微生物技术在化工VOCs废气处理中的应用

杜文军

摘 要：近年来，随着我国经济的快速发展，来源于有机化工、橡胶再生、煤化工、石油化工等工业生产应用过程的挥发性有机化合物（VOCs）大量向大气中排放，导致污染问题日益严重，已经发展成为仅次于颗粒污染物的第二大类空气污染物。为了有效降解及控制VOCs废气污染，如何采取科学、合理的处理技术成为了关键。本文在全面了解微生物技术原理的基础上，结合具体案例，对化工VOCs废气处理中微生物技术的应用要点进行了分析与探究。

关键词：微生物技术;化工企业;VOCs废气;技术原理

伴随国民经济的迅速发展，人们对环境的要求日益增高，更加向往一个没有废水、废气、固体废物物污染的更加优美、舒适、愉悦的工作及生活环境。然而，在我国工业化进程不断加快的今天，VOCs废气排放量越来越大，作为一种挥发性有机物，VOCs是指常温下饱和蒸汽压在70Pa以上，且常压下沸点小于260℃的有机化合物。目前，已鉴定出的化学结构成分达到300多种，如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷等。若VOCs废气浓度过高，极易引起急性中毒，严重者甚至会出现生命危险。于化工企业而言，如何降解VOCs废气成为了生产发展的关键。微生物技术作为一项新兴的生物工程技术，该技术不仅成本低，且具有较高绿色环保性能，基本不会产生二次污染。为此，在VOCs废气处理中得到了广泛应用与推广。

1 微生物技术原理

作为一项新兴生物工程技术，微生物技术是通过化学或物理等方式，将游离微生物或酶定位于限定空间区域内，使其保持活性并可反复利用的方法。在生物处理装置中，此技术方式可维持较高浓度的生物量，增强微生物对毒性污染物的抵抗能力及系统抗负荷冲击能力，具有极强处理能力。

VOCs是化工企业生产过程中形成的一种具有挥发性的有机物，伴随我国工业化程度的不断提升，VOCs废气排放已成为大气污染的主要成分，加之VOCs废气不单单产生于生产环节，甚至在运输环节也有此成分。此类废气含有一定毒性，长期吸入会导致人体癌变，将对人体健康及安全造成极大影响。采用微生物技术来降解VOCs废气，能够将VOCs废气转化为无机物、细胞质，以此满足净化VOCs废气的作用。相比其他处理技术，微生物技术具有投资少、运行成本低、能耗少、可有效减少环境污染等优势。伴随工业生产的不断发展，工业废气排放量不断加大，污染成分愈加复杂化，因此，以微生物法处理VOCs废气具有重要研究价值。

2 案例分析

某化工企业在生产过程中将会排放大量挥发性有机化合物，如VOCs废气，其主要成分包括甲苯和二甲苯以及醋酸乙酯、醋酸丁酯等。若人体内吸入甲苯等，其中48%会被人体代谢出去，在整个过程中需经过肝脏、脑、肺和肾等人体结构，最后才能被排除，在这个过程中很大程度上都会危害神经系统。经实验研究表明，若血液内的甲苯浓度在1250mg/m3以上，将会影响接触人员的短期记忆能力、大幅降低运动速度等。此外，二甲苯也属于一种麻醉剂，若与工作人员长期接触，必定会导致神经系统功能紊乱，若与二甲苯直接接触，则会出现皮肤干燥、皲裂和红肿等问题，甚至损害神经系统。

此次项目设计总风量为15000m3/h，VOCs≤150mg/m3为设计进气浓度，有机废气排放标准为：甲苯、二甲苯最高允许排放浓度20mg/m3，最高匀速排放速率为1.0kg/h。总VOCs最高允许排水浓度30mg/m3，最高匀速排放速率为2.9kg/h。

