第４４卷第２３期 ２０１６年ｌ２月 广州化工 ＶｏＩ＿４４ Ｎｏ．２３ Ｄｅｃ．２Ｏ１６ Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｉｎｄｕｓｔｒｙ 生物法处理有机废气的研究进展 涂燕红 ，郝双龙 ，齐水冰 ，李惠萌 （１广东环境保护工程职业学院，广东 佛山５２８２１６；２华润水泥控股有限公司，广东 深圳 ５１８０５７） 摘 要：随着经济的飞速发展，大量挥发性有机废气（ＶＯＣｓ）的排放严重污染了人类的生存环境。生物法处理ＶＯＣｓ具有易 操作、维护方便、净化效率高、运行费用低、安全性高、无二次污染等优点而备受世界各国的广泛关注。本文综述了生物法处理 ＶＯＣｓ的基本原理、常见处理工艺及特点，并对去除效率的影响因素进行了分析，结合生物法处理ＶＯＣｓ的研究现状对发展前景进 行了展望。 关键词：挥发性有机废气；生物法；去除效率 中图分类号：ＴＫ４１１＋．５ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００１—９６７７（２０１６）０２３—００３０—０３ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ ｏｎ Ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ Ｔｒｅａｔｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ ＨＡＯ Ｓｈｕａｎｇ—ｌｏｎｇ ，ＱＩ Ｓｈｕｉ—ｂｉｎｇ ，ＬＩ Ｈｕｉ—ｍｅｎｇ （１ Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ ｏｆ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｆｏｓｈａｎ ５２８２ １ ６； ，ＴＵ Ｙａｈ—ｈｏｎｇ’２ Ｃｈｉｎａ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｃｅｍｅｎｔ Ｈｏｌｄｉｎｇｓ Ｌｉｍｉｔｅｄ，Ｇｕａｎｇｄｏｎｇ Ｓｈｅｎｚｈｅｎ ５ １ ８０５７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｒａｐｉｄ ｅｃｏｎｏｍｙ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，ａ ｌａｒｇｅ ｑｕａｎｔｉｔｙ ｏｆ ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ（ＶＯＣｓ）ａｒｅ ｒｅｌｅａｓｅｄ，ｉｔ ｉｓ ｈａｒｍｆｕｌ ｔｏ ｈｕｍａｎ ｈｅａｌｔｈ．Ｂｉｏｐｕｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ＶＯＣｓ ｈａｓ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｓｉｍｐｌｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ，ｃｏｎｖｅｎｉｅｎｔ ｍａｉｎｔｅｎａｎｃｅ，ｈｉｇｈ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ，ｌｏｗ ｏｐｅｒａｔｉｎｇ ｃｏｓｔ，ｈｉｇｈ ｓａｆｅｔｙ ａｎｄ ｓｍａｌｌ ｓｅｃｏｎｄａｒｙ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ，ａｎｄ ｉｔ ｈａｓ ｒｅｃｅｉｖｅｄ ｅｘｔｅｎｓｉｖｅ ａｔｔｅｎｔｉｏｎ ｏｆ ａｌｌ ｃｏｕｎｔｒｉｅｓ ｉｎ ｔｈｅ ｗｏｒｌｄ．Ｔｈｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｂｉｏｆｉｌｔｅｒ，ｃｏｍｍｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｗｅｒｅ ｒｅｖｉｅｗｅｄ，ａｎｄ ｔｈｅ ｋｅｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｆｏｒ ＶＯＣｓ ｗｅｒｅ ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｂａｓｅｄ ｏｎ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｆｏｒ ＶＯＣｓ，ｔｈｅ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ ｆｏｒ ＶＯＣｓ ｉｎ ｔｈｅ ｆｕｔｕｒｅ ｗｅｒｅ ｐｒｏｓｐｅｃｔｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ（ＶＯＣｓ）；ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｍｅｔｈｏｄ；ｒｅｍｏｖａｌ ｅｆｉｃｉｆｅｎｃｙ 挥发性有机废气（Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，ＶＯＣｓ）是指 在常温下饱和蒸气压大于７０．９ｌ Ｐａ，常压下沸点在５０～２６０℃ 物质等小分子有机物 。此过程涉及有机废气在气相、液相和 生物膜相之间的吸收、吸咐、传质及生物降解等一系列复杂过 程 。其原理如图１所示。 之问的具有刺激性气味的有机化合物。大气中ＶＯＣｓ的主要来 源可以分为移动源和固定源一 移动源是指以石油产品为燃料 的交通运输上具排放的废气；固定源主要来自于各种使用有机 溶剂的场合’ 。固定源所排放的有机废气是ＶＯＣｓ污染的主 要来源，在ＶＯＣｓ治理方面已引起高度重视 生物法对无回收价值的中、低浓度ＶＯＣｓ具有良好的处理 效果 。国内外许多学者均对生物法的广泛应用进行了研究， 使该技术在ＶＯＣｓ控制和臭气净化方面都取得了良好的效果， 从而使气相生物法的应Ｊ｝＿｝＿ｊ得到快速增长 。。本文综述了生物法 处理ＶＯＣｓ的基本原理、常见处理工艺及特点，并对去除效率 的影响因素进行了分析，结合生物法处理ＶＯＣｓ的研究现状对 发展前景进行了展望： 图Ｉ 生物法处理原理示意图 Ｆｉｇ．１ Ｔｈｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ １ 生物法处理有机废气的原理 生物法处理有机废气的实质是微生物利用有机废气作为碳 生物法降解过程一般包含以下几个步骤‘ ： （１）有机废气由气相转移到液相的传质过程； 源和能源，维持其生命活动，最终将其分解为ＣＯ：、Ｈ Ｏ和生 第一作者：涂燕红（１９８９一），女，硕士研究生，主要研究方向为有机废气治理。 （２）通过对流和扩散，有机废气从气相传递到生物膜中， 或透过液膜表面再传递到生物膜中； 第４４卷第２３期 涂燕红，等：生物法处理有机废气的研究进展 生物过滤法具有处理效率高、占地面积小、运行费用低及 无二次污染等优点，该技术适用于处理浓度低气体量大的有机 废气。 近年来学者对生物过滤器的研究主要集中在填料的开发、 过程机理和影响因素的研究、微生物相分析、动力学模型研究 及应用范围的拓宽几个方面 。研究表明，生物法降解效率的 高低与填料的选择息息相关，工艺参数设置、微生物菌种及生 物膜蓄积等影响因素对提高和改进生物过滤器性能有重要意 义 一；通过建立理论模型深入地研究生物过滤器的降解机理。 随着该技术的发展和成熟，其应用范围不断扩大。 （３）有机废气被吸附在滤床介质上、或被吸附在生物膜上、 或与水中的其它有机化合物反应合成新的物质； （４）有机废气被微生物分解、转化或合成新的生物膜、产 生新陈代谢副产物及ＣＯ 和Ｈ：Ｏ等小分子物质。 ２ 常见生物处理工艺及特点 目前较为常见的生物法处理工艺主要可分生物洗涤、生物 过滤器生物滴滤 。 ２．１生物洗涤塔 生物洗涤塔（Ｂｉｏｓｃｒｕｂｂｅｒ）通常由生物吸收塔和活性污泥反 应器组成，有机废气在吸收塔内完成吸收和吸附，有机物的降 ２．３生物滴滤塔 生物滴滤塔（Ｂｉｏｔｒｉｃｋｌｉｎｇ Ｆｉｌｔｅｒｓ，ＢＴＦｓ）又称生物滴滤床。