有機(jī)廢氣生物凈化技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)

生物法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)物(VOCs)具有反應(yīng)條件溫和、運(yùn)行費(fèi)用低,二次污染小等優(yōu)點(diǎn)。文章綜述了生物過(guò)濾、生物滴濾、生物洗滌、膜生物反應(yīng)器等4種凈化工藝;總結(jié)了前人就廢氣性質(zhì)、降解菌、填料結(jié)構(gòu)與特性、pH與溫度等因素對(duì)反應(yīng)體系降解性能的影響;綜述了研究廢氣生物降解過(guò)程和研究生物量積累與運(yùn)行性能關(guān)系等的動(dòng)力學(xué)模型。最后論述了該技術(shù)當(dāng)前存在的問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)。
近年來(lái)，揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)的大量排放引起了城市灰霾、光化學(xué)煙霧等區(qū)域大氣環(huán)境問(wèn)題，嚴(yán)重威脅人類健康與生態(tài)安全。2010年5月，國(guó)務(wù)院轉(zhuǎn)發(fā)的《關(guān)于推進(jìn)大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質(zhì)量的指導(dǎo)意見(jiàn)》首次將VOCs同SO2、NOx和顆粒物一并列為大氣污染控制的4類重點(diǎn)污染物。
VOCs廢氣生物處理興起于荷蘭和德國(guó)，尤其適用于中、低濃度廢氣的處理。生物法原理主要是利用微生物代謝活動(dòng)，將VOCs轉(zhuǎn)化為細(xì)胞代謝的能源、細(xì)胞組成物質(zhì)及無(wú)害的小分子物質(zhì)(如水、二氧化碳等)。其優(yōu)點(diǎn)有：反應(yīng)條件溫和、設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、運(yùn)行費(fèi)用低，二次污染小、可處理不同性質(zhì)的混合氣體等。該技術(shù)在歐洲已得到較大規(guī)模的應(yīng)用，據(jù)統(tǒng)計(jì)，本世紀(jì)初投入運(yùn)行的裝置已達(dá)7500套。當(dāng)然，生物處理技術(shù)也存在一定的局限性，主要表現(xiàn)在其生物降解速率有限，承受負(fù)荷不能過(guò)高，對(duì)具有生物毒性的物質(zhì)處理效果較差。
廢氣凈化工藝。
VOCs和惡臭廢氣生物處理工藝主要包括生物濾池、生物滴濾塔、生物洗滌器、膜生物反應(yīng)器(見(jiàn)圖1)。

其中，生物過(guò)濾器和生物滴濾器應(yīng)用最為廣泛，膜生物反應(yīng)器尚限于實(shí)驗(yàn)室研究階段。
1、生物過(guò)濾
在生物過(guò)濾過(guò)程中，VOCs廢氣流經(jīng)過(guò)加壓預(yù)濕后，進(jìn)入過(guò)濾塔與濾料層表面的生物膜接觸，VOCs從氣相轉(zhuǎn)移到生物膜中被膜內(nèi)的微生物迅速降解和利用，轉(zhuǎn)化為自身生物質(zhì)、水、CO2和其他小分子物質(zhì)。生物過(guò)濾法適用于種類廣泛的VOCs廢氣處理，如短鏈烴類、單環(huán)芳烴、氯代烴、醇、醛、酮、羧酸以及含硫、氮的有機(jī)物，其典型的應(yīng)用領(lǐng)域包括印刷、噴涂行業(yè)、污水處理和畜禽養(yǎng)殖業(yè)等。該方法特點(diǎn)是操作簡(jiǎn)單，運(yùn)行費(fèi)用低、適用范圍廣，不產(chǎn)生二次污染，但反應(yīng)條件不易控制，易堵塞、氣體短流、溝流，占地多，且對(duì)進(jìn)氣負(fù)荷變化適應(yīng)慢。
2、生物滴濾
