摘要：有機廢氣是目前備受關(guān)注的污染物，其中含有較多揮發(fā)性有機物（VOCs），加強有機廢氣治理是當(dāng)前解決大氣污染問題的一種有效途徑。生物滴濾法是一種適用于低濃度有機廢氣治理的技術(shù)。本文結(jié)合生物滴濾法的基本原理，分析生物滴濾法處理VOCs的影響因素，然后結(jié)合實例，研究生物滴濾法在有機廢氣治理中的應(yīng)用效果，以改善環(huán)境空氣質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：生物滴濾法；有機廢氣；治理

中圖分類號：X701 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）02-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.02.010

Study on the application of biotrickling filtration in the treatment of organic waste gas

ZUO Bing

（Hengshui Jiangcheng Environmental Protection Technology Development Co.， Ltd.， Hengshui 053000， China）

Abstract： Organic waste gas is a pollutant of great concern at present， which contains more volatile organic compounds （VOCs）， strengthening the treatment of organic waste gas is an effective way to solve the problem of air pollution at present. Biotrickling filtration is a technology applicable to the treatment of low concentration organic waste gas. Based on the basic principle of biotrickling filtration， this paper analyzes the factors affecting the treatment of VOCs by biotrickling filtration， and then studies the application effect of biotrickling filtration in the treatment of organic waste gas with examples to improve the ambient air quality.

Keywords： biotrickling filtration; organic waste gas; treatment

目前，除細(xì)顆粒物（PM2.5）、可吸入顆粒物（PM10）外，O3逐漸成為我國部分地區(qū)的一種主要污染物。2021年，全國339個地級及以上城市以臭氧為首要污染物的超標(biāo)天數(shù)占總超標(biāo)天數(shù)的34.7%，僅次于PM2.5的39.7%，其中京津冀及周邊地區(qū)O3超標(biāo)天數(shù)占其總超標(biāo)天數(shù)的55.4%，長三角地區(qū)O3超標(biāo)天數(shù)占其總超標(biāo)天數(shù)的41.8%，O3已成為當(dāng)?shù)氐闹饕瑯?biāo)污染物。PM2.5的主要前體物為揮發(fā)性有機物（VOCs）、O3等，而O3的主要前體物為VOCs和氮氧化物（NOx）等，VOCs是PM2.5和O3的共同前體物，因此加強VOCs治理是控制O3和PM2.5污染的有效途徑。

有機廢氣是指工業(yè)生產(chǎn)過程中排出的含VOCs廢氣，常見的VOCs末端治理技術(shù)眾多，主要包括吸附法、燃燒法（蓄熱燃燒和催化燃燒）、生物處理法、吸收法、冷凝法及各種方法的組合技術(shù)。這些末端處理技術(shù)都有其特定的適用范圍，其對廢氣組分及濃度、溫度、風(fēng)量等因素有不同要求。一般來說，低濃度（100～1 500 mg/Nm3）的VOCs治理可采用生物滴濾法。

1 生物滴濾法的基本原理

生物滴濾法是指采用多孔、比表面積大、易于生物附著、不易降解腐爛的惰性人工制品類生物填料作為固定床層，通過在生物滴濾塔上方噴淋含養(yǎng)分和微生物的循環(huán)液，使填料表面形成生物膜，廢氣經(jīng)傳質(zhì)和生物降解后得到凈化。其在生物滴濾塔中填充填料，填料含有適宜微生物生長的水分及營養(yǎng)，其表面生長有多種微生物。當(dāng)含有VOCs的廢氣進(jìn)入生物滴濾塔時，污染物分子被填料外層的液膜吸收，最終填料中的微生物將有機廢氣中的VOCs生化降解，轉(zhuǎn)化為CO2、H2O等，從而達(dá)到廢氣凈化的目的。

1.1 生物滴濾法處理VOCs的優(yōu)缺點

生物滴濾法的優(yōu)點是設(shè)備購置成本及運行成本低，操作簡單，反應(yīng)條件容易控制，除更換填料外不產(chǎn)生二次污染。生物滴濾法的缺點是不適合處理高濃度有機廢氣，處理混合廢氣時不宜選擇或馴化特定的菌種，理論上不適合處理水溶性較差或是疏水性的VOCs，并且對pH的要求較高。

1.2 接種污泥和營養(yǎng)液

生物滴濾法主要是靠填料內(nèi)馴化好的微生物菌種降解VOCs，菌種的主要來源是活性污泥，污泥培養(yǎng)、馴化的目的是淘汰污泥中大量不適應(yīng)菌種，同時培養(yǎng)繁殖出對目標(biāo)VOCs具有良好降解效果的優(yōu)勢菌種?；钚晕勰嗫蓙碓从谖鬯幚韽S的兼氧池[1]、二沉池[2-3]、好氧曝氣池[4]等。生物滴濾塔內(nèi)菌種的生長需要合適的養(yǎng)分，除有機廢氣可提供的碳源外，還需要提供微生物必需的其他營養(yǎng)。不同營養(yǎng)液的組成及配比如表1所示。

