生物法处理挥发性有机废气的研究

何奋飞

（梅州鑫晟环保科技有限公司，广东梅州 514000）

挥发性有机化合物简称VOCs（volatile organic compounds），指常温下饱和蒸汽压大于70Pa、常压下沸点在260℃以下的有机化合物，或在20℃条件下，蒸汽压大于或者等于10Pa 且具有挥发性的全部有机化合物。对于挥发性有机化合物而言，其种类较多，芳香烃、醇类、酯类和醛类等用于工业溶剂的有机化合物是最常见也是排放量最大的。同时，绝大部分VOCs 都是有毒的且会散发出恶臭味，甚至部分VOCs还有较强的致癌性。此外，在光照环境下，VOCs 会发生一定的化学反应，引发发光化学烟雾。如果VOCs 中含有卤代烃类，那么会对臭氧层产生破坏。然而，对于食品工业、水产业、石化行业、农业而言，其在生产过程中会产生挥发性的有机废气，采用传统的化学和物理方法是很难对这些废气进行有效的处理，即使能够处理也需要投入大量的资金成本。

1 生物法处理有机废气的技术概况

1.1 生物法的基本概念

生物进化法的实质是氧化分解过程，即附着在多孔、潮湿物质上的活性微生物会吸附废气中的有机化合物来为自身的基本生命活动提供能源和养分。此外，对于微生物吸收废气中的有机物过程而言，主要是将这类有机物转化为二氧化碳、水等简单无机物以及细胞的组成物质，通过这个过程就能减少废气中有机物的数量，从而达到净化效果。

1.2 生物法处理有机废气机理

目前，行业内使用生物法处理挥发性有机废气的主要机理是基于生物膜理论。生物膜是微生物群体在固定载体表面生存过程中产生的黏性膜结构，如果周围环境较为湿润，那么废气中的有机物就会为微生物提供生长养料，通过氧化分解反应，不仅能够有效分解废气中的有机物，还能促进微生物的生长与繁殖，进而就能在载体表面形成一定厚度的生物膜，这种类型的生物膜能够处理浓度较低或可降解性较强的废气，并发挥良好的净化效果。

1.3 生物法处理 VOCs 的工艺特点

对于生物法处理VOCs 废气工艺而言，其存在较强且较快的适应能力，即使污染物的类型不同，但是都能将污染物作为代谢底物进行降解和转化。此外，生物法处理VOCs 工艺相比传统的废气处理技术而言，其具有效果好、资金投入成本低、安全性能好、不会产生二次污染、过程管理简洁等优点。同时，废气生物处理吸收剂存在较强的再生功能，能直接对微生物进行吸收，从而无需设置专门的设备对废气中的微生物进行吸收与吸附，简化了工艺处理流程，降低了机械设备操作运行的费用。

2 三种生物方法简介

对于气态污染物的生物净化过程而言，其实质是在潮湿、有孔的介质上聚集一定数量的活性微生物，微生物的生命活动需要养料，而将废气中的有害物质进行降解转化为二氧化碳和水等简单的无机物以后，就能为微生物提供基本的生长养分。此外，对于微生物而言，其生存方式、水分、营养物质的添加方式之间存在较大差异性，因此可以在此基础上将气态污染物的生物净化设施分为生物滤池、生物滴滤塔以及生物洗涤器这三个主要的且具有典型代表性的净化技术。

2.1 生物滤池

对于生物滤池而言，其是一种容器，主要存在敞开和封闭这两种状态，是由多孔填料床自上而下叠加组成的。填料主要是由堆肥、泥炭块、土壤、塑料滤料、粒状活性炭、陶瓷滤料等组成的，表面由微生物膜和水覆盖。一般而言，生物滤料的厚度不得超过1m，同时，工作人员要结合气体量和处理的效果来调整生物滤料的面积。对于生物滤池的工艺流程而言，其主要如图1所示。生物滤池将废气除尘以后，将其通入湿润器内进行湿润，湿润后的废气通过填料层，填料层表面覆盖的生物膜中含有的微生物将通过的废气内的有机污染物进行降解。此外，液相在生物滤池中始终保持静止或者以很小的速度流动状态，操作人员结合实际的要求和工艺流程，在此基础上适当补充水分，这样才能提高气体通过生物膜填料层的连贯性。

