生物酶催化有机废气处理技术应用

齐爱玖，林祥进，孙祥章

（福州晨翔环保工程有限公司，福州 350000）

生物酶催化有机废气处理技术应用

齐爱玖，林祥进，孙祥章

（福州晨翔环保工程有限公司，福州 350000）

针对目前环境中废气污染治理情况，提出基于复合生物酶技术的废气两相催化吸附处理新型工艺技术。该技术利用高效复合生物酶催化与活性炭进行两相组合联合处理方法，处理废气中的烷烃类、苯类、多环芳烃类等有机化合物及无机化合物等污染物质，具有投资省、占地少、处理效率高、运行费用低等特点，可广泛应用于工农业生产及日常生活中产生的废气治理。

废气治理；有机污染物；高效复合生物酶催化技术

1 我国废气污染概况

随着工业的发展和城市人口的增长，人们在生产和生活中排放的各种污染物越来越多，大气污染是我国目前最突出的环境问题之一。在诸多工业领域中，工业品的生产和加工过程会产生大量含有挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOC）的废气（VOC废气），以及含无机化合物等的废气，有机废气中含有有机溶剂如苯类、酮类、酯类、醇类、醛类、醚类、烷烃类及其混合类。这些废气的来源十分广泛，在汽车、机械、航天、造船、家具、家用电器、钢琴、钢结构生产厂等行业的喷漆生产线运行过程中，或者在制鞋粘胶、印制铁罐、化工塑料、印刷油墨、电缆、漆包线等作业中，均会产生大量的有机废气。在油漆、喷漆、印刷和橡胶制品等生产过程中大量使用有机溶剂，喷涂、烘烤、制作成型时溶剂挥发，常用溶剂的主要成分为苯、甲苯和二甲苯等苯类溶剂，会产生大量以苯类蒸气为主要有害物的废气。这些废气未经处理排入大气，会影响大气质量，影响动植物生长和人类的健康。某些有毒VOC废气有致残、致畸、致癌作用，会对长期暴露其中的人体造成严重伤害。不仅危害工人健康，影响生产效率，影响附近居民生活，而且污染大气环境。

有机废气会造成严重的大气污染。一些有机物进入大气后，在一定条件下形成光化学烟雾，造成二次污染；一些有机物进入平流层后，在紫外线的照射下与臭氧发生光化学反应，造成臭氧层空洞；一些有机物具有恶臭污染和有害气体的两重危害；还有一些有机物会引起温室效应。此外，废气的排放还会造成资源的浪费，加大生产成本。我国的废气污染现状不容乐观，兰州和上海等地的某些大型石化工业区就曾出现过光化学烟雾现象，且类似的案例越来越多。因此，我国对废气污染物的排放和防治作了相关的法律规定，几年来相继颁布了《工业企业设计卫生标准》《恶臭污染物排放标准》《大气污染物综合排放标准》及《中华人民共和国大气污染防治法》等。其中1997年颁布并实施的《大气污染综合排放标准》，限定了33种污染物的排放限值，其中包括苯、甲苯、二甲苯等挥发性有机物，还包括二氧化硫、氮氧化物等无机污染物。这使得国家对废气污染物的排放监督管理和控制逐步走向有序化。

2 废气的处理方法

在许多工业生产中，废气的排放一直是一个很突出的问题，为了避免直接排放带来的大气污染，生产商被依法要求对这些废气进行处理。一般来说，对废气的治理，有多种处理技术可供使用。目前国内外对于工业废气的净化处理，主要有活性炭吸附法、直接燃烧法、催化燃烧法、生物法等方法。

2.1 活性炭吸附法

2.2 直接燃烧法

该方法由于直接燃烧时使用柴油或天然气、液化气，运转费用极高，形成极大的资源浪费，不主张使用该方法。

2.3 催化燃烧法

废气经过加热后，达到280℃～350℃，流经催化床时，在贵金属催化剂的作用下，分解成二氧化碳和水蒸汽。该方法适合小流量、高浓度的废气处理。初投资相对较低，占地面积小。但缺点是废气中如含有硫等有害于催化剂中毒的成分不适合该方法，即贵金属催化剂易发生催化剂中毒，使用寿命短，需要按时更换，且贵金属催化剂价格昂贵，致使其运行费用较高。适用范围有一定的局限性。