生物滴濾是生物過(guò)濾工藝的改進(jìn)，其床層填料多為惰性物質(zhì)，與生物過(guò)濾相比，降低了氣體通過(guò)床層的阻力，由于連續(xù)流動(dòng)的液體通過(guò)填充層，使得反應(yīng)條件(如pH、營(yíng)養(yǎng)物濃度)易于控制，單位體積填料的生物量高，更適合凈化負(fù)荷較高的廢氣，同時(shí)克服了生物過(guò)濾不利于處理產(chǎn)酸廢氣的特點(diǎn)，可有效去除經(jīng)生物降解產(chǎn)生酸性代謝產(chǎn)物的VOCs廢氣。據(jù)報(bào)道，生物滴濾反應(yīng)器處理的VOCs主要有烷烴、烯烴、醇、酮、酯、單環(huán)芳烴、鹵代烴等。但生物滴濾反應(yīng)器由于連續(xù)流動(dòng)液相的存在，使得亨利系數(shù)較大的污染物不容易被去除。
3、生物洗滌
生物洗滌器又叫生物洗滌池，由傳質(zhì)洗滌器和生物降解反應(yīng)器組成。廢氣首先進(jìn)入洗滌器，與惰性填料上的微生物及由生化反應(yīng)器過(guò)來(lái)的泥水混合物進(jìn)行傳質(zhì)吸附、吸收，部分有機(jī)物在此被降解，液相中的大部分有機(jī)物進(jìn)入生化反應(yīng)器，通過(guò)懸浮污泥的代謝作用被降解掉，生化反應(yīng)器出水進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離，上清液排出，污泥回流。
生物洗滌法也叫生物吸收法，在運(yùn)行過(guò)程中廢氣不需要增濕，由于系統(tǒng)由2個(gè)獨(dú)立的反應(yīng)單元組成，易于控制反應(yīng)條件，壓力損失低，但其傳質(zhì)表面積低，廢氣必須溶于液相，需大量供氧才能維持高降解率，而且存在剩余污泥，運(yùn)行費(fèi)用也較高。
4、膜生物反應(yīng)器
膜生物反應(yīng)器是一種新型廢氣生物處理工藝，在中空纖維膜生物反應(yīng)器中，纖維膜外表面生長(zhǎng)一層薄薄的生物膜，懸浮液在纖維膜外表面循環(huán)，直接與生物膜接觸。廢氣從生物反應(yīng)器進(jìn)氣口分散進(jìn)入各根纖維膜膜腔，依靠濃度梯度氣體分子通過(guò)膜壁傳質(zhì)至外層的活性生物膜后得以降解。其氣流和液流分別在纖維膜的兩側(cè)，在液相面的纖維膜上形成生物膜，其比表面積大、生物量高，可清除過(guò)量的生物量以防堵塞，可向流動(dòng)的液相添加pH緩沖劑、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、共代謝物及其他促進(jìn)劑，也可排除有毒或抑制性的產(chǎn)物，保持較高的微生物活性。國(guó)外已有一些采用膜生物反應(yīng)器處理甲苯和BTEX(苯、乙苯、二甲苯和甲苯)的報(bào)道，雖然這些研究都取得了較好的效果，但生物膜反應(yīng)器的構(gòu)建和運(yùn)行成本高，使其在處理VOCs廢氣的實(shí)際應(yīng)用中受到了限制。
鑒于生物反應(yīng)器的各種優(yōu)點(diǎn)，使得它們?cè)诟餍袠I(yè)中得到廣泛應(yīng)用。生物過(guò)濾塔適用于處理肉類加工廠、動(dòng)物飼養(yǎng)場(chǎng)、污水處理廠和堆肥廠等處產(chǎn)生的廢氣。珠海吉大水質(zhì)凈化廠利用生物濾池處理惡臭氣體量為57000m3/h，并且達(dá)到廢氣排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。生物滴濾塔已成功用于化工廠、食品廠、污水泵站等方面的廢氣凈化和脫臭。汪群惠[27]等采用生物濾塔對(duì)某藥廠青霉素車間現(xiàn)場(chǎng)發(fā)生的主要含醋酸丁酯、正丁醇和苯乙酸等混合廢氣進(jìn)行了3個(gè)多月的連續(xù)中試實(shí)驗(yàn)。生物洗滌塔廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)及市政項(xiàng)目。宜興協(xié)聯(lián)熱電有限公司采用洗滌塔脫硫，SO2處理能力為24.5t/d，排放質(zhì)量濃度小于100mg/m3。而膜生物反應(yīng)器的工業(yè)應(yīng)用相對(duì)較少。
來(lái)源：環(huán)境科學(xué)與技術(shù)