VOCs生物淨化工藝（yì）與主要影響因數解析

VOCs廢氣生物處理興（xìng）起於荷蘭和德國，尤其適用於中、低濃（nóng）度廢氣的處理。生物法原（yuán）理主要是利用（yòng）微生物代謝活動，將VOCs轉（zhuǎn）化（huà）為細（xì）胞代謝（xiè）的能源、細胞組成物質及無害的小分子（zǐ）物質（如水、二氧化碳等）。其優缺點如下：

優點：反應條件（jiàn）溫和、設（shè）備簡單、操作方便、運行費（fèi）用（yòng）低，二次汙染小、可處理不同性質的混合氣體等。

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

一、淨化工藝

VOCs和惡臭廢氣生物處理工藝主要包括生（shēng）物濾（lǜ）池、生物滴濾塔、生物洗滌（dí）器、膜生物反應器。其中，生物過濾器和生物滴濾器應（yīng）用最為廣泛，膜生物反應器尚限於實驗室研究階段。

1、生物（wù）過濾（lǜ）

在生物過濾過（guò）程中，VOCs廢（fèi）氣流（liú）經過（guò）加壓預濕後，進入過濾塔與濾料層表麵的（de）生物膜接觸，VOCs從氣相轉移（yí）到生物膜中被膜內的（de）微生物迅速降解和（hé）利用，轉化為自身生物質、水、CO2和其他小分子物質。生物過濾（lǜ）法適用於種類廣泛的VOCs廢氣處理，如短鏈烴類（lèi）、單環芳烴、氯代烴、醇、醛、酮、羧（suō）酸（suān）以及含硫、氮的有機物，其典（diǎn）型的應用領域包括印刷、噴（pēn）塗行業、汙水（shuǐ）處理（lǐ）和畜禽養殖業等。該方法特點是操作簡單，運行費用低（dī）、適用範圍廣，不（bú）產生二次汙染，但反應條件不易控製，易堵塞、氣體短（duǎn）流、溝流，占地多（duō），且（qiě）對進氣負（fù）荷變化適應（yīng）慢。

2、生物滴濾

生物滴濾是生物過濾工藝的（de）改進，其床層（céng）填料多為惰性物（wù）質，與生（shēng）物過濾相比，降低了氣體通過床層的阻力，由於連（lián）續流動的液體通過填充層，使得反（fǎn）應（yīng）條件（jiàn）（如pH、營養物（wù）濃度）易於控製，單位體積填料（liào）的生物量高，更適合淨化負荷較高（gāo）的廢氣，同時克服了生（shēng）物過濾不利於處理產酸廢氣的特點，可有效去除經生物降解（jiě）產（chǎn）生酸性代謝產物的VOCs廢氣。據（jù）報道，生物滴濾反應器處理的（de）VOCs主要有烷烴、烯烴、醇、酮、酯（zhǐ）、單環芳烴、鹵代烴等。但生物滴濾反應器由於（yú）連續流動液相的（de）存在，使得亨利係數較大的汙染物不容易（yì）被去除。

3、生物洗滌

生物洗滌器又叫生物洗滌池，由傳（chuán）質洗滌器和生物降（jiàng）解反應（yīng）器組（zǔ）成。廢氣首（shǒu）先進入洗滌器，與惰性（xìng）填料上的微生物及由生化反應器過（guò）來的泥水混合物進行傳質吸附（fù）、吸（xī）收，部分有（yǒu）機物在此被降解，液相中的大部分有機物進入生化反應器，通過懸浮汙泥的代（dài）謝作用被降解（jiě）掉，生化反應器（qì）出水進入二沉池進行泥水分離，上清液排出，汙泥回流。

生物洗滌法（fǎ）也叫生物吸收法，在運行（háng）過程中廢氣不需要增濕（shī），由於係統由2個獨立的反應單元組成，易於控製（zhì）反應條件，壓力損失低，但其傳質表麵（miàn）積低，廢氣必須溶（róng）於液相，需大量供氧才能維持高降解率（lǜ），而且存在剩餘汙泥，運行費用也較高。

