肇庆市固体废物和化学品环境管理中心 广东肇庆 526000
摘要：随着现代工业的迅速发展，大量的挥发性有机化合物（VOCs）被排放到大气中。VOCs以其来源广、危害大的特点而成为仅次于颗粒污染物的第二大大气污染物。大气中逐渐增加的VOCs 已经成为当今关注的重要环境问题之一。传统处理VOCs废气方法主要有燃烧、冷凝、吸附、吸收等。生物法是一个相对较新的处理大气量、可生化VOCs 的废气处理技术。凭简单高效、费用低、无二次污染等特点，生物法成为一简单、高效及具有前景的VOCs废气处理技术。本文对VOCs的危害及目前处理方法与生物法进行了比较，并结合国内外生物法的研究现状进行阐述并提出存在问题。
关键词：生物过滤器；挥发性有机化合物；生物法；污染物
一．概述：
1．挥发性有机化合物（VOCs）的特性、种类及来源：
挥发性有机化合物（VOCs，即Volatlile Organic Compounds的缩写）是指在常温下饱和蒸气压>70 Pa，常压下沸点在260 ℃以内的有机化合物[1]。在常温下可以蒸发的形式存在于空气中，它的毒性、刺激性、致癌性和特殊的气味性，会影响皮肤和黏膜，对人体产生急性损害。
挥发性有机化合物（VOCs）按其化学结构的不同，可以为八类：烷类、芳烃类、烯类、卤烃类、酯类、醛类、酮类和其他。
VOC的主要来源，在室外，主要来自燃料燃烧和交通运输如工业废气、汽车尾气、光化学烟雾等。而室内VOC的主要来源有以下几个方面：有机溶液，如油漆、含水涂料、粘合剂、化妆品、洗涤剂、捻缝胶等； 建筑材料，如人造板、泡沫隔热材料、塑料板材；室内装饰材料，如壁纸、其他装饰品等； 纤维材料，如地毯、挂毯和化纤窗帘等； 办公用品，如油墨、复印机、打印机等；设计和使用不当的通风系统等；家用燃料和烟叶的不完全燃烧；人体排泄物。
2．挥发性有机化合物（VOCs）的危害：
空气中的挥发性有机化合物（VOCs）对人体健康和生态环境的危害很大。对人体健康的危害：吸入后，轻者产生流泪、咽干、咳嗽、胸闷、头晕、头痛、兴奋或全身无力、步态蹒跚等酒醉状态，重者可产生麻醉昏迷、血压下降、出现紫绀、瞳孔散大等甚至死亡。慢性中毒可有头晕、头痛、乏力、记忆力减退、失眠、多梦、注意力不集中等神经衰弱症侯群出现，另可能伴有食欲不振及轻度出血症状，皮下紫癜，血小板下降，红细胞及白细胞异常。大部分VOCs有毒，部分VOCs（如氯乙烯、苯、多环芳烃等）被列为致癌物。
3．目前挥发性有机化合物（VOCs）处理方法：
选择VOCs 处理方法时主要根据挥发性有机污染物的来源、种类、性质、浓度及具体的处理要求来确定。目前，VOCs废气处理主要有物理与化学方法、生物法。物化法，主要技术包括冷凝法、吸收法、吸附法、燃烧法（直接式/催化式燃烧）、膜分离法、光催化分解法、电晕法、等离子体分解法、臭氧分解法等。生物法主要工艺有生物过滤、生物滴滤、生物洗涤等。各种VOCs 废气主要处理方法都具有其各自的适用范围和优缺点。
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表1 VOCs 废气处理方法比较
