摘要：本文主要从笔者亲身参与的生物法净化废气的基本原理与主要工艺以及影响因素，旨在与同行探讨学习，共同进步。
关键词： 生物法； 净化处理； 废气
化工行业对于我国国民经济的发展起着重要的支撑性作用，由于化工行业的快速发展，污染越来越严重，对环境和人类健康带来了严重的危害。全球各个国家都越来越关注挥发性有机化合物的治理，并对挥发性有机物做出了明确的规定，各类新型废气治理技术开始应用到工业废气的处理中。当前普遍采用的方法有吸收吸附法和催化燃烧法两种方式。其中吸收吸附法对于化学性稳固且不易溶水的有机废气处理效果并不佳，吸收吸附法中吸附剂成本比较高，又会容易形成二次污染，在推广上受到了很大的阻碍。催化燃烧法在使用成本上比较昂贵，又不适合低浓度废气的处理。以上这几种传统的物理化学处理废气方法因种种原因的限制，在工业废气的处理中受到了限制，为此，需要研究新型成本低廉、处理效率高的方式，生物净化法正是基于这一背景诞生。
1.生物法净化废气的基本原理
这里所讲到的生物法净化废气方法主要是一种氧化分解的过程：将工业废气中的有机组分作为填料活性微生物的养分或者是能源，从而使其转化成较为简单的细胞组织物或者是无机物。一般根据生物膜理论来讲，生物法净化工业废气物的步骤主要有：（1）将工业废气物中的污染物与水进行接触，并能够使其溶解到水中；（2）工业废气中的污染物在液膜中溶解时，可以利用其浓度差将污染物进一步的扩散，在被生物膜中的微生物进行吸收或捕获；（3）工业废气污染物在进入微生物的过程中，产生代谢时将会被当做是营养物或者是能源分解开来，而代谢物中的一部分扩散到大气中，另一部分则重回液相中。
有上述可得知，生物法净化处理工业废气主要是通过降解和传质两个过程来完成，从而使废气中的污染物逐渐减少，达到净化的目的。
2.生物法的主要工艺
目前常用的生物法处理废气的工艺有生物滤池工艺、生物洗涤工艺和生物滴滤工艺。生物过滤多用于除臭，对有机废气的处理范围相对较小，而生物滴滤法处理有机废气的范围更广，并且降解有机物的能力更强。这3种工艺各有所长，在国内都有不同程度的应用，虽然生物滴滤工艺已经有了规模化的应用，由于反应器扩大后的不稳定，仍然有待研究。
（1）生物滤池工艺
生物滤池是研究最早的生物法净化废气工艺，工艺设备也相对成熟。生物滤池由敞开或封闭容器中一层层的多孔填料床组成，一般为天然有机填料，如堆肥、土壤、泥煤、骨壳、木片、树皮等，也可以是多种填料按一定的比例混合而成。填料一般具有良好的透气性、适度的通水性和持水性等优点，含污染物的废气首先经过滤器除去颗粒物质后，再经过调温调湿，从滤池底部进入，通过附着微生物的填料时，污染物被微生物降解利用。在生物滤池中，液相是静止的或以很小速度流动。运行过程中可根据工艺需要来补水，还要保证连续的气体通过。
生物滤池最大的优点就是设备少、操作简单、投资和运行费用低，适合处理大流量低浓度的废气污染物。在运行期间也不需要外加营养物，但滤池的占地面积大，长期的微生物新陈代谢会使填料矿化分解，再加上基质的累积，影响传质效果，一般在几年后就要更换填料。此外，操作过程不易控制，pH值控制主要通过在装滤料时投配适当的固体缓冲剂，一旦缓冲剂用完，则需要更新。
（2）生物洗涤工艺
生物洗涤塔是一个活性污泥处理系统，由洗涤塔和再生池组成，它不需要填料，因此完全不同于生物滤池和生物滴滤塔。在洗涤塔中，废气从底部进入，通过鼓泡或者循环液喷淋溶于液相中，随着悬浮液流入再生池，通入空气充氧再生，污染物在再生池中被微生物氧化降解，再生池中的流出液继续循环利用。活性污泥悬浮液是最常用的生物悬浮液，由于吸收和再生的时间不同，一般吸收和再生都是两个相对独立的过程。
生物洗涤塔的优点是反应条件易控制，压降小，填料不易堵塞，但设备多，需要外加营养，成本较高。为了再生池的顺利降解，需要曝气设备，并控制温度、pH值等，以确保微生物在最佳条件下作用。生物洗涤塔还可以处理含颗粒的废气，但大量沉淀时也会导致性能下降。处理过程只能对溶解性好的污染物净化效率高。生物洗涤能处理气量小、浓度高的污染物，过程适于建模，有很高的操作稳定性。
（3）生物滴滤工艺
在生物滴滤塔（BTF）中，填料作为微生物生长的载体，具有大的比表面积和孔隙率、高持水性。生物陶粒、聚氨酯泡沫、活性炭颗粒和复合改性填料等惰性填料是目前最常用的填料。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆废气污染物从滴滤床底部进入，无机盐营养液从塔顶喷淋，沿着填料上的生物膜滴流，溶解于水中的有机污染物被以生物膜形式附着在填料上的微生物吸收，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利用或分解。多余的营养液从塔底排出，进行循环喷淋。连续流动的营养液可以冲掉过厚生长的生物膜和代谢物，防止填料堵塞。
