VOCs生物淨化工藝與主要影響因數解（jiě）析

VOCs廢氣生物處理興起於荷蘭和德國，尤其適用於中（zhōng）、低濃度廢氣的處理。生物法（fǎ）原理主要是（shì）利用（yòng）微生物代謝活動，將VOCs轉化為細胞代謝的能源、細（xì）胞組成物質及無害（hài）的小分子物質（如水、二氧化碳等（děng））。其優缺點如下：

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、可處理不同性質的混合氣體（tǐ）等。

局限：其生物降解（jiě）速率有限，承受負荷不能過高，對具有生物毒性的物質處理效果較差。

一、淨化工藝

VOCs和惡臭廢氣（qì）生物（wù）處理工藝主（zhǔ）要包括生物濾池、生物滴濾（lǜ）塔、生物洗滌器、膜生物反應器。其中，生物過濾器和生（shēng）物（wù）滴濾器應用（yòng）最為廣泛，膜生物反應器尚限於實驗室研究階段。

1、生物過濾

在生物過濾過程（chéng）中，VOCs廢氣流經過加壓預（yù）濕後，進入過濾塔與濾料層表麵的生物膜接觸（chù），VOCs從氣相轉移到生物膜中（zhōng）被膜內的微生物迅（xùn）速降解（jiě）和利用，轉化為自身生物質、水、CO2和其（qí）他小分子物質。生物過濾法適用於種類廣泛的VOCs廢（fèi）氣處理，如短鏈烴類、單環芳烴、氯代烴、醇、醛、酮、羧酸以及含硫、氮的有機物，其（qí）典型的應用領（lǐng）域包括（kuò）印刷、噴（pēn）塗行業、汙水（shuǐ）處理（lǐ）和畜禽養殖業等。該方法（fǎ）特點是操作簡單，運行費用低、適用範圍廣，不產生二次汙染，但反應條件不易控製，易（yì）堵塞、氣體短（duǎn）流、溝流，占地多，且對進氣負（fù）荷變化適應慢。

2、生物滴濾

生物滴濾是生物過濾（lǜ）工藝（yì）的改進，其床層填料多為惰性物質，與生物過濾相比（bǐ），降低了氣體通過床層的阻（zǔ）力（lì），由於連續流動的液體通過填充層，使得反應條件（如（rú）pH、營養物濃度）易於控（kòng）製，單位體積填料的生物量高，更適合淨化負荷較高的廢氣，同時克服了生（shēng）物過濾不利於處（chù）理產酸廢氣的特點（diǎn），可有效去除經生物降解產（chǎn）生酸性代（dài）謝產（chǎn）物的VOCs廢氣。據報道，生物滴濾反應器處理的VOCs主要（yào）有烷烴、烯烴、醇、酮、酯、單環芳烴、鹵代烴等。但生物滴（dī）濾反（fǎn）應器由於（yú）連續流動液相的存在，使得亨利係數較大的（de）汙染物不容易被去除。

3、生物洗滌

生（shēng）物洗滌器又叫生物洗滌池，由傳質洗滌器（qì）和生物降解反應器組成（chéng）。廢氣（qì）首先進入洗滌器，與惰性填料上的微生物及（jí）由生化反應（yīng）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）的大部分有機物進入生化反應器（qì），通過懸浮汙泥的代謝（xiè）作用被（bèi）降解掉，生化反應器出（chū）水進入二沉池進（jìn）行泥水分離，上清液排出，汙泥回流。

生（shēng）物洗滌法也叫生物吸收法，在運行過程中廢氣不需要增濕，由於係統由2個獨立的反應單元組成，易於（yú）控製反應條件，壓力損失低，但其傳質表麵（miàn）積低，廢氣必須溶於液相，需大量（liàng）供氧才能維持高降解率（lǜ），而且存在剩餘汙泥，運行費用也較高。

4、膜生物反應器（qì）

膜生物（wù）反應器是一種新（xīn）型廢氣生物處理工藝，在中空纖維膜生物反應器中，纖維膜（mó）外表麵生長一層薄薄的生物膜（mó），懸浮液在纖維膜外表麵循環（huán），直接與生物膜接觸。廢氣從（cóng）生物反應器進氣（qì）口分散進入各根（gēn）纖維膜膜（mó）腔（qiāng），依靠濃度梯度（dù）氣體分子通過膜壁傳質（zhì）至外層的活性生物膜（mó）後得以降解。其氣流和液流分別在（zài）纖維（wéi）膜的兩側，在（zài）液相麵的（de）纖維膜上形成生物膜，其比表麵積大、生物（wù）量高（gāo），可清除過量的生物量以防（fáng）堵塞，可向流動的液相添加pH緩衝劑、營養物質、共（gòng）代謝物及其他促進劑，也可排除有毒或抑製性的（de）產物，保持較高的微生物活性。

國外已（yǐ）有一些采用（yòng）膜生物反應器處理甲苯和（hé）BTEX（苯、乙苯、二甲（jiǎ）苯和甲苯）的報道，雖然這些研究都取得了（le）較好的效果（guǒ），但生物膜反應器的構建和運行成本高，使其在處理VOCs廢氣的（de）實際應用（yòng）中受到了限製。

鑒於（yú）生物反應器的各種（zhǒng）優點，使得它們在各行業中得到廣泛（fàn）應用。生物過濾塔適用於處理肉類加工廠、動（dòng）物飼養場、汙水處理廠和堆（duī）肥廠等處產生的（de）廢氣。珠海吉大水質淨化廠利用生物濾池處理惡臭氣體量為（wéi）57000m3/h，並且達（dá）到廢氣排放（fàng）二級標準。生物滴濾塔已成功用於化工（gōng）廠、食品廠（chǎng）、汙水泵站等方麵的廢氣（qì）淨化和脫臭。