处理技术 适用范围 优点 缺点 冷凝法 高浓度，高沸点 小气量，单组分 对高浓度单组分废气的处理费用低，回收率高 工艺复杂，复杂组分及中高挥发性 组分回收率低，低浓度废气处理费用高 吸收法 大气量，高浓度， 低温度，高压力VOCs VOCs 处理效率高，处理气量大，工艺成熟 高温废气需降温，压力低时净化效率低；吸收剂需回收，易形成二次污染 吸附法 大气量，低浓度， 净化要求高VOCs 可处理复杂组VOCs 废气，应用范围广，净化率很高 运行费用高，吸附剂需再生， 增加运行费用 燃烧法 成分复杂，高浓度 小气量VOCs 能有效去除各种可燃VOCs，工艺简单，效率高 设备易腐蚀，投资运行成本高， 操作安全性差，产生二次污染 膜分离法 高浓度，小气量 有较高回收价值VOCs 流程简单，回收率高，能耗低，无二次污染 设备投资费用高 臭氧 分解法 低浓度，小气量VOCs 对VOCs 废气可氧化分解彻底，净化率高 能耗高，处理费用高，对人体和周围 环境可造成危害；处于实验研究阶段 电晕法 低浓度广范围的VOCs 处理效率高，运行费用低，特别对芳烃的去除效率高 对高浓度VOCs 处理效率一般 还停留在实验室阶段 生物法 中低浓度，大气量可 生物降解VOCs 适用范围广，处理效率高，工艺简单，费用低，无二次污染 对高浓度、生物降解性差及 难生物降解的VOCs 去除率低
4．生物法的优点及研究意义：
由于废气中VOCs 污染物往往浓度低（< 3000mg/ m3），气量大、污染面广，如热力焚烧、催化燃烧、冷凝、吸收和吸附等传统的处理技术往往不适用，不是其处理效果达不到要求，就是投资或运行成本太高，迫使人们寻求和开发新的适用技术。生物法具有可在室温下操作，投资及运行费用低、效果好、安全性高、无二次污染且易于管理等优点，尤其在处理气量大、浓度低（小于3 mg/L）、生物降解性好的有机废气时更显其优越性。生物法处理废气主要是脱除环境恶臭，是VOCs治理的研究热点之一。
5.生物法的研究现状：
5.1 国外研究现状：
近些年来国外研究者对生物分解法处理VOCs在动力学模型、微生物菌种的培养及工艺设备方面进行了大量的研究工作。通过对生物废气处理过程数学模型的建立与计算，预测在给定条件下生物净化法的处理效果，为设计和过程优化提供依据。Tang[2 ]研究了生物过滤器的吸附、微动力学、质量传递和气体流线谱之间的相互作用，用开发出的数学模型描述了生物过滤器的瞬间特性，实验研究和模型分析结果均表明，过滤器的瞬间特性主要受过滤材料的性质和运行条件影响。Okkerse 等[3 ]研究了生物滴滤池处理废气中生物量累积和阻塞的问题，并利用二氯甲烷作为模拟污染物质，获得了动力学模型。Abumaizar[4 ]用提出的稳态数学模型描述（VOCs）在生物过滤池中的去除动力学，在稳态条件下处理苯、甲苯、乙苯和二甲苯，实验数据与模型预测比较结果表明，粒状活性炭存在可提高堆肥生物过滤池对苯系污染物的去除效率。VanLangenhove等[5]认为在生物滴滤床中疏水性的VOC 传质是个限制因素。Cho 等[6]对新颖的喜温微生物进行研究，用来处理较高温度的VOCs。所以在不需要冷却气体的情况下降解污染物，节约能耗。生物滴滤处理 VOCs 的工程应用在国外也已经比较广泛。Morton 等[7]对污水处理设施操作中的VOC 进行有效的以及经济上的控制。Le Cloirec 等[8]对实际VOCs 废气的处理进行研究，主要介绍了处理VOCs 工艺和方法。
5.2 国内研究现状：
随着国外生物法处理废气的广泛应用，国内自上世纪90 年代以来也踊跃出众多学者研究此类课题。程丽等[9]采用生物陶粒与Hat Creek 煤载体两种新型颗粒生物填料，应用于滴滤床处理有机废气的研究，分别进行了贫营养、富营养、高营养条件下，去除VOC 性能的对比试验。王鹏飞等[10]采用自己研制的专利填料处理“三苯”废气达到了较好的处理效果，影响处理结果的主要因素有入口气体浓度、气体上升流速和喷淋液体流量。另外随着实验研究的不断深入，许多学者开始对生物滴滤床进行模型研究。