生物降解疏水性VOCs現(xiàn)狀分析

方 翔，程 凱，郭冀峰

(長(zhǎng)安大學(xué) 水利與環(huán)境學(xué)院 旱區(qū)地下水文與生態(tài)效應(yīng)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安 710054)

0 引 言

20世紀(jì)以來，空氣中污染物不斷增加[1]，大氣污染已成為最嚴(yán)重的問題之一[2-3]。揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)中，甲苯、乙苯、對(duì)二甲苯、異戊烷、乙酸乙酯、異丙醇、丙酮、正丙烷、正丁烷和苯乙烯是排放最多的物質(zhì)[4]，具有致癌性、誘變性、毒性，危害環(huán)境[2]。

揮發(fā)性有機(jī)化合物可分為親水性和疏水性2類[5]，疏水性VOCs通過各種工業(yè)活動(dòng)進(jìn)入大氣環(huán)境[6]，包括萜烯類、芳香族和脂肪族碳?xì)浠衔锏萚7]。如苯、甲苯、乙苯和二甲苯(BTEX)被認(rèn)為是最有害VOCs和疏水性VOCs的代表物質(zhì)，廣泛用于汽油生產(chǎn)和化石燃料的提取使用[8-9]。疏水性VOCs對(duì)人體健康和環(huán)境潛在危害巨大，需要高效和環(huán)境友好的處理技術(shù)[10]。

VOCs的降解技術(shù)分為化學(xué)法(如熱氧化、催化氧化、臭氧化)、物理法(如冷凝、吸附、吸收)和生物法(使用生物濾池、生物滴濾器、生物洗滌器和其他生物反應(yīng)器類型)[11]。雖然物理、化學(xué)法對(duì)VOCs去除效果顯著，但存在成本高、能耗高、易產(chǎn)生二次污染等問題[12]，難以滿足我國(guó)節(jié)能減排和發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)的政策要求。相反，利用微生物新陳代謝過程對(duì)多組分的惡臭氣體和VOCs進(jìn)行降解[13]，具有建設(shè)運(yùn)行成本低、無二次污染、高效等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注[14-15]。研究表明，在處理低質(zhì)量濃度VOCs(<3 g/m3)時(shí)，大部分生物反應(yīng)器對(duì)惡臭氣體和VOCs的去除效率超過90%，對(duì)某些污染物的去除率甚至可達(dá)99%[16]。雖然物理、化學(xué)法可有效去除VOCs，但在VOCs濃度較低時(shí)經(jīng)濟(jì)效益較差，且VOCs和惡臭氣體濃度一般在低～中等[17]。生物法具有高效、低成本和環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)[18]，是目前公認(rèn)降解中低濃度VOCs的最佳方法。

目前生物降解疏水性VOCs主流工藝已中試，并取得了較好效果。LIANG等[19]使用中試規(guī)模生物濾池與噴霧塔結(jié)合，去除紡織印染廢水處理廠排放的VOCs，結(jié)果表明該工藝對(duì)脂肪烴、芳香烴及鹵代烴降解效率良好。YANG等[20]利用中試生物滴濾器處理化纖廢水處理廠排放的VOCs，對(duì)甲醇、乙醇、乙酸甲酯、苯、二甲苯、環(huán)己烷、三氯乙烯的平均去除效率均高于90%。

利用生物反應(yīng)器降解VOCs是一個(gè)復(fù)雜的過程[21]，VOCs的生物利用度和傳質(zhì)是影響微生物降解污染物的關(guān)鍵因素[6]。然而，由于疏水性VOCs的低溶解性，導(dǎo)致其從氣相到液相傳質(zhì)效率較低，限制了化合物對(duì)微生物的供給，導(dǎo)致去除效率較差[22-24]。因此提高疏水性VOCs在生物反應(yīng)器的傳質(zhì)效率至關(guān)重要。

近年來，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)VOCs在生物反應(yīng)器中的降解進(jìn)行了大量研究，但對(duì)疏水性VOCs研究較少。筆者分析了影響疏水性VOCs降解率的因素，通過應(yīng)用真菌、添加表面活性劑、利用親水性化合物和新型生物反應(yīng)器4方面改善疏水性VOCs的生物降解效率，以期指導(dǎo)疏水性VOCs在生物反應(yīng)器中的去除。

