杜佳輝，劉佳，楊菊平，祁弘毅，竇曉娜，李堅

（北京工業(yè)大學區(qū)域大氣復合污染防治北京市重點實驗室，北京100124）

中國作為增長最快的經濟體之一，現(xiàn)在正面臨嚴重的環(huán)境污染問題[1-2]。其中，大量的機動車以及化工、紡織、冶金等行業(yè)的存在，使得揮發(fā)性有機化合物（volatile organic compound,VOCs）成為常見的、典型的污染物[3-5]。環(huán)境中過量的VOCs會對人體產生嚴重危害，其中大部分會產生“三致效應”[6-8]。除此之外，VOCs也會對生態(tài)環(huán)境造成直接影響，諸如產生臭氧及PM2.5等污染[9]。因此，嚴格控制VOCs的排放已經成為環(huán)保管理部門的核心工作之一。

當前針對VOCs的治理技術主要包括吸收法、吸附法、冷凝法、燃燒法、光催化法、等離子體法和生物法等。物理化學技術雖然具有較高的去除效率，但是就其在能源、材料和試劑消耗等方面而言，它們在投資和運營方面的成本也更高[10]，并可能產生有害的副產物[11]。生物技術是一種具有經濟效益的環(huán)境友好性技術，在安裝和運行時也具有較高的安全性。因此，生物法是目前公認的處理中低濃度惡臭污染物和VOCs廢氣的最佳方法之一[12]。

VOCs的生物凈化技術是基于微生物的生命活動，如生長代謝作用，將廢氣中的目標污染物轉化成小分子化合物（如CO2、H2O）及合成自身生長代謝所需的細胞質的過程[13]。傳統(tǒng)的氣相生物反應器類型主要包括生物洗滌器、生物過濾器、生物滴濾器。生物滴濾器和生物過濾器對于中低濃度污染物的去除效率較高，其中生物滴濾器可以調節(jié)pH、營養(yǎng)物質，反應器的運行性能更好。生物洗滌器僅適用于吸收可溶性的氣態(tài)污染物。實驗證明了生物滴濾、生物過濾技術可以有效地降低單一化合物（如苯乙烯、甲苯和二甲苯）的濃度。小試、中試規(guī)模的試驗和工業(yè)實踐也證明了這兩種技術可以有效地降低不同VOCs的混合物濃度[14-16]。然而，每一種技術都有缺點，傳質限制的存在使生物過濾器很難降解像烷烴這樣的疏水性VOCs，并且對于流量大、濃度高或者難生化降解的有機廢氣處理效率較低[17-18]。在運行方面，生物法亦存在微生物難以控制、抗沖擊負荷不強等缺點[19]。目前，多種技術聯(lián)合處理VOCs廢氣已經成為一種研究趨勢[20]，相信在未來生物法聯(lián)合處理技術在工程應用上會有很好的發(fā)展前景。

1 紫外光降解法和生物法聯(lián)合處理技術

紫外光解法根據作用方式的不同可以分為直接光解法和間接光解法，其中間接光解又可分為光敏化氧化、光催化氧化和光激發(fā)氧化。目前，聯(lián)合處理技術方面應用較多的主要是直接光解法和光催化氧化法。紫外光解法通常作為預處理技術與生物法相結合對廢氣進行處理。待處理廢氣首先進入紫外氧化系統(tǒng)被初步降解，接下來再進入生物處理系統(tǒng)被進一步降解，如圖1所示。

圖1 紫外-生物聯(lián)合處理系統(tǒng)

1.1 直接光解法

直接光解法是指有機廢氣直接被紫外光照射而被分解，分解程度與光照波長、污染物特性以及環(huán)境條件有關[21-22]。該技術分解有機物的方式主要有兩種：一種是有機廢氣在高能紫外線的照射下發(fā)生化學鍵斷裂等多種光化學反應，從而轉變?yōu)闊o害分子[23]；第二種方式是高能紫外線照射空氣中的氧氣和水分子激發(fā)生成臭氧和羥基自由基等強氧化劑將VOCs氧化分解，使其徹底氧化為無機小分子物質[24]。但是，對于某些高濃度的污染物，若想通過單一的光降解技術使其完全礦化卻需要較長的照射時間，在應用中受到了阻礙[23]。因此，將光降解技術與生物法相結合，可以發(fā)揮各自的優(yōu)勢從而有效提高污染物的降解效果。

