生物膜處理有機廢氣的工藝技術(shù)與應(yīng)用

余達蔚

（佛山市環(huán)境工程裝備有限公司，廣東 佛山 528000）

在工業(yè)生產(chǎn)過程中，化工廠等大型企業(yè)會產(chǎn)生大量廢氣，其中含有各種類型的有機污染物，這些污染物會對環(huán)境產(chǎn)生較大的危害，也不利于人體健康。因此，美國、英國等發(fā)達國家對有機廢氣的排放有著十分嚴(yán)格的規(guī)定。而在我國，由于管理范圍大、化工廠數(shù)量多等因素，一些廠家的有機廢氣排放并沒有達到國家制定的排放標(biāo)準(zhǔn)。鑒于此，如何更加有效地處理有機廢氣，就成為促進經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的重要工作。

1 生物膜處理有機廢氣的相關(guān)概述

化工廠排放的有機廢氣主要含苯、甲苯、二甲苯、丙烯酸、醚類、脂類、醇類、酮類及苯乙烯等，不同化工產(chǎn)品所產(chǎn)生的廢氣成分有所區(qū)別。目前，我國相關(guān)企業(yè)處理有機廢氣的常見方式主要是吸收、吸附及燃燒這三種處理方式。這三種方法雖然在治理有機廢氣的過程中起到了很大的作用，但也存在一些問題。具體來說，在采用吸收法和吸附法處理廢氣的過程中，用到的處理劑需要進行再生處理，這使得相關(guān)工藝流程的成本大大增加，并且由于再生工藝比較復(fù)雜，稍有疏忽就可能產(chǎn)生安全事故，必須交由專人專門處理，導(dǎo)致運行、操作的時間延長，處理有機廢氣的效率較低[1]。而在采用燃燒法的過程中，燃燒時存在較大的安全隱患，不完全燃燒還會產(chǎn)生新的有害污染物，溫度過高又會產(chǎn)生NO等有毒物質(zhì)，造成二次污染。

生物膜法最早用于處理污水，包括城市生活污水及工業(yè)生產(chǎn)污水，其相關(guān)工藝技術(shù)也比較成熟。隨著對生物膜法研究的不斷深入，人們開始將生物膜法用于廢氣的處理中[2]。與傳統(tǒng)的有機廢氣處理法相比，生物膜法具有工藝設(shè)備簡單、操作容易、管理方便、維護成本低等優(yōu)點，其工藝成熟度也較高。生物膜處理技術(shù)的原理是利用微生物在填料表面的附著生長，對過濾的氣體進行吸附消解，從而達到凈化廢氣的目的。

2 生物膜處理技術(shù)的優(yōu)勢

生物膜技術(shù)處理有機廢氣主要具有以下優(yōu)勢：一是生物膜上的微生物，具有多樣化的特點，包括好氧菌與厭氧菌，能夠完成對有機廢氣中的大部分物質(zhì)的吸附[3]。二是生物膜本身的含水率非常低，每個單位內(nèi)含有的微生物量非常大，因而具備較高的處理能力。三是在使用生物膜處理技術(shù)的過程中，其工藝流程非常穩(wěn)定，不會消耗過多的能量，減少了不必要的能源消耗。總之，在處理有機廢氣的過程中，生物膜處理不失為一種較好的工藝。

3 生物膜處理有機廢氣的處理裝置

利用生物膜技術(shù)處理有機廢氣，其使用的裝置主要是生物濾池、生物滴濾池。

3.1 生物濾池

生物濾池處理有機廢氣的大體流程如圖1所示。其中，1表示增濕器或調(diào)節(jié)器，2表示生物濾池。實際上，生物濾池中含有多種物質(zhì)，既包括具有一定吸附能力的泥炭、活性炭、土壤及灰泥等濾料，又含有各種營養(yǎng)元素（K2HPO4、NH4NO3等）和pH緩沖劑[4]。當(dāng)有機廢氣進入生物濾池后，可以通過各種介質(zhì)為微生物提供碳源，發(fā)生傳質(zhì)與生化反應(yīng)，并逐漸在濾料床層中形成微生物膜，促進有機氣體中的污染物持續(xù)產(chǎn)生降解反應(yīng)。

圖1 生物濾池處理有機廢氣流程

在生物濾池處理有機廢氣的過程中，活性炭等濾料的吸附能力較強，能夠加速濾池中微生物細(xì)胞外酶與氣體中的有機物質(zhì)進行結(jié)合，并在濾料與生物膜的交界處進行濃縮，進而提升濾池內(nèi)的生化反應(yīng)速率，加快凈化有機廢氣的速度[5]。

3.2 生物滴濾池

生物滴濾池處理有機廢氣的大致流程如圖2所示。圖中，1表示儲水槽；2表示生物滴濾池。相關(guān)領(lǐng)域的人員也將生物滴濾池稱為生物濾池，但實際上生物滴濾池與生物濾池有著本質(zhì)上的區(qū)別。在處理有機廢氣的過程中，兩者的區(qū)別明顯，濾池中所選用的填料不同。在生物濾池中，其使用的填料大都是具有一定吸附能力的物質(zhì)；而在生物滴濾池中，其使用的填料一般為不具備吸附能力，填料顆粒的空隙比較大的濾料，如粗碎石、塑料蜂窩狀的填料等[6]。

