VOCs廢氣生物處理技術原理是將有機污染物在微生物作用下轉換為無害或低害物質，微生物發揮著重要作用。總結了生物過濾池、生物過濾器、生物清洗三種凈化技術的原理和研究進展，比較了三種反應器的優缺點，最后論述了該技術目前存在的問題和發展趨勢。

隨著國內各領域經濟的發展，很多工業制造的廢氣、有害場所、地下水管理設施等[1-3]均含有揮發性有機化合物(VOCs)，可引起光化學煙霧，破壞生態環境，致癌，嚴重威脅人們的健康。由于生物工程領域的進步，相應的技術也逐漸應用于環境保護領域。20世紀70年代各國開始研究生物法處理揮發性有機廢氣，主要研究凈化設備和優化條件、優勢菌群的馴化和培養、代謝原理和分解過程、動力學模型分析等。

與傳統方法相比，生物法處理低濃度有機廢氣具有操作方便、維護方便、凈化效率高、運行費用低、安全性高、二次污染小等優點[4-6]。本研究詳細討論了VOCs處理技術的3種生物凈化技術原理和研究進展，提出了該領域存在的問題和發展趨勢。

1生物法處理VOCs廢氣的基本理論

生物法處理VOCs廢氣機理的前人已經做了很多研究，世界上流行的是荷蘭學者[7]提出的吸收-生物膜理論:VOCs廢氣通過水吸收，在溶解濃度梯度的作用下擴散到生物膜上，與微生物接觸降解吸收，將污染物代謝分解成簡單的小分子物質、CO2和H2O。

之后，孫佩石等人[8]在前人的基礎上完善，對低濃度VOCs廢氣的處理提出了新的吸附-生物膜理論，強調污染物通過擴散直接吸附在生物膜表面，與微生物接觸被分解吸收，污染物作為能源和營養物質被分解為微生物其核心是吸附分解過程，改善海外理論，解釋海外學者對液膜是否有疑問[9]。

2VOCs廢氣的生物法處理技術生物法處理油煙廢氣主要是將廢氣從氣體轉移到液體或固體表面的液體膜上，利用微生物的新陳代謝作用分解成無害的無機物(CO2、H2O)、有機分子和自己的細胞構成物質，凈化油煙廢氣

圖1微生物降解廢氣過程

與傳統的物理化學廢氣處理技術比較，生物法凈化技術具有操作簡單、易維護、投資運行費用低、安全性好、處理效率高、無二次污染等特點，特別在凈化低濃度、生物可降解性好的廢氣中更為突出。目前用于廢氣生物凈化的主要工藝設備有生物過濾器、生物過濾器塔和生物洗滌器裝置等。其設備性能如表1所示。

表1油煙廢氣生物凈化裝置性能

2.1生物過濾池

生物過濾池處理廢氣是通過過過濾器去除廢氣中的粒子狀物，調濕調溫后進入填充的吸附性過濾器的生物過濾池，通過生物填充層時，廢氣污染物和氧氣從空氣相擴散到載體外層的水膜，有機物作為碳源、能量[10]，氧化分解為無害簡單的有機物、H2O和CO2等[11]。

可以看出，微生物量在處理VOCs廢氣過程中起著至關重要的作用[12-13]，生物濾池可以更好地處理單環芳烴、醇、羧酸、醛、酮、酯類等VOCs廢氣[14-16]，其工藝流程如圖2所示，生物濾池適用于質量濃度低于1000mg/m3的VOCs廢氣處理，無水相，設備簡單易操作，生物膜固定比表面積大，二次污染小等優點。

圖2生物過濾過程

但過濾面積大，基質濃度增大直接導致微生物快速繁殖，過濾材料堵塞[17]，影響其傳質效果。目前，生物過濾器廣泛應用于有機廢氣處理，取得了一定的研究成果。鄭連英[18]等人篩選出以甲苯為唯一碳源的高效降解菌，設計了生物濾池裝置，結果顯示，在溫度為30℃、相對濕度為80%、進口濃度為1500mg/m3的最佳操作條件下，甲苯的最高降解率為89.7%。

曹旭等人[19]生物過濾塔凈化工業有機氣體實驗研究結果表明，

有機廢氣入口濃度小于25mg/m3時，其凈化效率在97%以上，濃度大于25mg/m3時，凈化效率隨著進口氣流量的增加而逐漸下降，入口流量從0.2m3/h增加到0.8m3/h時，其對應的凈化效率也從97.2%下降到73.0%，濕度對凈化效率的影響很大，濕度超過40%時，反應器具有良好的去除效果[Cao3m3/h]相應的凈化效率也從97.2%下降到73.0%。無論是反硝化生物濾池和硝化生物濾池均表現出了相似的DEHP去除性能，整體DEHP去除率為83.8%，其中生物降解占72.3%，在系統中起到了關鍵作用。

2.2生物過濾塔

生物過濾塔本體部分為一層或多層填充材料的填充塔，填充材料表面附有馴化培養的生物膜。可溶性無機鹽營養液在塔上從上到下均勻噴灑在填充層上，從塔底排出回收利用。生物滴濾處理VOCs工藝流程如圖3所示，VOCs廢氣通過塔底進入塔內與濕潤的生物膜接觸被微生物分解凈化，處理后的氣體由塔頂釋放，代謝產物隨廢液排放。

圖3生物滴濾塔工藝流程

據文獻[21-23]報道，生物滴濾塔易于處理碳氫化合物、鹵代烴、醇、酮類等VOCs廢氣，操作簡單，反應條件易于控制，能耗低，生物相與液相循環流動，壓力小，凈化效率高等優點，但填料定期更換，生物量堵塞難以控制，設備易腐蝕。國外生物滴濾池已得到廣泛應用，國內仍處于研究階段。

