VOCs生物淨化工藝與（yǔ）主要影（yǐng）響因數解析

VOCs廢氣生物處理興起於荷（hé）蘭和德國（guó），尤（yóu）其適用於（yú）中、低濃度廢氣的處理。生物（wù）法原理主要是利用微生物代謝活動，將VOCs轉化為細胞代謝的能源、細胞組成物質及無害的小分子物質（如水、二氧化碳等）。其優缺點如下：

優點：反應（yīng）條（tiáo）件溫和、設備簡單、操作方便、運行費用低，二次（cì）汙染小、可處理不同性（xìng）質的混合氣體等。

局限：其生物降解速（sù）率有（yǒu）限，承受負荷不能過高，對具（jù）有生物毒性的物質處理效果較差。

一、淨化工藝

VOCs和惡臭廢氣生物處理工藝主要包括生物濾池、生物滴濾塔、生物洗（xǐ）滌器、膜生物反應器。其中（zhōng），生物過濾器和（hé）生（shēng）物滴（dī）濾器應用最為廣泛，膜生物反應器尚限於實驗室（shì）研究階段。

1、生物過濾

在生物（wù）過濾過程中（zhōng），VOCs廢氣流經過加壓預濕後，進入過濾（lǜ）塔與濾料（liào）層（céng）表麵的生物膜接觸，VOCs從氣相轉移（yí）到（dào）生物膜中被膜內的微生物（wù）迅速降解和利（lì）用，轉化為自（zì）身（shēn）生物質、水、CO2和其他小分子物質（zhì）。生物過濾法適（shì）用於種類廣泛的VOCs廢氣處理，如短鏈烴類、單環芳烴、氯代烴、醇、醛、酮、羧酸以及含硫、氮的有機物，其典型的（de）應用領域包括印刷、噴塗（tú）行業、汙水處理和畜禽養殖業等。該方法特點是操作（zuò）簡（jiǎn）單，運行費用低、適用範（fàn）圍廣，不產（chǎn）生（shēng）二次汙染，但反（fǎn）應條件不易控製，易堵塞、氣體短流、溝流（liú），占（zhàn）地多，且（qiě）對進氣負荷變化適應慢。

2、生物滴濾

生物滴濾是（shì）生物過濾工藝的改進，其床層填料多為惰性物（wù）質，與生（shēng）物（wù）過濾相比，降低了氣體通過床（chuáng）層的阻力，由於連續流動的液體通過填充層，使得反應條件（如pH、營養物濃度）易於控製，單位體積填料的生物量（liàng）高，更適合淨化負荷（hé）較高的廢氣，同時克服了生物過濾不利於處（chù）理產酸（suān）廢氣的特點，可有（yǒu）效去除經生物（wù）降（jiàng）解產生酸性代謝產物的VOCs廢氣。據（jù）報（bào）道，生物滴濾反應器處理的VOCs主要有烷烴、烯（xī）烴、醇、酮、酯、單（dān）環芳烴、鹵（lǔ）代烴等（děng）。但生（shēng）物滴濾反應器由於連（lián）續流動（dòng）液相的存（cún）在，使得（dé）亨利（lì）係數較大的（de）汙染物（wù）不容（róng）易被去除。

3、生物洗（xǐ）滌（dí）

生物洗滌器又叫生物洗滌池，由傳質洗滌（dí）器和生物降解反應器組成。廢氣首先進入洗滌器，與惰性填料上的微生（shēng）物及由生化反應器過（guò）來（lái）的泥水混合物進行傳質吸（xī）附、吸收，部分有機物在（zài）此被（bèi）降解，液相中的大部分有機物進入生化反應（yīng）器，通過懸浮汙泥的代（dài）謝作用被降解掉，生化反應器出水進入（rù）二沉池進行泥水分離（lí），上清液排出，汙泥回流。

生物洗滌法也叫生物吸收法，在運行過程中廢氣不需要增濕，由（yóu）於係（xì）統（tǒng）由2個獨立的反應單元組（zǔ）成，易於控製反應條件，壓力（lì）損失低（dī），但（dàn）其傳質表（biǎo）麵積低，廢氣必須溶於液相，需（xū）大量（liàng）供（gòng）氧才能維持高降解率，而且存在剩餘汙泥，運行費用也較高。

