何奮飛

（梅州鑫晟環(huán)?？萍加邢薰?，廣東梅州 514000）

揮發(fā)性有機(jī)化合物簡(jiǎn)稱VOCs（volatile organic compounds），指常溫下飽和蒸汽壓大于70Pa、常壓下沸點(diǎn)在260℃以下的有機(jī)化合物，或在20℃條件下，蒸汽壓大于或者等于10Pa 且具有揮發(fā)性的全部有機(jī)化合物。對(duì)于揮發(fā)性有機(jī)化合物而言，其種類較多，芳香烴、醇類、酯類和醛類等用于工業(yè)溶劑的有機(jī)化合物是最常見(jiàn)也是排放量最大的。同時(shí)，絕大部分VOCs 都是有毒的且會(huì)散發(fā)出惡臭味，甚至部分VOCs還有較強(qiáng)的致癌性。此外，在光照環(huán)境下，VOCs 會(huì)發(fā)生一定的化學(xué)反應(yīng)，引發(fā)發(fā)光化學(xué)煙霧。如果VOCs 中含有鹵代烴類，那么會(huì)對(duì)臭氧層產(chǎn)生破壞。然而，對(duì)于食品工業(yè)、水產(chǎn)業(yè)、石化行業(yè)、農(nóng)業(yè)而言，其在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生揮發(fā)性的有機(jī)廢氣，采用傳統(tǒng)的化學(xué)和物理方法是很難對(duì)這些廢氣進(jìn)行有效的處理，即使能夠處理也需要投入大量的資金成本。

1 生物法處理有機(jī)廢氣的技術(shù)概況

1.1 生物法的基本概念

生物進(jìn)化法的實(shí)質(zhì)是氧化分解過(guò)程，即附著在多孔、潮濕物質(zhì)上的活性微生物會(huì)吸附廢氣中的有機(jī)化合物來(lái)為自身的基本生命活動(dòng)提供能源和養(yǎng)分。此外，對(duì)于微生物吸收廢氣中的有機(jī)物過(guò)程而言，主要是將這類有機(jī)物轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水等簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物以及細(xì)胞的組成物質(zhì)，通過(guò)這個(gè)過(guò)程就能減少?gòu)U氣中有機(jī)物的數(shù)量，從而達(dá)到凈化效果。

1.2 生物法處理有機(jī)廢氣機(jī)理

目前，行業(yè)內(nèi)使用生物法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)廢氣的主要機(jī)理是基于生物膜理論。生物膜是微生物群體在固定載體表面生存過(guò)程中產(chǎn)生的黏性膜結(jié)構(gòu)，如果周圍環(huán)境較為濕潤(rùn)，那么廢氣中的有機(jī)物就會(huì)為微生物提供生長(zhǎng)養(yǎng)料，通過(guò)氧化分解反應(yīng)，不僅能夠有效分解廢氣中的有機(jī)物，還能促進(jìn)微生物的生長(zhǎng)與繁殖，進(jìn)而就能在載體表面形成一定厚度的生物膜，這種類型的生物膜能夠處理濃度較低或可降解性較強(qiáng)的廢氣，并發(fā)揮良好的凈化效果。

1.3 生物法處理 VOCs 的工藝特點(diǎn)

對(duì)于生物法處理VOCs 廢氣工藝而言，其存在較強(qiáng)且較快的適應(yīng)能力，即使污染物的類型不同，但是都能將污染物作為代謝底物進(jìn)行降解和轉(zhuǎn)化。此外，生物法處理VOCs 工藝相比傳統(tǒng)的廢氣處理技術(shù)而言，其具有效果好、資金投入成本低、安全性能好、不會(huì)產(chǎn)生二次污染、過(guò)程管理簡(jiǎn)潔等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，廢氣生物處理吸收劑存在較強(qiáng)的再生功能，能直接對(duì)微生物進(jìn)行吸收，從而無(wú)需設(shè)置專門(mén)的設(shè)備對(duì)廢氣中的微生物進(jìn)行吸收與吸附，簡(jiǎn)化了工藝處理流程，降低了機(jī)械設(shè)備操作運(yùn)行的費(fèi)用。