2.4 生物法

对于污染物浓度低的废气，传统工艺存在投资运行费用高、处理效率低和处理后存在二次污染等问题。近年来，逐渐发展的废气生物处理技术作为一种新型的空气污染控制技术，得到日益广泛的应用。该项技术与传统的燃烧法、催化燃烧法、吸收法、吸附法相比，对低含量污染物废气的处理有明显的优势。

3 基于复合生物酶技术的废气处理技术

近年来，对于废气的净化处理，尤其是低浓度有机废气及无机废气污染，因治理和回收难度大，涉及面广，成为国内环境保护急需解决的问题之一。生物法废气净化技术作为一种低浓度污染废气净化处理的新技术，在国内外已受到越来越广泛的关注。相关的研究成果和工业应用实例表明，生物法废气净化技术在净化处理低浓度废气等方面确有实效。对于低浓度污染废气来说，按目前工程应用的废气流量负荷运行并达到国家排放标准的要求，工业净化装置体积就显得过于庞大。从进一步减小装置体积、节省投资的需要出发，开展低浓度污染废气的生物法净化处理装置研究已成为热点。基于复合生物酶的废气净化处理技术即是根据生物法处理废气的原理，采用高效复合生物酶催化技术，对废气中的有害物质，例如烷烃类、醛类、二甲苯、烯烃类、多环芳烃类、二氧化硫及氮氧化物等，进行有效催化降解，可减少后续活性炭的用量，大大缩小反应装置的体积，改善目前单纯使用活性炭处理低浓度有机废气时，设备庞大，占地面积大，吸附剂容易被废气中的固体微粒和胶黏物质堵塞的缺点，节省费用。

总而言之，哥伦比亚处于发展中国家的中上水平，中国制药企业进入该国市场正当其时。国内已有多家公司通过其GMP认证，包括上海凯茂生物医药有限公司、东北制药一药公司、鲁南贝特制药有限公司以及华北制药北元分厂等药企。相信通过不断努力，我国药企一定会以高质量的药品在哥伦比亚和南美市场占有一席之地，并取得良好的经济效益。

3.1 基于复合生物酶技术的废气两相处理技术原理

基于复合生物酶的废气两相处理技术是利用高效复合生物酶催化处理和活性炭吸附的联合作用，对废气中的污染物质进行有效降解。该技术中首次提出利用高效复合生物酶对污染废气中的烷烃类、醛类、二甲苯、烯烃类、多环芳烃类、二氧化硫及氮氧化物等污染物质进行催化降解，可在短时间内将污染物浓度降低，大大减少活性炭的用量。

基于复合生物酶的废气两相处理装置中设置高效复合生物酶催化填料层，其中装有高效复合生物酶催化填料，该技术是将高效复合生物酶通过客体间分子引力、共价结合、离子键结合的形式把环保用生物酶固定在多孔陶瓷孔隙和层板之间，这种固定化环保用生物酶是将高效复合生物酶反应时底物和产物在由颗粒或者层柱材料构筑的反应平台或者反应装置上进行有序转换，而生物酶不会流失，具有较好的稳定性。通过所含特选的高效复合生物酶的催化作用，可有效降解废气中的烷烃类、醛类、二甲苯、烯烃类、多环芳烃类、二氧化硫及氮氧化物等污染物，去除率在50%以上，大大提高处理效果，减少活性炭的用量，并且可降低运行成本。

