生物法在挥发性有机废气处理中的应用

张帮才，王洪玲

（1.潍坊绿诚环保咨询有限公司；2.山东天成工程咨询有限公司，山东 潍坊 261000）

光化学烟雾、雾霾等大气污染问题往往是由挥发性有机废气导致的，对人们的生命健康造成威胁。近年来，我国工业化进程逐步加快，挥发性有机废气的排放量也在增长，企业应该积极响应国家环保政策号召，实现对挥发性有机废气的有效处理，以促进经济可持续发展。在传统发展模式下，化学处理法和物理处理法的应用较多，能够满足去除率指标要求，但是容易造成二次污染，不符合绿色环保理念。生物法是近年来应用较为广泛的一种处理工艺，能够在挥发性有机废气处理中发挥关键作用，大大提高了处理效率与质量。由于装置和工艺存在差异性，因此生物法在实践应用中可以采用不同的策略，结合具体要求进行合理选择。

1 生物法处理挥发性有机废气的技术概况

1.1 生物法概念

生物法通过氧化分解对挥发性有机废气中的污染物进行处理，活性微生物附着在潮湿的多孔物质中，对有机污染物进行吸附处理并满足生命活动需求。有机化合物在微生物的作用下会被分解为水和二氧化碳等，不会造成环境污染，满足国家和行业相关排放标准要求。生物膜理论是生物法处理挥发性有机废气的基础理论，作为一种黏性膜结构，它能够有效固定微生物群，尤其是在湿润的环境下可以改善微生物的生长条件，增强有机污染物的氧化分解效果。如果废气具有较强的可降解性，那么可以达到良好的去除效果。

1.2 工艺优势

首先，生物法的适应性较强。挥发性有机废气类型多样，而且组分复杂，传统处理工艺往往难以达到全面去除的效果。生物法能够适应挥发性有机废气的特点，提升了降解和转化效率。其次，生物法具有良好的环保性。挥发性有机废气经过活性微生物处理后会产生二氧化碳和水等，其自身不会产生二次污染，因此环境污染得到控制。生物法的处理原理十分简单，因此工艺要求不高，能够保障处理流程的安全性。最后，生物法应用的吸收剂再生性能较好。生物法合理使用吸收剂，能够降低成本投入。

1.3 影响因素

生物法处理挥发性有机废气，会受到多种因素的影响，因此应该加强对影响因素的分析，以便进行有效控制。首先，填料性质会影响处理效率。微生物在生长繁殖中对填料的依赖性较强，填料要具有良好的比表面积、传质效率和机械强度等，同时避免堵塞。常见的填料包括活性炭和火山岩等。其次，pH 会对微生物活性造成影响。合理控制pH 可以有效增强微生物的活性，比如，嗜中性菌在生物滤池中较为常见，其适应的pH 为7 左右，可以有效提高挥发性有机废气的去除效率[1]。再次，温度也是影响工艺性能的主要因素。温度为30 ～40 ℃，可以满足微生物的生长需求，提升代谢速率。最后，含氧量也会影响生物法的应用效果。将氧浓度控制在0.003 ～0.050 mol/L，防止浓度过高或者过低而抑制氧化降解反应。

2 生物法处理挥发性有机废气的具体策略

2.1 生物过滤

挥发性有机废气中的有机污染物可以在微生物的作用下进行有效分解，生成物对自然环境的危害不大，可以满足相关排放标准。生物过滤的工艺流程简便，而且具有超高的去除效率。该工艺通常会借助专门的生物过滤器进行处理，微生物附着在填料中，挥发性有机废气扩散至生物膜中，在氧化代谢反应中进行高效降解。在垃圾渗滤液和有机废水处理中，生物过滤的应用较为成熟，随着技术水平的提升，其在挥发性有机废气处理中的应用更加普遍。尤其是在工业挥发性有机废气处理中，生物过滤能够降低处理成本，满足后续维护工作要求，真正达到绿色环保的目的。比如，有机废气甲醛、甲苯的处理可以应用生物过滤塔，随着进气流量的增大，该工艺能够保持良好的去除效率。在乙苯-甲苯混合有机废气的处理中，控制进气负荷在32.0 ～532.0 g/（m3·h），两者的最大去除能力分别为92.21 g/（m3·h）和58.30 g/（m3·h）左右[2]。三氯乙烯气体的处理可以借助生物过滤，去除率至少达到70%。挥发性有机废气浓度的提升会影响生物过滤的去除率，而且它会受到填料寿命的限制。此外，其对颗粒大小、亲水性和降解性能等的要求较高。生物过滤装置的原理如图1 所示。