李玉林等[25]將生物滴濾與生物氧化、紫外光解技術相結合針對污水處理中產生的廢氣進行治理。研究發(fā)現(xiàn)，紫外光解除了作為預處理技術，其產生的臭氧也會對剩余難降解物質進行深度處理。該系列技術可處理廢氣量達到了50000m3/h，且處理后的氣體能夠達到《惡臭污染物廠界標準值》二級排放標準。Yu等[26]設計紫外-生物滴濾（ultravioletbiotrickling filter,UV-BTF）聯(lián)合技術以二氯甲烷為代表性污染物進行了研究，發(fā)現(xiàn)相比于單一生物反應器，復合生物滴濾塔內生物膜的形成更加迅速，優(yōu)勢菌種更加多樣化。殘留的臭氧將生物反應器內的生物量控制得更好、分布更均勻。紫外預處理的存在使生物反應器的去除能力從46g/(m3·h)提升至68g/(m3·h)，CO2產生量也提升了1.5倍。Zhu等[27]利用UV-BTF聯(lián)合技術以苯乙烯為目標污染物進行了實驗。研究發(fā)現(xiàn)，紫外預處理將苯乙烯轉化為更有利于生物降解的中間產物。在入口負荷為476g/(m3·h)時，UV-BTF的最大去除能力達到309g/(m3·h)，而采用單一BTF技術處理僅為122g/(m3·h)，并且復合反應器運行也更加穩(wěn)定。

1.2 光催化氧化法

光催化技術在環(huán)境領域最先被用來處理廢水[28]，之后研究人員發(fā)現(xiàn)該技術在廢氣治理方面具有反應速率快、能量利用率高、凈化效果好，較為環(huán)保等優(yōu)點[29-30]。光催化氧化生物降解直接耦合技術（intimate coupling photocatalysis and biodegradation,ICPB）在2008年首次由Rittman教授提出[31]。該技術利用高能納米紫外光照射催化劑生成的高能活性基團與廢氣發(fā)生分解氧化反應，將其轉化為水溶性較好、可生化降解性較高的中間產物，使其更有利于接下來的生物降解。研究發(fā)現(xiàn)，這類復合型的治理工藝針對較高濃度難降解VOCs的處理具有一定的優(yōu)勢。因此，將光催化和生物滴濾技術耦合起來處理廢氣日益受到人們的重視。近些年來，也有國內外越來越多的學者專家投入到該研究中。

Hinojosa-Reyes等[32]在生物過濾器前添加了光催化氧化的預處理技術以彌補生物過濾技術運行的不穩(wěn)定性，發(fā)現(xiàn)用1%TiO2催化劑浸漬珍珠巖，在365nm處進行光解是乙苯降解的最佳光催化工藝條件。在此預處理的條件下，相比于單一生物濾池，耦合后的降解效率提升高達36%。黃修行[33]采用光催化氧化+生物滴濾技術針對氯苯進行了治理，發(fā)現(xiàn)相比于氮氣，以活性更高的空氣作為反應介質其催化效果更好。該技術與生物滴濾器聯(lián)合運行后在處理氯苯方面表現(xiàn)出了較高的處理能力，在進氣負荷不大于9.01mg/(L·min)時，降解率均達到90%以上。但是，應用單一光催化技術在進氣負荷為8.3mg/L時，其去除效率僅能達到83%。韓忠明等[34]將堿洗、光催化氧化與生物洗滌工藝相結合對廢氣進行了治理，實驗中部分酸性氣體通過堿洗初步去除，后進入光催化系統(tǒng)進行深度降解，通過生物洗滌塔后達標排放。