微 生物在系统内附着生长，形成具有吸附和生物降解作用的生物 膜，循环营养液从填料上方喷淋而下为微生物生长提供必需的 营养物质。其工艺流程如图４所示。 解主要在污泥反应器中进行，其结构如图２所示。 生物滴滤塔具有压降小、负荷高、传质阻力小、处理效率 高及适用范围广等优点。目前国内外对该技术的应用研究主要 集中在处理对象、工艺参数对运行性能的影响、填料类型、微 生物群落变化及降解动力学等方面 。。 图２生物洗涤器工艺流程 Ｆｉｇ．２ Ｂｉｏｓｃｒｕｂｂｅｒ ｐｒｏｃｅｓｓ 僻壤一 一 荔游 一 图４生物滴滤工艺流程图 Ｆｉｇ．４ Ｂｉｏｔｒｉｃｋｌｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒｓ ｐｒｏｃｅｓｓ 废气首先与营养液和微生物混合、吸附和吸收，部分有机 物在此被分解利用，大部分有机废气与液相混合进入活性污泥 反应器．在此被微生物分解。生物洗涤法采用液相淹没床层的 方式，提高了污染物在液相中的吸附量；另一方面，通过收集 洗涤器中流出液体的方式延长微生物消化污染物的时间’ 。 生物洗涤器具有运行管理条件易于控制和占地面积小等优 点，但该系统存在一次性投资大、运行维护费用高及易发生堵 塞现象等缺点 。水溶性较高和蒸汽压较低的污染物一般采用 该技术处理。 ．覆 ２．４三种生物技术的比较与具体应用条件 生物洗涤、生物过滤和生物滴滤法处理有机废气技术方法 的具体比较见表１ 。 表１ 不同生物法处理有机废气技术方法的比较 Ｔａｂｌｅ １ Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ ｏｆ ＶＯＣｓ ｗｉｔｈ ｂｉｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ２．２生物过滤塔 生物过滤塔（Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ Ｂｉｏｉｆｈｅｒｓ）又称生物过滤床，主要 包括进气系统、预处理系统、填料层、布气承托层以及其它控 制设备等 Ｊ，如图３所示。 阐 艉力 控制 流．Ｉｌ｝讣 阀ｆ Ｉ 机 生污水处 ｊ 图３ 生物过滤器工艺流程图 Ｆｉｇ．３ Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｂｉｏｆｉｌｔｅｒｓ ｐｒｏｃｅｓｓ ３２ 广州化工 ２０１６年１２月 ３ 生物法去除效率的影响因素 生物过滤技术处理效率的影响因素主要有工艺参数、填料 选择、微生物相及生物膜蓄积等。 熟，不同反应器所表现的去除效率差异较大。同时，涉及到 气、液传质及生化降解影响因素较多，该技术的实际应用不够 深入，还需做好以下几个方面的工作： （１）培育针对性强的优势菌种，研究微生物分解有机物的 ３．１ 工艺参数 生物滴滤系统的运行效率在一定程度上决定于系统工艺参 数的设置，为寻求稳定的最适环境，国内外许多学者对生物反 反应机理，发现调控反应速率的关键步骤，缩短处理装置的启 动时间，提高去除效率。 （２）建立模型，注重联系实际，在模仿工业条件下研究与 分析生物法处理有机废气的应用，对关键的模型参数进行改 进，以提高生物处理效率。 （３）加大对填料理化性质的研究，针对填料使用过程中的 堵塞、压实、使用寿命短等问题，选择合适且不易老化的填料 应器在气体停留时间、进口有机负荷和进气流速等方面进行了 研究，为生物反应器在实际工程中的应用奠定了基础 。此 外，对填料的相对湿度、营养液的ｐＨ值以及氮、磷等营养元 素的添加剂量进行了系统细致的研究，为规模化工业应用提供 了具有参考性的前提条件 。 ３．２填料选择 目前用于气相生物过滤系统的填料通常分为有机填料和合 成填料两大类 Ｊ。有机填料因其本身具有微生物生长所需的多 种营养元素及水分，在传统生物法中应用较多；常用的合成填 料有陶瓷粒、活性炭、沸石填料、以及聚氨酯海绵等，因其具 有来源广泛、结构稳定性好等优点而被广泛应用－， 。 为提高微生物对有机废气的降解效率，填料需为微生物生 长提供最佳的生长环境。