图1 生物滤池工艺流程图

2.2 生物滴滤塔

生物滴滤塔的结构与生物滤池结构相似，主要的区别在于水分喷洒而出的方向，由上喷淋而下的水分逐层流过填料。同时，相比于生物滤池的填料层而言，生物滴滤塔填料层的孔隙较大。由于生物滴滤塔存在多孔填料床，那么液相和气相能够以顺时针和逆时针方向流动。此外，在净化过程中，废气污染物主要经过由气态到颗粒表面液膜传质，然后，废气中的污染物就会被生物膜表面的微生物降解，降解过程产生的二氧化碳气体会反向进行扩散和对流运动，然后到达主流气相区并最终排出生物滴滤塔外。对于生物滴滤塔而言，其内部结构相比于生物滤池较为复杂，但是其能够处理如硫化氢一类的酸性副产物废气。生物滴滤塔的工艺流程主要如图2所示。

图2 生物滴滤塔流程图

2.3 生物洗涤器

对于生物洗涤器而言，其是一个悬浮状态且存在活性的污泥处理系统，流化床存在三种不同的形态，这就使得其与生物滤池和生物滴滤塔之间存在较大的差异性。一般而言，生物洗涤器主要是由一个装有填料的洗涤器和一个装有活性污泥的生物反应器组成的。对于生物洗涤器的接触式单元而言，其是第一个反应器，当废气污染物进入第一个反应器，反应器内的物质就能将气态污染物转化为液态，由于单元内存在惰性材料，那么就能对污染物进行传质吸附与吸收。在废气污染物降解过程中，其表面会沾有活性污泥，单元内的惰性材料也存在对污染物表面的活性物质进行传质吸附和吸收的功能。此外，对于第一个单元而言，其只能降解少量污染物，绝大部分废气污染物是在第二个单元内完成降解的，降解过程主要是发挥第二个单元内活性物质的代谢作用。

2.4 三种生物反应器的比较

对于有机废气而言，其成分浓度气量的不同，那么生物净化系统的类型也不同。对于化气量较小、浓度大、易溶解、生物代谢速率低的废气净化过程而言，一般选用生物洗涤床。对于气量大、浓度低的废气可采用生物过滤床。而对于污染物降解后会生成酸性物质的则以生物滴滤床为好。对三种生物反应器优缺点进行比较如表1所示。

3 研究展望

目前，研究生物法处理挥发性有机废气还处于应用阶段。同时，由于VOCs 废气种类较为复杂，因此在未来生物法处理挥发性有机废气研究过程中，相关工作人员要重点注意以下几个方面的内容：

表1 三种生物反应器优缺点总结

1）生物滴滤床方法主要用于净化亲水性或易降解的VOCs 废气过程，但不适用于疏水性或难降解的VOCs 废气。因此，行业内的技术人员要培育专门的菌种，并创造合适的生存环境。此外，对于双液相工艺而言，要加入不溶于水的第二有机相，这样就能提高菌种生物对疏水性化合物废气的吸附能力，同时，在反应器中将微孔膜与半透膜有效结合，提高使用效率，这样就能优化疏水性化合物废气的处理效果。

2）在节约资金成本投入和提高能源使用效率方面，要改进生物滤料、填料的物理性能，延长使用寿命。

3）对VOCs 废气的净化方案进行逐步的完善与创新。由于废气的气量和组成结构是变化的，那么要使用先进的科学技术对废气净化工艺进行改进，这样才能提高难降解和有毒性物质的净化效率。

4）由于生物滴滤模型技术发展较晚，缺乏先进的指导经验，存在较差的通用性，那么只有在实践过程中对生物滴滤模型进行不断的完善，才能逐渐推广和应用生物滴滤技术。

4 结束语

综上所述，社会经济的不断进步虽然推动了工业的快速发展，但也给人们的生存环境造成了污染，同时，人们也逐渐重视生活环境和废气污染控制工作。对于生物法处理挥发性有机废气而言，其主要是对单一气体进行处理，如果处理含VOCs 的混合废气，则需要对废气处理工艺进行进一步的升级改造，因此相关工作人员要在工作过程中不断总结经验，这样才能逐渐改革和创新有机废气的处理方法，进而创造良好的社会生活环境。