2 三種生物方法簡(jiǎn)介

對(duì)于氣態(tài)污染物的生物凈化過(guò)程而言，其實(shí)質(zhì)是在潮濕、有孔的介質(zhì)上聚集一定數(shù)量的活性微生物，微生物的生命活動(dòng)需要養(yǎng)料，而將廢氣中的有害物質(zhì)進(jìn)行降解轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水等簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物以后，就能為微生物提供基本的生長(zhǎng)養(yǎng)分。此外，對(duì)于微生物而言，其生存方式、水分、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的添加方式之間存在較大差異性，因此可以在此基礎(chǔ)上將氣態(tài)污染物的生物凈化設(shè)施分為生物濾池、生物滴濾塔以及生物洗滌器這三個(gè)主要的且具有典型代表性的凈化技術(shù)。

2.1 生物濾池

對(duì)于生物濾池而言，其是一種容器，主要存在敞開(kāi)和封閉這兩種狀態(tài)，是由多孔填料床自上而下疊加組成的。填料主要是由堆肥、泥炭塊、土壤、塑料濾料、粒狀活性炭、陶瓷濾料等組成的，表面由微生物膜和水覆蓋。一般而言，生物濾料的厚度不得超過(guò)1m，同時(shí)，工作人員要結(jié)合氣體量和處理的效果來(lái)調(diào)整生物濾料的面積。對(duì)于生物濾池的工藝流程而言，其主要如圖1所示。生物濾池將廢氣除塵以后，將其通入濕潤(rùn)器內(nèi)進(jìn)行濕潤(rùn)，濕潤(rùn)后的廢氣通過(guò)填料層，填料層表面覆蓋的生物膜中含有的微生物將通過(guò)的廢氣內(nèi)的有機(jī)污染物進(jìn)行降解。此外，液相在生物濾池中始終保持靜止或者以很小的速度流動(dòng)狀態(tài)，操作人員結(jié)合實(shí)際的要求和工藝流程，在此基礎(chǔ)上適當(dāng)補(bǔ)充水分，這樣才能提高氣體通過(guò)生物膜填料層的連貫性。

圖1 生物濾池工藝流程圖

2.2 生物滴濾塔

生物滴濾塔的結(jié)構(gòu)與生物濾池結(jié)構(gòu)相似，主要的區(qū)別在于水分噴灑而出的方向，由上噴淋而下的水分逐層流過(guò)填料。同時(shí)，相比于生物濾池的填料層而言，生物滴濾塔填料層的孔隙較大。由于生物滴濾塔存在多孔填料床，那么液相和氣相能夠以順時(shí)針和逆時(shí)針?lè)较蛄鲃?dòng)。此外，在凈化過(guò)程中，廢氣污染物主要經(jīng)過(guò)由氣態(tài)到顆粒表面液膜傳質(zhì)，然后，廢氣中的污染物就會(huì)被生物膜表面的微生物降解，降解過(guò)程產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w會(huì)反向進(jìn)行擴(kuò)散和對(duì)流運(yùn)動(dòng)，然后到達(dá)主流氣相區(qū)并最終排出生物滴濾塔外。對(duì)于生物滴濾塔而言，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)相比于生物濾池較為復(fù)雜，但是其能夠處理如硫化氫一類的酸性副產(chǎn)物廢氣。生物滴濾塔的工藝流程主要如圖2所示。