1 疏水性VOCs在生物反應(yīng)器中降解效率的影響因素

VOCs從氣相到液/生物膜相的傳質(zhì)與亨利定律常數(shù)(Hc)有關(guān)[25]。亨利定律常數(shù)為VOCs在空氣中的壓力或濃度(Cg)與其在水中濃度(Cl)的比值，亨利定律系數(shù)越大，傳質(zhì)效率越低。因此提高疏水性VOCs的傳質(zhì)效率至關(guān)重要，對(duì)于亨利定律常數(shù)較高的VOCs，其在生物反應(yīng)器中的降解能力有限[26]。疏水性VOCs降解效率主要受污染物傳質(zhì)、微生物群落及填料影響[27]?；诤嗬沙?shù)的VOCs分類見表1，該常數(shù)可用于估算傳質(zhì)限制的強(qiáng)弱。

表1 基于亨利定律常數(shù)的VOCs分類[6，8，28-32]

1.1 污染物的傳質(zhì)

VOCs在生物反應(yīng)器中的降解過程如圖1所示。

圖1 VOCs在生物反應(yīng)器中的降解過程Fig.1 Degradation process of VOCs in bioreactor

VOCs傳質(zhì)過程包括2個(gè)步驟：① 氣態(tài)VOCs從氣相到液相的吸收傳質(zhì)；② 通過液相與生物膜界面完成液相到生物膜的吸附傳質(zhì)。一般認(rèn)為，傳質(zhì)在兩相界面上處于平衡狀態(tài)，其效率主要由傳質(zhì)系數(shù)、交換面積、排放濃度和流量決定[33]。適當(dāng)?shù)臍怏w溫度能提高氣體水溶性，以達(dá)到最佳的微生物分解代謝速率。此外，非水相溶液也會(huì)改變VOCs在氣相與液相界面之間的平衡，改變亨利系數(shù)，從而影響污染物在生物反應(yīng)器中的傳質(zhì)過程。胡靜濤等[34]在培養(yǎng)液中加入硅油，研究?jī)上喾峙鋽嚢枋椒磻?yīng)器中硅油對(duì)正己烷傳質(zhì)的影響。結(jié)果表明，添加少量硅油就能極大增強(qiáng)液相對(duì)正己烷的吸收能力。這是因?yàn)閂OCs在硅油中的溶解度高于在水中的溶解度，使亨利系數(shù)減小，增加疏水性VOCs向微生物傳質(zhì)的驅(qū)動(dòng)力，從而顯著提高疏水性VOCs的去除效率。同時(shí)，硅油還可降低污染物對(duì)微生物的抑制作用，增強(qiáng)氣液傳質(zhì)效率[35]。

改善污染物在生物反應(yīng)器中的傳質(zhì)效率尤為重要，未來疏水性VOCs在生物膜中的遷移和降解機(jī)理研究有待加強(qiáng)。

1.2 微生物群落

在生物反應(yīng)器中，微生物附著在填料表面形成生物膜，以VOCs作為碳源和能源，通過新陳代謝作用使其降解。因此，微生物群落及其活性是生物反應(yīng)器能有效去除VOCs的關(guān)鍵因素。生物膜一般由細(xì)菌、真菌、放線菌和藻類的混合物組成，在反應(yīng)器中形成一個(gè)十分復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)[36]。

生物膜是反應(yīng)器的關(guān)鍵組成部分，可通過不同類型的接種來實(shí)現(xiàn)，主要接種方式有利用廢水處理廠的活性污泥和篩選高效菌。利用廢水處理廠的活性污泥接種具有操作方便、運(yùn)營(yíng)成本低的優(yōu)勢(shì)，但有致病菌存在的風(fēng)險(xiǎn)，會(huì)降低生物反應(yīng)器運(yùn)行效果。通過篩選高效菌接種能規(guī)避該風(fēng)險(xiǎn)，還能確保生物反應(yīng)器具有較短的啟動(dòng)時(shí)間[37]，因此微生物的篩選尤為重要，不同微生物能降解的目標(biāo)污染物也存在差異。如紅球菌能夠代謝甲苯、除草劑等化合物，Pseudomonasmendocina對(duì)正己烷具有高效的降解能力[38-39]。

