生物滴濾塔耦合光催化氧化技術(shù)處理電子垃圾拆解車間排放廢氣的中試研究

黃勇，陳江耀，李建軍，廖東奇，李桂英，安太成*

1. 中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所 有機地球化學(xué)國家重點實驗室和廣東省環(huán)境資源利用與保護重點實驗室，廣東 廣州 510640；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3. 廣東省微生物研究所 廣東省菌種保藏與應(yīng)用重點實驗室，廣東 廣州 510070

生物滴濾塔耦合光催化氧化技術(shù)處理電子垃圾拆解車間排放廢氣的中試研究

黃勇1,2，陳江耀1，李建軍3，廖東奇3，李桂英1，安太成1*

1. 中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所 有機地球化學(xué)國家重點實驗室和廣東省環(huán)境資源利用與保護重點實驗室，廣東 廣州 510640；2. 中國科學(xué)院大學(xué)，北京 100049；3. 廣東省微生物研究所 廣東省菌種保藏與應(yīng)用重點實驗室，廣東 廣州 510070

采用生物滴濾塔(BTF)與光催化一體化(PCO)聯(lián)用工藝應(yīng)用于電子垃圾拆解現(xiàn)場廢氣處理的中試研究，研究結(jié)果表明：電子垃圾拆解現(xiàn)場排放的廢氣中含有高濃度的總懸浮顆粒物(TSP)和揮發(fā)性有機污染物(VOCs)。其中TSP的質(zhì)量濃度為3792.5～7387.9 μg·m-3，遠高于中國環(huán)境空氣質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)(GB3095—2012)的二級標(biāo)準(zhǔn)(300 μg·m-3)；VOCs主要由芳香烴類VOCs、含氮含氧類VOCs、鹵代烴類VOCs和脂肪烴類VOCs組成，總VOCs的質(zhì)量濃度為(5499.1±854.7)～(26834.0±447.0) μg·m-3，其中芳香烴類VOCs含量最高，其質(zhì)量濃度為(2369.9±359.8)～(24 419.6±229.5) μg·m-3，其次是含氮含氧類VOCs和鹵代烴類VOCs,分別為(1018.2±142.1)～(2144.2±167.5)和(1170.6 ±146.5)～(1936.6±353.3) μg·m-3，脂肪烴類VOCs的質(zhì)量濃度最低，只有(44.6±0.8)～(174.4±0.5) μg·m-3。相較單一BTF和PCO工藝，BTF-PCO聯(lián)用工藝可以更為有效地去除電子垃圾拆解現(xiàn)場排放廢氣中的TSP和VOCs。研究結(jié)果表明，經(jīng)過BTF-PCO處理后，出口TSP的質(zhì)量濃度降低到747.4～1750.9 μg·m-3，其去除率在76.3%以上，而對于VOCs來說，出口濃度下降更為明顯，芳香烴類VOCs、含氮含氧類VOCs、鹵代烴類VOCs和脂肪烴類VOCs的去除率分別大于或者等于97.0%、92.4%、83.4%和100%。

電子垃圾；總懸浮顆粒物；揮發(fā)性有機物；生物技術(shù)；光催化氧化；中試研究

隨著電子工業(yè)和信息高科技產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展以及電子產(chǎn)品的快速更新?lián)Q代，電子垃圾已成為全球增長最快的固體廢棄物。據(jù)聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署估計, 全球每年有2×107～5×107t廢舊電子產(chǎn)品被丟棄, 并且電子垃圾仍在以每年3%～5%的速度增長（周啟星和林茂宏，2013）。據(jù)估計，全球約80%的電子垃圾出口到了亞洲，其中約90%則進入到了中國（Peng等，2009）。因此，電子垃圾污染引起了我國政府和廣大環(huán)境工作者的極大關(guān)注，成為我國亟待解決的重要環(huán)境問題。