二、主要影響（xiǎng）因（yīn）素（sù）

1.廢氣性質

廢氣組分的可生物（wù）降解（jiě）性和水溶性是影響生物處理工（gōng）藝（yì）降解性能的主要因素（sù）之一。傳統（tǒng）生（shēng）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。疏水性VOCs從氣相到水（shuǐ）相較慢的傳質速率常導致其較低（dī）的生物降解率。研究表（biǎo）明：汙染物的去除能力與亨利（lì）係數和疏（shū）水性有（yǒu）關，且汙染物的最大去除能力（lì）遵循以下順序：醇類>酯類>酮類>芳香類>芳香烴類>烷烴類。

針對難生物降解組分，有（yǒu）研究者以紫外光氧化作為預處理技術，以生物技術作為主體淨（jìng）化工藝，通過紫外光氧化預處理（lǐ），將難降解汙染物轉化為易生物降解的水溶性物質，提高後續生物淨化單元的（de）處理效果。針對疏水性組分，主要（yào）在反應（yīng）器中引入疏水（shuǐ）性（xìng）有機相（xiàng）強（qiáng）化（huà）該類物質的傳（chuán）質，進而提高其生物淨化效率。

2.降解菌

微生物在廢氣生物（wù）處理係統中起著決定性作用。廢（fèi）氣生物處（chù）理裝置在啟動期需對填料層接種微生（shēng）物。接種的微生物菌（jun1）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（shēng）物菌群。選育優（yōu）異菌種並（bìng）優化其生存條件是目前該技術的主要研究方向之一。此外，基（jī）於（yú）菌種的代謝特征，人為構建生態結（jié）構合理的複合微生物菌群，對縮短（duǎn）反應器的啟動周期、提高接種微（wēi）生（shēng）物的競爭性和保（bǎo）持反應器持續高效性具有重要意義。

處理VOCs廢氣的微生物種群很多，在反應器中占主體的多為異養型微生物，以細菌為主，其次真菌，還有放線（xiàn）菌和酵母菌，也有少（shǎo）量蠕蟲、線蟲等原生動物（wù）。研究發現廢氣生（shēng）物降（jiàng）解過程中，汙染物降解主要與細菌有關，但目前的研究證明，真菌有可能成為（wéi）廢氣生物處理過程中更具有廣闊前景的菌類，作為典型的氣生型微（wēi）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強的耐受能力，表現出比細菌更好的對（duì）疏（shū）水性（xìng）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。不同反應器運（yùn）行條（tiáo）件，形成的微生物群落結構和優勢種群就不同。調控微生物群落的（de）方法有：控製反應器內微環境、采用高效菌種接種或生物強化。傳統的生物技術局限（xiàn）於微生物的定量與表征上。但隨著分子生物學的發展（zhǎn），一（yī）些分子生物技術，如變性梯度凝膠電泳、熒光原位雜交等已經用於研究微生物群落結構及生態特征。

3.填（tián）料結構與特性

填料是廢氣生物處理（lǐ）裝置的核心部分，其性能影（yǐng）響微生（shēng）物的附著及（jí）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、抗堵（dǔ）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（qiáng）度、化學性質穩定、使用壽（shòu）命長、易（yì）獲（huò）得、價廉等優點。

生物（wù）過濾（lǜ）法常采用有機活性填料為主要填料。常用的有機活性填料有土壤、堆肥、泥炭、矽藻土、樹皮等或其混合物其中（zhōng）堆肥最為常用]。有機活性填料具有（yǒu）價廉、富含營養物質和易（yì）於微生物附著等優點，但該類填料的有機物會逐（zhú）漸降解（jiě）礦化，導致填料（liào）層壓實和堵塞，縮短填料的使用壽命。因此，有機填（tián）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（chéng），該類（lèi）裝置的改進與發展主要體現在填料的（de）改進與發展上。傳統的生物滴濾填料（liào）有卵石、粗碎石、木炭、陶（táo）粒、火山岩（yán）等，該類（lèi）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）究與開發（fā）主要表現在材質和結構方麵的不斷改進，主要包括：聚氨酯泡（pào）沫、聚丙（bǐng）烯（xī）球、聚乙烯球、矽藻土、不鏽鋼、分子篩等。生物填料的發展主要為對已（yǐ）知天然（rán）活性填料進（jìn）行改性以提高填料的綜合性能或人為增加填料比表麵積和強度（dù）、提高孔隙率、減輕重量，防止填料壓實和氣體短流。

4.pH和溫度

噴淋營養液的pH是影響廢氣生物淨（jìng）化（huà）性能（néng）的主（zhǔ）要運（yùn）行參（cān）數之一。反應體係營（yíng）養（yǎng）液pH多保持在5~8之間。一些研究表明（míng），較低的pH(<4.2)影響微生物的降解活性進而影響反應體係的降解性能。

溫度是影響生物淨（jìng）化性能的關鍵參數之一。填料層中的微生物多為（wéi）中（zhōng）溫性生物，床（chuáng）層溫度可為10~42℃，大（dà）部分實驗研究和工程應用的生物滴（dī）濾/過濾體係在環（huán）境溫度（dù）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放廢氣進行預冷卻處理，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（shēng）物處理中的應用。有研究表明，嗜熱型生物反應器的運行溫度一般控製在45~75℃，如（rú）在50℃應用生物過濾處理（lǐ）BTEX廢氣，其最大去除負荷達218g/（m3˙h）（平均去除率>83%）；在45~50℃處理乙酸乙酯（zhǐ）廢氣，其運行性能優於同等（děng）條件的中溫反（fǎn）應器；采用生物滴濾（lǜ）處理異丁醛和2-戊酮混合（hé）廢氣，在52℃較25℃可獲得更高的去除能力。

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