复合处理工艺对于生物发酵废气处理效果的研究

常城

（上海惠志环保科技有限公司，上海201611）

1 项目背景

随着现代生物发酵技术的高速发展，生物发酵产品在我们生活中的应用越来越多。在利用生物发酵技术进行生产过程中必然会伴随着发酵尾气的产生，这些尾气具有大风量、高温高湿、含尘量大等特点，且其成分组成[1]非常复杂，主要是未被利用的空气、生产菌在初级代谢和次级代谢中的各种中间物和产物、发酵过程中的酸碱废气，以及有机挥发物VOCs（Volatile+Organic+Compounds）等。这种含有多组分混合物的发酵尾气的排放，对人体及生态环境产生了较为严重的危害，因此，需对生物发酵工程的发酵尾气进行治理。

2 发酵废气处理技术及现状

2.1 吸收技术[2]。采用水或有机溶剂作吸收剂，利用废气相似相溶原理，使有害气体被吸收，从而达到净化废气的目的。必要时可添加化学药品以中和反应消耗氨或硫化氢一类酸碱性废气，多用于易溶于水/有机溶剂以及酸/碱性质废气，对有机/难溶性废气处理效果不佳。

2.2 吸附技术[3]。吸附剂发达的多孔结构对废气中污染分子形成过滤作用，废气中大分子物质在吸附床内发生物理/化学吸附作用，从而达到废气处理效果。高温下，绝大部分吸附剂效果不佳。多用于大风量，低浓度温度低于50℃。

2.3 催化燃烧技术[4]。废气在催化剂作用下，在200-400℃情况下，发生无焰燃烧（氧化反应），废气中有机组成如烃类、苯类有机物质快速氧化为无害的二氧化碳和水，进而排入大气。小风量，高浓度、高热值的有机废气；根据使用情况不同，或需添加助燃剂。

2.4 冷凝技术[5]。利用不同有机废气在不同温度下具有不同饱和蒸汽压这一特性，采用降低温度或加压等工艺方法，使蒸气状态的VOCs 冷凝并分离。高浓度VOCs，可回收有机溶剂，对低浓度或一般废气如氨等效果一般。

图1 复合处理工艺流程图

2.5 生物降解技术[6]。含有VOCs 的废气进入包围在滤料表面的活性生物层，与生物层内的微生物发生反应，进行生物降解，最终生成CO2和H2O。中低浓度，大风量，可生物降解VOCs。生物菌种培育复杂，生存条件相对复杂。

2.6 光催化反应[7]。废气在特定波长光作用下，废气受激产生分子激发态，然后会发生化学反应生成新的物质。适用于大风量、低浓度、有机废气，产生臭氧容易二次污染。

2.7 等离子体法[8]。当外加电压达到气体的放电电压时，产生各类高能电子使污染物分子在极短的时间内发生分解，以达到降解污染物的目的。适用于大风量、低浓度、有机废气。

根据对发酵废气性质的测定，传统单一工艺难以满足发酵废气处理需求，采用多种复合工艺处理效果更佳。

3 复合处理工艺

根据发酵废气性质，确定处理工艺为：

管束除尘→水洗吸收（加药）→光催化反应→排放

除尘采用：管束除尘塔，除尘喷淋采用自来水循环喷淋。

水洗吸收：采用自来水洗涤，加药选择氢氧化钠。

光催化采用：185 nm 波长紫外灯管。

其工艺流程如图1 所示。

废气在离心风机的作用下，通过主管道流入废气处理设备。废气先经过除尘除雾工艺，将废气中携带的大量发酵雾滴和尘粒去除，随后进入水洗涤塔，利用喷淋在填料表层的水分去除废气中的易溶与水气体及部分挥发性有机物。最后进入光催化氧化设备，利用光解和光催化氧化技术，去除废气中的VOCs 成分。

管束式[9]除尘除雾：管束式除尘除雾器是主要依赖于饱和废气中含有大量细小雾滴的特点，利用大量细小雾滴高速运动条件下增加颗粒与雾滴碰撞的机率，雾滴与颗粒凝聚从而实现对此部分极微小尘粒和雾滴的捕悉脱除。

洗涤塔：塔内气体通过风机由下向上送入。循环液由耐腐泵打入塔顶，塔内特有的布液装置使吸收液均匀向下喷淋，形成逆流吸收效果。

光催化：UV 光解催化氧化主要是利用高能紫外线光束与空气、TiO2反应产生的臭氧、·OH(羟基自由基)，对废气进行协同分解氧化反应，使大分子污染气体链结构断裂，从而转化为无害的小分子化合物，生成水和CO2。

经过复合工艺处理后，发酵废气达标排放。

为进一步确认处理效果，进行中试实验进一步通过实际使用观察效果。

4 复合工艺的实际应用

中试背景：滨州某酵母有限公司，发酵罐废气。

中试规模：废气处理规模：2800 m3/h。

中试设备：中试设备中采用的工艺相关信息列于下表1 中：

表1 中试设备工艺信息表

检测设备：便携式VOC 检测仪1 台；便携式NH3、H2S 检测仪1 台；便携式风速检测仪1 台；便携式温度检测仪1 台。

实验步骤：

第一组：实验条件:3 台设备同时开启（取样时间：间隔60 分钟）。（表2）

表2 第一组实验参数表

实验分析：

（1）从VOC 去除效果观察：复合工艺≧单一处理工艺。

（2）NH3去除阶段主要在洗涤塔内完成。

（3）复合工艺对于气味去除效果也尤为明显。

第二组：实验条件:洗涤塔关闭，光催化除尘塔正常运行。（表3）

表3 第二组实验参数表

实验分析：

（1）光催化设备针对NH3去除效果一般，但对VOCs 处理效果较好。

（2）光催化针对气味去除也有良好效果。

第三组：实验条件:3 设备同时开，同时洗涤循环水箱加碱（氢氧化钠）至pH10。（表4）

表4 第三组实验参数表

实验分析：加药后VOCs 处理效果略优于普通复合工艺。

实验结论：

（1）单一处理工艺难以应对复杂工况如发酵废气的处理需求。

（2）多类复合废气处理工艺联用，废气处理效果大幅上升。

（3）必要的添加化学药品能有效提升处理效果。

5 结论

随着社会进一步发展，各类工业产品种类及生产工艺的繁杂多样，势必造成废气组成复杂性，单一沿用传统废气处理工艺必将被社会所淘汰。

传统废气处理工艺难以应对复杂工况下的废气，尤其对于发酵废气这类大风量、异味大，成分复杂且含氨的废气。在此类工况下，应使用复合废气处理工艺，即针对废气组成中含量较多的成分做针对处理，必要时需要投加化学药品等。

综合而言，复合处理工艺作为更适用于当下大多数的工业废气处理，环保人需要不断钻研其中，改进与发展。