通過對圖2進行觀察，可以發(fā)現(xiàn)回流水通過下部的濾池，向上流動并噴灑到填料床層上，再沿著生物膜流淌而下。溶解于水中的有機污染物被附著在填料上的微生物吸收，進入微生物細(xì)胞，在微生物體內(nèi)作為能源和營養(yǎng)物質(zhì)被吸收分解，最終轉(zhuǎn)化成無害的化合物（如H2O和CO2），工作人員既能夠?qū)Φ螢V池中的pH進行控制，也可以在回流水中添加K2HPO4、NH4NO3等物質(zhì)，為濾池中的微生物提供其生長所需的營養(yǎng)物質(zhì)。

圖2 生物滴濾池處理有機廢氣流程

生物滴濾池屬于連續(xù)循環(huán)流動的水系，該系統(tǒng)包括氣體、液體及固體三種物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化。不過，從其整體的運行情況來講，其主要過程仍是傳質(zhì)及生化反應(yīng)的串聯(lián)。在相關(guān)環(huán)節(jié)都設(shè)計合理的情況下，濾池中的生物膜反應(yīng)設(shè)備上都含有大量的微生物，其濃度較高，能夠促進有機氣體的快速處理，處理效率較高[7]。使用這種有機廢氣處理方式，企業(yè)能夠減少投資，將反應(yīng)裝置進行小型化處理，降低成本投入。

4 工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

4.1 生化降解動力學(xué)方面的研究

我國生物膜處理有機廢氣的研究起步較晚，技術(shù)體系不是非常成熟，導(dǎo)致相關(guān)參數(shù)的制定并非十分準(zhǔn)確。為了進一步提高生物膜處理技術(shù)的應(yīng)用水平，相關(guān)人員對生化降解動力學(xué)流程展開研究。由于其涉及氣體、固體及液體的相互轉(zhuǎn)化，影響微生物降解速率的因子較多。人們將濾池中的生物膜作為固液混合單體進行研究，對不同反應(yīng)階段的濃度變化情況進行分析，通過探究生物濾池中發(fā)生的一系列反應(yīng)，得出以下數(shù)學(xué)模型：

式中，C代表貫穿深度為x時污染物的濃度，mg/m3；C0為進氣中污染物的濃度，mg/m3；b為生化一級反應(yīng)速率常數(shù)，h-1；x為有機廢氣在濾池中軸向貫穿的距離，m；V為有機廢氣軸向貫穿空隙的速度，m/h；km為分配系數(shù)。

當(dāng)凈化去除率的具體數(shù)值確定后，通過式（1）進行計算，人們就能夠得出生物濾池的相關(guān)數(shù)據(jù)，為設(shè)計生物濾池提供參考依據(jù)。

4.2 生物濾池濾料性的研究

在生物膜處理的過程中，濾料不僅能夠起到支撐的作用，還能夠?qū)ξ⑸锏扔袡C物進行吸附。因此，研究生物濾池中濾料的特性，對完善濾池的結(jié)構(gòu)具有非常重要的意義。常見的濾料包括灰泥、土壤、活性炭及硅藻泥等物質(zhì)。人們最常進行的就是關(guān)于灰泥與活性炭這兩種濾料的試驗。生物濾池中灰泥及活性炭的性能比較如表1所示，結(jié)果表明，活性炭在分配系數(shù)等參數(shù)上均優(yōu)于灰泥。

表1 生物濾池中灰泥及活性炭的性能比較

5 結(jié)論

生物膜處理技術(shù)作為一種新型技術(shù)，具有十分突出的優(yōu)點，然而在處理有機廢氣的過程中，其依然有諸多的問題需要進一步探討試驗，篩選出能高效降解各種惡臭有毒氣體的優(yōu)勢菌種，從而縮短反應(yīng)啟動時間，加快生物反應(yīng)進程，提高處理效率。未來，在生物膜處理技術(shù)研究方面，除應(yīng)繼續(xù)加大生物低濾處理廢氣的效果研究，還要關(guān)注和重視應(yīng)用化工環(huán)保材料。

1 郭 智，張新妙，欒金義，等.氣隙式膜蒸餾技術(shù)研究進展[J].現(xiàn)代化工，2017，37（4）：16-19.

2 郭 智，張新妙，章晨林，等.膜蒸餾過程強化及優(yōu)化技術(shù)研究進展[J].化工進展，2016，35（4）：981-987.

3 羅 鳴，王 琪，沈志鵬，等.日本膜技術(shù)的發(fā)展與產(chǎn)業(yè)化及其借鑒意義[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報，2014，4（5）：442-450.

4 黃 勇，陳江耀，李建軍，等.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.

5 酈 琪，曹文平，張學(xué)楊，等.生物膜法在廢氣中有機物去除的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J].廣州化工，2014，42（3）：18-20.

6 魏 薇，曹文平.生物膜技術(shù)在生物-生態(tài)修復(fù)技術(shù)治理污染水體中的研究[J].節(jié)水灌溉，2013，26（11）：39-43.

7 陳永嬋.小議利用生物膜法處理有機廢氣的幾點體會[J].科技與企業(yè)，2013，36（6）：140.