可以看出，紫外光與生物法的聯(lián)合治理使廢氣的凈化效果有了明顯的提升。有部分研究者對其提高去除效率的機理進行了研究。在聯(lián)合治理苯系物時，紫外線的光氧化作用將部分甲苯與間二甲苯氧化成了更易生物降解的中間產物，如乙醛、甲醛，使之在后續(xù)的工藝中更易被生物降解。Hager等[35]也發(fā)現(xiàn)某些含氯氣態(tài)有機物在經過紫外催化系統(tǒng)時生成了更具有水溶性和生物降解性的中間產物，同時降低了含氯化合物對微生物的抑制作用。對于混合VOCs中某些污染物（如鄰二甲苯與甲苯）之間存在代謝抑制的現(xiàn)象，光氧化預處理的存在也使之得到了改善[36]。除此之外，紫外預處理對后續(xù)生物反應器的運行也產生了積極影響，如紫外產生的臭氧有利于生物反應器內生物量的控制[37]，但同時也會對微生物及其群落造成影響，如降低其豐度與多樣性[38-39]。預處理階段產生的中間產物可能會促進生物反應器內微生物的生長，使反應器內微生物分布的更加均勻，反應器后段也具有較高的活性[40]。對于工程應用上可能出現(xiàn)的饑餓或停滯期，該聯(lián)合系統(tǒng)也能更好地處理波動工況，使得生物反應器可以更加穩(wěn)定的運行，如Cheng等[41]注意到在切斷碳源供應7天后，聯(lián)合系統(tǒng)內的生物反應器僅需2天就可重新啟動而單一反應器在7天后去除效率才僅有27%。

2 低溫等離子體和生物法聯(lián)合處理技術

低溫等離子體技術是指廢氣受到反應器內含有巨大能量的電子、離子、自由基和激發(fā)態(tài)分子等高活性物種碰撞激發(fā)或離解，致使其被氧化分解[42-43]。該技術在處理難降解有機廢氣方面具有處理量大、適用面廣、化學反應迅速、易于操作等優(yōu)點。但是該技術目前也存在一些問題，例如對有機組分降解不夠徹底、容易形成副產物等。生物降解技術對于親水性較強的VOCs具有降解徹底、無其他副產物的優(yōu)點[43-44]。因此，有研究者嘗試將等離子體技術與生物技術聯(lián)用（圖2），在進一步提高凈化效率的基礎上解決二次污染等問題。將兩種技術相結合可以在充分發(fā)揮各自技術特點的基礎上形成協(xié)同優(yōu)勢，凈化高濃度VOCs的同時又節(jié)約能源[45]。

圖2 低溫等離子體-生物聯(lián)合處理系統(tǒng)

Wei等[46]將低溫等離子體（non-thermal plasma,NTP）與生物滴濾塔相結合對二甲基硫化物（dimethyl sulfide,DMS）進行去除。研究發(fā)現(xiàn)NTP可以將DMS氧化為更簡單的化合物并提高其生物降解性與水溶性，預處理中產生的臭氧也有助于生物量的控制。最終，相比于單一NTP技術轉化效率僅能達到16.1%～24.5%，聯(lián)合處理系統(tǒng)對DMS的去除率可以達到96%。Zhu等[47]以等離子體催化系統(tǒng)為預處理技術與生物滴濾器相聯(lián)合對難降解VOCs進行去除，發(fā)現(xiàn)預處理技術將難降解廢氣轉化成了水溶性與生物降解性更高的中間產物使其更有利于接下來的生物降解。Schiavon等[48]在實驗中模擬了煉油廠排出廢氣的成分與含量，以低溫等離子體為預處理技術與生物濾池聯(lián)合對其進行了降解，發(fā)現(xiàn)該系列技術可以應對工況的波動以及污染物疏水性過高的不利因素。實驗確定了最適合生物反應器運行的NTP比能量密度為92～256J/L之間，這個范圍可以在將VOCs濃度降到較低水平的同時增加廢氣的水溶性。

該系列處理技術首先使廢氣通過低溫等離子體技術進行初步降解，此時復雜有機物部分轉化為更有利于生物降解的中間產物后轉至生物反應器進行深度降解[44]，其具體反應歷程還需要進一步研究。除此之外，該技術還對生物反應器的運行產生了積極影響。由于生物反應器主要依靠微生物進行生物降解，而微生物對于不穩(wěn)定的負荷很敏感，該預處理技術可以提升生物反應器抗沖擊負荷的能力[49]，從而使其運行更加穩(wěn)定。低溫等離子體技術也同樣會產生一定濃度的臭氧。雖然臭氧常被來滅菌，但是有研究表明該預處理中產生的臭氧濃度低于細菌的危險闕值，而一定濃度的臭氧有助于控制生物膜的過度生長和生物滴濾塔的壓降[50-51]。對于多組分VOCs在生物反應器內的抑制作用，在應用預處理技術后也得到了改善[52]。該聯(lián)合系統(tǒng)在提升處理效果的同時，一定程度上也能適應外界引起的沖擊負荷。因而，在進行聯(lián)合處理時是一個有前途的選擇。

