蔡岐峰

（廣州宇晴環(huán)境顧問工程有限公司，廣東 廣州 510000）

生物膜填料法廢氣凈化技術(shù)就是為解決既無(wú)回收利用價(jià)值，又污染環(huán)境的低濃度工業(yè)有機(jī)廢氣凈化處理的難題而開發(fā)的。在木制工藝品的生成過(guò)程中，用到大量的油漆和油漆稀釋劑。這些油漆稀釋劑主要以甲苯、苯、乙酸乙酯為主，還有少量的酮類，在噴漆過(guò)程中油漆稀釋劑基本全部揮發(fā)進(jìn)入大氣。而這類化合物往往帶有惡臭，甚至具有一定的毒性，給人體及環(huán)境造成了嚴(yán)重的危害，如苯和甲苯對(duì)人體的神經(jīng)系統(tǒng)、感官有刺激作用，影響身體健康。因此，工藝品的廢氣凈化處理已成為大氣污染控制的一個(gè)重要方面，越來(lái)越受到政府和人們的廣泛關(guān)注。

對(duì)于高濃度有機(jī)廢氣的凈化處理，目前已有吸收法、吸附法和催化氧化法等有效的凈化處理方法。但是在木制工藝品的噴漆過(guò)程中產(chǎn)生的有機(jī)廢氣濃度比較低，又無(wú)回收價(jià)值，如果用吸收法、催化氧化法等去處理，處理成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于所得得利潤(rùn)，因此不適用高濃度的處理方法。根據(jù)國(guó)內(nèi)外有關(guān)對(duì)于低濃度（＜3 mg/L）有機(jī)廢氣的凈化處理研究表明，微生物對(duì)各類污染物均有較強(qiáng)、較快的適應(yīng)性，并可將其作為代謝物而降解、轉(zhuǎn)化，針對(duì)既無(wú)回收價(jià)值，又嚴(yán)重污染環(huán)境的低濃度有機(jī)廢氣的凈化具有效果好、操作穩(wěn)定、運(yùn)行費(fèi)用低、無(wú)二次污染的優(yōu)點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 培養(yǎng)液的配制

在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，參照國(guó)外相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道選擇查氏培養(yǎng)液，以甲苯為唯一的碳源和能源。

1.2 菌種的馴化

本研究是利用微生物來(lái)凈化甲苯廢氣，因此，必須對(duì)微生物進(jìn)行馴化。為了縮短菌種的馴化時(shí)間和提高馴化效率，實(shí)驗(yàn)選用含有甲苯這種物質(zhì)的廢水處理站的活性污泥為微生物菌種源?；谶@一考慮，本課題選用浙江新農(nóng)化工公司污水處理站的活性污泥作為本研究使用的原始菌種。

1.3 填料成膜工藝

用于實(shí)驗(yàn)的生物膜填料塔由內(nèi)徑為90 mm的有機(jī)玻璃管制作而成，采用破碎馬鞍型陶瓷作為實(shí)驗(yàn)用填料進(jìn)行研究。破碎馬鞍型陶瓷填料層的高度為560；實(shí)驗(yàn)溫度為22.0～28 ℃，pH值為7.0左右；入口氣體中甲苯的濃度為400～5 000 mg/L；氣體流量為0.2～0.7 m3/h；氣體在破碎馬鞍型陶瓷生物膜填料中的停留時(shí)間為30 s；塔頂部的液體噴淋量為5.80～1 151/h；破碎馬鞍型陶瓷生物膜填料的全塔阻力降為110～980 mmH2O。

實(shí)驗(yàn)時(shí)采用逆流操作，液體由水泵打入到塔頂（液體流量大小由出口閥門調(diào)節(jié)），由塔頂向下噴淋到填料上，在填料層中自上而下流動(dòng)，最后由塔底流回到循環(huán)槽內(nèi)，再由水泵打回到塔頂內(nèi)部。甲苯廢氣的產(chǎn)生是由羅茨風(fēng)機(jī)把空氣壓縮到緩沖罐中，氣體通過(guò)存有甲苯液體的廢氣發(fā)生罐，甲苯氣體經(jīng)與主氣流混合、稀釋后獲得實(shí)驗(yàn)用的模擬廢氣流。廢氣流由塔底進(jìn)入到生物膜填料塔，在上升過(guò)程中與填料表面濕潤(rùn)的生物膜接觸，經(jīng)氣液相的傳質(zhì)過(guò)程，甲苯在液相（或固體表面生物層）中被微生物吸附降解，凈化后的氣體從塔頂排出。

實(shí)驗(yàn)開始時(shí)，采用預(yù)先馴化好的菌懸液接入到循環(huán)槽內(nèi)的培養(yǎng)液中，讓微生物在循環(huán)過(guò)程中進(jìn)一步擴(kuò)培和進(jìn)行塔上掛膜操作。當(dāng)填料上的生物膜長(zhǎng)到一定的厚度時(shí)，進(jìn)行低濃度的甲苯廢氣凈化實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，對(duì)生物膜填料塔的進(jìn)出口處氣體定時(shí)采樣，作濃度分析。

1.4 要分析項(xiàng)目及測(cè)定方法

（1）菌體生長(zhǎng)情況及生長(zhǎng)規(guī)律：三功能光學(xué)顯微鏡，722型光柵分光光度計(jì)。

（2）甲苯氣體濃度分析：氣相色譜法。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 掛膜時(shí)間