任愛玲等人[24]利用菌絲體熱解炭作為填充材料，在生物滴濾塔中分別填充熱解炭-木屑和木屑的單一填充材料，并聯進行微生物凈化苯乙烯氣體實驗，混合填充材料比單一的掛膜速度快，入口濃度為50~450mg/m3，停留時間為21.6~43.2s

何覺聰等[25]人采用生物滴濾塔處理苯酚氣體，結果顯示：生物滴濾塔對苯酚氣體的去除率達到99.5%，最佳條件停留時間20.6s，循環液pH值為中性，淋浴密度為1.67m3/(m2下降)。

2.3生物清洗器

生物清洗器由傳質清洗器和生物分解反應器構成，清洗器內存在懸浮狀態的微生物群，生物相和水均以循環方式流動。常用的洗滌懸浮液是活性污泥，處理廢氣后再生需要一定的時間。生物清洗處理VOCs工藝流程如圖4所示，該反應器操作條件易于控制[26]，生物填充劑不易堵塞，但處理氣量小，亨利系數小于0.01，處理化合物濃度小于5000mg/m3，不適合處理難溶性廢氣。

圖4生物清洗過程

國內研究生物清洗處理油煙廢氣起步晚，仍處于研究開發階段。李國文等人[27]利用活性污泥作為介質，研究了氯苯廢氣通過洗滌塔的生物分解性能，結果表明負荷F<；1mg/g3h)比分解率隨F的增加而增大，F=1.0~2.0mg/(g3h)比分解率達到最大值0.9mg/(g3h)

劉玉紅等人[28]采用生物清洗處理含酚有機廢氣，結果顯示酚負荷在30g/(m3h)左右時，長時間運行的清除效率約為97%，其負荷量超過50g/(m3傘h)時，酚積累在清洗液中，影響系統的穩定性

齊國慶等人[29]采用生物清洗和生物滴濾技術處理煉油污水場惡臭氣體，具有運行穩定、抗沖擊性強、處理效率高的特點。結果顯示：出口氣中H2S小于0.06mg/m3，NH3小于1.5mg/m3，CH3SH小于0.004mg/m3，臭氣濃度小于20，達到GB14554-1993《惡臭污染物排放標準》規定的一級廠界要求。

3國內外生物法處理VOCs廢氣研究進展

生物法已廣泛應用于德國、荷蘭，最普遍的技術是生物滴濾和生物過濾[30-31]。Rene等人[32]進行了以堆肥和陶瓷珠為填料生物過濾池去除甲苯廢氣的研究，甲苯廢氣濃度為2.3~3g，進氣流速為0.024~0.144m3/h時，去除率為40%~95%。

Singh等[33]利用木豆秸稈制作過濾材料，控制甲苯入口濃度為2.56~34.73g/m3，體積流速為0.18~0.24m3/h，7d系統穩定后，甲苯濃度的增加去除率下降，去除量增加，趨于一定。

Pagans等[34]以城市固體廢棄物和動物副產品的有機成分為生物過濾材料，研究廢氣中的NH3和VOCs的去除，NH3、VOCs的負荷分別為846~67100mg/(m3h)、0.55~28.8g/(m3h)

Moussavi等[35]人們研究了紫外生物過濾對甲苯和鄰近二甲苯混合物的處理，去除效果在95%以上。Kim等人[36-37]研究了生物過濾池和生物過濾塔的氣體、液膜傳質性能參數進行測定，利用修正的Onda-type方程的氣體、液體流速研究了傳質系數的相關性，充分解釋了氣體敏感度、質量傳遞速度、過濾器濕潤效果的影響。

20世紀90年代中國出現了生物法處理有機廢氣的研究，很多學者以含有某種有機廢氣為研究對象，利用生物化學處理有機廢氣。孫佩石等[38]人利用微生物菌種掛膜接種的生物膜填充塔處理低濃度甲苯廢氣，入口氣體甲苯濃度為0.183~1.803mg/L，氣體流量為86.4~190.8L/h時，增加入口甲苯濃度和流量，提高甲苯生化去除量

馬艷玲[39]利用長期受油煙污染的土壤分離篩選假單胞菌，用活性炭作為填充劑制作填充床的生物反應器，結果顯示油煙的進氣濃度在100mg/L以下，氣體流速在8L/h以下，停留時間在30s以上，容積負荷在2.3~18.9g/(m3國內研究主要處于反應器穩定條件的實驗階段，實際過程中產生的VOCs廢氣種類、濃度、溫度等均不穩定，因此提高該設備的應用性是今后研究的重點。

4前景及展望

生物處理技術以其操作簡單、運行維護費用低、凈化效率高、安全性高、二次污染小等優勢受到各國的重視，目前國內揮發性有機廢氣VOCs生物處理技術尚未成熟，通常不同反應器規格提供的環境處理效果存在差異。同時，氣體、液體傳輸質量和生化分解的影響因素很多，實際應用不深，需要在以下方面進行深入研究:

1)生物處理技術應用于中低濃度的廢氣處理，需要進一步研究高濃度有機廢氣處理。

2)針對生物難降解的有機污染物，需馴化培養或購買專屬菌種配合提高凈化處理效果，完善微生物的代謝體制，實現凈化裝置的高效運行。

3)采用分子生物學技術，研究微生物優勢菌株組成特征，為降解對應污染物提供菌源依據。

4)應用GC-MS鑒定有機污染物成分，分析污染物成分和生化分解效果，根據本質問題尋找提高凈化技術性能的方法。

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