3 化學氧化法和生物法聯(lián)合處理技術

化學氧化法是指具有強氧化性的物質在一定條件下通過化學反應將污染物氧化成無毒或低毒的物質，分為臭氧法和化學洗滌法。

3.1 臭氧法

臭氧對有機物具有強烈的氧化分解作用，對于沒有回收利用價值的中低濃度VOCs有著良好的降解效果。臭氧分解出的具有極強化學活性的原子氧可以將有機物分子氧化降解為H2O和CO2[53]。但是該技術的凈化效率會受到臭氧產生量、氧化停留時間等因素的影響[54]。由于該技術氧化速率較慢，在工程應用中通常與其他工藝相結合（圖3）使廢氣可以達標排放[55]。

圖3 臭氧-生物聯(lián)合處理系統(tǒng)

蘭善紅等[18]將臭氧氧化法與生物法相結合，針對包括甲苯、二甲苯、乙酸丁酯等在內的廢氣進行處理，發(fā)現(xiàn)臭氧的存在可能將難降解的有機物分解為易降解的小分子或鏈狀有機物，從而使生物聯(lián)合反應器的去除效率有一個較大的提升。當僅應用單一生物反應器時，系統(tǒng)的去除效率僅能達到60%～75%，而聯(lián)合系統(tǒng)對VOCs的去除率卻可以超過90%。張超等[56]選擇將臭氧直接通入生物滴濾器以此來達到提升凈化效率的目的，發(fā)現(xiàn)臭氧的存在可以有效調節(jié)填料層的堵塞問題。實驗注意到，當單一BTF運行130天后，反應器性能惡化去除效率僅能達到60%，而O3-BTF體系可以穩(wěn)定運行超過180天去除效率也可以維持在80%。因而，O3-BTF可以維持反應器長期高效的運行。除此之外，其對甲苯的去除以及礦化也有一定的強化作用。

3.2 化學洗滌法

化學洗滌法是通過噴淋塔的形式對廢氣進行處理，該技術利用化學洗滌劑通過吸收、中和及氧化廢氣達到凈化氣體的目的[57-58]。該工藝具有應用范圍廣、處理流量大的優(yōu)點，但是該技術可能會導致二次污染[59]。因此有研究者將化學洗滌工藝與生物法結合進行廢氣的治理，如圖4所示。

李水林[60]采用生物滴濾與化學洗滌工藝相結合的方法，對工業(yè)污水處理廠中的廢氣進行了治理。廢氣首先通入生物滴濾器進行治理，后進入含有氫氧化鈉和次氯酸鈉溶劑的化學洗滌塔進一步氧化分解廢氣。實驗發(fā)現(xiàn)，當僅用單一生物滴濾技術處理廢氣時，其非甲烷總烴的處理效率僅可以達到60%，而聯(lián)合治理之后可以進一步提高處理效率，最終達標排放。鄭啟竹[61]設計將化學洗滌與生物滴濾技術聯(lián)合針對印染污水處理廠排放的廢氣進行治理?；瘜W洗滌作為一級反應器首先對酸性物質進行處理，同時對難以生物降解的有機大分子物質進行氧化分解以減輕后續(xù)生物處理的有機負荷。實驗中生物反應器采用炭質生物媒填料，利用它的吸附作用保證生物反應器在掛膜階段的去除效率。

采用化學法與生物技術相結合時，通常將其作為預處理技術對VOCs進行初步處理。當廢氣中含有酸性氣體、水溶性氣體或者顆粒物的時候，該預處理工藝可以大大提高復合體系的降解效率。當臭氧作為預處理技術時，通常是為了提升生物反應器的處理效果，如將大分子有機物分解成為小分子或者鏈狀有機物以此提高生物反應器的降解效率。另外，微量臭氧可以有效控制生物量的過度生長并使生物量沿軸向程較均勻分布[62]。

4 熱破壞法和生物法聯(lián)合處理技術

熱破壞法只能用在處理那些可燃燒或者高溫下能夠分解的VOCs[63]，目前常用的有機物熱破壞法可分為直接火焰燃燒（直接燃燒與熱力燃燒）或催化燃燒。直接燃燒技術是將VOCs直接當作燃料進行燃燒處理，但是其可能導致二次污染并且存在安全隱患。當有機物濃度較低時，需要使用熱力燃燒[64]的方法，該技術基本可以實現(xiàn)無殘留，但是需要保持適當?shù)臏囟纫约耙欢ǖ耐Ａ魰r間[65]。催化燃燒在某種意義上可以看作是代替熱力燃燒的一種技術，其所需要的輔助燃料更少。但是，該技術存在催化劑中毒失活、產生有毒副產物等問題，如果應用貴金屬催化劑，會導致成本的增加[66-67]。在聯(lián)合處理系統(tǒng)中，燃燒通常作為末端處理裝置以保證廢氣的達標排放，如圖5所示。