李国文等[11]所建模型可以较好地模拟生物滤塔处理含苯废气的实验结果，验证了模型的正确性。廖强等[12]将生物膜滴滤塔内的多孔填料简化为壁面覆盖有生物膜的平行平板通道，建立了一个净化低浓度有机废气的理论模型，结果表明模型的理论预测值与生物膜滴滤塔净化低浓度甲苯废气的实验结果基本吻合。针对理论研究的深入，近年来国内众多专家开始对此项技术进行工业化应用。陈建孟等[13]用生物滴滤床处理某化工厂污水站的H2S 和挥发性有机物混合废气，污染物出口浓度达标排放，并考察了影响BTF 运行的循环水水质情况。对于难溶于水的污染物，可由真菌代替细菌进行生物降解。特别是对于某些有机物，真菌的降解能力高于细菌。乔铁军[14 ]也进行了生物活性滤池中微生物的生长研究。结果表明，在活性滤池中微生物的生长速度是不同的，异养细菌生长速度最快，亚硝化细菌次之，硝化细菌最慢。可见，随着生物技术的进步，生物滴滤系统处理VOCs 的前景将越来越广阔。
6．存在问题：
6.1 生物反应器涉及气、液、固三相传质及生化降解过程，影响因素多而复杂，有关的理论研究及实际应用还不够深入，需要进一步探讨和研究。
6.2目前，生物法仅限用于处理低浓度有机废气，如何将这些技术和方法用于高浓度有机废气的治理有待于研究。
6.3生物滴滤床净化亲水性或易降解的VOCs 相对简单，提高疏水性或难降解VOCs 的处理能力是一个难题。
6.4 如何改善生物滤料、填料的物理性能和使用寿命，以节省投资和能耗。实现自动控制，提高对各运行参数的控制能力，降低维护费用和发生故障的次数。
6.5 如何在原有菌种的基础上通过选择最佳生长条件，筛选出能高效降解各种恶臭有毒气体的优势菌种，从而缩短反应启动时间，加快生物反应进程，提高处理效率。
6.6 加强实际VOCs 废气、混合废气的净化研究。因实际废气的气量、成分经常变化，可能含有难降解或有毒性的物质，对净化工艺的完善有重要作用。
参考文献：
[1] 吴玉祥，冯孝善.有机废气的生物处理[J].环境污染与防治，1992，14（4）：20-22.Wu Yu-xiang，Feng Xiao-shan.Bioligical treatment of organicwaste gas[J].Environmental Pollution & Control，1992，14（4）：20-22.（in Chinese）
[2] 程丽，王鹤立，Kenneth Pinder，两种新型颗粒填料滴滤床处理VOC废气的试验研究，Environmental Science & Technology，第32 卷第1 期，2009 年1 月
[3] 王鹏飞，王艺，宫曼丽，等．生物滴滤塔处理“三苯”废气的影响因素研究[J]．哈尔滨工业大学学报，2003，35（1）：73-76．
[4] 李国文，胡洪营，郝吉明，等．生物滴滤塔中挥发性有机物降解模型及应用[J]．中国环境科学，2001，21（1）：81-84．
[5] 廖强，朱寿礼，朱恂．生物滴滤床降解有机废气净化效率的理论模型[J]．中国环境科学，2004，24（1）：58-62．
[6] 沙昊雷，陈建孟．用生物滴滤床处理H2S 和挥发性有机物混合废气[J]．化工环保，2007，27（2）：152-155．
[7] 乔铁军，于鑫，张晓建，生物活性滤池中微生物的生长研究[J] 重庆环境学，2003，25（4）：26～28
论文作者:刘长胜
论文发表刊物:《基层建设》2016年20期
论文发表时间:2016/12/12
标签：废气论文; 生物论文; 挥发性论文; 有机化合物论文; 气量论文; 污染物论文; 模型论文; 《基层建设》2016年20期论文;