4、膜生（shēng）物反應器

膜（mó）生物反應器是一種新（xīn）型廢氣生物處理工藝，在中空纖維膜生物反應（yīng）器（qì）中，纖維膜外表麵生長一層薄薄的生物膜，懸浮液在纖維膜外表麵（miàn）循環，直接與生物膜接觸。廢氣從生物反應器進氣口分散進入各根纖維膜膜腔，依靠濃度梯度氣體分子通過膜壁傳質（zhì）至外層的活性生物膜後（hòu）得以降解。其氣流和液流分別（bié）在纖（xiān）維膜的兩側，在液（yè）相麵的纖維膜上形成（chéng）生物膜，其比表麵（miàn）積大、生物量高，可（kě）清除（chú）過量的生物量以（yǐ）防堵塞，可向（xiàng）流動的（de）液相添加pH緩衝劑、營養物質、共（gòng）代謝（xiè）物及其他促進劑，也可排除有毒或抑製性的產物，保持較高的微生物活性。

國外已有一些采用膜生物反應器處理甲苯和BTEX（苯、乙苯（běn）、二甲（jiǎ）苯和甲苯）的報道，雖然這些研究都取得了（le）較（jiào）好的效果（guǒ），但生物膜反應器的構建和運行成本高，使其在處理（lǐ）VOCs廢氣的實際應用中受到了限製。

鑒於生物（wù）反應（yīng）器的各種優點，使得它們在各行業中（zhōng）得到（dào）廣（guǎng）泛應用。生物過濾塔適用於處理肉類加工廠、動物飼養場、汙（wū）水處理廠和堆肥廠等處產生的廢氣。珠海吉大（dà）水質淨化廠利用生（shēng）物濾池處（chù）理（lǐ）惡臭氣（qì）體量為（wéi）57000m3/h，並且達到廢氣排放二級標準。生物（wù）滴（dī）濾塔已成功用於化工廠、食品廠、汙水泵站等方麵的廢氣淨化和脫臭。

二、主要影響因素

1.廢氣性質

廢氣組分的可生物降解性（xìng）和水溶性是影響生物處理工藝降解性能的主（zhǔ）要因素之一。傳統生物過濾/滴濾工藝（yì）常被認為不適合處理難生物降解和低水溶性的組分。疏水性（xìng）VOCs從氣相到水相較慢的傳質速率常導致其較低的生物降解（jiě）率。研究表明：汙染物的去（qù）除能力與亨利係數和疏水性有關，且汙染物的最大去（qù）除能力（lì）遵循以下順序：醇（chún）類>酯類>酮類>芳香類>芳香烴類>烷烴類。

針對（duì）難生物降解組分，有研究者以（yǐ）紫外光氧化作為預處理技術，以生物技（jì）術（shù）作為主體淨化工藝，通過紫外光氧化預處理，將難降解汙染物轉化為易生物降解的水溶性物質，提高後續生物淨化（huà）單元的處理效果。針對疏水性組分，主要在反應器中引入疏水性有機相強化該類物質的傳質，進而提高其生（shēng）物淨化效率。

2.降解菌

微生物在廢氣生物處理係統中（zhōng）起著決定性作用。廢氣生物處理裝置在啟動期需對填料層接種微生物。接種的微生物菌種可以為活性汙（wū）泥、專門馴（xùn）化培（péi）養的純種微生物]或人為（wéi）構建的複合微生物菌群。選育優異菌種並優化其生存條件是目前（qián）該技術的主（zhǔ）要研究方（fāng）向（xiàng）之一。此外，基於菌種的代謝特征，人為構建生態結構合理（lǐ）的複合微生物菌群，對縮短反應器的啟動周期、提高接種微生物的競爭性和保持反應器持續高效性具有重要意義。

處理（lǐ）VOCs廢（fèi）氣的微生物種群很多，在反應器中占主體的多為異養型微（wēi）生物，以細菌為主，其次真菌，還有放線菌和酵母菌，也有少量蠕蟲、線蟲等原生動物（wù）。研究發現廢（fèi）氣生物降解過程中，汙染物降解主要與細菌有關，但目前的研究證明，真菌（jun1）有可能成為廢氣生物處理過程中更具有廣闊前景的菌類，作為典型的氣生型微生物，其具有較大的比表麵積，對幹燥環境或強酸環境具有較強的耐受能力，表現出比細菌更好（hǎo）的對疏水性VOCs的去除（chú）性能。