生物酶是一种对环境友好的生物催化剂，其仅对特定的底物起作用，对基质损伤小。生物酶处理有机物的机理是先通过酶反应形成游离基，然后游离基打开污染物质中更复杂的化学链，从而将有机污染物去除。与其他处理方法相比，生物酶处理法具有催化效能高、反应条件温和、对设备情况要求较低、反应速度快，对温度、浓度和有毒物质适应范围广，可以重复使用等优点。生物酶催化技术采用不同于普通微生物菌的卓越的系列生物酶结合技术，其中含有多种可以直接分解烃类污染物的生物酶，在降解有机废气中的有机物（如苯、萘等污染物质）生物反应过程中扮演着高效催化剂的角色，也就是说它们将帮助一个化学反应过程快速有效地发生，迅速将苯、萘等环状有机污染物裂解，大大提高生物化学过程的反应速度，而这些生物化学过程之前是非常缓慢地发生或虽是同样的条件却根本就不发生。通过生物酶打开污染物质中更复杂的化学链，将其迅速降解为小分子，从高分子有机物降解为低分子有机物或二氧化碳等无机物，将废气中的烷烃类、醛类、二甲苯、烯烃类、多环芳烃类、二氧化硫及氮氧化物等污染物质去除，转化为清洁气体。在废气处理系统中将生物酶固定化在多孔材料上，处理过程中生物酶不会流失，通过所含特选的生物酶的催化作用，可有效分解废气中的污染物质。

3.2 基于复合生物酶技术的废气两相处理技术的特点

高效复合生物酶催化技术处理废气为国内某环保工程有限公司自主引进开发，将高效复合生物酶催化技术用于污染废气处理工程。是应用生化工程技术与环境科学技术相结合，以高效复合生物催化酶反应器为核心构件，与活性炭进行两相组合结构的废气处理高新技术。是一种工艺流程简单、设备设施运行可靠、操作简便的处理废气的最新工艺。高效复合生物酶构成的废气处理装置具有工艺先进、技术成熟、结构简单、投资省、占地少、处理效率高、运行费用低等特点。经该装置处理净化后的气体完全达到国家排放要求，对废气的降解效果显著，该项技术和装置对工业有机废气的处理具有新的突破。

基于复合生物酶的废气两相处理技术的特点有：

（1）高效复合生物酶催化层中的高效固定化生物酶可在常温常压、温和的反应条件下进行高效的催化反应，废气中烷烃类、醛类、二甲苯、烯烃类、多环芳烃类、二氧化硫及氮氧化物等污染物质在高效复合生物酶的催化下能得以降解，降解速度快，反应时间短，并且高效固定化生物酶稳定性较高，有利于底物、产物的分离，其反应过程能够得到严格控制，提高了生物酶的利用效率，降低处理成本，显著提高处理效果；应用高效生物酶催化法处理污染废气，较之其他处理方法，生物催化直接，反应速度快、高效。

（2）可在常温下处理废气，在创造高效的同时实现低能耗，是一种节能型废气处理技术，可提高污染物质降解效率，降低工程投资成本。

（3）处理装置的体积小，占地面积小，设计结构合理，使用性能稳定，气流分布好，高效复合生物酶及活性炭装填与更换方便。降解效率高，净化效果好。

（4）采用高效复合生物酶对废气中的烷烃类、醛类、二甲苯、烯烃类、多环芳烃类、二氧化硫及氮氧化物等污染物进行催化降解，不仅高效复合生物酶催化填料用量少，而且大大节省了后续活性炭吸附填料用量，在装置内设置两相联合处理，可降低投资和运行费用。

（5）可广泛应用于石油化工、人造革、纺织印染、制鞋、油漆涂料、橡胶、塑料、制药、电子、化纤、机械等行业的废气处理。

4 应用实例

4.1 有机废气净化处理

虞城县某量具厂生产钢卷尺等各种量具。其废气主要来源于钢卷尺浸漆和烘漆过程产生的有机废气，主要成分为二甲苯，对周围的企业、居民和环境产生了严重影响。根据环保部门的要求，该量具厂拟对油漆烘干过程产生的有机废气进行收集，并经废气处理装置处理后达标排放。采用基于复合生物酶的废气两相吸附净化处理新型装置进行有机废气治理，取得了很好的处理效果，不仅可以达标排放，而且大大改善了当地的大气环境质量。

