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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，并对影响其装置和现存问题的进行主要的论述探讨。
关键词：生物膜法；有机废气；净化处理
引言
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。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。
一、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。
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。
二、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：⑴有机废气中的污染物通过扩散由气膜进入液膜；⑵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；⑶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。吸附-生物膜理论要点是：⑴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；⑵有机物被微生物捕获和吸收；⑶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。
1.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。
2.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。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆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。
三、主要净化装置及特点
目前，国内外主要有机废气生物净化装置包括生物过滤器（biofilter）、生物滴滤器（biotrickling filter/trickling）、生物洗刷塔（bioscrubber）等。其中应用最广泛的是生物滴滤池和滴滤塔。
3.1 生物过滤器
生物过滤器内的固态介质一般使用土壤、堆肥、木屑等。其优点在于：设备少，操作简单，成本低廉（其投资成本约为传统处理技术，如吸附、吸收氧化等技术的1/10），处理效率高等；其缺点在于：反应条件较难控制，占地面积较大，处理效率不够持续稳定、载体使用周期短等，且该工艺不适于处理较高浓度的废气和产酸废气。
3.2 生物滴滤器
在生物滴滤池中，微生物附着于惰性填料的表面并形成生物膜。有机废气从塔底进入反应器后，其中的有机物质则通过微生物的分解、代谢后转化为小分子无机物质，净化后的气体从塔顶排出。其优点在于：设备少、操作简单、压降低、填料不易堵塞、处理效率高等。与生物过滤器相比，生物滴滤法的反应条件更易控制，因而微生物的活性更容易保持。其不足在于：填料比表面较小，运行成本较高，不适于处理水溶性差的化合物，此外结构和操作均比生物过滤器复杂，同时，营养物添加过量还易造成菌体大量繁殖，床层堵塞、压降升高。为此，在传统的生物滴滤器中安装搅拌装置，以克服这一问题。生物滴滤器的介质可以采用陶瓷、塑料、粗碎石、陶瓷、活性炭、硅藻土等。
3.3 生物洗涤器
生物洗涤器一般是由洗涤器和生物反应器两部分组成，洗涤器主要是物理溶解过程，生物反应器中一般采用好氧处理。该工艺有很多优点，如反应条件容易控制，压降低，填料不易堵塞等；而缺点在于：设备多，需外加营养物，成本较高，填料比表面积小，对液相中菌体生长活动的控制比较困难，限制难溶气体的处理效率等。因此生物洗涤器远不如前两者应用广泛。
四、现存问题及建议
生物净化有机废气技术作为一项清洁、廉价的环境友好型技术在国外已经有近40年的应用历史，但在国内却仍处于起步阶段，且对于各种废气的生物法处理研究发展也很不平衡基于此，建议在以下几个方面进一步深化、拓展有机废气生物净化技术的研究。
（1）目前生物净化废气技术还只适用于低浓度的简单废气，且该技术的研究也大多集中于无机废气领域，对有机废气领域的研究还十分不足，因此建议进一步加强对前人研究较少或没有研究过的对象的研究，同时注重有机混合物及挥发性有机物的研究。总之，应加宽生物处理废气的应用范围。
（2）尽管国内外学者已经在填料方面做了很多研究，但针对废气治理领域的最佳填料还有待探索，因此建议加强重视对不同填料的性能的研究，提高填料的表面性质及其使用寿命。
（3）加强与其它优秀处理技术的结合，同时不断改进设备结构，研究工艺条件，提高废水中污染物的去除效率。开展新型生物反应器处理有机废气过程的局部性能研究，从微观、局部、瞬态角度，从实验、理论及数值模拟三方面揭示生物反应器中局部流体力学、传质及生化反应性能参数的分布规律，为过程模拟优化设计、操作与控制及工程放大提供依据。
（4）对新型高效生物反应器净化有机废气开展中试及工业级试验研究，使其成为新型、高效、经济、实用的有机废气净化新设备、新工艺和新技术。
（5）建议将生物工程技术（如激光诱变技术、基因重组技术、代谢工程、细胞固定化技术等）应用于有机废气处理中，通过传统技术和现代生物技术的结合，开展高效优势微生物菌种的分离筛选以获得高效降解废气中污染物的微生物菌种。
（6）遗传育种、驯化培养及其载体固定化技术研究，适合于特定有机物降解的细菌种类和接种方法有待研究。
结束语
尽管经过近20年的发展，以生物过滤器为代表的有机废气生物净化技术已得到了一定程度的工业化应用，但目前各种有机废气生物净化技术仍不同程度地存在不足，有待完善。不过，随着生物工程技术的迅猛发展，化学工程与环境工程学科的进一步交叉、渗透、融合，有机废气生物净化技术必将不断注入新的活力，更好的应用于各个领域。
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[6] 孙珮石等.生物法废气净化专用微生物菌种及其作用[J].中国环境科学，2012.
论文作者:周现涛
论文发表刊物:《防护工程》2018年第27期
论文发表时间:2018/12/17
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