目前，國內(nèi)電子垃圾線路板的回收拆解大多采用高溫加熱拆解法，而在電子垃圾熱處理的過程中，會不可避免地向大氣中釋放大量的大氣懸浮顆粒物(TSP)和毒害性有機污染物（An等2011；Zhang等，2011）。近年來，國內(nèi)外研究人員針對電子垃圾拆解地區(qū)環(huán)境中TSP、重金屬和半揮發(fā)性有機物的污染濃度與水平開展了大量的研究工作，并取得了一定的成果（Peng等，2009；Deng等，2006；Wong等，2007；Li等，2007）。研究顯示，電子垃圾拆解地區(qū)TSP的平均濃度遠遠高于居民區(qū)TSP的濃度，且重金屬和半揮發(fā)性有機物主要附著在TSP上。另一方面，由于在電子產(chǎn)品制作過程中使用了大量的塑料及有機溶劑，因此在電子垃圾燃燒的過程中也會釋放出大量的毒害性揮發(fā)性有機物(VOCs)。然而，目前國內(nèi)外

幾乎沒有關(guān)于電子垃圾拆解地區(qū)環(huán)境中VOCs的研究報道。這些在電子垃圾拆解過程中產(chǎn)生的污染物不僅會對環(huán)境和生物造成各種危害，而且對當(dāng)?shù)鼐用竦纳姝h(huán)境和人體健康也會產(chǎn)生非常嚴重的毒害作用。VOCs具有很強的生物毒性，某些VOCs更被證實為“三致”物質(zhì)（陳勇等，2011），TSP中的重金屬具有很強的生物富集能力，容易在人體的器官中累積，產(chǎn)生慢性毒性（林海鵬等，2012）；而半揮發(fā)性有機物具有很強的親脂性和很高的疏水性，會在生物體內(nèi)富集，易于長距離遷移，而且難被生物降解（陳江耀等，2008）。因此電子垃圾拆解排放的廢氣不但會對當(dāng)?shù)氐目諝?、土壤、地下水和生態(tài)造成非常嚴重的影響，而且還可以通過大氣遷移和傳播，對周邊地區(qū)產(chǎn)生惡劣的影響。因此開發(fā)高效和安全的電子垃圾拆解廢氣污染源排放控制技術(shù)具有非常重要的研究意義。

雖然國內(nèi)外研究學(xué)者已經(jīng)開展了一系列典型工業(yè)廢氣的污染控制的研究工作，但是目前這些研究僅僅局限于實驗室水平，實際工程應(yīng)用比較少見（孫佩石等，1996；Sempere等，2008；汪群慧等，2006）。Sempere等（2008）在實驗室中開展了生物滴濾塔降解乙醇、乙酸乙酯、甲基乙基酮3種混合有機廢氣的研究工作，研究結(jié)果表明，相比于甲基乙基酮，生物滴濾塔能夠更為有效地去除乙醇和乙酸乙酯。汪群慧等（2006）開展了生物滴濾塔凈化某藥廠青霉素生產(chǎn)車間精餾殘液揮發(fā)出的混合有機廢氣的中試研究，發(fā)現(xiàn)雖然生物滴濾塔表現(xiàn)出了一定的有機廢氣去除能力，但是其對異常高質(zhì)量濃度有機廢氣的去除效果不是很理想，需要將生物滴濾塔與其他有機廢氣凈化技術(shù)聯(lián)用。隨后我們課題組前期開展了采用光催化與生物聯(lián)用技術(shù)凈化油漆生產(chǎn)加工現(xiàn)場和城市垃圾壓縮現(xiàn)場排放廢氣的中試研究，研究結(jié)果表明該聯(lián)用技術(shù)可以有效地去除現(xiàn)場排放廢氣（He等，2012；Li等，2013；陳江耀等，2010）。因此，本文在前期研究的基礎(chǔ)上，以廣東省某典型拆解高污染點源排放的廢氣中的TSP和VOCs為研究對象，首先開展了電子垃圾拆解車間內(nèi)TSP和VOCs的污染狀況分析，然后通過將2種可以有效控制大氣中污染物的光催化氧化技術(shù)與生物降解技術(shù)進行合理的研究，提出一種能夠同時凈化電子垃圾拆解現(xiàn)場排放的TSP和VOCs的組合工藝——光催化一體化與生物滴濾聯(lián)用組合工藝，電子垃圾過程廢氣中的TSP和VOCs利用光催化一體化與微生物聯(lián)用組合工藝現(xiàn)場，同時處理電子垃圾拆解過程廢氣中的TSP和VOCs的工藝，開展了該組合工藝凈化電子垃圾拆解車間內(nèi)TSP和VOCs的性能評價，為電子垃圾拆解等特殊工業(yè)排放廢氣的高效去除提供了一種新的研究思路。本文首先介紹中試現(xiàn)場車間內(nèi)TSP污染濃度水平，并考察中試設(shè)備對TSP的去除效率；同時對中試車間現(xiàn)場VOCs污染狀況進行分析，并對比考察單獨光催化氧化工藝、單獨生物滴濾塔工藝以及藕合工藝對VOCs的去除效率；最后應(yīng)用有機去除負荷評估中試設(shè)備對VOCs的去除能力。