微生物群落結構及代（dài）謝（xiè）功能的（de）動（dòng）態變化將對反應器的宏觀（guān）處理能力產生影響。不同（tóng）反應器運行條（tiáo）件，形成的微生物群落結構和優勢種（zhǒng）群就不同。調控微生物群落的方法有：控（kòng）製反應器內微環境、采用高效菌種接種（zhǒng）或生物強化。傳統的生（shēng）物技術（shù）局限於微生物的定量與表征上。但隨著（zhe）分子生物學的發展，一些分子（zǐ）生物技術，如變性梯度凝膠（jiāo）電泳、熒光原位雜交等已經用於研究微生物群落結構及生（shēng）態（tài）特征。

3.填料結（jié）構與特性

填料是廢氣生物處理裝（zhuāng）置的核心部（bù）分，其（qí）性（xìng）能影（yǐng）響微生物的附著及係統（tǒng）的（de）運行效果。理（lǐ）想的填料一般應（yīng）具備比表麵積大、過濾阻力小、抗堵性（xìng）能（néng）強、適合微生物（wù）附著生長、持水能力強、堆積密度小、機械強度、化學性質穩定、使用（yòng）壽命長、易獲得、價廉等優點。

生物過（guò）濾法常采用有機活性填料為主要填料。常用的有機活性填料有土（tǔ）壤、堆肥、泥炭、矽藻土、樹皮等或其混合物其中堆肥最為常（cháng）用]。有機活性填料具有價廉、富含營養物質（zhì）和易於微生物附著等優點，但該類填料的有機物會逐漸降解礦化，導致填料層壓實和堵塞，縮短填（tián）料的（de）使（shǐ）用（yòng）壽命。因（yīn）此（cǐ），有機填（tián）料和無機填料製成的（de）複合填料是目前的（de）研究熱點。

生（shēng）物滴濾的床層由惰性填（tián）料組成，該類裝置的改進與發展主要（yào）體現在填料的改進與發（fā）展上。傳統（tǒng）的生物滴濾填料有卵石、粗碎石、木炭、陶粒、火山（shān）岩等，該類填（tián）料存在處理效率低、易堵塞等（děng）問題。新型生物（wù）滴濾填料的研究與開發主要表現在材質（zhì）和結構方（fāng）麵的（de）不（bú）斷改進，主要包括：聚氨酯泡沫、聚丙烯球、聚乙烯球、矽藻土、不鏽鋼、分子篩等。生物填（tián）料的發（fā）展主要為對已知天然活性填料進行改性以提高填料的綜合性能或人為增加填料比表（biǎo）麵積和強（qiáng）度、提高孔隙率、減輕重量，防止填料（liào）壓實（shí）和氣體短流。

4.pH和溫度

噴淋營養液的pH是影（yǐng）響（xiǎng）廢氣生物（wù）淨（jìng）化性能的主要運行參數之一。反應體係營養液pH多（duō）保持在5~8之間。一些研究（jiū）表明，較低的pH(<4.2)影響微生物的降解活（huó）性進而（ér）影響反應體係的降解性能。

溫度是影響生物淨化性能的關鍵參（cān）數之一。填料層中的微生物多為中溫（wēn）性生物，床層溫度（dù）可為10~42℃，大部分實驗研究和工程應用的生物滴濾/過濾體係在環境溫度15~30℃運行。然而，許多工業廢氣排放溫度高於（yú）環（huán）境溫度，因此，常（cháng）規處理工藝需要對排放廢氣進行預冷卻處理，導致運行（háng）費用增加。

為了降低成本，一些研究者研究了（le）嗜熱菌在廢氣（qì）生（shēng）物處理中的應用。有研究表明，嗜熱型生物反應器（qì）的運行溫度一般控製在45~75℃，如在50℃應用生物過濾處理BTEX廢氣，其最大去除負荷達218g/（m3˙h）（平均去除率>83%）；在45~50℃處理乙酸（suān）乙酯廢（fèi）氣，其運行性能優於同等條件的中溫反應器；采用生物（wù）滴濾處理異丁醛和2-戊（wù）酮混合廢氣，在52℃較25℃可獲得更高的去除能力。

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