生物技术在废气处理中的影响因素及应用研究

＊潘夏玲 陈杏 郑志彬

（1.广东省环境保护工程研究设计院有限公司 广东 510030 2.广东省广业装备科学技术研究院有限公司 广东 510700）

引言

生物技术使用在废气处理工作中能达到更好的效果，起到保护环境的目的，生物技术是对于传统保护手段的一种发展和进化，在我国工业技术水平不断进步的背景下，随之而来的环境污染问题也越来越严重，尤其是有毒废气的排放会使空气质量越来越差，也会使大气污染物的覆盖范围增加，威胁到人民群众的呼吸健康。采用生物技术进行废气处理能够简化工艺流程，提高废气处理效率，站在长远的角度来观察，这项技术具有较低的运行成本，能显著提高处理效率，安全性较强。

1.生物技术处理废气的基本原理及特点

(1)基本原理

在废气处理工作中，生物技术的前身是生物法处理废水技术，随着时代的发展和工作人员的不断努力，生物废气处理技术在很多方面具有明显的优势，尤其是在有机废气处理方面效率较高，安全性较强。当前生物处理技术在国内外都得到了广泛的使用，其本质是利用微生物的活性介质提取相应的资源，并且将其转化为细胞成分本身固有的物质或者无机物，它和生物净化基础手段稍有不同，最明显的区别就在于大气污染中的有机物经过了由气体到液体的过程，其固态表层会形成氧化保护膜，氧化保护膜被吸附在固体填料之上，最后由微生物消化吸收，达到新陈代谢的治理效果，其本质是通过微生物的自循环把有毒的有机物变成无毒的有机物。

生物处理废气可以理解成氧化分解的过程，把大型污染中的有机物转化成简单的无机物，比如二氧化碳和水，也可以将其转化成细胞组成物质。在这一过程中首先进行的反应是气液转化，接下来废气处理过程需要通过生物修复技术展开污染物的吸收和处理，最后有机物会通过降解而排放。国内外诸多学者的研究成果都强调了吸附生物膜理论，有些学者认为生物技术处理废气并不存在“液相传质”这一过程，污染物通过扩散会被生物膜表面直接吸附，二者相互接触之后，生物技术会直接吸收供氧微生物新陈代谢的能源和营养物质，最终把微生物转化为小分子物质或者二氧化碳，因此其理论的核心仍然是吸附降解技术，我国在该技术的使用方面以国外理论作为参照，并进行了本土化的实践和完善。

(2)特点

采用生物技术处理废气，其特点是利用微生物对不同源头的污染物展开降解，适应性较强，速度较快，可以通过自身的新陈代谢和生物自体的代谢作用实现污染物的处理。因此相对于传统的物理手段、化学手段，生物技术在大气排污处理方面有巨大的优势，效果较好，不会产生二次污染，投资运行的费用与成本都较低，设备方便操作和管理。

2.废气处理中的影响因素

(1)填料与酸碱度

酸碱度和填料是影响废气处理效果的首要因素，填料指的是废气生物处理中用来繁殖微生物的载体，它对净化效果有着至关重要的影响，填料应当保证表面积和接触面积较大，气体传导效率较高，孔隙率高，机械强度好，含水率合格，使用寿命较长，同时也不易堵塞，性能较为良好的填料不会消耗过多的成本。生物技术和废气处理中经常使用的填料包括无机物和有机物两大类，在生物过滤中经常使用有机填料，比如玉米芯、堆肥等。有机物填料机械强度较差，压强较大。生物滴滤技术常用的填料一般是无机填料，比如火山岩石、活性炭、陶粒，无机物填料的密度相对较大，无法满足微生物成长所需要的物质，需要定期补充有关养分。pH值也就是酸碱度会影响到生物降解污染物的运行效率，微生物处在较合适的酸碱度范围内会相应地提高其新陈代谢效率和活力，而如果放置在过酸或过碱的环境中可能会导致酶活性失效，继而会影响到微生物的存活率。在生物滤池中，微生物大多数酸碱值在7左右，这是最佳的降解环境参数，有一些真菌类的微生物酸碱度在2～7范围之内都属正常。由于微生物缺乏对酸碱度的环境适应性，因此工作人员可以酌情添加酸碱物质来达到生长环境的平衡。

