生物治理技术对工业有机废气（VOCs）的工程应用研究

王志强 王明健

【摘 要】论文指出生物技术在工业有机废气（VOCs）治理的应用可行性，以及生物净化系统中的生物填料、温度、pH、污染物浓度等为生物法的重要影响因子。阐述了利用生物净化技术对涂料生产废气治理的实际的工程案例，根据工程处理效果进行了研究分析。

【Abstract】The paper points out the application feasibility of biotechnology in the treatment of industrial organic waste gas （VOCs）， and the important factors in the biological purification system that affect the biological methods ，such as biological packing， temperature， pH and pollutant concentration and so on. The practical engineering case of treating the waste gas of painting production by using biological purification technology is expounded， and the effect of the engineering treatment is studied and analyzed.

【关键词】有机废气；VOCs；微生物；涂料废气；生物降解

【Keywords】organic waste gas； VOCs； microorganism； paint waste gas； biodegradation

【中图分类号】X51 【文献标志码】A 【文章编号】1673-1069（2018）05-0120-02

1 引言

工业有机废气的净化处理是大气污染控制的一个重要方面。目前我国用于高浓度的工业有机废气采取的净化措施有：催化燃烧法、光催化氧化、低温等离子、吸收法即吸附法等。对于较低浓度的工业有机废气（污染物浓度<5000mg/m3），目前尚无经济有效的治理措施。这类低浓度工业废气的净化处理也是当今国内外环境保护方面的难题之一。

生物法控制有机废气是近年发展起来的空气污染控制技术，该技术已经是目前工业废气净化领域的前沿热点技术。在国外，生物净化技术的开发进程大致为：20世纪80年代，基础开发研究[1]；1990～1996年，技术应用研究；1997年以后，工业实用技术及装置的推广应用研究。目前德国、荷兰有500多座大规模的废气生物过滤装置，生物过滤反应器的面积一般在10～2000m2之间，废气处理气量达到1000～150000m3/h。在我国生物法净化处理低浓度有机废气技术的应用尚不多见。

2 生物净化机理

2.1 吸收-生物膜理論

按照生物膜理论，生物化学净化处理有机废气一般要经历以下几个步骤：

废气中的有机污染物首先同水接通并溶解于水中（即由气膜扩散进入液膜）。

溶解于液膜中的有机污染物成分在浓度差的推动下进一步扩散到生物膜，进而被其中的微生物捕获并吸收[4]。

微生物对有机污染物进行氧化分解的同化合成，产生的代谢物一部分融入液相，一部分作为细胞或细胞代谢能源，还有一部分（如CO2）则析出到空气中。

废气中的有机物经过上述过程不断减少，得到净化。

2.2 吸附-生物膜理论[2]

吸附-生物膜理论认为生物化学法净化处理低浓度挥发性有机废气经历的主要步骤如下：

①废气中的挥发性有机物扩散通过气膜并被吸附在湿润的生物膜表面；

②吸附在生物膜表面的有机污染物被其中的微生物捕获并吸收；

③进入微生物细胞的有机污染物在微生物体内的代谢过程中作为能源和营养物质被分解，最终转化为无害的物质（如CO2和H2O等）；

④生化反应产物CO2逆向脱离生物膜，进入气流主体。

3 生物降解的历程

生物净化器处理有机废气的历程：VOCs在微生物处理净化器中的净化处理可看作化学物质的传质和生化反应的联合过程，因此，可借用气相主体在滤料介质中的传质和生物降解的模型，来建立其降解整体模型[3]。本模型将生物净化器的传质和生物降解过程作为两相处理，即气相主体和液/固相，有效地分离了VOCs在生物净化器中的吸附效应。在生物净化器启动阶段，滤料的吸附效应起主要作用，吸附饱和并接种微生物后，生物降解则起主导作用。

4 实际工程应用

4.1 有机废气浓度

某涂料有限公司，主要产品为家具油性漆，工艺废气主要污染物包括苯、甲苯、二甲苯、酯类等有机废气；设计废气处理量为10000m3/h。有机废气的原始进气浓度范围如下表1所示：

4.2 生物净化设备参数

为提高生物填料的强度及使用寿命，该工程生物净化装置采用天然火山岩作为生物填料，生物净化装置设计参数如下表2所示：

4.3 生物净化效率

生物净化系统运行稳定后，废气排放口取样检测数据如下表3所示：

5 结论

①采用生物过滤工艺，对于低浓度的涂料有机废气有较好的出料效果，废气处理效率可达到85%以上；

②生物对苯及苯系物有较好的处理能力。

【参考文献】

【1】孙佩石.生物法净化废气中低浓度挥发性有机物的过程机理研究[J].中国环境科学，1997，17（6）：545-549.

【2】吴玉祥.有机废气的生物处理[J].环境污染与防治，1992，14（4）：20-22.

【3】李力清.恶臭污染及处理技术[J].化工环保，1995，15（3）：141-144.

【4】朱雅兰.生物法处理低浓度有机废气[J].甘肃科技，2008，24（2）：63-66.