徐海濱[65]在面對魚粉加工企業(yè)排放出的污染氣體時，選擇了燃燒法與生物法相結合進行處理。實驗以生物洗滌作為預處理技術，生物滴濾系統(tǒng)作為深度處理技術將廢氣去除率維持在85%以上。但由于生物法自身的局限性，無法實現(xiàn)大幅度降低臭氣濃度因而選擇對末端廢氣進行燃燒處理。最終，通過燃燒處理后的廢氣實現(xiàn)了達標排放。Leethochawalit等[68]設計了一個包含催化燃燒與生物過濾于一體的綜合反應系統(tǒng)，以2-丙醇（isopropyl alcohol,IPA）為污染物進行治理。該作者通過研究發(fā)現(xiàn)了生物濾池與催化燃燒系統(tǒng)之間存在最佳的溫度及濃度范圍，設計將廢氣在部分氧化的情況下通入生物反應器，使得兩種工藝之間達到平衡，從而將投資和運營成本降到最低。

圖4 化學洗滌-生物聯(lián)合處理系統(tǒng)

圖5 燃燒-生物聯(lián)合處理系統(tǒng)

實際工程中產生的廢氣成分十分復雜，很多VOCs難溶于水且不易用生物法高效去除，從而導致排放濃度不達標。燃燒法可以高效地將VOCs分解從而可以保證凈化后的氣體達標排放。但是，該技術存在安全風險。通常直接燃燒法一次性投資較大，且運行費用受制于廢氣的濃度。催化燃燒的運行費用較高并且催化劑的使用壽命有限。因而，在進行聯(lián)合處理時需根據實際情況進行處理單元的設計。

5 吸附法和生物法聯(lián)合處理技術

吸附法是一種通過吸附劑對污染物進行凈化的技術，通常被用來處理較低濃度的VOCs，主要分為物理吸附和化學吸附[69-70]。活性炭價格低廉、吸附效果好，是常用的吸附劑[71]，但是吸附劑易失效且需要定時更換的特性使其廣泛應用受到限制。因此，吸附法常與其他凈化方法聯(lián)合使用。在與生物技術聯(lián)合應用時通常作為末端處理系統(tǒng)以保證廢氣可以達標排放，如圖6所示。

圖6 吸附-生物聯(lián)合處理系統(tǒng)

徐輝軍等[72]改造了污水處理廠的廢氣治理體系，選擇“化學洗滌+組合生物除臭+碳纖維吸附”的復合工藝進行治理。體系采用“歸類收集”的方式進行“分質處理”，高濃度氣體首先單獨進行化學洗滌后與低濃度氣體分別進入二段生物裝置，經過生物處理后的氣體再進入吸附裝置進行深度處理。改造結果證明，該復合工藝對于污水處理廠廢氣治理較好，其污染物排放濃度遠低于國家標準。王永儀等[73]根據企業(yè)中實際生產各單元廢氣成分、濃度、氣量的不同采取相應的處理方式，設計采用了集預洗滌-生物滴濾-活性炭吸附于一體的工藝。廢氣經過水洗段后進入生物滴濾塔，對于部分難溶難降解的廢氣生物去除率較低，設計采用吸附的方式進行深度處理，吸附飽和后采用升溫脫附方式再生，投用后發(fā)現(xiàn)廢氣排放達到設計要求，滿足大氣污染排放標準。Alfonsín等[74]將生物滴濾器與活性炭工藝相結合去除VOCs。根據廢氣種類對活性炭進行了改性，從而優(yōu)化去除效果。最后，通過對生命周期評估（life cycle assessment，LCA）中能源需求、氣候變化、毒性等因素進行評價，表明生物治理比物理、化學工藝對環(huán)境的危害更小。

在吸附與生物法聯(lián)合處理的工藝中，吸附常被用作預處理技術與末端技術。當吸附作為預處理技術時，除了對污染物進行初步吸附還可以起到穩(wěn)定沖擊負荷的作用，為后續(xù)生物處理提供一個更加溫和的環(huán)境[75]。當廢氣中含有難降解、難溶性的成分時，生物法的去除能力有限，可以采用吸附的方法進行深度處理從而保證該復合體系處理后的廢氣可以達標排放[73]。

