VOCs 废气的生物技术处理

金健 中新苏伊士环保技术（苏州）有限公司

由于挥发性有机化合物处理技术，其在工程应用中的广泛前景和经济效益，促进了生物处理技术的发展和研究趋势。联合生物处理技术，主要包括紫外光降解技术、低温等离子体技术、吸附法以及生物联合工艺等技术应用。虽这些生物技术都有了广泛的应用，但在运行和研究过程中还存在一定的问题。低温等离子体和化学法常作为预处理技术与生物处理技术配合使用，能有有效提高降解效果，使反应器性能更好。吸附法和燃烧法一般作为最终处理技术，确保有害气体达到国家排放标准。

一、VOCs 与生物处理技术和基本原理

（一）VOCs 与生物处理技术

VOCs 是指在化工或其它有机合成企业在制造中，产生的挥发性有机化合物。随着工业化的深入，VOCs 的排放已成为大气环境污染的主要成分。这种挥发性气体不仅在生产过程中存在，同时也在运输过程中也持续存在。VOCs 废气种类繁多，对人体有一定的毒性，威胁着人们的健康。研究人员通过对VOC 处理的不断总结，发现利用生物处理技术能解决VOC 带来的污染问题，且应用的成本低、投资小，因此目前逐步被广泛使用。该生物处理技术最早出现在一些西方国家，我国的研究较晚，但目前也对该处理工艺进行了深入研究。包括其VOC 废气处理过程中的作用和原理，处理过程中如何进行净化废气，以及废气处理必需的微生物和处理介质等。

（二）基本原则

使用生物技术处理 VOCs 废气，技术人员同时用反应器进行分析。其原理是构建以微生物为基质的反应容器，形成水基微生物群落，气体空间是带有一定量氧气的气相。有机化合物从气相中被液体吸附与液体结合，再通过与生物膜接触并通过微生物的生化作用进行降解。许多VOCs 是利用特定作用的微生物，并被微生物分解后，会产生水和二氧化碳，排放到环境中，因此对生态无任何毒性。在这个过程中，VOCs 废气须通过气液从气相介质混合到液体中，才能被生物膜吸附。从该原理看出，生物技术去除VOCs 的效果与VOCs 物质的浓度、容器结构以及生物活性直接相关。

二、微生物废气处理技术的优势

随着技术的不断发展，我国环境处理的能力也在不断提高，对于废气的处理方式也呈现出多样化。利用生物技术进行废气处理，其技术应用具有以低成本、无污染的特点受到各界的关注。利用生物技术进行废气处理，通过微生物将废气污染物转化为无害或低分子物质，或将废气中的有害物质转化为无害无机物。通常使用生物洗涤法、过滤法等。利用微生物的代谢作用，将苯或氯苯、醛类、硫醇以及硫化氢等有害物质转化为水、二氧化碳等物质，以有效达到净化和处理废气的目的。通过生物技术进行废气处理具有许多优点，首先，与其他废气处理技术相比，该技术更符合可持续发展的理念。它属于绿色环保的新型技术。在处理过程中的产物，无毒无害。其次，生物处理技应用术的成本较低。如果使用价格合理的离子管或吸附剂，其经济成本远低于其废气处理方法。并且生物处理法可在常温下进行操作，无须进行气体加热。在操作过程中，营养液消耗量也较少，能耗相对较低。最后，生物废气处理过程操作和设备比较简单。在废气处理过程中，关键部分是填料层和加湿系统，且不需要加热、和温度控制。工艺设备结构简单，对人员的技术要求不高。

三、VOCs 废气生物处理工艺及控制要点

（一）生物洗涤器

装置由传质洗涤器和降解反应器组成，微生物群在设备悬浮并与水结合循环流动。洗涤器内部设有净化系统，当VOCs 气体进入吸收室，悬浮液在顶部喷射，使气体充分与生物悬浮液接触。然后生物悬浮液进入吸收室底部，由出口装置进入再生槽内，再由自然空气再生。物料反吸进入喷片，形成循环回路。VOCs 经微生物净化后排放至洗涤器。系统的浆液由高度活性的微生物组成，其再生过程需要较长时间，要结合微生物的性质选择使用的反应器。洗涤器的反应器操作方便，添加的生物不易堵塞，能达到更高的气体处理能力。在应用时化合物的一般不能浓度不超过5000 毫克每立方米，否则将不能有效处理VOCs 废气。

（二）生物过滤器

VOCs 废气净化装置要先通过过滤器去除颗粒杂物，后经湿度调节，使吸附剂随滤料进入生物滤池。滤池内充满填料和活性生物。其层厚必须达到0.5-1 米，将VOCs 气体沿管道从池底引至生物填料，以全面提高气体分解效率和质量。废气和氧气将以气相形式扩散到外层水膜。而池中的微生物用有机物废气作为基础能源。废气分解后，V 产生的氮会转化为氨气，再进一步而转化为硝酸盐。有机物会通过微生物处理会转化为二氧化碳。而硫通过生物分解生成硫化氢，再处理可转化为硫酸盐。目前，生物过滤器对VOC 废气的处理应用非常多。例如以甲苯为碳源培育高降解性生物菌群。其条件为环境温度30°C，湿度80%，入口浓度保持在1500mg/立方米，甲苯气体分解净化效率达到90%。通达研究人员的试验发现，VOCs入口浓度不大于25mg/m3时，可达到97%的废气净化效率。如果废气浓度超过25 毫克，则其净化效率会呈现一定程度的降低。当进水量每小时0.2 立方米增到0.7 立方米时，废气处理效率会降到73%。另外温度对VOCs 废气净化也有很大影响。

