挥发性有机污染物及恶臭生物处理技术综述

2VOCs和恶臭生物处理新型技术

近年来，针对疏水性物质开发了真菌生物反应器、膜生物反应器以及双液相生物反应器，而细菌-真菌复合式生物反应器及物化-生物组合反应器则是针对污染物组分复杂、负荷多变的废气研发的新技术。

2.1真菌生物反应器

细菌和真菌是常见的VOCs和恶臭生物反应器中的两种主要微生物，其中细菌生长速度快，短时间内可成为反应器中的主要种群。细菌通常适合生存于湿度高、pH值为7～8的环境，而真菌适合生存于湿度低、pH值为3～5的环境。细菌可以降解水溶性较好的污染物，对于水溶性较差的污染物，细菌表面的水层将影响传质速率，导致处理效率降低。而真菌则可以降解水溶性较差或疏水性的污染物，真菌形成的网状菌丝体增大了菌体与周围环境的接触面积，几乎所有的真菌都是异养型，具有很强的有机物降解能力。真菌适宜生长在干燥环境中，在干燥环境中与水溶性较差的污染物直接接触并被降解。对疏水性或水溶性较差的有机物，真菌的降解效率高于细菌。

针对真菌的上述特性，近年来研发了真菌生物反应器用于去除废气中的疏水性物质。利用真菌Ligninolyticfungi、Exophialasp.、Scedosporiumsp.、Paecilomycessp.、Cladosporiumsp.、Cladophialophorasp.处理含苯废气时，在进气速率在70～90g/(m3˙h)的条件下去除率可达到95%以上。vanGroenestijn分别利用真菌生物反应器和细菌生物反应器降解α-蒎烯，在相同条件下真菌生物反应器对α-蒎烯的降解能力是细菌生物反应器的4倍。ZhuGuoying用真菌生物滤池处理含有乙硫醇的废气，当乙硫醇进气速率低于50g/(m3˙h)时，去除率可以达到95%以上。

2.2细菌-真菌复合式生物除臭反应器

实际废气中不仅有亲水性物质，还有疏水性物质。根据被处理物质的成分、特性及周围微环境(pH、温度、湿度等)选择培养不同的功能种群，达到全面去除污染物的目的。细菌-真菌复合式生物反应器在反应器不同的区域分别接种细菌和真菌以去除废气中不同类型的污染物，水溶性极好的氨和乙酸基本上在细菌区被完全降解，而水溶性较差的硫化氢、乙硫醇、乙硫醚、苯乙烯大部分在真菌区降解。该类型反应器对废气中乙酸、氨、苯乙烯、硫化氢、乙硫醇、乙硫醚的总去除率分别能够达到97.1%、96.7%、96.6%、92.7%、78%和83%。有研究利用细菌-真菌复合式生物反应器去除二甲苯及其三种同分异构体，结果显示细菌-真菌的协同作用使污染物能够有效去除，细菌区起作用的菌群主要有Paenibacillussp.，真菌区起作用的菌群主要有A.candidus、P.frequentans及Nocardia[19]。

2.3双液相生物反应器(Two-liquid-phasebioreactor)

双液相生物反应器是另一种可用于处理疏水性、难生物降解的有机废气的生物处理装置。双液相是指水相(aqueousphase)和不溶于水的非水相(nonaqueous-phaseliquid，NAPL)。疏水性物质进入反应器后首先迅速溶解到非水相中，再通过液液传质扩散到水相或微生物膜内，被微生物降解成H2O和CO2等。双液相生物反应器能够提高疏水性污染物的污染物的生物利用度，还能够减少污染物的毒性，并在污染物进气速率波动时当作缓冲系统。双液相生物反应器已用于处理烷烃、苯、苯乙烯、苯酚、萘、五氯苯酚等，常用的非水相物质有硅油、石蜡油、邻苯二甲酸二丁酯等，其中硅油是最常用的非水相物质。用双液相生物反应器处理气态苯时，气态苯先溶解到十六烷中，然后通过液液传质进入水相，被菌株AlcaligenesxylosoxidansY234降解，当反应器的进气流量和气态苯浓度分别为120L/h和4.2mg/L时，气态苯的去除率可达75%。

2.4转鼓生物滤池

转鼓生物滤池(rotatingdrumbiofilter，RDB)是由Yang等针对VOCs和恶臭提出的一种新型生物净化装置。在转盘上固定生物滤床填料，将轴向两端封闭形成一个“转鼓”。废气污染物从RDB顶部进入转鼓和外壳之间的空间，经过微生物的净化后从转鼓中间空心轴排出。RDB底部装有营养液，转鼓上的生物膜可以随着鼓的转动间歇地与营养液接触，摄取营养组分、排出代谢产物。转鼓每转1圈，转盘上固定的生物滤床填料就与装置底部的营养液充分接触1次，可以保持转盘上固定填料降解污染物的生物活性。分别采用单层、多层和混合式三种RDB，在不同的停留时间下处理二乙基醚、甲苯和正己烷，在进气COD负荷为2.0kg/(m3˙d)时，停留时间由5.0s增加到60s，单层RDB对甲苯和二乙基醚的去除率分别由76.4%、73.1%提高到了99.9%及97.6%，双层RDB对两者的去除率分别由84.8%、81.6均提高到了99.9%，混合式RDB对两者的去除率分别由84.8%、84.0%均提高到了99.9%。用RDB处理含氮氧化物的废气，发现转鼓转速决定着RDB生物膜表面的液膜厚度和膜表面的更新速度。