6 生物組合技術

生物組合技術是將不同的生物反應器聯(lián)合使用。生物洗滌器雖然只適用于水溶性污染物，但是它的反應條件易于控制。生物過濾與生物滴濾技術的適用范圍更廣，但也分別存在填料層坍塌與反應器堵塞的問題。因此，聯(lián)合不同類型的生物反應器可以克服單一生物反應器自身的不足，從而獲得更好的去除效果。

齊國慶等[76]在設計治理煉油污水場產生的廢氣時，考慮到廢氣具有濃度高、組成復雜等特點，采用生物洗滌與生物滴濾技術相結合的工藝對廢氣進行了治理，研究發(fā)現(xiàn)采用生物組合工藝可以解決單一生物技術存在的抗沖擊負荷差以及不能長期運行的問題，凈化后的氣體可以達到GB 14554—93《惡臭污染物排放標準》中規(guī)定的一級廠界要求。陳雪泉[77]將生物過濾與生物滴濾技術相結合，并將工藝放大到治理垃圾中轉站排放的廢氣，實驗發(fā)現(xiàn)其對總VOCs的去除率可以穩(wěn)定在95%以上。王剛[78]采用生物洗滌與生物滴濾技術相結合治理煉化污水廠的廢氣，該系統(tǒng)中的洗滌塔單元可以起到增加廢氣濕度、降低油氣含量的作用，當廢氣中含有酸性物質時，亦可采用堿液噴淋從而降低其對微生物的影響。運行發(fā)現(xiàn)該系列工藝對于對苯系物、硫化物、非甲烷總烴具有較高的降解效率。

當廢氣中含有不同理化性質、不同可生化降解性的混合污染物時，可以采用兩種生物反應器聯(lián)合處理。一級反應器作為主要降解系統(tǒng)，二級反應器針對未降解的污染物或特定污染物進行降解。通常，廢氣中含油量或者顆粒物較多時，會在預處理時設置生物洗滌單元。該單元可以在幫助降低系統(tǒng)中油氣含量與顆粒物的同時調節(jié)pH與濕度，從而維持后續(xù)反應器高效、穩(wěn)定運行。

7 聯(lián)合系統(tǒng)中的負面效應及存在問題

實際工程中的廢氣成分較為復雜，負荷波動較大，一味地按照設計好的復合系統(tǒng)進行治理可能會導致能源及經濟上的浪費，當負荷沒有超過單一工藝去除能力時，其處理技術便失去了存在的意義。Rene等[75]在應用聯(lián)合系統(tǒng)治理廢氣時注意到，在實際應用中，只有在極低的停留時間或者遇到高污染負荷時吸附塔運行才有意義。因此，聯(lián)合處理系統(tǒng)需要根據廢氣參數(shù)調整治理方案，對不同的處理技術進行平衡，使聯(lián)合處理系統(tǒng)在得到較高處理效率的同時，將投資和運營成本降到最低并減少能源的浪費。除此之外，還需要建立一個經濟模型來預估聯(lián)合系統(tǒng)的成本問題，做到效益最大化。另外，某些生物組合工藝可能對特定污染物的降解性能較差。Palau等[40]發(fā)現(xiàn)應用UV-BTF對甲苯進行去除時，紫外光氧化幾乎不能降解甲苯，而與光催化技術結合的生物反應器性能卻有了明顯的改善。孫彪[44]通過研究發(fā)現(xiàn)將等離子體與生物滴濾技術相結合后不能實現(xiàn)對苯的達標排放，還有研究發(fā)現(xiàn)生物滴濾與生物過濾技術相結合雖然對總VOCs去除率較高，但是其對氯代烴類有機物僅能達到40%～60%。此外，預處理技術產生的副產物可能會對后續(xù)的生物反應器造成影響。等離子體、紫外光技術與生物法聯(lián)用時，產生數(shù)量可觀的臭氧會對生物反應器中的微生物造成影響。有研究者注意到，在應用等離子體-生物滴濾耦合技術凈化污染物時，雖然耦合系統(tǒng)中BTF的凈化性能要高于單一BTF反應器，但是該系統(tǒng)中微生物的豐度和多樣性都低于單一BTF系統(tǒng)，猜測可能是由于NTP預處理產生的臭氧對塔內微生物的抑制作用。因此，有必要針對預處理技術產生的臭氧含量進行研究，使其可以將生物膜控制在較優(yōu)條件的同時，又不會對微生物產生過多的消極影響從而影響反應器處理能力。除了臭氧，等離子體與紫外光技術在反應過程中還會產生其他有毒副產物，其中可能會存在比起始物質更難降解、毒性更大的、不利于后續(xù)生物反應的副產物，因而需要優(yōu)化反應器的結構和結構方式[42]，最大程度地減少副產物的生成并在前期實驗中對副產物進行可生化性評價與毒性評價，將目標物污染物轉化為有利于后續(xù)生物反應的物質，從而確保后續(xù)生物技術獲得最佳的運行效果。