（三）关于生物滴滤塔

其主体部分是填充多层生物包装的塔状结构，其表面贴有人员进行培养的生物膜。可溶性无机盐营养液，在塔自上而下喷洒在生物包装层上，从塔底排出，进行回收利用，这就是VOCs 生物滴滤器的基石处理流程，最后使塔和代谢物随残液排出。在应用过程中，生物滴滤池不含碳氢化合物、醇类以及酮类等。因此，VOC 废气处理操作简单，反应容易控制，且电耗低效益好。同时具有生物液压降小、净化率高的优点，缺点是生物包装必须定期更换，设备易磨损。目前国外对于生物滴滤池应用比较广泛，国内目前也正处于广泛推广阶段。如果采用生物滴滤器处理苯酚气体，对苯酚气体的去除率达到99%上，最佳保留时间20 s，并保持中性pH。

（四）混合生物反应器处理技术

由于废气的复杂成分和性质，提高废气处理的效率非常重要。因此，复合生物反应器应运而生，表现出多样化及高效率的应用特性，它通常根据废气成分的特性配制。目前常见的反应器内部结构有复合反应器以及不同反应器的串联反应器、真菌生物反应器等。与传统的反应器相比，复合反应器有更高的废气处理效率。通过研究混合反应器中H2S 的处理，发现反应器内部的，悬浮区和静止生物反应区的处理效果，优于单一废气处理区域。串联复合反应器增加了废气停留时间，提高了难溶性废气的处理效率。如采用串联滤池和滴流滤池去除高浓度H2S 和VOCs，去除率分别达到97%和80%。真菌复合生物反应器对复杂废气处理有极高效率，其方法为畜禽废气的处理提供了非常好的解决方案。通过真菌的生物反应器去除氨、H2S 等恶臭气体，其效果尤其明显。去除率达到75%以上，证明反真菌微生物具有良好的协同作用，可以有效去除废气中的亲水和疏水性污染物。

（五）膜生物反应器废气处理技术

它是将传统的生物废气处理方法与生物膜相结合。原理是气态污染物在液相中的一侧通过膜扩散，被膜另一侧生物膜分解，然后生成CO2、H2O 以及无机盐。该方法对难溶于水的废气有显著的净化作用。目前，该反应器方法是废气净化方法中前景和应用比较广泛的。废气处理生物膜反应器常用的材料有两种：微孔膜和致密膜。如采用生物膜反应器分解二甲苯，降解率可达95%，并保持正常运行5 个月，而使用空纤维膜去除二甲苯，其有效降觖率也在92%以上。与传统的生物处理方法相比，膜生物反应器技术具有降解效率高、运行可行的特点，且在处理过程中停留时间短，同时也能处理更小体积废气的优点。缺点是生物膜的造价比较高。

（六）生物废气处理技术控制要点

使用生物技术处理VOCs 时，技术人员要重点关注两个传质过程。一是污染气体从气相到液相介质的过程，另外是处理物从液相到生物介质的传递过程。在应用该技术时，引入了亨利常数的概念，其表示在给定温度下，溶解的气体数量与处于平衡状态时的气体分压的关系。在其他恒定条件下，不同VOCs 的传质效果取决于亨利常数。在实际中，如该常数小于0.1 二氯乙烷、乙酸乙酯、二甲二硫醚等，认为是一种亲水物质。

0.1和1之间的常数，认为是中等疏水性的物质，如二氯甲烷以及苯乙烯等。大于 1 的是属于疏水物质，包括甲烷和己烷等。对于亨利常数较低的 VOCs 废气，其衰减得更快，较高亨利常数的VOCs 气体需要的时间会更长些。通常，常数小于1 的VOCs 废气在2 分钟内70%以上会去除。大于1 的VOCs 废气，时间延长到4 分钟，该气体的去除率也不到41%。因此，在这种情况下，反正处理时间应必须根据VOCs 废气含量调整。

四、生物处理技术的应用前景

微生产废气处理技术，以其使用方便、运行成本低、废气处理质量和效率高、操作安全性以及没有二次污染等优点，在全面世界许多国家都得到了广泛关注和应用。虽然，国内挥发性废气的生物净化应用技术学不算完全成熟，但其发展和应用速度也加快。目前的生物反应技术包括使用不同的反应器，大气环境治理效果不一等问题。同时，在技术应用过程中，也存在影响气液传质和降解过程的因素也很多，全面应用和推广还不够深入。因此，还需要研究人员不断进行深入研究。包括生物废气处理技术应用于中，低浓度和高浓度有机废气的处理。对于难降解的污染物，要驯化培养特殊的专用菌种，以全面增强废气的净化处理效果，有效改善微生物生存的代谢系统，提升反应装置的运行效率。同时还要利用分子生物学技术，研究微生物菌株的特性，为降解污染物提供性能更好的菌源。要使用识别有机污染物成分，分析其成分和降解效应，提高核心故障排除的方法。还要寻找生物包装长期使用中出现的堵塞、短寿命的解决方案。

五、结束语

总之，VOCs 废气的生物技术处理具有操作方便，安全性高，不会造成二次污染的优点，已广泛应用于比较发达的国家。而该生物处理技术在国内的应用较晚，但取得非常好的应用研究和成果。基于该技术的应用特点，工程技术人员更要加强对其技术和应用原理的深入研究，培育出效率高的微生物，同时逐步建立完整的废气生物处理结构优化模型。由于生物处理技术是最有应用前景，来替代燃烧法的新技术。随着绿色环保理念的不断深入，生物处理技术的应用将越来越多。