利用細(xì)菌降解VOCs研究較多，以細(xì)菌為主的生物反應(yīng)器對(duì)VOCs降解效果良好。如混合廢氣(丙酮、甲基乙基酮和苯)質(zhì)量濃度低于3 000 mg/m3時(shí)，芽孢桿菌對(duì)其去除率可達(dá)98%以上[28]。但隨著環(huán)境變化，如水分減少、pH降低，接種的細(xì)菌對(duì)VOCs的降解效率下降。而真菌對(duì)環(huán)境條件的變化耐受力較強(qiáng)。

1.3 填料

填料為反應(yīng)器中微生物形成生物膜的附著載體，同時(shí)也是氣液傳輸?shù)慕橘|(zhì)，主要功能是促進(jìn)污染物與微生物接觸[40]。因此，填料會(huì)影響污染物在生物反應(yīng)器中的傳質(zhì)及降解效率。理想的填料應(yīng)具備以下特點(diǎn)[41]：① 比表面積大，能附著更多的微生物，加速生物膜的形成，提高污染物的降解效率；② 較高的孔隙率，有利于氣相分布，防止填料堵塞；③ 高持水率，有利于生物膜保持一定濕度，提高微生物的代謝活性及反應(yīng)器的降解效率；④ 機(jī)械強(qiáng)度良好，能維持填料的孔隙率，使用壽命更長(zhǎng)；⑤ 填料無味；⑥ 填料廉價(jià)易得，降低運(yùn)營(yíng)成本。

填料主要分為有機(jī)物質(zhì)和無機(jī)物質(zhì)兩大類。無機(jī)填料包括活性炭、陶瓷、拉西環(huán)、聚氨酯泡沫等；有機(jī)填料有泥碳、堆肥、甘蔗渣、花生殼、木屑等。有機(jī)填料可以提供微生物生長(zhǎng)所需的部分營(yíng)養(yǎng)成分，但機(jī)械強(qiáng)度低。無機(jī)填料具有較高的機(jī)械強(qiáng)度，但需額外添加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。因此實(shí)際應(yīng)用中常將有機(jī)和無機(jī)填料混合，使其性能更加完善[42]。ZHANG等[29]將聚二甲基硅氧烷(PDMS)與泡沫陶瓷復(fù)合后作為填料處理不同濃度的甲苯。結(jié)果表明，進(jìn)氣質(zhì)量濃度為200～1 200 mg/m3時(shí)，甲苯在生物滴濾器中的去除率可達(dá)到100%。這是由于PDMS/泡沫陶瓷復(fù)合填料的高孔隙率能使微生物快速穩(wěn)定地附著，增大氣液接觸面積，降低BTF的傳質(zhì)阻力。進(jìn)氣負(fù)荷較高時(shí)，一些難以降解的污染物可能對(duì)微生物代謝產(chǎn)生抑制作用，導(dǎo)致污染物降解效率顯著下降，甲苯進(jìn)氣負(fù)荷對(duì)生物濾池消除能力的影響如圖2所示。KUMAR等[43]將堆肥和活性炭的混合物作為填料，研究生物濾池對(duì)甲苯的降解性能。進(jìn)氣負(fù)荷高達(dá)6 000 g/(m3·h)時(shí)，甲苯去除率達(dá)到90%。氣體濃度和流速較高時(shí)，生物過濾器中堆肥易壓實(shí)和干燥，但顆?；钚蕴繛檫^濾床提供了更多的結(jié)構(gòu)支撐，促進(jìn)了污染物吸附，表明混合填料可以吸附高負(fù)荷甲苯，對(duì)甲苯的高效降解起關(guān)鍵作用。

圖2 甲苯進(jìn)氣負(fù)荷對(duì)生物濾池消除能力的影響[43]Fig.2 Effect of toluene loading rate on theelimination capacity of the biofilter[43]