3 微生物技术在化工VOCs废气处理中的应用要点

3.1 微生物在VOCs废气处理中的作用

在化工VOCs废气处理中，采用微生物技术多利用其生物化学作用，如微生物除臭裝置的应用，可有效分解污染物，并进行无害或少害物质的转化。微生物利用有机物作为其所需基质的特点，利用不同转化方式将复杂、大分子的有机物进行转化，最终分解为较为简单的无机物，如水、二氧化碳等。在降解VOCs废气时，微生物的应用原理为“吸收-生物膜”理论和“吸附-生物膜”。其中，以“吸收-生物膜”为例，可将微生物在VOCs废气降解中的作用分为以下阶段。

第一阶段：气-液扩散阶段，经填料气-液界面臭气内的污染物将从气相向液相转化，也就是说从气膜向液膜扩散。

第二阶段：液-固扩散阶段，恶臭物质扩散至微生物膜表面，废气内的异味分子则从液相向生物填料的生物膜扩散，微生物则能够将污染物质吸附并吸收。

第三阶段：生物氧化阶段。恶臭物质被微生物氧化、分解，此时生物填料表面浆有一层生物膜形成，膜内微生物则会氧化异味分子。此外，生物膜会进一步扩散或吸收营养物质，如氮或磷等。

由上可知，废气生物净化的过程是两个不同理论的结合，即“吸收-生物膜”和“吸附-生物膜”。然而，在实际工作中，基于各种因素的影响，废气生物净化系统中的生物载体表面的液膜属于不均匀分布，同时生物膜的厚度也各不相同，甚至局部载体表面并没有覆盖生物膜。在生物载体床层空隙之间有废气流动，气流内的污染物景观溶解、吸附等环节，将会向生物体表面、载体等转移，最终将会被生物体降解。

3.2 微生物在VOCs废气处理中的工艺流程

此次以4个不同车间所产生的VOCs废气为研究对象，通过此区域集气罩收集之后，可向一条废气管内汇聚所有收集到的VOCs废气。经上述预处理，可保证VOCs废气进入生物净化器中的温度在最佳范围，则处理工艺流程如下：有机废气—离心风机—废气预处理塔—循环处理泵—高效生物净化器—生物培养箱—生物循环泵—高空达标排放。该处理工艺流程处理时间不长，且具有较高处理效率，一般可达到90%以上。且废气经处理之后，均可达到相关标准规定。

生物菌种一次挂膜成型之后，无需专门管理及添加生物菌种。此外，此生物净化系统的间隙性工作能力很强，可在系统运行停止20天之后，再次运行，可快速恢复净化效率。

3.3 处理效果

经过处理之后，通过试验检测，可获取如下结论：1）处理前，VOCs废气排放浓度为42.8mg/m3，相比最高允许排放浓度30mg/m3，高于允许值;同时，VOCs废气排放速率为0.574kg/h，相比最高匀速排放速度2.9kg/h，在其范围内。2）处理后，VOCs废气排放浓度为2.70mg/m3，相比最高允许排放浓度30mg/m3，在其允许范围内;同时，VOCs废气排放速率为3.48×10-2kg/h，相比最高匀速排放速度2.9kg/h，在其允许范围内。由此可见，采用微生物技术处理化工VOCs废气，处理效率良好，可满足现行规范排放限值。

4 结束语

综上所述，相比传统废气处理技术，生物处理法具有投资少、运行费用低、操作简便、无二次污染等优点，因此，在废气处理中得到了广泛应用。微生物技术在VOCs废气处理中的应用，可通过微生物新陈代谢作用，将污染物降解为简单的无机物，如二氧化碳、水等，从而实现净化废气的目标。当前，我国微生物处理VOCs废气仍处于一个研究阶段，为了将其作用最大限度发挥出来，必须重视微生物处理技术的应用要点，优化技术水平，简化操作步骤，优化控制方式，从而进一步提高废气处理效果，减少设备运行成本，加大环境保护力度，推进企业可持续发展。

参考文献

[1]季益虎.生物处理技术在VOCs废气处理过程中的研究与分析[J].环境与发展，2018，30（5）：36-37.

[2]张丹骥.微生物技术在化工行业废气治理中的应用分析[J].节能与环保，2019，（8）：57-58.