VOCs生物净化技术研究现状与发展趋势-undefined

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摘要：生物法处理挥发性有机物(VOCs)具有反应条件温和、运行费用低,二次污染小等优点。文章综述了生物过滤、生物滴滤、生物洗涤、膜生物反应器等4种净化工艺;总结了前人就废气性质、降解菌、填料结构与特性、pH与温度等因素对反应体系降解性能的影响;综述了研究废气生物降解过程和研究生物量积累与运行性能关系等的动力学模型。最后论述了该技术当前存在的问题和发展趋势。

近年来，挥发性有机物(VOCs)的大量排放引起了城市灰霾、光化学烟雾等区域大气环境问题，严重威胁人类健康与生态安全。2010年5月，国务院转发的《关于推进大气污染联防联控工作改善区域空气质量的指导意见》首次将VOCs同SO2、NOx和颗粒物一并列为大气污染控制的4类重点污染物。

VOCs废气生物处理兴起于荷兰和德国，尤其适用于中、低浓度废气的处理。生物法原理主要是利用微生物代谢活动，将VOCs转化为细胞代谢的能源、细胞组成物质及无害的小分子物质(如水、二氧化碳等)。其优点有：反应条件温和、设备简单、操作方便、运行费用低，二次污染小、可处理不同性质的混合气体等。该技术在欧洲已得到较大规模的应用，据统计，本世纪初投入运行的装置已达7500套。当然，生物处理技术也存在一定的局限性，主要表现在其生物降解速率有限，承受负荷不能过高，对具有生物毒性的物质处理效果较差。

1净化工艺。

VOCs和恶臭废气生物处理工艺主要包括生物滤池、生物滴滤塔、生物洗涤器、膜生物反应器(见图1)。

其中，生物过滤器和生物滴滤器应用最为广泛，膜生物反应器尚限于实验室研究阶段。

1.1生物过滤

在生物过滤过程中，VOCs废气流经过加压预湿后，进入过滤塔与滤料层表面的生物膜接触，VOCs从气相转移到生物膜中被膜内的微生物迅速降解和利用，转化为自身生物质、水、CO2和其他小分子物质。生物过滤法适用于种类广泛的VOCs废气处理，如短链烃类、单环芳烃、氯代烃、醇、醛、酮、羧酸以及含硫、氮的有机物，其典型的应用领域包括印刷、喷涂行业、污水处理和畜禽养殖业等。该方法特点是操作简单，运行费用低、适用范围广，不产生二次污染，但反应条件不易控制，易堵塞、气体短流、沟流，占地多，且对进气负荷变化适应慢。

1.2生物滴滤

生物滴滤是生物过滤工艺的改进，其床层填料多为惰性物质，与生物过滤相比，降低了气体通过床层的阻力，由于连续流动的液体通过填充层，使得反应条件(如pH、营养物浓度)易于控制，单位体积填料的生物量高，更适合净化负荷较高的废气，同时克服了生物过滤不利于处理产酸废气的特点，可有效去除经生物降解产生酸性代谢产物的VOCs废气。据报道，生物滴滤反应器处理的VOCs主要有烷烃、烯烃、醇、酮、酯、单环芳烃、卤代烃等。但生物滴滤反应器由于连续流动液相的存在，使得亨利系数较大的污染物不容易被去除。

1.3生物洗涤

生物洗涤器又叫生物洗涤池，由传质洗涤器和生物降解反应器组成。废气首先进入洗涤器，与惰性填料上的微生物及由生化反应器过来的泥水混合物进行传质吸附、吸收，部分有机物在此被降解，液相中的大部分有机物进入生化反应器，通过悬浮污泥的代谢作用被降解掉，生化反应器出水进入二沉池进行泥水分离，上清液排出，污泥回流。

生物洗涤法也叫生物吸收法，在运行过程中废气不需要增湿，由于系统由2个独立的反应单元组成，易于控制反应条件，压力损失低，但其传质表面积低，废气必须溶于液相，需大量供氧才能维持高降解率，而且存在剩余污泥，运行费用也较高。

1.4膜生物反应器

膜生物反应器是一种新型废气生物处理工艺，在中空纤维膜生物反应器中，纤维膜外表面生长一层薄薄的生物膜，悬浮液在纤维膜外表面循环，直接与生物膜接触。废气从生物反应器进气口分散进入各根纤维膜膜腔，依靠浓度梯度气体分子通过膜壁传质至外层的活性生物膜后得以降解。其气流和液流分别在纤维膜的两侧，在液相面的纤维膜上形成生物膜，其比表面积大、生物量高，可清除过量的生物量以防堵塞，可向流动的液相添加pH缓冲剂、营养物质、共代谢物及其他促进剂，也可排除有毒或抑制性的产物，保持较高的微生物活性。国外已有一些采用膜生物反应器处理甲苯和BTEX(苯、乙苯、二甲苯和甲苯)的报道，虽然这些研究都取得了较好的效果，但生物膜反应器的构建和运行成本高，使其在处理VOCs废气的实际应用中受到了限制。

鉴于生物反应器的各种优点，使得它们在各行业中得到广泛应用。生物过滤塔适用于处理肉类加工厂、动物饲养场、污水处理厂和堆肥厂等处产生的废气。珠海吉大水质净化厂利用生物滤池处理恶臭气体量为57000m3/h，并且达到废气排放二级标准。生物滴滤塔已成功用于化工厂、食品厂、污水泵站等方面的废气净化和脱臭。汪群惠[27]等采用生物滤塔对某药厂青霉素车间现场发生的主要含醋酸丁酯、正丁醇和苯乙酸等混合废气进行了3个多月的连续中试实验。生物洗涤塔广泛应用于各类工业及市政项目。宜兴协联热电有限公司采用洗涤塔脱硫，SO2处理能力为24.5t/d，排放质量浓度小于100mg/m3。而膜生物反应器的工业应用相对较少。

延伸阅读：

挥发性有机污染物及恶臭生物处理技术综述

原标题：VOCs生物净化技术研究现状与发展趋势

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