VOCs生物（wù）淨化工藝與主要影響因數解析（xī）

VOCs廢氣生物處理興起於荷蘭和德國，尤其適用於中、低濃度廢（fèi）氣的處理。生（shēng）物法原理主要是利用微生物代謝活動（dòng），將VOCs轉化為細胞代謝的能源、細胞（bāo）組成物質及無害的小分子物質（如水、二氧化碳等）。其優缺（quē）點如下：

優點：反應條件溫和、設備簡單、操作方便、運行費用低，二次汙染小（xiǎo）、可處理（lǐ）不同性質的混合氣（qì）體等。

局限：其生物降解速（sù）率有（yǒu）限，承受負荷不能過高，對具有生物毒性的物質處（chù）理（lǐ）效果較差。

一、淨化工藝

VOCs和惡臭廢氣生物處理工藝主要（yào）包括生物濾池、生物（wù）滴濾塔、生（shēng）物（wù）洗（xǐ）滌器、膜生物反應器。其中，生物過濾器和（hé）生物滴濾器應（yīng）用最為廣泛（fàn），膜生物反應器尚限於實驗室（shì）研究（jiū）階段。

1、生物過（guò）濾

在（zài）生物過濾過程（chéng）中，VOCs廢氣流經過加壓（yā）預（yù）濕後，進入（rù）過濾塔與濾（lǜ）料層表麵的生物膜接（jiē）觸，VOCs從氣相轉移到生物膜中被膜（mó）內的微（wēi）生物迅速（sù）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（dài）烴、醇、醛、酮、羧酸以及（jí）含硫、氮（dàn）的有機物，其典型的應用領域包括印刷（shuā）、噴塗行（háng）業、汙水處理和畜禽養殖業等。該（gāi）方法特點是操作簡單，運行費用低、適用範圍（wéi）廣，不產生二次汙染（rǎn），但反應條件不易控製，易堵塞（sāi）、氣體短流、溝流，占地多，且對進（jìn）氣負（fù）荷變化適應慢。

2、生物滴濾（lǜ）

生物（wù）滴濾是生物過濾工藝的改進，其床層填料多為惰性物質，與生物過濾相比，降（jiàng）低了氣體通過床層的阻力，由於連續流動的液體通過（guò）填充層，使得反應條件（如pH、營養物濃度（dù））易於控製，單（dān）位體積填（tián）料的生物量高，更適合淨化負荷較高的廢氣，同時克（kè）服了生物過濾不利於（yú）處理產酸廢氣的特點，可有效去除經生物降（jiàng）解產生酸（suān）性代謝產物的VOCs廢氣。據報道，生物滴濾反應器處理的VOCs主要有烷烴、烯烴、醇、酮、酯、單（dān）環（huán）芳烴、鹵代烴（tīng）等。但生物滴濾反（fǎn）應器由於連續流動液相的（de）存（cún）在，使得亨（hēng）利係數較大的汙染物不容易被去除（chú）。

3、生物洗滌

生物洗滌器又叫生物（wù）洗滌池，由傳質（zhì）洗滌器和（hé）生物降解反應器組成。廢（fèi）氣首先進入洗滌（dí）器，與惰性填料上（shàng）的微生物及由生化反應器過來的泥水混合物進行傳質吸附、吸收，部分有機物在此被降解，液相中（zhōng）的大部分有機物進（jìn）入生化反應器，通過懸浮汙泥的代謝作用被降解掉，生化反應器出水進入二沉池進（jìn）行（háng）泥水分離（lí），上清液排出，汙泥回流。

