【摘 要】生物滴濾凈化揮發(fā)性有機(jī)污染物技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)。文章介紹了生物滴濾塔凈化VOCs的機(jī)理，分析了凈化效果的影響因素。目前生物滴濾技術(shù)需要在以下幾方面完善和發(fā)展：提高疏水性或難降解廢氣的處理能力，改進(jìn)生物滴濾填料性能，提高對(duì)各運(yùn)行參數(shù)的控制能力，加強(qiáng)實(shí)際廢氣的凈化研究和完善生物滴濾模型。

【關(guān)鍵詞】生物滴濾塔；揮發(fā)性有機(jī)廢氣；凈化機(jī)理；影響因素

工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中排放的低濃度揮發(fā)性有機(jī)物(volatile organic compounds，VOCs) 不但對(duì)人的身體健康具有非常大的危害性，而且對(duì)工廠周邊環(huán)境及生態(tài)造成嚴(yán)重的影響。傳統(tǒng)的處理技術(shù)存在著投資大、運(yùn)行成本高等弊端。生物法廢氣凈化技術(shù)是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)凈化低濃度工業(yè)廢氣的新型技術(shù)，逐漸發(fā)展成為工業(yè)廢氣凈化研究的前沿?zé)狳c(diǎn)之一。生物凈化技術(shù)主要有生物洗滌、生物滴濾和生物過(guò)濾。其中生物滴濾塔具有投資省、運(yùn)行費(fèi)用低、二次污染小、操作維護(hù)簡(jiǎn)單、凈化效果好、反應(yīng)條件易于控制、經(jīng)濟(jì)廉價(jià)及環(huán)境相容性好等優(yōu)點(diǎn)而呈現(xiàn)最廣闊的應(yīng)用前景，在國(guó)內(nèi)外已有較多的研究和應(yīng)用。目前的研究重點(diǎn)主要集中在:凈化有機(jī)廢氣的系統(tǒng)快速啟動(dòng)，機(jī)理探討，動(dòng)力學(xué)分析，高效菌種的馴化和篩選；生物反應(yīng)器運(yùn)行工況的研究(氣流量、循環(huán)液流量、溫度等)。

1.生物滴濾塔凈化VOCs的原理

生物滴濾的實(shí)質(zhì)是附著在生物填料介質(zhì)上的微生物在適宜的環(huán)境條件下，利用廢氣中的污染物作為碳源和能源，維持其生命活動(dòng)，并將它們分解為CO2、H2O等無(wú)害無(wú)機(jī)物的過(guò)程。廢氣中污染物首先經(jīng)歷由氣相到固/液相的傳質(zhì)過(guò)程，然后才在固/液相中被微生物降解。目前，主要存在兩種理論來(lái)解釋這種傳質(zhì)過(guò)程，一種是荷蘭學(xué)者Ottengraf 依據(jù)吸收操作的雙膜理論而提出的“吸收-生物膜”理論；一種是pedersen、孫佩石等依據(jù)吸附理論而提出的吸附生物膜理論。

2.填料對(duì)去除效果的影響

在揮發(fā)性有機(jī)廢氣生物滴濾塔裝置中，填料既是微生物生長(zhǎng)的支撐載體，又是氣液兩相的傳質(zhì)介質(zhì)，其性能直接影響污染物的去除效果及處理費(fèi)用。相關(guān)研究結(jié)果表明，氣體污染物的去除效率與反應(yīng)器中填料種類、粒徑、孔隙率和比表面積等特性直接相關(guān)。因此，為了實(shí)現(xiàn)氣體污染物的高效去除，選擇適合微生物生長(zhǎng)、傳質(zhì)效果良好的高效填料非常必要。

目前，國(guó)內(nèi)外研究中利用生物滴濾塔處理的有機(jī)廢氣包括烴類、苯系化合物、低分子脂肪酸和醇類等，采用的填料包括海綿、珊瑚石、陶粒和空心塑料小球等。由于研究報(bào)道中采用的填料不同，污染物的去除效率、降解負(fù)荷和微生物生長(zhǎng)特性相差迥異，因而需要對(duì)各種生物滴濾塔填料的性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

劉建偉等[1]通過(guò)實(shí)驗(yàn)比較了海綿、珊瑚石、陶粒和空心塑料小球4中填料的性能，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:（1）生物滴濾塔啟動(dòng)時(shí)間最短的為海綿生物滴濾塔（約20d），其次為陶粒生物滴濾塔（約25d），啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)的為珊瑚石生物滴濾塔（約35d）和空心塑料小球生物滴濾塔（約40d）;（2）４種填料生物滴濾塔中的異養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量依次為海綿＞陶粒＞珊瑚石＞空心塑料小球;（3）在相同的進(jìn)氣流速下，４種填料生物滴濾塔的填料層壓力降依次為珊瑚石＞陶粒＞空心塑料小球＞海綿。最終得出：海綿和陶粒較適宜作為生物滴濾塔的填料。

3.氣、液流量對(duì)去除效果的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明[2]，無(wú)論是在順流還是在逆流操作情況下，進(jìn)氣流量越高則凈化效率越低，這是因?yàn)闅怏w流量越大則空塔停留時(shí)間越短，同時(shí)還容易造成液體在填料床中分布不均(形成局部干涸)， 從而降低了微生物的代謝能力， 所以凈化效率降低。在一定的氣體流量下，增大液體流量則凈化效率降低。這是因?yàn)樵黾右后w流量會(huì)導(dǎo)致填料表面液膜加厚，增大了傳質(zhì)阻力，所以去除率降低。