在生物反應(yīng)器中，填料會(huì)影響微生物的附著和生物膜的形成，從而直接影響VOCs的降解效率。選擇和開發(fā)合適的填料能為微生物群落的生長(zhǎng)、代謝以及生物膜的發(fā)育提供良好的生態(tài)環(huán)境，為反應(yīng)器長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

2 疏水性VOCs生物降解效率改進(jìn)方法

2.1 真菌生物

微生物是VOCs和惡臭氣體生物降解的催化劑[44]，處理VOCs的微生物通常是細(xì)菌，但以細(xì)菌為基礎(chǔ)的生物反應(yīng)器在低水分、低pH和有限的營(yíng)養(yǎng)濃度下，去除效率下降[45]。疏水性VOCs的低溶解性，限制了其在生物降解過程的傳質(zhì)和反應(yīng)速率[7]。而真菌能在低濕度、低pH的環(huán)境中生存，對(duì)污染物有較好的降解能力[46]。與細(xì)菌相比，真菌具有氣生菌絲的優(yōu)勢(shì)，氣生菌絲在氣相中能形成比細(xì)菌生物膜更大的表面積，有助于疏水性VOCs的吸收。疏水蛋白廣泛存在于真菌氣生菌絲，WOSTEN[47]闡述了疏水蛋白在真菌生長(zhǎng)中的作用及其對(duì)真菌氣生菌絲疏水性的影響，表明水的存在阻礙了氣生菌絲的發(fā)育。絲狀真菌在疏水-親水界面(如氣-水界面)分泌疏水蛋白，形成兩親涂層，降低表面張力，使菌絲突破水氣界面。這種機(jī)制可以使真菌直接從氣相吸收污染物，避免了液體中的傳質(zhì)阻力，因此在疏水性VOCs去除中應(yīng)用更廣泛[48]。部分真菌降解疏水性VOCs實(shí)例見表2。

表2 部分可降解VOCs的真菌

BARBARA等[56]發(fā)現(xiàn)Cladophialophora真菌能有效降解甲苯，并將其完全降解為CO2。MORALES等[57]處理疏水性混合廢氣(甲苯、甲醛、苯甲酚)時(shí)，在生物濾池上接種真菌Rhodococcuserythropolis和Fusariumsolani。結(jié)果表明，在較大污染物進(jìn)氣負(fù)荷下，反應(yīng)器對(duì)甲苯、甲醛和苯甲酚的去除率均較高，表明接種真菌的生物濾池能有效降解甲苯、甲醛和苯甲酚。LI等[58]利用生物滴濾池(BTF)降解苯乙烯，發(fā)現(xiàn)濕度7.7%，pH為2時(shí)，真菌Candidapalmioleophila占主導(dǎo)地位，苯乙烯的去除率最高，達(dá)到95%。表明以真菌為主的BTF在低pH和低濕度條件下表現(xiàn)出良好的處理性能，具有降解苯乙烯的潛力。研究表明，采用混合菌種去除疏水性VOCs效果更好。CHENG等[59]對(duì)比了真菌生物濾池、細(xì)菌生物濾池和混合菌種生物濾池對(duì)甲苯的去除效率，結(jié)果表明混合菌種生物濾池對(duì)甲苯的去除率高20%。

微生物可以完全降解多種污染物。真菌的應(yīng)用可以很大程度上改善疏水性VOCs在生物反應(yīng)器中的降解效率，為更好地探索真菌與生物反應(yīng)器降解效率之間的關(guān)系，有必要分析真菌群落結(jié)構(gòu)。

2.2 表面活性劑

由于疏水性VOCs從氣相介質(zhì)傳遞到液相介質(zhì)的效率較低，很大程度上限制了微生物的降解率，因此提高疏水性VOCs的傳質(zhì)效率至關(guān)重要。表面活性劑分為化學(xué)表面活性劑、生物表面活性劑，也可分為陰離子、陽離子、非離子和雙電荷表面活性劑[35]，可通過改變液-液或液-氣界面上的分子力來降低表面張力[6]。研究表明，表面活性劑將疏水有機(jī)污染物分配到表面活性劑膠束的疏水核心以增加其溶解度，可以提高疏水性VOCs去除性能[60-61]，表面活性劑促進(jìn)污染物傳質(zhì)的過程如圖3所示，其中卡車代表促進(jìn)傳質(zhì)因素，如添加表面活性劑。部分表面活性劑在生物反應(yīng)器中的應(yīng)用見表3。