生物（wù）洗滌法也叫生物吸收法（fǎ），在運行過程中廢氣不需要增濕，由於係統由（yóu）2個獨立的反應單元組成，易於控製反應條件，壓力損失低，但其傳質表麵積低，廢氣必須（xū）溶於（yú）液相，需（xū）大量供氧才能維持高（gāo）降解率，而且存在剩餘（yú）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藝，在中空纖維膜生物反應器中，纖維膜外表麵生長一層薄薄的生物膜，懸（xuán）浮液在纖維膜外表麵循環，直接與生物膜接觸。廢氣從生物反應器進氣口分散進入各根纖維（wéi）膜（mó）膜腔，依靠（kào）濃度梯度氣體分子通過膜壁傳質至外層的活性生物膜後得以降解。其氣流和液流分別在纖維膜的兩側，在液相麵的纖維膜上形成生物膜，其比表麵積大、生物（wù）量（liàng）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、共代謝物及其他促進劑，也可排除有毒（dú）或抑製性的產物（wù），保持較高的（de）微生物活性。

國外已有一些采用膜生物反應器處理甲苯和BTEX（苯、乙苯（běn）、二甲苯（běn）和甲苯）的報道，雖然這些研究都取得了較好的（de）效果，但生物膜反應器的構建和運行成本高，使（shǐ）其在處理VOCs廢氣的實際應用中受到了限（xiàn）製（zhì）。

鑒於生物反應器的各種優點，使得它們（men）在各行業中得到廣泛應用。生物過濾塔（tǎ）適用於處理肉類加工廠、動物飼養場、汙水處理廠（chǎng）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（tǐ）量為57000m3/h，並且達到廢氣排放二（èr）級標準。生物滴濾塔已成功用（yòng）於化工廠、食品廠、汙水泵站等方麵的廢（fèi）氣淨化和脫臭。

二、主要影響因素

1.廢氣性質

廢氣組分的可生物降（jiàng）解（jiě）性和水溶性是影響（xiǎng）生物處理工藝降解性能的主要因素之一。傳統生物過濾/滴濾工藝常被認為不適合處理難生物降解和低水溶性的組分（fèn）。疏水性VOCs從氣相到水相較慢（màn）的傳質速率常導致其較低的生物降解率。研究表明（míng）：汙染物的去除能力與亨利係數和疏水性有關，且汙染物的最大去除能（néng）力遵循以下順序：醇類>酯（zhǐ）類>酮類（lèi）>芳（fāng）香類>芳（fāng）香烴類>烷烴類。

針對難生物降解組分（fèn），有研究者以紫外光氧化作為預處（chù）理技術（shù），以生物技術作為主體淨化（huà）工藝，通過（guò）紫外光氧化（huà）預（yù）處理（lǐ），將難降解汙染物轉化為易生物降解的水溶性（xìng）物質，提高後（hòu）續生物淨（jìng）化單元的處理效果。針對疏水性組分（fèn），主要在反應器中引入疏水性有機相強化該類（lèi）物質（zhì）的傳質，進而提高其生物淨化效率。

2.降解菌

微生物在廢氣（qì）生物（wù）處理係統中起著決定性作用。廢氣生物處理裝置在啟動期需對填料（liào）層接種（zhǒng）微生物。接種的微生物菌種可以為活性汙泥、專門馴化培養的純種微生物]或人為構建的複合微生物菌群（qún）。選育優異菌種並優化其生存條件是目前該技（jì）術的主要研究方向之一。此外，基於菌種的代謝特征，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（dòng）周（zhōu）期、提高接種微生物的競爭性（xìng）和保持反應器持續高效性具有重要（yào）意義。

處（chù）理VOCs廢氣的微生物種群（qún）很多，在反應器中占主（zhǔ）體的（de）多為異養型（xíng）微生物，以細菌為主，其次真菌，還有放線菌和酵母（mǔ）菌，也有少量蠕蟲、線蟲等原生動物。研究發現廢（fèi）氣生物降解過程中，汙染物降解主要與細菌有（yǒu）關，但目前的研究證明，真菌（jun1）有可能成為廢氣生物處理過程中（zhōng）更具有廣闊前景的（de）菌類，作為典型的氣（qì）生型微生物，其具有較大的比表麵積，對幹燥環境或強酸環境具有較（jiào）強的耐受能力，表現出比（bǐ）細菌更好的對疏水（shuǐ）性VOCs的去除性能。