圖2 生物滴濾塔流程圖

2.3 生物洗滌器

對(duì)于生物洗滌器而言，其是一個(gè)懸浮狀態(tài)且存在活性的污泥處理系統(tǒng)，流化床存在三種不同的形態(tài)，這就使得其與生物濾池和生物滴濾塔之間存在較大的差異性。一般而言，生物洗滌器主要是由一個(gè)裝有填料的洗滌器和一個(gè)裝有活性污泥的生物反應(yīng)器組成的。對(duì)于生物洗滌器的接觸式單元而言，其是第一個(gè)反應(yīng)器，當(dāng)廢氣污染物進(jìn)入第一個(gè)反應(yīng)器，反應(yīng)器內(nèi)的物質(zhì)就能將氣態(tài)污染物轉(zhuǎn)化為液態(tài)，由于單元內(nèi)存在惰性材料，那么就能對(duì)污染物進(jìn)行傳質(zhì)吸附與吸收。在廢氣污染物降解過(guò)程中，其表面會(huì)沾有活性污泥，單元內(nèi)的惰性材料也存在對(duì)污染物表面的活性物質(zhì)進(jìn)行傳質(zhì)吸附和吸收的功能。此外，對(duì)于第一個(gè)單元而言，其只能降解少量污染物，絕大部分廢氣污染物是在第二個(gè)單元內(nèi)完成降解的，降解過(guò)程主要是發(fā)揮第二個(gè)單元內(nèi)活性物質(zhì)的代謝作用。

2.4 三種生物反應(yīng)器的比較

對(duì)于有機(jī)廢氣而言，其成分濃度氣量的不同，那么生物凈化系統(tǒng)的類型也不同。對(duì)于化氣量較小、濃度大、易溶解、生物代謝速率低的廢氣凈化過(guò)程而言，一般選用生物洗滌床。對(duì)于氣量大、濃度低的廢氣可采用生物過(guò)濾床。而對(duì)于污染物降解后會(huì)生成酸性物質(zhì)的則以生物滴濾床為好。對(duì)三種生物反應(yīng)器優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行比較如表1所示。

3 研究展望

目前，研究生物法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)廢氣還處于應(yīng)用階段。同時(shí)，由于VOCs 廢氣種類較為復(fù)雜，因此在未來(lái)生物法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)廢氣研究過(guò)程中，相關(guān)工作人員要重點(diǎn)注意以下幾個(gè)方面的內(nèi)容：

表1 三種生物反應(yīng)器優(yōu)缺點(diǎn)總結(jié)

1）生物滴濾床方法主要用于凈化親水性或易降解的VOCs 廢氣過(guò)程，但不適用于疏水性或難降解的VOCs 廢氣。因此，行業(yè)內(nèi)的技術(shù)人員要培育專門(mén)的菌種，并創(chuàng)造合適的生存環(huán)境。此外，對(duì)于雙液相工藝而言，要加入不溶于水的第二有機(jī)相，這樣就能提高菌種生物對(duì)疏水性化合物廢氣的吸附能力，同時(shí)，在反應(yīng)器中將微孔膜與半透膜有效結(jié)合，提高使用效率，這樣就能優(yōu)化疏水性化合物廢氣的處理效果。

2）在節(jié)約資金成本投入和提高能源使用效率方面，要改進(jìn)生物濾料、填料的物理性能，延長(zhǎng)使用壽命。

3）對(duì)VOCs 廢氣的凈化方案進(jìn)行逐步的完善與創(chuàng)新。由于廢氣的氣量和組成結(jié)構(gòu)是變化的，那么要使用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)對(duì)廢氣凈化工藝進(jìn)行改進(jìn)，這樣才能提高難降解和有毒性物質(zhì)的凈化效率。

4）由于生物滴濾模型技術(shù)發(fā)展較晚，缺乏先進(jìn)的指導(dǎo)經(jīng)驗(yàn)，存在較差的通用性，那么只有在實(shí)踐過(guò)程中對(duì)生物滴濾模型進(jìn)行不斷的完善，才能逐漸推廣和應(yīng)用生物滴濾技術(shù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步雖然推動(dòng)了工業(yè)的快速發(fā)展，但也給人們的生存環(huán)境造成了污染，同時(shí)，人們也逐漸重視生活環(huán)境和廢氣污染控制工作。對(duì)于生物法處理?yè)]發(fā)性有機(jī)廢氣而言，其主要是對(duì)單一氣體進(jìn)行處理，如果處理含VOCs 的混合廢氣，則需要對(duì)廢氣處理工藝進(jìn)行進(jìn)一步的升級(jí)改造，因此相關(guān)工作人員要在工作過(guò)程中不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，這樣才能逐漸改革和創(chuàng)新有機(jī)廢氣的處理方法，進(jìn)而創(chuàng)造良好的社會(huì)生活環(huán)境。