(2)温度与湿度

影响废气处理效率的关键因素也包括湿度和温度，在微生物降解的过程中，进气温度可能会影响到微生物的成长环境，大多数微生物最适合生长的环境温度在35℃以下，25℃以上，如果温度太高会破坏生物酶，导致微生物死亡，降低废气处理效果，如果温度偏低又会导致微生物处在休眠的状态，同样会影响酶的代谢活力，影响废气处理效果。使用生物技术来处理废气需要保证温度合适，随着环境温度不断增高也会加快微生物的新陈代谢速度。在实际处理工作中，如果温度过高会采用适当的冷却装置展开换热降温处理，比如喷淋换热器和表面冷却器就是常用的设备，如果温度太低则需要利用生物设备做好保温处理。除了温度外，湿度指的是微生物新陈代谢过程中需要保持水分，如果含水率太低会导致新陈代谢速度下降，有可能导致微生物死亡，相反如果含水量太高则会导致废气在设备中停留太长的时间，微生物供氧不足，形成厌氧区，产生恶臭气体，使设备运行能耗上升，导致微生物剥落。实验表明最适合的含水率应当保持在50%～80%左右。

3.生物技术在废气处理中的具体应用

(1)生物滤池技术

在废气处理工作中生物滤池技术是较早尝试的一种方法，它运用的是较为成熟的废气过滤设备和装置，包括敞开式容器和封闭式容器两种类型，生物滤池技术运用在废气处理工作中有利于防止颗粒物堵塞管口，过滤废气需要安装过滤网去除颗粒物之后再调节温度和湿度，在此过程中相对湿度保持在95%以上，区域环境内保持湿润，从底部向上开始移动，使生化活料可以填充。当废气经过生物填料层的时候，污染物和氧气将会转移到载体外层的液相水膜之中，最终填料层的微生物会捕捉污染物和氧气加以净化，净化之后的废气从装置顶部排放而出，填料层中会生长异氧型微生物，这种微生物适合在中性微碱的情况下生存，在新陈代谢作用的影响之下使污染物得到降解，其中的有机物会被转化成二氧化碳，有机氮则会首先转成中间产物，最终以硝酸盐的形式排放出来。在生物滤池技术的使用过程中，处理过程保持相对静止，液体以很小的速度流动，根据实际需要工作人员可以在装置中补充一些水分，但前提是确保气体畅通[2]。生物滤池填料层需要具有吸附性，厚度保持在100cm以下，可以选择活性炭、木屑、土壤和生物堆肥等物质，也可以把多种材料混合使用。过滤材料应当具有保水性和良好的透气性，微生物菌群需要丰富且充沛，微生物还要包裹着滤料颗粒，二者应相得益彰，为微生物新陈代谢提供营养物质且可以多次循环使用。在正常的新陈代谢下，该物质可能会被吸收或矿化，一般生物滤池设备在经过几年甚至十年的消耗之后，营养物质会被消耗完毕，需要继续更换滤料。生物滤石中的微生物大多数是细菌和真菌，处理废气污染物的成分较为复杂，这些物质可以针对不同种类的废气污染物展开针对化解，如废气污染物成分本身比较复杂，那么微生物的种类相对也要匹配，可能包括葡萄球菌、芽孢杆菌和红球菌，常见的霉菌还包括普通变形杆菌、白色小球菌。