8 結語

隨著我國經濟和社會的不斷發(fā)展，工業(yè)化的進程也在不斷加快，相應而來的也包括對環(huán)境以及人身健康的損害。通過治理廢氣來改善周邊環(huán)境成為了亟待解決的事情。但是，實際工程中產生的廢氣成分復雜，單一的治理技術很難實現(xiàn)對多種污染物的同時高效去除。同時，考慮到無論是化學法還是物理法都存在容易產生二次污染的弊端而生物法具有無二次污染的優(yōu)勢，因此有研究者研發(fā)了將生物反應器與其他技術聯(lián)合治理的體系。這些聯(lián)合處理技術相比于單一治理技術具有更好的治理效果，一些預處理技術的存在可以使難生物降解的污染物轉變?yōu)楦欣谏锝到獾闹虚g產物，并且可以在有機廢氣濃度過高時為生物反應器提供較好的緩沖作用，因而聯(lián)合處理技術具有更高、更穩(wěn)定的降解效果。設計運行后的聯(lián)合系統(tǒng)除了提高整體去除效率，亦使周邊環(huán)境改善明顯，同時也明顯減少了投資與占地面積。但是目前對于生物法聯(lián)合去除工藝方面的研究還不夠成熟，實際應用也不夠深入，還有存在諸多因素需要進一步研究解決。

為了實現(xiàn)生物聯(lián)合治理技術在工程上的廣泛應用，還需要在以下幾個方面進行進一步探究。

（1）對于聯(lián)合處理技術的機理探究還不夠深入。聯(lián)合處理系統(tǒng)的總效率不應只是簡單加成的問題，對于生物聯(lián)合系統(tǒng)中，兩種或者兩種以上處理技術之間的協(xié)同作用是否會產生更大的貢獻，聯(lián)合系統(tǒng)是否使得各自的降解機理發(fā)生變化還需要進一步研究。目前，生物聯(lián)合系統(tǒng)機理探究主要的關注點集中在其他技術對于生物反應器的影響，如：生物降解性更好的中間產物使得反應器掛膜啟動更加迅速、有毒副產物對生物反應器的運行性能的影響、預處理技術的存在抵消了部分沖擊負荷使反應器運行更加穩(wěn)定、預處理技術產生的臭氧對反應器中生物量以及壓降的控制、其他技術對生物反應器內微生物分布以及微生物群落結構的影響。

（2）聯(lián)合系統(tǒng)中存在的問題。生物聯(lián)合系統(tǒng)處理特定種類VOCs不能完全降解，因而需要進一步研究以保證污染物可以達標排放。預處理中的副產物問題也需要進一步探究解決，如：如何利用臭氧對微生物的消極作用來達到強化生物反應器的目的，如何通過優(yōu)化反應器的結構最大程度減少有毒副產物對生物反應器的影響。復合系統(tǒng)的設計除了要考慮最終的治理效果，多技術聯(lián)合的平衡問題也是需要進一步探究的。除此之外，研究者還需要建立一個聯(lián)合處理系統(tǒng)的經濟模型以此來達到效益最大化。

目前已經有一些生物聯(lián)合技術應用在工程上的實例，結果表明廢氣經過治理后可以完成既定目標達標排放。除此之外，許多研究人員通過小試實驗對生物聯(lián)合技術進行了一系列研究，結果也都證實了該組合技術具有一定的可行性。但考慮到小型試驗的研究條件比較理想，研究對象也較為單一，因而需要在工程上進行更為深入的研究。相信在未來隨著對生物聯(lián)合技術研究的不斷深入，其在廢氣凈化方面會得到廣泛的應用。