圖1 現(xiàn)場中試組合工藝反應(yīng)器流程圖Fig.1 The flow chart of on-site pilot combination reactor

1 實驗裝置與方法

1.1 實驗裝置

現(xiàn)場中試實驗中以1000 m3·h-1的速度收集電子垃圾拆解過程中產(chǎn)生的廢氣，廢氣依次進入生物滴濾塔和光催化一體化反應(yīng)器。根據(jù)此組合式工藝，我們自行設(shè)計加工了一套專門用于治理電子垃圾拆解過程中廢氣的成套設(shè)備，并對實際電子垃圾拆解過程產(chǎn)生廢氣的現(xiàn)場污染控制進行初步探索實驗。相應(yīng)的工藝流程如圖1所示。

生物滴濾塔采用玻璃鋼制成，內(nèi)徑1.2 m，高2.2 m，有效填料體積約1.4 m3。所用填料為商業(yè)化陶粒(粒徑：(20.00±2.00) mm；孔隙率：(41.25±2.01)%；堆積密度：(210.36±14.62) kg·m-3；持水能力：(12.53±0.12) g·g-1)。生物滴濾塔所使用的功能微生物菌群由降解甲苯、二甲苯和苯乙烯的菌群組成（He等，2012）。在生物滴濾塔運行前，3個菌群培養(yǎng)物預(yù)先在實驗室搖瓶培養(yǎng)至生長對數(shù)期，按等體積(共45 L)接入到生物滴濾塔中，然后通過蓄水槽和水泵將營養(yǎng)液在生物滴濾塔內(nèi)進行循環(huán)流動，每天維持8 h，用以確保微生物能與培養(yǎng)基充分接觸。1 d后通入電子垃圾拆解排放廢氣進行馴化。在生物滴濾塔馴化15 d前，培養(yǎng)基3天換1次，馴化到15 d以后，培養(yǎng)基1天換1次。維持微生物生長所用的無機鹽培養(yǎng)基的主要成分為(g·L-1)：2.000 KNO3, 0.600 Na2HPO4·12H2O, 0.005 NaH2PO4, 0.25 MgSO4·7H2O, 0.02 CaCl2, 0.005 FeSO4·7H2O。

光催化一體化設(shè)備(3.3 m×1.2 m×1.2 m)是由平均分隔成3間相鄰貫通的小單元組成，依次為靜電除塵室、光催化凈化室及臭氧氧化吸附協(xié)同深度氧化室：除塵單元中并排放置3個自行設(shè)計加工的靜電除塵器(0.72 m×0.36 m×0.85 m)，每個靜電除塵器中含4×11個靜電場；光催化反應(yīng)器單元中等間距平行安裝8支30 W紫外燈管，在燈之間放置3層光催化劑固定床層(由泡沫金屬負載的TiO2氧化物半導(dǎo)體進行多層組裝而成)。紫外燈管到光催化劑固定床層的間距為5 cm；臭氧氧化吸附協(xié)同深度氧化室內(nèi)放置2個臭氧發(fā)生器和置于后端的臭氧分解催化劑(比表面積：800 m2·g-1，孔密度：16孔·cm-2，體積密度：0.40-0.48 g·mL-1)。

