生物膜处理有机废气的工艺技术与应用

余达蔚

（佛山市环境工程装备有限公司，广东 佛山 528000）

在工业生产过程中，化工厂等大型企业会产生大量废气，其中含有各种类型的有机污染物，这些污染物会对环境产生较大的危害，也不利于人体健康。因此，美国、英国等发达国家对有机废气的排放有着十分严格的规定。而在我国，由于管理范围大、化工厂数量多等因素，一些厂家的有机废气排放并没有达到国家制定的排放标准。鉴于此，如何更加有效地处理有机废气，就成为促进经济社会可持续发展的重要工作。

1 生物膜处理有机废气的相关概述

化工厂排放的有机废气主要含苯、甲苯、二甲苯、丙烯酸、醚类、脂类、醇类、酮类及苯乙烯等，不同化工产品所产生的废气成分有所区别。目前，我国相关企业处理有机废气的常见方式主要是吸收、吸附及燃烧这三种处理方式。这三种方法虽然在治理有机废气的过程中起到了很大的作用，但也存在一些问题。具体来说，在采用吸收法和吸附法处理废气的过程中，用到的处理剂需要进行再生处理，这使得相关工艺流程的成本大大增加，并且由于再生工艺比较复杂，稍有疏忽就可能产生安全事故，必须交由专人专门处理，导致运行、操作的时间延长，处理有机废气的效率较低[1]。而在采用燃烧法的过程中，燃烧时存在较大的安全隐患，不完全燃烧还会产生新的有害污染物，温度过高又会产生NO等有毒物质，造成二次污染。

生物膜法最早用于处理污水，包括城市生活污水及工业生产污水，其相关工艺技术也比较成熟。随着对生物膜法研究的不断深入，人们开始将生物膜法用于废气的处理中[2]。与传统的有机废气处理法相比，生物膜法具有工艺设备简单、操作容易、管理方便、维护成本低等优点，其工艺成熟度也较高。生物膜处理技术的原理是利用微生物在填料表面的附着生长，对过滤的气体进行吸附消解，从而达到净化废气的目的。

2 生物膜处理技术的优势

生物膜技术处理有机废气主要具有以下优势：一是生物膜上的微生物，具有多样化的特点，包括好氧菌与厌氧菌，能够完成对有机废气中的大部分物质的吸附[3]。二是生物膜本身的含水率非常低，每个单位内含有的微生物量非常大，因而具备较高的处理能力。三是在使用生物膜处理技术的过程中，其工艺流程非常稳定，不会消耗过多的能量，减少了不必要的能源消耗。总之，在处理有机废气的过程中，生物膜处理不失为一种较好的工艺。

3 生物膜处理有机废气的处理装置

利用生物膜技术处理有机废气，其使用的装置主要是生物滤池、生物滴滤池。

3.1 生物滤池

生物滤池处理有机废气的大体流程如图1所示。其中，1表示增湿器或调节器，2表示生物滤池。实际上，生物滤池中含有多种物质，既包括具有一定吸附能力的泥炭、活性炭、土壤及灰泥等滤料，又含有各种营养元素（K2HPO4、NH4NO3等）和pH缓冲剂[4]。当有机废气进入生物滤池后，可以通过各种介质为微生物提供碳源，发生传质与生化反应，并逐渐在滤料床层中形成微生物膜，促进有机气体中的污染物持续产生降解反应。

图1 生物滤池处理有机废气流程

在生物滤池处理有机废气的过程中，活性炭等滤料的吸附能力较强，能够加速滤池中微生物细胞外酶与气体中的有机物质进行结合，并在滤料与生物膜的交界处进行浓缩，进而提升滤池内的生化反应速率，加快净化有机废气的速度[5]。

3.2 生物滴滤池

生物滴滤池处理有机废气的大致流程如图2所示。图中，1表示储水槽；2表示生物滴滤池。相关领域的人员也将生物滴滤池称为生物滤池，但实际上生物滴滤池与生物滤池有着本质上的区别。在处理有机废气的过程中，两者的区别明显，滤池中所选用的填料不同。在生物滤池中，其使用的填料大都是具有一定吸附能力的物质；而在生物滴滤池中，其使用的填料一般为不具备吸附能力，填料颗粒的空隙比较大的滤料，如粗碎石、塑料蜂窝状的填料等[6]。