圖3 生物降解過程中的傳質(zhì)和表面活性劑的作用[17]Fig.3 Mass transfer and the function ofsurfactants during the biodegradation[17]

表3 部分表面活性劑在生物反應(yīng)器中的應(yīng)用

SHOOKA等[62]研究了2種非離子表面活性劑(brij35和Tween 20)以及皂苷在自然和酸性微環(huán)境下對(duì)鄰二甲苯(BX)降解效果。結(jié)果表明，添加brij35和皂苷增加了BX的去除效果。YANG等[60]研究了SDS、CTAB、Triton X-100、Tween 80四種表面活性劑對(duì)正己烷亨利系數(shù)的影響。結(jié)果表明，4種表面活性劑對(duì)正己烷均有較強(qiáng)的增溶能力，正己烷的亨利系數(shù)顯著降低，有助于正己烷的降解。

與化學(xué)表面活性劑相比，生物表面活性劑具有環(huán)保、毒性小、可生物降解等優(yōu)勢(shì)，如皂苷、鼠李糖脂等皂苷，是一種具有代表性的生物表面活性劑[64]，QIAN等[61]對(duì)比了加入皂苷的生物濾池(BTF1)與不加皂苷的生物濾池(BTF2)對(duì)乙苯的去除效果。結(jié)果表明，乙苯質(zhì)量濃度為750～2 300 mg/m3，皂苷最佳質(zhì)量濃度在40 mg/L時(shí)，BTF1的降解率從92.1% 降至60.8%，而BTF2的降解率從69.4%降至44.2%。與BTF2相比，添加了皂苷的BTF1獲得了更高的去除率，說明添加皂苷可以促進(jìn)BTF1對(duì)乙苯的生物降解。

氯化揮發(fā)性有機(jī)化合物(CleVOCs)是一種難降解、易揮發(fā)的污染物，屬于疏水性VOCs。CleVOCs對(duì)人體危害極大，且CleVOCs破壞臭氧層、導(dǎo)致光化學(xué)煙霧和二次PM2.5的形成[65-66]。因此，提高CleVOCs生物降解效率十分重要。鼠李糖脂是一類重要的生物表面活性劑，能增強(qiáng)微生物活性和VOCs的溶解度[67-69]。SUN等[63]在2個(gè)相同實(shí)驗(yàn)室規(guī)模的生物滴濾池(命名為BTF1和BTF2)中考察鼠李糖脂和Mg(II)對(duì)1,3-二氯苯去除的影響。結(jié)果表明，鼠李糖脂能有效提高1,3-二氯苯在介質(zhì)中的溶解度。2種添加劑均能顯著促進(jìn)氧轉(zhuǎn)移，在適宜濃度下有利于微生物生長(zhǎng)。

添加表面活性劑不僅可以顯著提高疏水性VOCs在生物反應(yīng)器中的降解效率，還會(huì)影響微生物的生長(zhǎng)。然而，表面活性劑影響微生物生長(zhǎng)過程機(jī)理尚不明確，應(yīng)加強(qiáng)相關(guān)研究。