研究發(fā)現(xiàn)，生物滴濾法馴化含有特定菌種的活性污泥時，氮、磷、硫、鎂、鈣、鐵等營養(yǎng)元素是微生物生長所必需的。另外，磷酸鹽具有緩沖性能，可自動調(diào)節(jié)pH，維持菌種在合適的生活環(huán)境中。

2 生物滴濾法處理VOCs的影響因素

生物滴濾法處理VOCs的影響因素眾多，主要有pH、填料、廢氣種類等。

2.1 pH

生物滴濾塔中，微生物降解后的代謝產(chǎn)物一般會使循環(huán)液呈酸性。pH變化直接影響微生物細(xì)胞和酶的活性，進(jìn)而影響有機廢氣的VOCs去除效果。因此，合適的pH對生物滴濾塔正常運行有重要影響。研究發(fā)現(xiàn)，對于大部分菌種來說，營養(yǎng)液的適宜pH為中性，即pH為7左右時，VOCs去除效果較好，如表2所示[5-9]。生物滴濾塔長期運行時，宜定期人工調(diào)節(jié)營養(yǎng)液pH，保證污染物的去除效果。

2.2 填料

填料是微生物的載體，是微生物生存代謝的場所。一般填料宜選取比表面積大、微生物容易附著生長、空隙大、壽命長、成本低的材料。要根據(jù)污染物質(zhì)類型和微生物群落特點，合理選取填料。

楊竹慧[2]分別使用三種材料（陶粒、陶粒與活性炭纖維、塑料環(huán)與活性炭纖維）作為填料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)活性炭纖維的添加可以減小污染物由氣相到生物相的傳質(zhì)阻力，有效提升生物滴濾塔的VOCs凈化效率，縮短生物滴濾塔掛膜啟動時間。但是，活性炭纖維的比表面積較大，使得生物滴濾塔運行后期易產(chǎn)生堵塞，需要進(jìn)行反沖洗。梅瑜等[10]對比分析三種填料（紋翼多面球、改性毛刺球和空心多面柱）的性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，紋翼多面球運行性能最優(yōu)，甲苯去除率為76.78%，乙醇去除率為99.23%，去除效果較好。因此，生物滴濾塔宜選擇孔隙率和比表面積較大的填料，但要注意其長期運行可能造成堵塞，不同填料的組合可提升凈化效果。

2.3 廢氣種類

理論上，生物滴濾法不適用于水溶性較差或是疏水性的VOCs。水溶性較差的VOCs與微生物的傳質(zhì)過程受到限制，不易被微生物捕獲降解。對于難溶解的VOCs，可添加表面活性劑來改變?nèi)芙庑阅堋?/p>

在乙苯濃度1 100 mg/m3、停留時間30 s的試驗條件下，王璐[11]以表面活性劑Tween-20作為添加劑，分析生物滴濾塔的降解效果。研究表明，Tween-20的最佳添加量為7.37～11.79 mg/L，在最佳添加量下，乙苯去除率可由原來的67%提升到86%。蘇俊朋等[12]通過添加表面活性劑鼠李糖，研究生物滴濾塔對乙苯的去除效果，發(fā)現(xiàn)添加鼠李糖后，生物滴濾塔啟動時間由28 d縮短至23 d，乙苯去除率由80%提升到92%，系統(tǒng)可穩(wěn)定運行。

3 應(yīng)用案例分析

上海市某化工園區(qū)污水處理廠[13]采用生物滴濾與化學(xué)洗滌的組合工藝治理污水處理產(chǎn)生的臭氣及有機廢氣，進(jìn)口臭氣濃度為3 000～7 000，VOCs濃度為50～150 mg/m3，處理風(fēng)量為20 000 m3/h，pH控制在6～8，采用以火山巖為主的組合填料。運行期監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，生物滴濾塔臭氣凈化率大于80%，VOCs凈化率大于60%。系統(tǒng)整體取得較好的效果，滿足一定的處理要求。

4 結(jié)論

生物滴濾法處理VOCs的接種污泥可來自污水處理廠的二沉池、好氧曝氣池等。其間需要提供微生物菌種生長所需的營養(yǎng)液，補充氮、磷、硫、鎂、鈣、鐵等營養(yǎng)元素，營養(yǎng)液應(yīng)具有一定的pH緩沖性能，營養(yǎng)液適宜的pH宜控制在7左右。生物滴濾塔選擇孔隙率和比表面積較大的填料，但要注意其長期運行可能造成堵塞，不同填料的組合可提升凈化效果。對于水溶性較差或是疏水性的VOCs，可添加表面活性劑，改變其在液相中的溶解性能，促進(jìn)VOCs的傳質(zhì)，提升VOCs降解效果。目前，生物滴濾法在有機廢氣處理中得到廣泛應(yīng)用，并取得較好的處理效果。針對不同目標(biāo)污染物，可探索多種技術(shù)的聯(lián)合處理工藝，以達(dá)到預(yù)期效果。

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