通过对图2进行观察，可以发现回流水通过下部的滤池，向上流动并喷洒到填料床层上，再沿着生物膜流淌而下。溶解于水中的有机污染物被附着在填料上的微生物吸收，进入微生物细胞，在微生物体内作为能源和营养物质被吸收分解，最终转化成无害的化合物（如H2O和CO2），工作人员既能够对滴滤池中的pH进行控制，也可以在回流水中添加K2HPO4、NH4NO3等物质，为滤池中的微生物提供其生长所需的营养物质。

图2 生物滴滤池处理有机废气流程

生物滴滤池属于连续循环流动的水系，该系统包括气体、液体及固体三种物质的相互转化。不过，从其整体的运行情况来讲，其主要过程仍是传质及生化反应的串联。在相关环节都设计合理的情况下，滤池中的生物膜反应设备上都含有大量的微生物，其浓度较高，能够促进有机气体的快速处理，处理效率较高[7]。使用这种有机废气处理方式，企业能够减少投资，将反应装置进行小型化处理，降低成本投入。

4 工艺技术研究与应用

4.1 生化降解动力学方面的研究

我国生物膜处理有机废气的研究起步较晚，技术体系不是非常成熟，导致相关参数的制定并非十分准确。为了进一步提高生物膜处理技术的应用水平，相关人员对生化降解动力学流程展开研究。由于其涉及气体、固体及液体的相互转化，影响微生物降解速率的因子较多。人们将滤池中的生物膜作为固液混合单体进行研究，对不同反应阶段的浓度变化情况进行分析，通过探究生物滤池中发生的一系列反应，得出以下数学模型：

式中，C代表贯穿深度为x时污染物的浓度，mg/m3；C0为进气中污染物的浓度，mg/m3；b为生化一级反应速率常数，h-1；x为有机废气在滤池中轴向贯穿的距离，m；V为有机废气轴向贯穿空隙的速度，m/h；km为分配系数。

当净化去除率的具体数值确定后，通过式（1）进行计算，人们就能够得出生物滤池的相关数据，为设计生物滤池提供参考依据。

4.2 生物滤池滤料性的研究

在生物膜处理的过程中，滤料不仅能够起到支撑的作用，还能够对微生物等有机物进行吸附。因此，研究生物滤池中滤料的特性，对完善滤池的结构具有非常重要的意义。常见的滤料包括灰泥、土壤、活性炭及硅藻泥等物质。人们最常进行的就是关于灰泥与活性炭这两种滤料的试验。生物滤池中灰泥及活性炭的性能比较如表1所示，结果表明，活性炭在分配系数等参数上均优于灰泥。

表1 生物滤池中灰泥及活性炭的性能比较

5 结论

生物膜处理技术作为一种新型技术，具有十分突出的优点，然而在处理有机废气的过程中，其依然有诸多的问题需要进一步探讨试验，筛选出能高效降解各种恶臭有毒气体的优势菌种，从而缩短反应启动时间，加快生物反应进程，提高处理效率。未来，在生物膜处理技术研究方面，除应继续加大生物低滤处理废气的效果研究，还要关注和重视应用化工环保材料。

1 郭 智，张新妙，栾金义，等.气隙式膜蒸馏技术研究进展[J].现代化工，2017，37（4）：16-19.

2 郭 智，张新妙，章晨林，等.膜蒸馏过程强化及优化技术研究进展[J].化工进展，2016，35（4）：981-987.

3 罗 鸣，王 琪，沈志鹏，等.日本膜技术的发展与产业化及其借鉴意义[J].环境工程技术学报，2014，4（5）：442-450.

4 黄 勇，陈江耀，李建军，等.生物滴滤塔耦合光催化氧化技术处理电子垃圾拆解车间排放废气的中试研究[J].生态环境学报，2014，23（5）：817-823.

5 郦 琪，曹文平，张学杨，等.生物膜法在废气中有机物去除的应用现状及发展趋势[J].广州化工，2014，42（3）：18-20.

6 魏 薇，曹文平.生物膜技术在生物-生态修复技术治理污染水体中的研究[J].节水灌溉，2013，26（11）：39-43.

7 陈永婵.小议利用生物膜法处理有机废气的几点体会[J].科技与企业，2013，36（6）：140.