微生物处理技术在VOCs废气处理过程中的研究与分析

微生物处理技术在VOCs废气处理过程中的研究与分析
随着经济快速发展，VOCs废气污染已成为世界环境公害之一。

VOCs主要产生于石油加工、化工、涂装等工业生产及储运过程，其种类繁多，多数有毒，部分致癌，严重污染环境和危害人类健康。

在众多VOCs废气治理技术中，生物法具有处理高效，运行费用低，安全性好，清洁无污染等优点，被称为“绿色”VOCs 污染治理技术，越来越受到科技工作者及环保人士的青睐。

本文主要对微生物处理技术在VOCs废气处理过程中的应用进行分析探讨。

标签：微生物处理技术；VOCs废气处理；研究分析
1 前言
挥发性有机化合物VOCs（V olatile Organic Compounds），是对一类易挥发有机化合物的总称，通常指常温下饱和蒸气压大于70Pa，常压下沸点在260℃以下的有机化合物。

按有机物的结构可分芳香烃（苯、甲苯、二甲苯等）、芳香烃衍生物（苯酚、苯胺等）、脂肪烃（乙烯、二氯甲烷等）、脂肪烃衍生物（甲醛、丙酮、异戊二醇、醋酸丁酯等）。

2 VOCs废气微生物处理原理
VOCs废气微生物处理原理是微生物利用废气中的有机物，完成其新陈代谢生命活动的同时将有毒有害物质转变为H2O、CO2等无机物，或微生物细胞物质，达到降解VOCs目的。

对用微生物法处理VOCs废气理论尚未特别清晰，荷兰学者的吸收-生物膜理论被广泛接受。

该理论认为，微生物处理VOCs废气分3个步骤：①废气中部分有机物可以溶解于水，为膜间物质传递提供条件；②利用浓度差VOCs废气扩散到膜上被微生物捕获；③有机物进入膜后成为微生物的营养物质和能源，最终被代谢为小分子无机物和细胞的构成物质。

3 影响处理效率的因素
在生物法处理VOCs废气过程中，温度、pH值、营养物质等因素都会对处理效率产生影响。

温度会直接影响到生物的活性，对微生物降解污染物有着重要的作用。

一般情况下，适宜温度在10～50℃，微生物适宜pH值为6.0～8.0，少数硫杆菌和极端嗜酸菌的最适pH值为2～3。

同时，由于微生物在自身的代谢活动会改变环境的pH值，在工程应用中添加适当缓冲物质以保持pH值平衡。

利用生物处理VOCs废气，为提高处理效率，需要提供给微生物氮、磷、硫及微量元素等无机盐类营养物质。

在工程实践中，废气进气速度、液气比、循环液喷淋量等参数也会对处理效率产生影响。

4 VOCs废气微生物处理工艺
微生物处理VOCs废气的方法主要分为有生物洗涤，生物滴滤和生物过滤3
种，一般过风方式为逆流式、错流式。

4.1 生物洗涤器
生物洗涤器由吸收室和再生池两个部分组成，构成活性污泥（悬浮）处理系统。

废气从吸收室下部通入，生物悬浮液从吸收室上部喷淋，废气和微生物在吸收室内部接触，吸收了有机物的微生物悬浮液从吸收室下部导出去再生池（微生物蓄养池），通过供氧好氧方式净化VOCs，再生微生物悬浮液活性，新鲜物料再返回吸收室上部，构成循环回路。

VOCs废气被净化后从生物洗涤器顶部排出，生物悬浮液通常为活性污泥，再生时间常需数小时。

微生物悬浮液再生选择与吸收在一个反应器，还是另需一个反应器，取决于微生物本身的性质。

吸收器中气液接触可以选择喷淋法，也可以选择鼓泡法，根据控制步骤而不同，气相阻力大时选择喷淋法，液相阻力大时选择鼓泡法。

4.2 生物滤池
生物滤池法处理有机废气的工艺为：废气通过增湿器达到一定的相对湿度后，再进入到生物滤池内，生物滤池放置内有生物活性填料层，规格通常为500～1000mm，有机废气从生物滤池的下部气相进入到上部生物相中，达到通过微生物氧化分解有机废气的目的。

完成分解任务的生物是异氧型微生物，氧化环境为中性微碱和有氧条件。

各种有机废气最后生成的物质不同：①VOCs废气中有机氮气变成氨气后，再生成硝酸盐；②VOCs废气中一般的有机物质，通过微生物氧化成二氧化碳；③废气中硫化物开始转化成硫化氢，再转化为硫酸盐；最后净化后的气体从生物滤池顶部排出。

4.3 生物滴滤塔
生物滴滤塔结构为填充塔，内设有一层或多层填料，填料表面的生物膜由微生物形成，厚度约为几毫米。

工艺为：VOCs废气从生物滴滤塔的底部进入，含有营养物质的液体从生物滴滤塔上部进入，均匀喷洒在填料上，与上升的气体进在生物膜接触，VOCs废气得到净化，液体从塔底部进入储液池循环使用，净化后气体从生物滴滤塔池排出。

5 研究分析
生物法处理VOCs废气在国外已经相当成熟，国内的研究近几年也广泛地开展起来。

有研究者采用恶臭假单胞菌为菌源接种生物滴滤塔处理甲苯废气，结果表明，在停留时间为54s和43.2s，进气甲苯浓度为544～1044mg/m3，环境温度为17～26℃的条件下，出口检测不到甲苯，去除率接近100%。

也有研究者采用生物滴滤床处理甲苯废气，结果表明，在空床停留时间（EBRT）为10s，甲苯浓度为184～1223mg/m3的条件下，甲苯的去除负荷为62.4～190.7g/（m3·h），处理效果明显。

研究者采用筛选好的短杆菌菌种溶液对生物膜填料塔进行挂膜后，对中低浓度的甲苯及同系物进行小试得到良好效果，当入口气体甲苯浓度低于2000mg/m3，逆流操作的净化效率大于80%；对甲苯去除量可达104.4mg/
（L·h），短杆菌菌种经过一段时间驯化后，对甲苯有很强的降解能力，对苯、二甲苯等苯系物也具有同样的降解能力。

本研究人采用光催化+微生物法净化涂漆VOCs废气，微生物净化塔采用逆流及错流生物滤池，采用复配型微生物菌剂，在空床停留时间15-25s，处理含有苯类、酯类有机废气，入口VOCs浓度为80～500mg/m3，环境温度为15～40℃的条件下，VOCs去除效果明显，达到80～95%的去除效率。

6 结语
大量研究表明，微生物处理技术可以有效地处理VOCs废气，其克服了傳统处理技术能耗高、运行费用高、二次污染大等不足，必将在VOCs废气治理领域发挥巨大作用。

但VOCs种类繁多，其污染呈扩大趋势，要想使生物法取得更广阔的前景，还需要做好以下工作：
①培育针对性强的VOCs废气治理优势菌种（单体及复配型），缩短工程处理装置启动时间，增强微生物对VOCs的适应性，提高废气处理效率；②提高微生物净化VOCs负荷，增大微生物载体比表面积，缩小微生物净化设施的占地面积；③优化设计现有的处理工艺，简化操作，自动化控制，降低人工管理的不稳定性。

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