(2)生物洗涤器

生物洗涤器是由吸收室和再生池两个结构共同组成的，它是一种具有活性性能的悬浮处理系统，废气通过吸收室的时候生物悬浮也会从上部喷淋，悬浮液会和VOCs废气有充分的接触机会，在这一时间段之内有机微生物被充分吸收，悬浮液会下沉到吸收室并且直接向再生池导出，利用新鲜空气实现再生过程。在这一过程中，大气中的污染物在吸收池中被微生物降解、吸收和吸附，少部分的微生物直接被净化并从顶部排出，吸收了污染物的悬浮液会进入到再生池中，加入循环系统，再利用空气曝气充氧再生新的悬浮液。整个过程可以理解为废水的生化降解，大多数的空气污染物在悬浮液中和微生物发生生物反应，被微生物降解之后回流到吸收室之中。生物悬浮液的配置较为常用的是活性污泥悬浮，因此需要对其展开再生处理。微生物悬浮液的再生需要依据不同的性质与吸收池的状况选择合适的方式，也可以选择不同的反应器装置。在生物洗涤器中，气体和液体相互接触可能会受阻，工作人员需要借助液相喷淋法加以配合，也可以选择气相鼓泡法辅助操作，具体选择哪一种则需要根据生物技术的不同来定。如果阻力太大可以采用喷淋法，如果阻力较小则可以选择鼓泡法，有机废气也可以用挥发的形式清除干净。生物洗涤器可以对废气进行处理，它的优势在于不容易堵塞生物填料。反应器的运行过程较为容易把控，并且污染较低，压强较小，降解之后的产物容易被清洗干净，但是这项技术的缺点也是明显的，它需要配合较多的辅助设备，同时需要适时地添加营养物质，变相地提高了运营成本和投入，且其废气处理量并不大，大气污染物较难溶解，不建议采用生物洗涤器的方式处理。

(3)生物滴滤塔技术

生物滴滤塔技术能有效处理大气废物中的挥发物，它的主体结构是填充塔，内部铺设多层填料，填料表面由不同的微生物菌群构成，由生物膜覆盖保护。生物滴滤塔在设备结构上类似于生物过滤池，但是二者也有区别，那就是生物滴滤塔顶部在设计的时候装了喷嘴，填料孔隙率较大，在生物滴滤塔设计的时候增加了营养液，营养液需要从填料上方均匀喷洒，之后再流到填料层中，这时营养液中就具有了新陈代谢所需要的必备物质，废物从塔底排出。营养液在经过酸碱值矫正之后再回到塔内，循环使用，废气可以从塔底的位置进入到生物滴滤塔，自上而下穿过填料区，和生物膜接触[3]。废气中的污染物在和微生物相遇之后容易被降解排出，跟随着新陈代谢与废水一起排出，在废气净化过程中，生物膜表面的传质过程非常重要，其代谢产生的二氧化碳气体可以沿相反方向扩散，最终向塔外排放。这项技术在运行过程中需要选择合适的填料，解决更换难度较大、废气分布不均匀的问题，常用的填料材质可以是陶瓷、塑料，也可以是活性炭和矿渣，填料表面附着了一层厚度不到1cm的生物膜，这层生物膜能为气体和液体接触传质提供更大的空间，也能够防止堵塞风险。

(4)膜生物技术

膜生物技术是生物处理技术的分支，该生物反应器可以依托于传统生物技术而存在，并且和废气处理技术相互结合，这种方法具有较强的环保性，不会产生过多的排放物和污染物。膜生物技术的核心环节是生物淡化处理技术，膜材料在处理废气时不断扩大废气的反应面积，使废气有淡化的效果，进一步提高成功率[4]。但是从长远的角度来看，我国膜生物反应技术发展相对不成熟，经验匮乏，在具体的应用过程中，膜生物材料在生产和投入等方面投入仍然较大，成本较高，这也在很大程度上限制了膜生物技术的进一步发展，要想该技术得到大面积使用，发挥其环保效能，有关部门还需要进一步的创新和优化[5]。除此之外，膜生物反应技术有一些局限性，其阻力较大，流量较低，水溶性较差，因此使用效果有待进一步实践。

4.结语

综上所述，生物技术运用在废气处理工作中可能会受到填料与酸碱度、温度与湿度等多种因素的影响。在实际使用时，常见的处理技术包括生物滤池技术、生物滴滤塔技术、生物洗涤器技术等，也包括膜生物技术等新型处理科技。在未来，生物技术在废气处理工作中的运用发展前景良好，随着生物科技手段本身的进步，其运用效果也将会得到越来越多人的关注和青睐。