图1 生物过滤

2.2 生物滴滤

生物滴滤与生物过滤的工艺原理相似，但取消了预加湿处理流程，加湿处理依靠循环水系统完成。挥发性有机废气进入系统后，在微生物膜和填料的作用下被吸收和降解，生成物的危险性能够有效控制。在气液传质方面，填料层的性能优越，而且机械强度较好，不会造成二次污染。火山岩、陶瓷、聚氨酯和树脂等在生物滴滤中通常作为填料，在应用该方法时，为了避免填料上的生物膜脱落，要合理掌控喷淋量、时间和喷淋速度[3]。生物滴滤对压降的要求不高，可以降低成本投入，具有良好的经济性和便捷性。化纤挥发性有机废气处理运用生物滴滤，可以使去除率大于90%，停留时间不超过1 min。比如，在制药废水的处理中，生物滴滤能够使去除率超过95%，符合相关行业排放标准要求。

2.3 生物洗涤

生物洗涤处理挥发性有机废气，需要以悬浮活性污泥处理装置为依托，实施氧化代谢处理。喷淋塔顶喷出生物悬浮液，对装置中的有机废气进行气液传质处理，运用活性污泥反应器消除其中的污染物。该工艺通常借助专业的生物洗涤装置，系统的运行稳定性较强，可以根据不同处理要求对参数进行设定，增强了挥发性有机废气处理的可控性。活性污泥在生物洗涤中的产出量较大，因此应做好活性污泥的二次处理，防止造成污染。乙酸、乙烯、乙醇等混合有机废气处理运用生物洗涤工艺，当进气浓度为1 126 mg/m3左右时，去除率能够超过83%[4]。

2.4 膜生物反应器

膜生物反应器是一种新型的生物处理装置，能够消除传统处理工艺的弊端，对污染物的选择性较强。将生物膜设置在膜纤维中，通过悬浮液、空气和生物膜的接触，实现对不同浓度梯度有机废气的处理。微孔膜和致密孔膜是生物膜的两种主要类型，孔径大小具有差异。气体传输依靠微孔膜，能够增强整体透气效果；而选择性和渗透性是致密孔膜的主要特点[5]。在实践中，微孔膜通常和致密孔膜结合使用，能够增强传质效果，保障生物膜的良好界面性，发挥两种生物膜的各自优势。聚乙烯、聚二甲硅氧烷、聚偏而氟乙烯等是膜生物反应器中常见的膜材料。在处理乙酸乙酯气体时，可以借助多孔聚丙烯腈支撑层和致密聚二甲基硅氧烷外层组成的膜生物反应器，去除能力为235 g/（m3·h）左右，控制进气负荷在200 g/（m3·h）以内，去除率则能够超过95%[6]。挥发性有机废气难溶于水，因此可以借助膜生物反应器的选择透过性进行高效处理。然而，生物膜容易堵塞，需要经常清理，这也加大了膜生物反应器的应用成本。

2.5 对比分析

生物过滤能够保障操作的便捷性，而且成本投入较低，对混合废气的处理效果较好，避免产生二次污染。然而，该方法运行条件要求较高，如果挥发性有机废气出现较大的浓度变化，则会影响处理效果。生物滴滤对微生物量的控制效果较好，在碱性废气和酸性废气的处理中得到广泛应用，但是容易造成微生物的累积，影响后续维护管理，同时运行成本较高[7]。生物洗涤不会产生堵塞问题，而且在大流量废气处理中的作用显著。其缺点是会产生废水，而且难以处理疏水性有机废气。膜生物反应器能够获得较高的处理效率，但是能耗较高，需要及时更换生物膜。

3 结语

生物法处理挥发性有机废气，可以有效保障处理工艺的便捷性和安全性，降低处理成本，不会造成严重的二次污染，因此应用效果较好。人们应该明确生物过滤、生物滴滤、生物洗涤和膜生物反应器等生物法的应用要点和不足之处，然后进行针对性改进，充分发挥生物法的优势，满足实际生产需求。