以向循環(huán)槽中接入菌種作為掛膜的第0天開始計(jì)算，到填料上能夠觀察到生物膜為止，這段時(shí)間稱為掛膜時(shí)間。不同的填料掛膜時(shí)間也不同，本實(shí)驗(yàn)所用的破碎馬鞍型陶瓷填料掛膜時(shí)間大約為7 d。

2.2 入口氣體濃度

對(duì)甲苯凈化效率及容積負(fù)荷的影響在本實(shí)驗(yàn)中，測(cè)試入口氣流量對(duì)甲苯凈化效率及容積負(fù)荷的影響，測(cè)試結(jié)果見圖 1、圖2。

圖1 入口氣體中甲苯濃度對(duì)凈化率的影響

圖2 入口氣體中甲苯濃度對(duì)容積負(fù)荷的影響

容積負(fù)荷L＝Cin·Q/1 000 V

式中，Cin：氣體濃度，mg/m3；

Q：氣體流量，m3/h；

V：填料層體積，m3。

由圖 1、圖2可知，入口氣體中的甲苯濃度較低時(shí)，凈化效率隨容積負(fù)荷的增大改變不大，但當(dāng)負(fù)荷較高時(shí)，甲苯的凈化效率降低的幅度較大。當(dāng)入口氣體中甲苯濃度低于3 000 mg/m3（即相當(dāng)于容積負(fù)荷為210 mg/m3h）時(shí)，甲苯的凈化效率可維持在80 %以上。

綜上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于低濃度的廢氣處理中，采用生物膜填料法具有較為理想的去除效果。

2.3 入口氣體流量對(duì)甲苯凈化效率及容積負(fù)荷的影響

在本實(shí)驗(yàn)中，測(cè)試入口氣流量對(duì)甲苯凈化效率及容積負(fù)荷的影響，測(cè)試結(jié)果如圖3、圖4所示（圖略）。從中可以看出，隨著氣流量的增加，生物膜填料塔對(duì)氣體中甲苯的凈化效率降低，當(dāng)氣流量從0.25 m3/h增大到0.70 m3/h時(shí)，凈化效率從90.9%降到46.7%。然而此時(shí)甲苯在膜填料上的容積負(fù)荷卻隨著氣流量的增加而增加，從88 g/m3h增大到168 g/m3h。這一現(xiàn)象說(shuō)明了此時(shí)生物膜填料塔對(duì)氣體中甲苯的去除率屬于傳質(zhì)控制過(guò)程，同時(shí)也間接體現(xiàn)了本研究所采用的微生物菌種具有很強(qiáng)的生化降解能力。因此，如采取措施改善塔內(nèi)的氣液傳質(zhì)條件，將有助于提高生物膜填料塔的凈化效率。同時(shí)在操作中也應(yīng)注意適當(dāng)控制氣體流量，以保證生物膜填料塔對(duì)有機(jī)廢氣的凈化效果。

2.4 液體噴淋量對(duì)甲苯凈化效率的影響

首先，廢氣中的有機(jī)污染物同水接觸并溶解于水中（即由氣膜擴(kuò)散進(jìn)入液膜）；其次溶解于液膜中的有機(jī)物成分在濃度差的推動(dòng)下進(jìn)一步擴(kuò)散到生物膜中，進(jìn)而被其中的微生物捕獲并吸收；最后，進(jìn)入微生物體內(nèi)的有機(jī)污染物在其自身代謝過(guò)程中被作為能源和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被分解，經(jīng)生物化學(xué)反應(yīng)最終轉(zhuǎn)化成為無(wú)害的化合物，如CO2和H2O。

由此可見，噴淋水量（無(wú)機(jī)鹽培養(yǎng)液）充分是微生物生長(zhǎng)的保障。因此，研究噴淋液量對(duì)甲苯凈化效率的影響是相當(dāng)必要的。

在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)，液體噴淋量對(duì)凈化效率沒有顯著影響。低濃度有機(jī)廢氣中的有機(jī)污染物大多為揮發(fā)性有機(jī)物，一般不溶于水或微溶于水。噴淋液的主要作用是濕潤(rùn)填料表面的生物膜，并向其中的微生物提供無(wú)機(jī)鹽營(yíng)養(yǎng)成分。因此，液體的噴淋量只需能夠濕潤(rùn)填料表面的生物膜即可，這樣可以使運(yùn)行的費(fèi)用降低。

2.5 填料層高度的影響

測(cè)定氣相中有機(jī)氣態(tài)污染物隨填料層高度的變化曲線，這是設(shè)計(jì)生物膜填料塔的一項(xiàng)十分重要的基礎(chǔ)資料。進(jìn)行本項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是建立在前面實(shí)驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)之上的，因此，在控制入口氣體流量和濃度以及液體噴淋量相同（在實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)）的條件下進(jìn)行測(cè)定。

3 結(jié)束語(yǔ)

生物膜填料塔處理低濃度有機(jī)廢氣的工業(yè)應(yīng)用試驗(yàn)表明，生物膜填料塔處理工業(yè)有機(jī)廢氣是可行的，當(dāng)運(yùn)行條件控制適當(dāng)時(shí)，凈化效率可保持在90%以上，能夠?qū)崿F(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。投資省，運(yùn)行費(fèi)用低。這一技術(shù)成果在國(guó)內(nèi)的推廣應(yīng)用將會(huì)產(chǎn)生明顯的環(huán)境效益、社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

1 劉強(qiáng).生物滴濾法凈化揮發(fā)性有機(jī)廢氣（VOCs）的研究［D］.西安建筑科技大學(xué)，2003

2 徐軍.膜吸收——真空膜蒸餾技術(shù)分離凈化甲苯/N_2的研究［D］.南京理工大學(xué)，2010