1.2 實驗方法

1.2.1 TSP采樣和分析方法

將2臺智能大容量空氣TSP無碳刷采樣器(TH－1000C H型，武漢市天虹智能儀表廠)分別放置在聯(lián)用設(shè)備的進口和出口處以收集處理前、后氣樣。TSP被石英微孔纖維濾膜(20.3×25.4 cm，CAT No.1851-865，Whatman)阻截而得以收集，采樣8 h總體積約140 m3。將采完樣的石英微孔纖維濾膜用預(yù)先450 ℃下焙燒過的鋁箔紙包好后在-20 ℃冷凍保存待用。將樣品在25 ℃、50%相對濕度下平衡24 h以上，然后稱量。

1.2.2 VOCs采樣和分析方法

VOCs采用專用的內(nèi)部惰性處理過的2.7 L采樣罐進行取樣分析。定性定量分析通過Entech7100預(yù)濃縮系統(tǒng)結(jié)合Agilent GC(HP6890)-MSD(5973)完成。色譜柱采用HP-5MS (60 m×0.32 mm×0.25 μm， Aglient Technology)，載氣為氦氣，流速為1.2 mL·min-1；升溫程序為35 ℃起溫，保留5 min，以5 ℃·min-1升至150 ℃，再以15 ℃·min-1升至250 ℃，保留2 min。在全掃模式下采集m/z = 45～260的相對分子質(zhì)量化合物。樣品的進樣體積為150 mL。

圖2 聯(lián)用裝置進、出口TSP濃度比較Fig.2 Comparison of TSP concentrations between inlet and outlet

2 實驗結(jié)果與討論

2.1 TSP濃度和去除效率研究

分別在中試開始的第1天、第7天和第15天于生物滴濾塔－光催化一體化(BTF-PCO)聯(lián)用裝置的進口處和出口處采集TSP樣品。圖2給出了不同采樣時間聯(lián)用裝置進、出口處TSP的濃度。從圖中可知，聯(lián)用裝置進口處3次采集樣品中TSP的質(zhì)量濃度分別是6783.0、3792.5和7387.9 μg·m-3, 均遠遠高于中國環(huán)境空氣質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)的二級標(biāo)準(zhǔn)(300 μg·m-3, GB 3095－2012)，分別是二級標(biāo)準(zhǔn)濃度的22.6倍、12.6倍和24.6倍。經(jīng)過聯(lián)用裝置處理后，出口TSP質(zhì)量濃度分別大幅降低至1437.5、747.4和1750.9 μg·m-3，對應(yīng)的去除率分別為78.8%、80.2%和76.3%。這一結(jié)果表明聯(lián)用裝置可以較好地去除電子拆解過程產(chǎn)生的高濃度TSP。然而，通過對比進口和出口的TSP濃度發(fā)現(xiàn)，雖然有近80%的TSP被去除，但是出口TSP濃度仍然較高，可能原因如下：其一，由于中試現(xiàn)場主要是采用焚燒的方法來進行電子垃圾拆解，所以拆解過程產(chǎn)生的煙塵中含有不同大小粒徑的顆粒物，這些顆粒物均被收集進入聯(lián)用裝置，在隨后的除塵過程中，由于大顆粒物(如動力學(xué)當(dāng)量直徑大于100 μm的顆粒物)較易被去除而被聯(lián)用裝置優(yōu)先去除，對小的顆粒物(比如直徑小于100 μm的顆粒物，TSP)的去除效果造成了一定影響，導(dǎo)致出口TSP濃度仍然較高；其二，由于聯(lián)用裝置放置的位置比較靠近廢氣源，且產(chǎn)生的TSP濃度過高，導(dǎo)致這些在拆解過程中產(chǎn)生的高濃度TSP在聯(lián)用裝置中的停留時間過短，進而導(dǎo)致

