生物法在揮發性有機廢氣處理中的應用

張幫才，王洪玲

（1.濰坊綠誠環保咨詢有限公司；2.山東天成工程咨詢有限公司，山東 濰坊 261000）

光化學煙霧、霧霾等大氣污染問題往往是由揮發性有機廢氣導致的，對人們的生命健康造成威脅。近年來，我國工業化進程逐步加快，揮發性有機廢氣的排放量也在增長，企業應該積極響應國家環保政策號召，實現對揮發性有機廢氣的有效處理，以促進經濟可持續發展。在傳統發展模式下，化學處理法和物理處理法的應用較多，能夠滿足去除率指標要求，但是容易造成二次污染，不符合綠色環保理念。生物法是近年來應用較為廣泛的一種處理工藝，能夠在揮發性有機廢氣處理中發揮關鍵作用，大大提高了處理效率與質量。由于裝置和工藝存在差異性，因此生物法在實踐應用中可以采用不同的策略，結合具體要求進行合理選擇。

1 生物法處理揮發性有機廢氣的技術概況

1.1 生物法概念

生物法通過氧化分解對揮發性有機廢氣中的污染物進行處理，活性微生物附著在潮濕的多孔物質中，對有機污染物進行吸附處理并滿足生命活動需求。有機化合物在微生物的作用下會被分解為水和二氧化碳等，不會造成環境污染，滿足國家和行業相關排放標準要求。生物膜理論是生物法處理揮發性有機廢氣的基礎理論，作為一種黏性膜結構，它能夠有效固定微生物群，尤其是在濕潤的環境下可以改善微生物的生長條件，增強有機污染物的氧化分解效果。如果廢氣具有較強的可降解性，那么可以達到良好的去除效果。

1.2 工藝優勢

首先，生物法的適應性較強。揮發性有機廢氣類型多樣，而且組分復雜，傳統處理工藝往往難以達到全面去除的效果。生物法能夠適應揮發性有機廢氣的特點，提升了降解和轉化效率。其次，生物法具有良好的環保性。揮發性有機廢氣經過活性微生物處理后會產生二氧化碳和水等，其自身不會產生二次污染，因此環境污染得到控制。生物法的處理原理十分簡單，因此工藝要求不高，能夠保障處理流程的安全性。最后，生物法應用的吸收劑再生性能較好。生物法合理使用吸收劑，能夠降低成本投入。

1.3 影響因素

生物法處理揮發性有機廢氣，會受到多種因素的影響，因此應該加強對影響因素的分析，以便進行有效控制。首先，填料性質會影響處理效率。微生物在生長繁殖中對填料的依賴性較強，填料要具有良好的比表面積、傳質效率和機械強度等，同時避免堵塞。常見的填料包括活性炭和火山巖等。其次，pH 會對微生物活性造成影響。合理控制pH 可以有效增強微生物的活性，比如，嗜中性菌在生物濾池中較為常見，其適應的pH 為7 左右，可以有效提高揮發性有機廢氣的去除效率[1]。再次，溫度也是影響工藝性能的主要因素。溫度為30 ～40 ℃，可以滿足微生物的生長需求，提升代謝速率。最后，含氧量也會影響生物法的應用效果。將氧濃度控制在0.003 ～0.050 mol/L，防止濃度過高或者過低而抑制氧化降解反應。

2 生物法處理揮發性有機廢氣的具體策略

2.1 生物過濾

揮發性有機廢氣中的有機污染物可以在微生物的作用下進行有效分解，生成物對自然環境的危害不大，可以滿足相關排放標準。生物過濾的工藝流程簡便，而且具有超高的去除效率。該工藝通常會借助專門的生物過濾器進行處理，微生物附著在填料中，揮發性有機廢氣擴散至生物膜中，在氧化代謝反應中進行高效降解。在垃圾滲濾液和有機廢水處理中，生物過濾的應用較為成熟，隨著技術水平的提升，其在揮發性有機廢氣處理中的應用更加普遍。尤其是在工業揮發性有機廢氣處理中，生物過濾能夠降低處理成本，滿足后續維護工作要求，真正達到綠色環保的目的。比如，有機廢氣甲醛、甲苯的處理可以應用生物過濾塔，隨著進氣流量的增大，該工藝能夠保持良好的去除效率。在乙苯-甲苯混合有機廢氣的處理中，控制進氣負荷在32.0 ～532.0 g/（m3·h），兩者的最大去除能力分別為92.21 g/（m3·h）和58.30 g/（m3·h）左右[2]。三氯乙烯氣體的處理可以借助生物過濾，去除率至少達到70%。揮發性有機廢氣濃度的提升會影響生物過濾的去除率，而且它會受到填料壽命的限制。此外，其對顆粒大小、親水性和降解性能等的要求較高。生物過濾裝置的原理如圖1 所示。