微生物群落結構及代謝（xiè）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，形成的微生物群落結構（gòu）和優（yōu）勢種群就不（bú）同。調控微生物群落的方法（fǎ）有：控製反應器內微（wēi）環境、采用高效菌種接種或生物強化。傳統的生物技術局（jú）限於微（wēi）生物的定量與表征上。但隨著分子生物學的發展，一些（xiē）分子生物技（jì）術，如（rú）變性梯度凝膠電（diàn）泳、熒光原位雜交等已經用於研（yán）究微生物群落結構及生態特征。

3.填料結構與特性

填料是廢氣（qì）生物處理裝（zhuāng）置的核心（xīn）部（bù）分，其性能影響微生（shēng）物的附著及係統的運行效果。理想的填料一般應具備比表麵積大、過濾阻（zǔ）力小、抗（kàng）堵性能強、適合微生物附著生長、持水能力強、堆積密度小、機械強度、化學性質穩（wěn）定、使用壽命長、易獲得、價廉等優點（diǎn）。

生物過濾法常采用有機活性填（tián）料為主（zhǔ）要（yào）填料。常用的有（yǒu）機（jī）活性（xìng）填料有土壤、堆肥、泥炭、矽藻土、樹皮等（děng）或其混合物其中堆肥最為常（cháng）用]。有機活性填料具有價廉、富含營養物質（zhì）和易於微生物附著等優點，但該類填料的有機物會逐漸降解礦化，導致填（tián）料層壓實（shí）和堵塞，縮短填（tián）料的使用壽命。因此，有機填料和無機填（tián）料製成的複合填料是目前的研究（jiū）熱點。

生物滴濾的床層由惰性填料組成，該類裝置的改進（jìn）與發展主要體現在填（tián）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（lì）、火山（shān）岩（yán）等，該類填料存在處理效率低、易堵塞等問題。新型生物滴濾填料的研（yán）究與（yǔ）開發主要表（biǎo）現（xiàn）在材質和結構方麵的不斷改進，主要包括：聚氨酯泡沫、聚丙烯球、聚（jù）乙烯球、矽藻土、不鏽鋼、分子篩等。生物（wù）填（tián）料（liào）的發展（zhǎn）主要為對已知天然活（huó）性填料進行改性以提（tí）高填料的綜合（hé）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（zhǐ）填料壓實和氣（qì）體短流。

4.pH和溫度

噴淋營養液的pH是影響廢（fèi）氣生物（wù）淨化性能的主要運行參數之一。反應體係營養（yǎng）液pH多保持在5~8之（zhī）間。一些研究表明，較低的pH(<4.2)影響微生物的降（jiàng）解活性進而影響反應（yīng）體係（xì）的降解性（xìng）能。

溫度（dù）是影響生物淨化性能的關鍵參（cān）數之一。填料層中的微生物多為中（zhōng）溫性（xìng）生物，床層溫度可為10~42℃，大部分實驗研究和工程應用的生物（wù）滴（dī）濾/過（guò）濾體係在環境溫度15~30℃運行。然而，許多工業廢氣排放溫度高於環境溫度，因此，常規處理工藝需要對排（pái）放（fàng）廢氣進（jìn）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（de）應用（yòng）。有（yǒu）研究表明，嗜熱型（xíng）生物反應器的（de）運行溫（wēn）度一般控製在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（lǜ）>83%）；在45~50℃處理（lǐ）乙（yǐ）酸乙酯廢氣，其運行（háng）性能優於同等條件的中溫反應器；采用生物滴濾處（chù）理異丁醛和（hé）2-戊酮（tóng）混合廢（fèi）氣，在52℃較25℃可獲得更高的去（qù）除能力。

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