TSP來不及被聯(lián)用裝置完全去除就被排出。

圖3 TVOC濃度變化和BTF、PCO和BTF-PCO對TVOC的去除率比較Fig.3 Comparison of concentration of TVOC and its removal efficiency by BTF, PCO and BTF-PCO

圖4 VOCs的組成和濃度變化情況Fig.4 Composition and concentration change of VOCs

第1天、第7天和第15天電子垃圾拆解過程產(chǎn)生總VOCs(TVOC)的濃度變化情況如圖3所示。從圖中可以看出，這3天采集的樣品中TVOC質(zhì)量濃度分別為(6604.3±448.0)、(5499.1±854.7)和(26834.0±447.0) μg·m-3，遠遠高于城市垃圾壓縮過程產(chǎn)生的TVOC（Li等，2013），但是低于油漆生產(chǎn)加工現(xiàn)場排放的TVOC（He等，2012）。我們課題組前期研究表明BTF-PCO聯(lián)用工藝可以有效地去除城市垃圾壓縮現(xiàn)場和油漆生產(chǎn)加工現(xiàn)場的VOCs（He等，2012；Li等，2013；陳江耀等，2010），因此在本文中BTF-PCO工藝也被應(yīng)用于處理電子垃圾拆解過程產(chǎn)生的VOCs。我們首先考察了BTF和PCO分別對TVOC的去除情況。從圖3可以看出，盡管TVOC的進口濃度有較大幅度的波動，但BTF對TVOC的去除率在逐漸升高(由60.4%增加到79.1%)，這是因為BTF中的微生物逐漸生長穩(wěn)定，其生物量也逐漸增加，因此微生物對TVOC的去除率都有所增加。但是BTF對TVOC的去除率卻低于PCO。PCO對TVOC的去除率雖然有所降低，但是去除率仍保持在84.6%以上。然而，相比于單獨使用BTF或者PCO，BTF-PCO聯(lián)用工藝對TVOC表現(xiàn)出更好和更穩(wěn)定的去除能力，其對TVOC的去除率穩(wěn)定在95.4%以上，這一結(jié)果表明BTF-PCO聯(lián)用工藝可以有效地去除電子垃圾拆解現(xiàn)場排放的VOCs。

中試現(xiàn)場VOCs的組成和濃度水平如圖4所示。從圖中可以看出，中試現(xiàn)場VOCs主要由芳香烴類VOCs、鹵代烴類VOCs、含氮含氧類VOCs和脂肪烴類VOCs組成。由于在采樣期內(nèi)拆解的電子垃圾的種類和數(shù)量有所不同，導(dǎo)致了這四類VOCs的濃度在采樣期間劇烈變化，但是總體來看，這四類VOCs的濃度大小呈現(xiàn)出如下的規(guī)律：芳香烴類VOCs的濃度最高，第1天、第7天和第15天采集樣品中對應(yīng)的質(zhì)量濃度分別為(3119.6±217.0)、(2369.9±359.8)和(24419.6±229.5) μg·m-3；含氮含氧類VOCs次之，質(zhì)量濃度分別為(2144.2±167.5)、(1018.2±142.1)和(1141.8±74.5) μg·m-3；鹵代烴類VOCs的質(zhì)量濃度與含氮含氧類VOCs的較為接近，其質(zhì)量濃度分別是(1295.9±62.7)、(1936.6±353.3)和(1170.6±146.5)