4、膜生物反應器

膜生物反應器是一種新型廢氣生物處理工（gōng）藝，在中空纖維膜生（shēng）物反（fǎn）應器（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循環，直接與生物膜接觸。廢氣從生物反應器（qì）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（chuán）質至外層的活（huó）性生物（wù）膜後得以（yǐ）降解。其氣流（liú）和液流分別在（zài）纖維膜的兩側，在液相（xiàng）麵（miàn）的纖維膜上形成（chéng）生物膜，其比表麵積大、生物量高，可清除過量的生物量以防堵塞，可向流動的液相添加pH緩衝劑、營養物質、共代（dài）謝物及其他促進劑，也可（kě）排除有毒或抑（yì）製性的產物，保持較高的微（wēi）生物活性。

國外已有一些（xiē）采用膜生（shēng）物反（fǎn）應（yīng）器處理甲苯和BTEX（苯、乙苯（běn）、二甲苯和甲苯）的報道，雖然這些研究都取得了較好的效果，但生物膜反應器的構建和運行（háng）成本高，使其在處理VOCs廢氣的實際（jì）應用中受到了限製。

鑒於生物反應器的（de）各種優點，使得它（tā）們在各行業（yè）中（zhōng）得到廣泛應用。生物（wù）過濾塔適（shì）用於處理（lǐ）肉類加工廠、動物（wù）飼養場（chǎng）、汙水（shuǐ）處理廠和堆肥廠等處產生的廢氣。珠海吉大水質淨化廠利用生物濾池處理惡臭氣體量為57000m3/h，並且達到廢氣排放（fàng）二級標準。生物滴濾塔（tǎ）已成功用於化工廠、食品廠、汙水（shuǐ）泵站（zhàn）等方麵的（de）廢氣淨化和脫臭。

二、主要影響因素

1.廢氣性（xìng）質

廢氣組（zǔ）分的可生物降解性和水溶性是影響生物處理工藝降解性能的主要因素之（zhī）一。傳統生物過濾/滴濾工藝（yì）常被認為不適（shì）合處理難（nán）生物降（jiàng）解和低水溶性的組分。疏水（shuǐ）性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率。研究表明：汙染（rǎn）物的去除（chú）能力與亨利係數（shù）和疏水性有（yǒu）關（guān），且汙染物的最大去除能力遵循以下順序：醇類（lèi）>酯類>酮類>芳香類>芳香烴（tīng）類>烷烴類。

針（zhēn）對（duì）難生物降解組（zǔ）分，有研究者以紫外（wài）光氧（yǎng）化作為預（yù）處理技術，以（yǐ）生物技術（shù）作為主（zhǔ）體淨（jìng）化（huà）工藝，通過紫外光氧化預處（chù）理（lǐ），將難降解汙染物轉化（huà）為易（yì）生物降解的水溶（róng）性物質，提高後續生物淨化單元的處理效果。針（zhēn）對疏水性組分，主要在反應器中引入疏水性有機（jī）相強化該類物質的傳質（zhì），進而提高其（qí）生物淨（jìng）化效率。

2.降解菌

微生物（wù）在廢氣生物處理係統中起著（zhe）決定性作用。廢氣生物處理裝置在啟（qǐ）動期需對填（tián）料層接種微生（shēng）物。接種的微生物（wù）菌種可（kě）以為活性汙泥、專（zhuān）門馴化培養的純種微生（shēng）物]或人為構建的複合微生物（wù）菌群。選育優異菌種並優化其生存條件（jiàn）是（shì）目前該技術的主要研究（jiū）方向之一。此外，基於菌種的代謝特征（zhēng），人為構建生態結構合理的複合微生物菌群，對縮短反應器的啟動周期、提高（gāo）接種微生物（wù）的競（jìng）爭性和保持反應器持續高效性具有重要意義。

處理VOCs廢（fèi）氣的微生物（wù）種（zhǒng）群很（hěn）多，在反應器中占主體的多為異養型微生物，以細菌為主，其次真菌，還（hái）有放（fàng）線菌和酵（jiào）母菌，也有少量蠕蟲、線蟲等原生動物。研究發現廢氣生物降解過程中，汙染物降（jiàng）解（jiě）主要與細菌有關，但目前的研究證（zhèng）明，真菌有可能成為廢氣生物處（chù）理過程中更具有廣闊前景的（de）菌類，作（zuò）為典型的氣生型微生物，其具有較大的比表麵積，對幹燥環（huán）境或強酸環（huán）境具有較強的耐受能力，表（biǎo）現出比（bǐ）細菌更好的對疏水性VOCs的（de）去除性能。

