據廢氣成分的特性配制。目前常見的反應器內部結構有復合反應器以及不同反應器的串聯反應器、真菌生物反應器等。與傳統的反應器相比，復合反應器有更高的廢氣處理效率。通過研究混合反應器中H2S 的處理，發現反應器內部的，懸浮區和靜止生物反應區的處理效果，優于單一廢氣處理區域。串聯復合反應器增加了廢氣停留時間，提高了難溶性廢氣的處理效率。如采用串聯濾池和滴流濾池去除高濃度H2S 和VOCs，去除率分別達到97%和80%。真菌復合生物反應器對復雜廢氣處理有極高效率，其方法為畜禽廢氣的處理提供了非常好的解決方案。通過真菌的生物反應器去除氨、H2S 等惡臭氣體，其效果尤其明顯。去除率達到75%以上，證明反真菌微生物具有良好的協同作用，可以有效去除廢氣中的親水和疏水性污染物。

（五）膜生物反應器廢氣處理技術

它是將傳統的生物廢氣處理方法與生物膜相結合。原理是氣態污染物在液相中的一側通過膜擴散，被膜另一側生物膜分解，然后生成CO2、H2O 以及無機鹽。該方法對難溶于水的廢氣有顯著的凈化作用。目前，該反應器方法是廢氣凈化方法中前景和應用比較廣泛的。廢氣處理生物膜反應器常用的材料有兩種：微孔膜和致密膜。如采用生物膜反應器分解二甲苯，降解率可達95%，并保持正常運行5 個月，而使用空纖維膜去除二甲苯，其有效降觖率也在92%以上。與傳統的生物處理方法相比，膜生物反應器技術具有降解效率高、運行可行的特點，且在處理過程中停留時間短，同時也能處理更小體積廢氣的優點。缺點是生物膜的造價比較高。

（六）生物廢氣處理技術控制要點

使用生物技術處理VOCs 時，技術人員要重點關注兩個傳質過程。一是污染氣體從氣相到液相介質的過程，另外是處理物從液相到生物介質的傳遞過程。在應用該技術時，引入了亨利常數的概念，其表示在給定溫度下，溶解的氣體數量與處于平衡狀態時的氣體分壓的關系。在其他恒定條件下，不同VOCs 的傳質效果取決于亨利常數。在實際中，如該常數小于0.1 二氯乙烷、乙酸乙酯、二甲二硫醚等，認為是一種親水物質。

0.1和1之間的常數，認為是中等疏水性的物質，如二氯甲烷以及苯乙烯等。大于 1 的是屬于疏水物質，包括甲烷和己烷等。對于亨利常數較低的 VOCs 廢氣，其衰減得更快，較高亨利常數的VOCs 氣體需要的時間會更長些。通常，常數小于1 的VOCs 廢氣在2 分鐘內70%以上會去除。大于1 的VOCs 廢氣，時間延長到4 分鐘，該氣體的去除率也不到41%。因此，在這種情況下，反正處理時間應必須根據VOCs 廢氣含量調整。

四、生物處理技術的應用前景

微生產廢氣處理技術，以其使用方便、運行成本低、廢氣處理質量和效率高、操作安全性以及沒有二次污染等優點，在全面世界許多國家都得到了廣泛關注和應用。雖然，國內揮發性廢氣的生物凈化應用技術學不算完全成熟，但其發展和應用速度也加快。目前的生物反應技術包括使用不同的反應器，大氣環境治理效果不一等問題。同時，在技術應用過程中，也存在影響氣液傳質和降解過程的因素也很多，全面應用和推廣還不夠深入。因此，還需要研究人員不斷進行深入研究。包括生物廢氣處理技術應用于中，低濃度和高濃度有機廢氣的處理。對于難降解的污染物，要馴化培養特殊的專用菌種，以全面增強廢氣的凈化處理效果，有效改善微生物生存的代謝系統，提升反應裝置的運行效率。同時還要利用分子生物學技術，研究微生物菌株的特性，為降解污染物提供性能更好的菌源。要使用識別有機污染物成分，分析其成分和降解效應，提高核心故障排除的方法。還要尋找生物包裝長期使用中出現的堵塞、短壽命的解決方案。

五、結束語

總之，VOCs 廢氣的生物技術處理具有操作方便，安全性高，不會造成二次污染的優點，已廣泛應用于比較發達的國家。而該生物處理技術在國內的應用較晚，但取得非常好的應用研究和成果。基于該技術的應用特點，工程技術人員更要加強對其技術和應用原理的深入研究，培育出效率高的微生物，同時逐步建立完整的廢氣生物處理結構優化模型。由于生物處理技術是最有應用前景，來替代燃燒法的新技術。隨著綠色環保理念的不斷深入，生物處理技術的應用將越來越多。