2.3 親水性化合物

生物反應(yīng)器降解VOCs的效果主要取決于VOCs在生物膜層中的溶解度及其亨利定律常數(shù)[70]，因此，提高疏水性VOCs的溶解度和傳質(zhì)效率尤為重要。有學(xué)者將親水性污染物和疏水性VOCs混合，使不同VOCs產(chǎn)生協(xié)同作用[71]，從而提高疏水性VOCs的溶解度和生物利用度。CHENG等[72]以4-甲基-2-戊酮(親水性VOC)為研究對(duì)象，探討其對(duì)生物滴濾器(BTFs)去除正己烷的積極影響。結(jié)果表明，4-甲基-2-戊酮的存在促進(jìn)了BTFs中正己烷的去除率。DIXIT等[73]研究了正丙醇和甲苯混合物在生物過濾器中的去除效果。結(jié)果表明2種污染物處理效果較好；同時(shí)處理時(shí)，低濃度正丙醇對(duì)甲苯的去除效果顯著，這種增強(qiáng)機(jī)制尚不明確；而高濃度正丙醇(>1 g/m3)對(duì)甲苯去除有負(fù)面影響，可能是由于生物動(dòng)力學(xué)競(jìng)爭(zhēng)。圖4顯示了高負(fù)荷丙醇(>50 g/(m3·h))對(duì)甲苯的去除效果。LPEZ等[30]得到了同樣的結(jié)論，研究BTFs降解甲醇、α-蒎烯、H2S混合氣體時(shí)發(fā)現(xiàn)，親水性化合物甲醇對(duì)α-蒎烯的降解產(chǎn)生拮抗抑制，而甲醇的去除不受α-蒎烯的影響。

圖4 丙醇負(fù)荷對(duì)甲苯脫除的影響[73]Fig.4 Effect of propanol loading on toluene removal[73]

由此可見，不同特性VOCs混合處理時(shí)存在相互的拮抗、協(xié)同、交互作用[71]，其相互作用是疏水性VOCs生物修復(fù)的關(guān)鍵。在實(shí)際工程中，VOCs處理并不是針對(duì)某個(gè)單一化合物，而是不同特性的混合氣體。在處理混合氣體時(shí)，親水性化合物的存在會(huì)影響目標(biāo)污染物的降解效率，探索其機(jī)理十分必要。

2.4 新型生物反應(yīng)器

盡管現(xiàn)有生物處理技術(shù)能夠降解大部分疏水性VOCs，但傳統(tǒng)生物反應(yīng)器對(duì)疏水性VOCs的降解效率較低。因此，有學(xué)者提出了新型生物反應(yīng)器。如兩相分配生物反應(yīng)器(TPPBs)，通常加入與水不混溶的非水相液體(NAPL)可以增強(qiáng)疏水性VOCs的傳質(zhì)[74-75]，在去除疏水性VOCs方面優(yōu)于常規(guī)生物反應(yīng)器[21]，其工作原理如圖5所示。VOLCKAERT等[31]使用硅油作為NAPL，利用TPPBs去除廢水中的二甲硫醚(DMS)、正己烷和甲苯。結(jié)果表明，TPPBs對(duì)疏水性VOCs和親水性化合物有較好的去除效果，表明TPPBs是一種有效且可靠的新型生物反應(yīng)器。目前，大多數(shù)對(duì)TPPBs的研究都集中在氣相到非水相/水相的傳質(zhì)，而忽視了非水相到生物相和水相到生物相的傳質(zhì)。CHEN等[77]在硅油中加入殼聚糖及PseudomonasmendocinaNX-1，以提高正己烷的傳質(zhì)。結(jié)果表明，殼聚糖不僅明顯提高了細(xì)胞表面的疏水性，還可能使疏水細(xì)胞在水相中直接捕獲和降解正己烷，從而明顯改善了氣相到生物相的傳質(zhì)，TPPB1(含殼聚糖)對(duì)正己烷的降解效率比TPPB2(不含殼聚糖)提高約20%。

圖5 TPPB(兩相分配生物器)工作原理[76]Fig.5 Working principle of TPPB[76]

膜生物反應(yīng)器(MBR)是一種替代傳統(tǒng)生物反應(yīng)器處理廢氣的新型工藝，其降解原理如圖6所示。MBR提供了一個(gè)較大的氣液界面和良好的傳質(zhì)條件，適合去除空氣和廢氣中的疏水污染物[14]。在MBR中，兩相(氣相和液相)被膜分離。氣體污染物通過膜的擴(kuò)散，被附著在另一側(cè)的微生物降解。膜的高分子材料被視為傳質(zhì)載體，從而改善了難溶性化合物的傳質(zhì)。MORRAL等[32]采用工業(yè)毛細(xì)微孔聚丙烯膜，在MBR中去除甲苯、異辛烷和己烷。結(jié)果表明，該微孔膜能有效去除不同的疏水性VOCs。其中對(duì)甲苯的去除效率最高，可達(dá)80%～99%。ZHAO等[78]研究了中空纖維膜生物反應(yīng)器(HFMB)對(duì)甲苯和正己烷的去除效果。結(jié)果表明中空纖維膜生物反應(yīng)器可有效降解甲苯和正己烷的混合物。

