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生物膜法处理有机废气的研究 【摘 要】有机废气的危害已为当今共识，治理有机废气污染也成为目前环保工作的重点之一。本文阐述了有机废气处理技术的发展概况，分析了生物膜法处理有机废气的优势和应用前景，剖析了其工作机理和两种工艺型式的特点，并对影响其设计和工艺的主要参数进行了探讨。【关键词】生物膜法；有机废气；处理 有机废气是石油化工、橡胶、塑料、涂料、印刷、制药、电缆等众多行业生产加工过程中所产生的废气。有机废气的组成随行业不同有很大的变化，通常含有烃类、醛类、醇类、酸类、酮类、胺类等，此外还有含氮、硫、磷及卤素的有机化合物。有机废气中多含有毒性污染物质，很大一部分是挥发性有机物（VOCs），具有恶臭和对人体健康有害，一些成分如苯并芘、多环芳烃等能直接致癌1。治理有机废气已受到许多国家的重视并将其列入环保法规，联合国也早在 1991 年通过了有关 VOCs 跨国大气污染议定书。我国也在最近颁布的一些国家标准中对 VOCs 排放或含量作出了限制，如 GB 21902-2008 合成革与人造革工业污染物排放标准、GB 24409-2009 汽车涂料中有害物质限量等。可见，治理有机废气已成为继治理粉尘、二氧化硫、氮氧化物等大气污染物之后又一项环保治理工作的重点，研究有机废气的治理技术有迫切的现实需求。1.有机废气处理技术发展概况 目前，有机废气的处理技术大致发展为两类：分解消除和浓缩回收。分解消除是利用光、电、热、等离子以及微生物等作用将有机物转化为二氧化碳和水。浓缩回收则是采用吸收、吸附、冷凝及膜分离等方式将有机物浓缩回收后再利用。分解消除主要处理没有回收利用价值的有机废气，其技术包括直接燃烧法、催化燃烧法、电晕法、等离子法和生物法等。浓缩回收用于处理浓度较高且有回收利用价值的有机废气，其技术有吸收法、吸附法、冷凝法和膜分离法等。处理没有回收价值的有机废气，如恶臭气体，采用催化燃烧法虽然净化比较彻底，但成本比较高，同时也存在二次污染的问题；电晕法、等离子法等技术有比较好的应用前景，但是实用方面还有一些距离；生物法节能、运行费用低、很少形成二次污染，处理低浓度有机废气（3g/m-3）效果较好，在欧美、日本等国已投入工业化运营。我国应用生物法处理有机废气虽然起步较晚，但前景广阔，因为在低浓度工业有机废气治理方面缺乏既经济又有实效的措施，生物法可以发挥十分重要的作用2。生物法主要包括生物过滤法、生物洗涤法和生物滴滤法三种型式，其中生物过滤法与生物滴滤法主要通过填料表面生物膜中的微生物净化有机废气，所以这两种方法被合称为生物膜法3。2.生物膜法处理有机废气的机理和工艺型式特点 2.1 处理机理 生物膜法处理有机废气的机理最早是荷兰人 Ottengraf 提出的吸收-生物膜理论，该理论将有机废气的处理过程分成 3 个步骤：有机废气中的污染物通过扩散由气膜进入液膜；溶解于液膜中的有机物利用浓度差扩散到生物膜，并被微生物捕获和吸收；微生物通过代谢作用将有机污染物分解并转化为无害的二氧化碳和水。后来孙珮石等人注意到一些不溶于水或微溶于水的有机物，如甲苯等很难用液膜扩散的方法进行解释，故对该理论进行了改进，提出了吸附-生物膜理论，并根据处理低浓度甲苯废气的试验建立了动力学模式4。吸附-生物膜理论要点是：有机废气中的污染物通过扩散到达气膜后吸附到润湿的生物膜表面；有机物被微生物捕获和吸收；微生物将有机污染物分解并最终转化为二氧化碳和水。2.2 主要工艺型式 生物膜法的两种工艺型式各有所长和不足，其特点见表 1。表 1 生物膜法主要工艺型式特点 工艺型式 应用范围5 适用废气条件 优势 劣势 生物过滤法 进气浓度1g/m-3；亨利常数10。气量大、浓度低。操作简便，能耗低，投资运行费省，缓冲能力强，去除效率高。占地面积大，过程无法控制，填料易堵塞。生物滴滤法 进气浓度0.5g/m-3；亨利常数1。气量大、浓度低、有机负荷高、降解过程产酸。操作简单，投资运行费用低，不易堵塞，使用寿命长，可以调节 pH 值，可添加营养物。不易控制过程，对气量波动敏感，过滤床使用时间有限，不能使用过多生物量。生物过滤法。工艺流程是：有机废气增湿器生物滤池净化气体排放。主要设备是增湿器和生物滤池，有机废气在增湿器中润湿，然后进入生物滤池。生物滤池里有附着生物膜的填料层，液相基本上是静止的或以微速流动，可根据需要补充水分、养分或调整 pH值，但必须保证气体连贯通过滤池。填料可以是堆肥、土壤、塑料滤料、陶瓷滤料、粒状活性炭、泥炭等，填料厚度一般 1m 左右，面积由所设计的处理效果和气体流量决定。生物滴滤法。气相流程是：有机废气生物滴滤塔净化气体排放；液相流程是：循环液生物滴滤塔循环液贮槽生物滴滤塔（循环）。生物滴滤塔的结构与生物滤池类似，不同的是循环液由上方喷淋而下，流过里面的填料层。有机废气一般由塔底进入，穿过填料层后从顶部排出。由于生物滴滤塔填料孔隙比生物滤池多，所以气体通过床层的阻力较小。由于液相流动而便于控制反应条件，如 pH 值、营养物浓度等；而且填料的单位体积微生物浓度较高，其处理高负荷有机废气的效果比生物过滤法强。3.影响生物膜法处理有机废气主要设计和工艺参数 3.1 填料 生物膜法填料的选择应符合以下条件6：填料表面性质较好，适合微生物生长；填料比表面积较大；高孔隙率和较低的体积密度；有一定的结构强度及防腐能力；容易取得且使用寿命长。目前所采用的填料包括天然填料和人造填料两类。天然填料主要是土壤、泥炭和堆肥等，一般含有营养物；人造填料有硅藻土、活性炭、焦炭、陶粒、聚苯乙烯小球和聚氨酯泡沫等，因不含营养物，使用时要额外添加。一些新开发的填料有 ACOF（活性炭附着纤维）、多孔疏水性聚丙烯膜等。此外，传统填料中加入活性炭、焦炭等添加剂，可改善填料性能，延长使用寿命。一本文阐述了有机废气处理技术的发展概况分析了生物膜法处理有机废气的优势和应用前景剖析了其工作机理和两种工艺型式的特点并对影响其设计和工艺的主要参数进行了探讨关键词生物膜法有机废气处理有机废气是石油化工橡含有烃类醛类醇类酸类酮类胺类等外还有含氮硫磷及卤素的有机化合物有机废气中多含有毒性污染物质很大一部分是挥发性有机物具有恶臭和对人体健康有害一些成分如苯并芘多环芳烃等能直接致癌治理有机废气已受到许多国家的排放或含量作出了限制如合成革与人造革工业污染物排放标准汽车涂料中有害物质限量等可见治理有机废气已成为继治理粉尘二氧化硫氮氧化物等大气污染物之后又一项环保治理工作的重点研究有机废气的治理技术有迫切的现实需