生物滴滤塔最显著的优点就是反应条件易控制，通过调节喷淋液的pH值、温度，就可以控制反应器的pH值和温度，从而可以更好保持微生物的活性。其操作简单，运行成本低，净化效率也较高。它只有一个反应器，承受污染负荷大，并有一定的缓冲能力。代谢产物可以随着循环液的流动及时排出，同时，生物滴滤塔具有更低的压降，所以生物滴滤法被认为比生物过滤有效得多。生物滴滤法不仅可以用于VOCs的净化，还可用于非VOCs的去除，比如硫化氢、氨、甲硫醇等恶臭气体，向工业化迈步更是大势所趋。
3.影响生物法净化工艺的因素
生物法净化工艺与传统净化工艺相比，具有净化效率高、成本低、污染小的特点，但它对材料控制的要求较高，影响生物净化效率主要因素是填料、微生物和营养液。
（1）填料
目前大部分的生物法净化都需要用到填料，比如生物过滤法、生物滴滤法，而且有些生物净化法除了需要用到填料，还要在填料中加入很多营养物质。填料作为微生物生长的必要物质，因此在生物法净化中具有至关重要的作用。在选择填料时，要考虑到它的pH值、孔隙多少、表面积等。还要根据具体的生物法净化工艺综合考虑它所需要的成本，在满足温度、湿度等一些基本的条件时，要尽量选择较为低廉的填料。目前常见的填料主要有堆肥、珍珠岩、木屑和活性炭等。而且合成填料备受人们的关注，其具有较好的机械性能，还能增强pH的缓冲值。比如Oh等人运用生物滴滤法来处理工业废气，在生物滴滤塔中把活性炭和堆肥的合成物作为填料，并对这种混合物能否可以稳定、有效地发挥作用进行研究。实验表明，当甲苯的浓度越来越高时，则活性炭的吸附能力就会越来越低，从而降低活性炭的净化效果，而把填料和吸附材料结合可以有效地实现甲苯的清理，但只适用于短期去除，吸附材料对长期去除甲苯的效果并不明显。
（2）微生物
微生物是生物法净化中最为关键的物质，它是处理工业废气的主体，微生物主要包括细菌、真菌等，微生物的选择要依据工业废气的成分和质量来决定，如果工业废气的种类比较单一，则可以选择单一的微生物，如果工业废气的种类较多，则可以选择微生物群。目前很多研究者都在致力于纯种微生物的研究，希望用纯种微生物来实现对工业废气的降解，但纯种微生物对周边环境条件的要求较高，纯种微生物比较单一，单一菌种不易造成它们之间争夺营养物质的局面，促进工业废气净化效率的提高。但其越单一，抵抗环境的强度就越低。所以适当的混合菌种可以有效弥补这种缺陷，可以提高自身的适应能力。但是混合菌种不能过于密集，当在一个过滤塔或者滴滤塔中集聚了大量的微生物时，就会在微生物之间形成激烈的竞争关系，它们会彼此争夺营养物质，从而降低了工业废气的净化效率，降低生物反应器的性能。因此在选择菌种时，要考虑到工业废气的数量和成分，尽量选择具有优势的菌种，使之既能更好地适应外部的环境，又能高效的处理污染物。菌种可以进行培养，其培养方式主要是驯化培养，先将菌种经过废气或废水的驯化处理后，然后再用于处理废气。比如曹晓强选取了真菌作为降解微生物，采用生物过滤塔，以此来研究苯的净化效率受温度、湿度影响的程度。实验得到的结果是真菌的分解能力更强，比细菌的的适应能力更强，但容易受到低温的影响。
（3）压 降
压降是生物净化法中一个重要的参数。比如就生物过滤塔来说，它的压降水平和填料、微生物等都有一定的联系。目前压降主要的对象是无机填料，无机填料能够促进工业废气的分布更加均匀，可以和微生物更好地接触，但其需要补充大量的营养物质，消耗大量的成本。而且如果压降太大容易促进沟流的形成，则会降低工业废气和微生物的接触性，从而达不到较好的净化效果。例如Yang等人利用生物净化法处理硫化氢时，把填料的粒径作为变量，选择不同粒径的堆肥将其作为实验对象，发现填料层的高度越高，其压降就越高，反之，则越小。还发现填料装填的多少也会影响到压降。
生物净化法在国内被广泛应用，而且很多研究者积极进行生物法的研究。目前生物净化工业废气的处理对象主要是低浓度的回收价值低的废气，在处理这类废气时有着极大的优势：投资少、回报快、净化效率高，而要处理高浓度的、有可回收利用价值的工业废气，比如二氧化氮、二氧化硫，着还需要进一步研发技术，进行创新。力求找出更高效、更节约的方法，使生物净化法处理废气得到更好地推广，提高工业废气的利用率，保护生态环境。
参考文献；
[1]浅谈生物法净化在工业废气处理中的应用_舒文正
[2]生物法净化处理工业废气的研究进展_刘剑文
[3]生物法净化在工业废气处理中应用及前景分析_杨桂贤
论文作者:雷恺隆
论文发表刊物:《基层建设》2016年36期
论文发表时间:2017/3/29
标签：废气论文; 生物论文; 填料论文; 微生物论文; 工业论文; 污染物论文; 滤池论文; 《基层建设》2016年36期论文;