圖1 生物過濾

2.2 生物滴濾

生物滴濾與生物過濾的工藝原理相似，但取消了預加濕處理流程，加濕處理依靠循環水系統完成。揮發性有機廢氣進入系統后，在微生物膜和填料的作用下被吸收和降解，生成物的危險性能夠有效控制。在氣液傳質方面，填料層的性能優越，而且機械強度較好，不會造成二次污染。火山巖、陶瓷、聚氨酯和樹脂等在生物滴濾中通常作為填料，在應用該方法時，為了避免填料上的生物膜脫落，要合理掌控噴淋量、時間和噴淋速度[3]。生物滴濾對壓降的要求不高，可以降低成本投入，具有良好的經濟性和便捷性。化纖揮發性有機廢氣處理運用生物滴濾，可以使去除率大于90%，停留時間不超過1 min。比如，在制藥廢水的處理中，生物滴濾能夠使去除率超過95%，符合相關行業排放標準要求。

2.3 生物洗滌

生物洗滌處理揮發性有機廢氣，需要以懸浮活性污泥處理裝置為依托，實施氧化代謝處理。噴淋塔頂噴出生物懸浮液，對裝置中的有機廢氣進行氣液傳質處理，運用活性污泥反應器消除其中的污染物。該工藝通常借助專業的生物洗滌裝置，系統的運行穩定性較強，可以根據不同處理要求對參數進行設定，增強了揮發性有機廢氣處理的可控性。活性污泥在生物洗滌中的產出量較大，因此應做好活性污泥的二次處理，防止造成污染。乙酸、乙烯、乙醇等混合有機廢氣處理運用生物洗滌工藝，當進氣濃度為1 126 mg/m3左右時，去除率能夠超過83%[4]。

2.4 膜生物反應器

膜生物反應器是一種新型的生物處理裝置，能夠消除傳統處理工藝的弊端，對污染物的選擇性較強。將生物膜設置在膜纖維中，通過懸浮液、空氣和生物膜的接觸，實現對不同濃度梯度有機廢氣的處理。微孔膜和致密孔膜是生物膜的兩種主要類型，孔徑大小具有差異。氣體傳輸依靠微孔膜，能夠增強整體透氣效果；而選擇性和滲透性是致密孔膜的主要特點[5]。在實踐中，微孔膜通常和致密孔膜結合使用，能夠增強傳質效果，保障生物膜的良好界面性，發揮兩種生物膜的各自優勢。聚乙烯、聚二甲硅氧烷、聚偏而氟乙烯等是膜生物反應器中常見的膜材料。在處理乙酸乙酯氣體時，可以借助多孔聚丙烯腈支撐層和致密聚二甲基硅氧烷外層組成的膜生物反應器，去除能力為235 g/（m3·h）左右，控制進氣負荷在200 g/（m3·h）以內，去除率則能夠超過95%[6]。揮發性有機廢氣難溶于水，因此可以借助膜生物反應器的選擇透過性進行高效處理。然而，生物膜容易堵塞，需要經常清理，這也加大了膜生物反應器的應用成本。

2.5 對比分析

生物過濾能夠保障操作的便捷性，而且成本投入較低，對混合廢氣的處理效果較好，避免產生二次污染。然而，該方法運行條件要求較高，如果揮發性有機廢氣出現較大的濃度變化，則會影響處理效果。生物滴濾對微生物量的控制效果較好，在堿性廢氣和酸性廢氣的處理中得到廣泛應用，但是容易造成微生物的累積，影響后續維護管理，同時運行成本較高[7]。生物洗滌不會產生堵塞問題，而且在大流量廢氣處理中的作用顯著。其缺點是會產生廢水，而且難以處理疏水性有機廢氣。膜生物反應器能夠獲得較高的處理效率，但是能耗較高，需要及時更換生物膜。

3 結語

生物法處理揮發性有機廢氣，可以有效保障處理工藝的便捷性和安全性，降低處理成本，不會造成嚴重的二次污染，因此應用效果較好。人們應該明確生物過濾、生物滴濾、生物洗滌和膜生物反應器等生物法的應用要點和不足之處，然后進行針對性改進，充分發揮生物法的優勢，滿足實際生產需求。