μg·m-3；脂肪烴類VOCs的質(zhì)量濃度最低，分別為(44.6±0.8)、(174.4±0.5)和(102.0±3.4) μg·m-3。

圖5 BTF、PCO和BTF-PCO去除VOCs情況Fig.5 Removal of VOCs by BTF, PCO and BTF-PCO

基于中試現(xiàn)場VOCs污染狀況，我們開展了BTF、PCO和BTF-PCO工藝對現(xiàn)場VOCs處理效果的研究，結(jié)果如圖5所示。從圖中可以看出，BTF對芳香烴類VOCs、含氮含氧類VOCs、鹵代烴類VOCs和脂肪烴類VOCs的去除率分別在62.9%～79.2%、54.1%～90.1%、29.5%～71.8%和48.3%～86.2%。比較不同時間BTF對這幾類VOCs去除率發(fā)現(xiàn)，從第1天至第7天，BTF對鹵代烴類和脂肪烴類VOCs的去除率分別從47.9%和66.2%降低到29.5%和48.3%，而對芳香烴類VOCs和含氮含氧類VOCs的去除率則分別從62.9和54.1%增加到65.2%和90.1%。這可能主要是因為相較第1天，第7天的鹵代烴類VOCs和脂肪烴類VOCs的進口濃度急劇升高，而芳香烴類VOCs和含氮含氧類VOCs的進口濃度有所降低所致(如圖4所示)。與第7天相比，在第15天時，BTF對芳香烴類VOCs、鹵代烴類VOCs和脂肪烴類VOCs的去除率明顯升高，然而，對含氮含氧類VOCs的去除率則有所降低。這是因為相比第7天，第15天時鹵代烴類VOCs和脂肪烴類VOCs的進口濃度有所降低，而含氮含氧類VOCs的進口濃度有所增加所致。對比分析表明，BTF對含氮含氧類VOCs、鹵代烴類VOCs和脂肪烴類VOCs的去除率的變化與污染物的進口濃度成正相關(guān)。然而對芳香烴類VOCs而言，雖然其進口濃度顯著升高(從(2369.9±359.8) μg·m-3升至(24419.6±229.5) μg·m-3)，但是BTF對其去除率并沒有降低，反而還有所提高，這可能與BTF所選用的優(yōu)勢菌種有關(guān)，因為本次中試實驗BTF所使用的功能微生物菌群是由降解甲苯、二甲苯和苯乙烯的菌群組成，因此BTF對芳香烴類VOCs能夠有效去除。接下來我們考察了單獨使用PCO工藝來對這四類VOCs的去除效果。從圖5中可以看出，相比于BTF，雖然PCO對這四類VOCs的去除率也會有所浮動，但是總體上PCO對這四類VOCs的去除率更高：對芳香烴類VOCs、含氮含氧類VOCs和鹵代烴類VOCs的去除率分別在85.9%～94.0%、72.0%～91.9%和49.5%～76.1%。特別需要指出的是PCO可以完全去除脂肪烴類VOCs。

由前述單獨使用BTF和PCO技術(shù)處理VOCs的研究可知，BTF和PCO技術(shù)均是去除大氣中VOCs的高效實用單元技術(shù)，但是二者在單獨應(yīng)用于處理實際工業(yè)廢氣時仍然存在一定缺點：對BTF而言，微生物生長比較緩慢，掛膜需要一定的時間才能完成（馬興元等，2009）；而PCO經(jīng)過長時間較高處理負荷后，催化劑表面會積聚大氣細顆粒物，因而掩蔽了紫外光與光催化劑的接觸而造成其效率逐漸降低（陳江耀等，2010）。相較單一BTF或PCO工藝，BTF與PCO的順序式串連工藝具有明顯的優(yōu)點：微生物在前一工序中可以發(fā)揮處理高濃度VOCs的效果，而在后一工序中的PCO技術(shù)可以對于微量毒害性VOCs進行深度氧化達標(biāo)排放。從圖5可以看出，相比于較單獨使用BTF或者PCO工藝，BTF-PCO聯(lián)用技術(shù)對VOCs的去除率明顯提高：芳香烴類VOCs、含氮含氧類VOCs、

鹵代烴類VOCs和脂肪烴類VOCs的去除率分別大于或者等于97.0%、92.4%、83.4%和100%。

圖6 BTF、PCO和BTF-PCO工藝對TVOC的去除負荷-負荷率對比圖Fig.6 Comparative elimination capacities of BTF, PCO and BTF-PCO versus different loading rates of TVOC