某量具厂钢卷尺生产中的浸漆和烘漆工段，采用直径为250mm的圆型集气管道，风机风量为3000m3/h，为此确定设计参数为：总排气量3000m3/h，烟气温度≤50℃，烟气二甲苯含量16mg/m3，经处理后废气中的二甲苯应去除70%，即出口排放烟气中二甲苯含量≤4.8mg/m3，符合《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）最高允许排放浓度。

钢卷尺生产中的浸漆和烘漆工段排放的有机废气经集气管道，进入废气两相吸附净化处理新型装置，经由高效生物酶催化处理后，可去除部分二甲苯及粉尘，同时可防止对后续活性炭填料造成堵塞而使活性炭填料丧失吸附净化性能，再经活性炭吸附净化后，达到大气污染物综合排放标准，由风机经烟囱排入大气。基于复合生物酶的废气两相吸附净化处理新型装置总高为1.6米，直径为0.6米，其中高效复合生物酶催化填料层高度为0.3米，活性炭吸附层高度为0.8米，每天运行16小时，若不计用电费用，则高效复合生物酶催化填料及活性炭填料费用仅为3元/天。有机废气经两相吸附净化处理新型装置处理前后二甲苯浓度及去除率见下表。

有机废气中二甲苯处理前后浓度及去除率汇总表

4.2 兰炭煤气净化处理

某兰炭生产中产生污染废气，处理量为10,000m3/h，其中苯含量为30mg/m3，H2S含量为1000mg/m3，NH3含量为200mg/m3，之前兰炭煤气采用简单的方法进行净化处理，即采用稻壳脱苯、萘、焦油、杂质，脱硫剂脱硫化氢，水洗脱氨。但此种处理方法效果不佳，实质是污染物的转移，因此对周边环境的污染较严重。采用基于复合生物酶的废气两相处理技术进行处理，通过生物酶打开苯、有机硫等污染物中的化学链，将其迅速催化降解为小分子物质，同时催化降解H2S、NH3等无机化合物污染物。经此技术处理后，兰炭气中的苯、H2S、NH3去除率为60%、82%及92%，完全符合《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）。

5 结语

随着我国对环境质量的要求不断提高，废气的治理工作正逐步开展。研究开发基于复合生物酶的废气两相处理技术，利用高效复合生物酶催化与活性炭进行两相组合联合处理方法，对废气进行处理，具有适应性强，投资、运行费用低，二次污染小等优点，是一种新型的污染治理技术，解决了废气在治理技术上存在的难题，为工业生产的一些行业（如喷漆、印刷、制鞋等）产生的废气治理提供了一种有效的方法，取得了很大的社会效益、环境效益和经济效益。今后应拓宽应用范围，实现该技术的定型化、系列化和标准化。

[1] 孙祥章，敖小平，林祥进.固定化酶复合材料及其制备方法的研究[J].中国环保产业，2007（11）.

[2] 周晓云.酶学原理与酶工程[M].北京：中国轻工业出版社，2005.

[3] Andreas S.Bommarius.Bio-catalysis: Fundamentals and Applications[M].北京：化学工业出版社，2006，2.

Application of Organic Waste Gas Treatment Technology of Bio-enzyme Catalysis

QI Ai-jiu,LIN Xiang-jin,SUN Xiang-zhang
(Fuzhou Chenxiang Environmental Engineering Co.,Ltd,Fuzhou 350000,China)

Based on the situation of waste gas pollution and treatment in the environment,the paper puts forward the new-type technologies based on the waste gas two-phase catalysis,adsorption and treatment of composite bio-enzyme technology.By using high effect,composite bio-enzyme catalysis and actived carbon,the technology carries through two-phase combination treatment methods to treat the pollutants of organic compounds and non-organic compounds such as alkanes,benzene and PAH,which have characteristics of low costs,less land,high efficiency of treatment and low operation costs etc..It can be applied to treat waste gas in the industrial and agricultural production and daily life.

treatment of waste gas; organic pollutant; high effect,composite bio-enzyme catalyzing technology

X701

A

1006-5377（2015）06-0033-04