2.5嗜热生物滤池

目前多数用于废气处理的微生物最适生长温度为20～35℃，因此以往的生物处理技术主要集中在处理常温废气方面。然而，石油化工、油漆涂料等行业排放的废气往往具有较高的温度，在生物滤池前需增加降温设备降低生物滤池进气温度，这样会提高投资和运行费用，且操作较复杂。采用嗜热生物滤池处理高温废气具有操作简单、可处理高温废气的优点。嗜热菌是一类能在相对较高的温度下生长并降解污染物的微生物，具有较强的耐热性，可以抵抗温度的变化。此外，高温条件下气体的传质效率和微生物的活性均较高，可更快速地去除VOCs。Zhang等使用接种了脱硫菌Pseudomonassp.、Paenibacillussp.、Ralstoniasp.以及嗜热菌Brevibacillussp.Bacillussp.等的嗜热生物滤池，考察其在60℃下对SO2的去除性能，当SO2的进气速率为51.44g/(m3˙h)时，SO2的最大去除速率可达到50.67g/(m3˙h)。Ryu等生物滤池处理60℃的H2S气体，以堆肥作为嗜热菌接种物，可以去除95%以上的H2S，微生物分析结果显示Bacillussp.TSO3为H2S的主要降解菌。

2.6物化-生物组合技术

微生物降解污染物需要保持适当的气体停留时间和生物量，生物降解速率慢的污染物难以得到有效去除。工业实际生产中会经常出现污染物的负荷突然增大的现象，会使污染物不能被及时降解，在排放气体中仍有高含量残留。将物化技术和生物技术相结合，可以有效地去除不同类型的污染物。目前已有的物化-生物组合技术包括膜生物反应器、活性炭吸附-生物降解组合式处理技术、催化氧化-生物技术、等离子-生物处理技术。

膜生物反应器分为浸没式和分体式两种。浸没式膜生物反应器将膜对污染气体的选择性分离与生物降解相结合，微生物附着在浸没式膜生物反应器表面形成生物膜，膜两侧分别为气相和液相，废气中的污染物质选择性通过膜到达生物膜表面被微生物降解。分体式膜反应器是指在生物反应器后增加气体膜分离装置，废气中未被生物反应器降解的VOCs选择性通过气体分离膜并回流至生物反应器内，使该物质在生物反应器内继续保持一定的停留时间而被降解。分体式膜生物反应器可以提高污染物的去除效率，适应污染物负荷的突然变化，并减小生物反应器的体积。活性炭吸附-生物降解组合式废气处理装置由活性炭吸附净化装置和生物反应器组成。在生物反应器内，部分污染物被微生物降解，未被降解的污染物被活性炭所吸附，积累在活性炭上的污染物脱附后再次进入生物反应器内被微生物降解。利用

生物滴滤池去除聚氨酯和环氧树脂生产过程中产生的乙酸乙酯和二甲苯，在废气进入滴滤池之前，使用煤炭颗粒作为废气浓度的缓冲物质，废气的去除效果良好。根据污染物的种类选择和改性活性炭，可以达到更好的处理效果。等离子-生物处理先利用等离子技术将污染物转化为分子量较小的易生物降解的中间产物，然后再利用微生物将其完全降解。催化氧化-生物反应器是针对难生物降解的物质研发的一种生物反应器，将微生物降解和催化剂的活化作用相结合，催化剂可有效活化空气中的氧，将未被生物降解的物质迅速降解，大大提高污染物的降解速度和去除效率。

物化-生物组合反应器可以承受污染物冲击负荷，对污染物去除效率高，装置结构紧凑，设备占地面积小，操作简单，运行费用低，适合处理生物降解慢的有机污染物。

3结论

从1923年开始研究到现在，针对VOCs和恶臭物质的生物处理技术已有将近百年的发展历史，已广泛用于处理污水处理厂、垃圾填埋场等产生的废气和恶臭物质。目前研究的重点集中在生物处理技术的处理效果提升、反应器运行条件控制等方面，以发展更加经济、高效、环境友好的处理技术。今后的发展趋势和研究方向包括研究废气生物处理过程中污染物的传质规律;高效生物降解菌的培养、驯化与分析;微生物与环境的关系;反应器内部的微生态等;开发更多的组合工艺，从而提高处理复杂成分气体的能力。

延伸阅读：

上海：《恶臭(异味)污染物排放标准》