微生物群落結構及代謝功能的動態變化將對反應器的宏觀處理能力產生影響。不同反應器（qì）運行條件，形（xíng）成的微生（shēng）物群落結構和優勢種群（qún）就不同。調控微生物群落（luò）的方（fāng）法有：控製反應器內微環境、采用高效菌種接（jiē）種或生物強化。傳統的生物技術局限於微生物的定量與表征上（shàng）。但隨著分子生物學的發展，一些分子生物技術（shù），如變（biàn）性梯度凝膠電泳、熒光原位雜交等已經用於研究微（wēi）生物群落結構及生（shēng）態特征。

3.填料結構與特性

填料是廢氣生物處理裝置的核心（xīn）部分，其性能影響微生物的附著及（jí）係統的運行（háng）效果。理想的填料一般應具備比表麵積大、過濾（lǜ）阻力小、抗堵性能強、適合微生物附（fù）著生長、持水能力強、堆積密度小、機械強度、化（huà）學性質穩定、使（shǐ）用壽（shòu）命長、易獲得、價廉等優點。

生物過濾法常采用有機活性填料為主要填料。常用的有機活性填（tián）料（liào）有土壤、堆肥、泥炭、矽藻（zǎo）土、樹（shù）皮等或其混合物其中堆肥最為常用]。有機活性填料具有價廉、富含營養物質和易於微生物（wù）附著等優點，但該類填料的有機物會逐漸降（jiàng）解礦化，導致填料層（céng）壓實和堵塞，縮短填料（liào）的使用壽（shòu）命。因此，有機填料和無機填料製成的複合填料是目前的研究熱點。

生物滴濾的（de）床層（céng）由惰性填料組成，該類裝置的（de）改進與（yǔ）發（fā）展主要（yào）體現在（zài）填料的改進與發展上。傳統的生物滴濾填料有卵石、粗碎石、木炭、陶粒、火山（shān）岩等，該類填料存在處（chù）理效（xiào）率低、易堵塞等問（wèn）題。新型（xíng）生物滴濾填料的（de）研究與開發主要表現在材（cái）質和結（jié）構方麵的不斷改進，主要包括：聚氨酯泡沫、聚丙（bǐng）烯球、聚乙烯球、矽藻土、不鏽鋼、分子篩等。生物填料的（de）發展主要為對（duì）已知天（tiān）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麵積和強度、提高孔隙率、減輕重量，防止填料壓實（shí）和氣體短流。

4.pH和溫度（dù）

噴淋（lín）營養液的pH是影（yǐng）響廢氣生（shēng）物淨化（huà）性（xìng）能的主（zhǔ）要運行參數之一。反應體係營（yíng）養液pH多保持在5~8之間。一些研究表明，較低的（de）pH(<4.2)影響微生物的降解活（huó）性進而影響反應體係的降解性能。

溫度是影響生物淨化性能的（de）關鍵參數之一。填料層中的微生物多為中溫性生物，床層溫度可為10~42℃，大（dà）部分實（shí）驗研究和工程應用的生物滴濾/過濾（lǜ）體係在環境溫度15~30℃運行。然而，許多工業廢（fèi）氣排放（fàng）溫度高於環境溫度，因此，常規處理工藝需（xū）要對排放廢氣進行預冷卻處理，導致運行費用增加。

為了降低成本，一些研究者研究了嗜熱菌在廢氣生物處理中的應用。有（yǒu）研究表明，嗜熱型生物（wù）反應器的運行溫度一般控製在（zài）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℃處理乙酸乙酯廢氣，其運行性能優於同等條件的中溫反應器；采用生物滴濾處理異丁醛和2-戊酮混合廢氣，在（zài）52℃較25℃可獲得（dé）更高的去除（chú）能力。

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