徐峰等[3]利用生物滴濾塔對(duì)低質(zhì)量濃度甲苯廢氣的脫除進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，入口甲苯的質(zhì)量濃度低于11.7mg/ L時(shí)，甲苯的凈化率可保持在97%以上，但超過(guò)11.7mg/ L時(shí)，凈化率迅速下降。王鵬飛等[4]采用裝有ZAT-2型專利填料的生物滴濾塔反應(yīng)器，進(jìn)行“三苯”（苯、甲苯、二甲苯）廢氣處理的連續(xù)流實(shí)驗(yàn)研究，結(jié)果表明，在溫度為20～25℃、pH 值為6.3～6.9、苯、甲苯和二甲苯的入口氣體質(zhì)量濃度分別為2.140、2.026和2.017mg/ L時(shí)，可獲得“三苯”廢氣的最大去除量。

液氣比的大小直接影響設(shè)備投資及運(yùn)行費(fèi)用，是一個(gè)重要的操作參數(shù)。液氣比過(guò)大，不僅會(huì)使塔內(nèi)填料層中空隙率減少，造成氣液流通面積減小，而且會(huì)增加生物膜表面液膜的厚度，直接影響氣體擴(kuò)散速率以及微生物對(duì)廢氣的捕捉效率， 使凈化效率降低。液氣比過(guò)小，可能造成填料內(nèi)液體分配不均，局部微生物可能會(huì)因長(zhǎng)期缺水和局部干燥而活性下降，甚至死亡。在一定范圍內(nèi)，隨液氣比的增大，凈化效率有一個(gè)先升后降的趨勢(shì)。

4.微生物對(duì)去除效果的影響

生物滴濾塔處理?yè)]發(fā)性有機(jī)廢氣是利用微生物的代謝活動(dòng)，將廢氣中的VOCs轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物(CO2，水等)及細(xì)胞組成物質(zhì)的過(guò)程。該過(guò)程包括兩個(gè)階段：首先污染物由氣相進(jìn)入液相或固相表面的液膜中，進(jìn)而擴(kuò)散到生物膜中，再進(jìn)入微生物細(xì)胞內(nèi)，這屬于污染物從氣相到生物膜的傳質(zhì)過(guò)程;其后通過(guò)微生物體的氧化、還原、分解、合成等生化作用，把一部分被吸收的有機(jī)物轉(zhuǎn)化為微生物所需要的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，供給微生物生長(zhǎng)繁殖所需，另外一部分有機(jī)物質(zhì)則被氧化分解為CO2和H2O等簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物和部分有機(jī)產(chǎn)物，同時(shí)釋放出大量的能量。所以生物滴濾塔中的微生物對(duì)去除VOCs起到了重要作用。

5.結(jié)論與展望

由上綜述可知，目前的研究已處于實(shí)驗(yàn)室深入和工程應(yīng)用階段，但由于VOCs種類復(fù)雜，生物技術(shù)日新月異，要想滿足控制VOCs的實(shí)際要求，需要繼續(xù)在以下幾方面開(kāi)展研究。

（1）生物滴濾床凈化親水性或易降解的VOCs相對(duì)簡(jiǎn)單，提高疏水性或難降解VOCs的處理能力是一個(gè)難題。故需培養(yǎng)專屬菌種并優(yōu)化其生存條件；雙液相工藝中增加不與水混溶的第二有機(jī)相，提高生物對(duì)疏水性化合物的吸附能力；采用微孔膜或半透膜與反應(yīng)器結(jié)合，提高疏水性化合物的處理效果。

（2）改善生物濾料、填料的物理性能和使用壽命，以節(jié)省投資和能耗。

（3）實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，提高對(duì)各運(yùn)行參數(shù)的控制能力，降低維護(hù)費(fèi)用和發(fā)生故障的次數(shù)。

（4）加強(qiáng)實(shí)際VOCs 廢氣、混合廢氣的凈化研究。因?qū)嶋H廢氣的氣量、成分經(jīng)常變化，可能含有難降解或有毒性的物質(zhì)，對(duì)凈化工藝的完善有重要作用。

（5）生物滴濾模型研究通用性差，缺乏可靠的基礎(chǔ)參數(shù)，還需完善，這對(duì)生物滴濾技術(shù)的推廣和應(yīng)用有重要意義。 [科]

【參考文獻(xiàn)】

［１］劉建偉，王志良.生物滴濾塔處理有機(jī)廢氣的填料選擇研究[J].環(huán)境污染與防治，2012，34（4）：17-27.

［２］侯長(zhǎng)軍，饒佳家等.生物滴濾塔降解甲苯廢氣的操作特性[J].中國(guó)給排水，2005，21（12）:50-52.

［３］徐峰，鐘秦.生物滴濾塔凈化甲苯廢氣的研究[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2004，28（3）:299-302.

［４］王鵬飛，王藝等.生物滴濾塔處理“三苯”廢氣的影響因素研究[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，35（1）：73-80.