2.3 反應(yīng)器去除能力評價

教學(xué)反饋是整個教學(xué)過程必不可少的一環(huán)。為了更好地了解學(xué)生的學(xué)習(xí)效果和學(xué)習(xí)需求，便于后期改進課程，筆者通過“問卷星”網(wǎng)站設(shè)計了一個問卷調(diào)查。問卷共10道題目，包括客觀題和主觀題，客觀題又分為單項選擇題和多項選擇題。問卷題目聚焦學(xué)生的學(xué)習(xí)動機、學(xué)習(xí)興趣、對于學(xué)習(xí)內(nèi)容和學(xué)習(xí)形式的需求等方面。筆者通過QQ群向兩個班級發(fā)放問卷，收回有效問卷共43份。

VOCs的去除率在某種程度上反映了裝置的性能。但是，由于去除率與VOCs進口濃度有密切聯(lián)系，其可能隨著進口濃度的變化而變化。例如，當(dāng)進口濃度非常低時，去除率可能相當(dāng)高。另外，裝置的尺寸大小也需要考慮進去。因此，本文引入了與進口濃度及設(shè)備尺寸大小無關(guān)的2個物理量——去除負荷和負荷率來衡量工藝的性能（Paca等，2006）。去除負荷是指單位時間內(nèi)單位體積反應(yīng)器所降解的VOCs量，其反映了處理系統(tǒng)的去除能力。去除負荷與有機負荷的比值反映了對有機物降解的程度。比值越高，分解得越徹底，產(chǎn)生的中間產(chǎn)物越少。當(dāng)其值等于1時，表明有機物已被完全降解，并且其產(chǎn)物完全是環(huán)境友好型產(chǎn)物，如水、二氧化碳和其他無機物（He等，2012；An等，2010）。BTF、PCO和BTF-PCO工藝的有機負荷和去除負荷關(guān)系如圖6所示。虛線和實線的斜率分別代表TVOC理論上完全降解和TVOC實際去除率。顯然，各工藝的去除負荷隨著TVOC的有機負荷的增長而呈線性增長(線性系數(shù)R2＞ 0.987)，表明進口處有機負荷的增加對單一或聯(lián)用工藝對VOCs的去除率并沒有抑制作用，并且其最大去除負荷值主要取決于進口有機負荷值。對BTF工藝而言，當(dāng)有機負荷最大值為15.8 g·m-3·h-1時，其去除負荷值達到最大值12.5 g·m-3·h-1，而PCO工藝的最大去除負荷僅為4.4 g·m-3·h-1，因為其有機負荷較小，其最大值僅為5.2 g·m-3·h-1。值得指出的是BTF-PCO聯(lián)用工藝的最大去除負荷值僅為9.4 g·m-3·h-1，比BTF的低，這是因為本次中試中使用的BTF-PCO反應(yīng)器具有較大的體積。從以上結(jié)果可以得出：在本次中試實驗中，最大去除負荷值按順序排列為：BTF ＞ BTF-PCO ＞ PCO。BTF、PCO 和BTF-PCO工藝的擬合直線斜率分別為0.751、0.871和0.966，表明VOCs的去除率大小排列為：BTF-PCO ＞ PCO ＞BTF。另外，BTF-PCO聯(lián)用工藝的擬合直線斜率接近1，表明BTF-PCO聯(lián)用工藝幾乎能夠完全降解VOCs，并且產(chǎn)物全部為環(huán)境友好型產(chǎn)物，無二次污染產(chǎn)生。從以上結(jié)果可以看出，由于有效地結(jié)合了BTF較高的去除負荷和PCO較高的去除率，因此在本文中BTF-PCO聯(lián)用工藝能高效去除VOCs。

3 結(jié)論

(1)電子垃圾拆解現(xiàn)場排放的廢氣中含有高濃度的TSP和芳香烴類VOCs、含氮含氧類VOCs、鹵代烴類VOCs和脂肪烴VOCs。

(2)生物滴濾塔和光催化一體化組合工藝可以有效地去除VOCs，TVOC的去除率在95.4%以上，基本上可以實現(xiàn)電子垃圾拆解過程排放廢氣中VOCs的達標(biāo)排放。