圖6 膜生物反應(yīng)器(MBR)工作原理[28]Fig.6 Working principle of MBR[28]

生物電化學(xué)系統(tǒng)(BESs)是目前公認(rèn)的一種新穎且有前景的環(huán)境修復(fù)技術(shù)，可將有機(jī)物轉(zhuǎn)化為電能，已被用于去除氣態(tài)VOCs[79]。微生物燃料電池(MFC)和微生物電解電池(MEC)是2種典型的BES[21]。CHEN等[80]建立了一種將紫外輔助光電化學(xué)催化與微生物燃料電池(UV-assisted PEC-MFC)相結(jié)合的新型體系，用于促進(jìn)乙酸乙酯或甲苯的脫除和同時(shí)發(fā)電。在該系統(tǒng)中，甲苯的去除效率達(dá)90%以上。AGNESE等[81]采用MEC對(duì)陰極處的三氯乙烯、氯乙烯等含氯VOCs進(jìn)行脫氯處理，結(jié)果表明，約96%的初始污染物得到有效降解。因此，新型生物反應(yīng)器應(yīng)成為未來主要研究方向。需要進(jìn)一步研究新型生物反應(yīng)器的基本機(jī)理和最佳運(yùn)行條件，構(gòu)建穩(wěn)定的生物系統(tǒng)，提高疏水性VOCs的降解效率。

3 結(jié)語與展望

揮發(fā)性有機(jī)化合物(VOCs)會(huì)對(duì)生態(tài)環(huán)境和人體健康造成危害。生物反應(yīng)器的低成本、高效益和環(huán)境友好特性，使其在廢氣處理領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。相比于物理、化學(xué)法，生物法對(duì)VOCs去除有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。生物法的主要缺點(diǎn)是對(duì)疏水性VOCs的傳質(zhì)效率低，未來應(yīng)從以下方面進(jìn)一步研究：

1)真菌生物可有效改善疏水性VOCs在生物反應(yīng)器中的降解效率，但目前能降解疏水性VOCs的真菌生物較少，且真菌生物生長(zhǎng)周期較長(zhǎng)，導(dǎo)致降解速率降低。未來應(yīng)致力于開發(fā)更多能降解疏水性有機(jī)化合物的真菌，通過控制操作參數(shù)加快真菌的生長(zhǎng)速率。

2)大多數(shù)生物處理研究集中在表面活性劑對(duì)VOCs性能去除的影響。未來需探索表面活性劑對(duì)生物反應(yīng)器中VOCs去除的影響機(jī)理。生物表面活性劑是更環(huán)保、毒性更小、更易生物降解的天然化合物，未來應(yīng)加大對(duì)生物表面活性劑的研究，開發(fā)更多此類表面活性劑。

3)親水性化合物也可以提高疏水性VOCs的去除率，但作用機(jī)制有待進(jìn)一步研究。在實(shí)際處理疏水性VOCs時(shí)，并不是處理某種單一污染物，而是混合氣體，探索其中的精準(zhǔn)機(jī)制十分必要。

4)氯化揮發(fā)性有機(jī)化合物(CleVOCs)疏水性較強(qiáng)，降解過程中副產(chǎn)物有毒，對(duì)人體和環(huán)境危害很大，未來應(yīng)加強(qiáng)對(duì)CleVOCs的研究。

5)一些新型生物反應(yīng)器也用于降解疏水性VOCs，雖然新型反應(yīng)器的降解效率明顯提升，但整個(gè)降解過程的成本能耗都較高，需加強(qiáng)相關(guān)研究。