(3)將微生物和光催化氧化技術(shù)2種不同的工藝有效結(jié)合，提出一種適合于電子垃圾拆解過程廢氣治理的兩段式組合工藝，為電子垃圾拆解等特殊工業(yè)排放有機廢氣的高效去除提供了一種新的研究思路。

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Pilot-scale study on waste gas treatment from e-waste dismantling by combined technique of biological trickling filter with photocatalytic oxidation

HUANG Yong1,2, CHEN Jiangyao1, LI Jianjun3, LIAO Dongqi3, LI Guiying1, AN Taicheng1*
1. State Key Laboratory of Organic Geochemistry and Guangdong Key Laboratory of Environmental Resources Utilization and Protection, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Science, Guangzhou 510640, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. Guangdong Provincial Key Laboratory of Microbial Culture Collection and Application, Guangdong Institute of Microbiology, Guangzhou 510070, China

Pilot-scale study of removal of e-waste dismantling waste gas by combined technique of biological trickling filter (BFT) and photocatalytic oxidation (PCO) were conducted in the work. Results showed that high concentrated total suspended particulate (TSP) and volatile organic compounds (VOCs) were detected from the emitted gas from e-waste dismantling process. The concentration of TSP was in the range of 3792.5 to 7387.9 μg·m-3, which was much higher than 3rd grade value of Chinese ambient air quality control criteria (500 μg·m-3). And VOCs were mainly composed of aromatic, oxygenated and nitrogenated, halogenated and aliphatic VOCs with the concentration between 5499.1±854.7 and 26834.0±447.0 μg·m-3. Among these four kind of VOCs, aromatic VOCs account for the highest content with the concentration of 2369.9 ± 359.8 to 24419.6±229.5 μg·m-3, followed with oxygenated and nitrogenated VOCs, and halogenated VOCs with the concentrations ranged from 1018.2±142.1～2144.2±167.5 μg·m-3and 1170.6±146.5～1936.6±353.3 μg·m-3. The concentration of aliphatic VOCs was the lowest of 44.6±0.8 and 174.4±0.5 μg·m-3. Compared with single BTF and PCO, BTF-PCO combined technique displayed more effective capability in the removal of both TSP and VOCs emitted from e-waste dismantling process. It was found that the concentration of TSP greatly decreased to 747.4～1750.9 μg·m-3after BTF-PCO treatment with the removal efficiency of more than 76.3%. In the case of VOCs, the removal efficiencies are equal to or higher than 97.0%，92.4%，83.4% and 100% for aromatic, oxygenated and nitrogenated, halogenated and aliphatic VOCs, respectively.

e-waste; total suspended particulate; volatile organic compounds; biotechnology; photocatalytic oxidation; pilot-scale study

X76

A

1674-5906（2014）05-0817-07

廣東省科技計劃項目(2012A032300017)；佛山市院市合作項目(2012HY100101)；國家自然科學(xué)基金項目(41373102)；廣東省自然科學(xué)基金團隊項目(S2012030006604)

安太成，研究員，博士，主要從事環(huán)境污染與控制技術(shù)及其應(yīng)用方面的研究工作。*

2014-03-04

黃勇，陳江耀，李建軍，廖東奇，李桂英，安太成. 生物滴濾塔耦合光催化氧化技術(shù)處理電子垃圾拆解車間排放廢氣的中試研究[J]. 生態(tài)環(huán)境學(xué)報, 2014, 23(5): 817-823.

HUANG Yong, CHEN Jiangyao, LI Jianjun, LIAO Dongqi, LI Guiying, AN Taicheng. Pilot-scale study on waste gas treatment from e-waste dismantling by combined technique of biological trickling filter with photocatalytic oxidation [J]. Ecology and Environmental Sciences, 2014, 23(5): 817-823.