填料的选择一般需遵循以下原则：填 料必须具有较大的比表面积，以利于微生物对有机废气的吸附 和降解；为给微生物的生长提稳定的液相生存环境，填料必须 具有一定的持水能力；为防止运行过程中发生堵塞现象，填料 必须具有较高的孔隙率；为避免填料发生腐蚀、变形等现象， 填料必须具备较好的结构强度；最后，填料对运行环境必须具 备良好的缓冲能力 Ｊ。 ３．３微生物相与生物膜蓄积 生物法处理有机废气净化效果的好坏决定于微生物量和活 性，生物法净化有机废气时，其生物膜相主要由细菌组成，也 含有真菌和放线菌等其他微生物 。随着分子生物学技术在微 生物领域的应用与发展，分子生物技术从用于微生物的分离、 鉴定及微生物的丰度、活度测定，逐步发展到微生物群落结构 的研究。虽然微生物是降解ＶＯＣｓ的主力军，但其过度繁殖会 造成反应器发生生物膜堵塞现象，进而影响其降解效率。 当附着于填料表面的生物膜的增长速率大于其脱落速率 时，生物膜蓄积量将逐步增加。若系统内积聚的生物膜不能及 时排除，将导致好氧菌大量死亡，兼氧菌和厌氧菌过度繁殖， 最终会使生物膜对有机废气的降解能力大大降低。兼氧菌和厌 氧菌的大量繁殖会产生很多的非目标微生物，非目标微生物在 生长过程中会与目标微生物竞争营养物质，影响目标微生物的 正常生长，使得气态有机污染物不能得到快速有效的去除。微 物膜的过度蓄积还将会引起生物膜的不均匀分布，进而导致诸 多运行问题的发生，最终引起整个处理系统性能下降 …。 ４前景与展望 目前，生物处理技术在有机废气治理方面的应用还不成 作为载体。 （４）对现有处理工艺进行优化，实现自动控制，简化操作， 降低费用。 参考文献 ［１］ Ｍｉｎｅｒｄｉ Ｄ，Ｂｏｓｓｉ Ｓ，Ｇｕｌｌｉｎｏ Ｍ Ｌ，ｅｔ ａ１．Ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ： Ａ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｄｉｒｅｃｔ ｌｏｎｇ—ｄｉｓｔａｎｃｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｆｏｒ ａｎｔａｇｏｎｉｓｔｉｃ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｆｕｓａｒｉｕｍ ｏｘｙｓｐｏｒｕｍ ｓｔｒａｉｎ ＭＳＡ ３５［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔｌａ Ｍｉｃｒｏｂｉｏｌｏｇｙ， ２００９，１１（４）：８４４—８５４． ［２］Ｉｒａｎｐｏｕｒ Ｒ，Ｃｏｘ Ｈ Ｈ Ｊ，Ｄｅｓｈｕｓｓｅｓ Ｍ Ａ，ｅｔ ａ１．Ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ ａｉｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ ｂｉｏｆｉｌｔｅｒｓ ａｎｄ ｂｉｏｔｒｉｃｋｌｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒｓ ｆｏｒ ｏｄｏｒ ａｎｄ ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｒｅｍｏｖａｌ［Ｊ］．Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ Ｐｒｏｇｒｅｓｓ，２００５，２４ （３）：２５４—２６７． ［３］Ｈｕｎｔｅｒ Ｐ，Ｏｙａｍａ Ｓ Ｔ．Ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｖｏｌａｔｉｌｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｅｍｉｓｓｉｏｎｓ： Ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ａｎｄ ｅｍｅ￣ｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ［Ｊ］．Ｈｏｂｏｋｅｎ，Ｎｅｗ Ｊｅｒｓｅｙ： Ｗｉｌｅｙ，２０００：１—８８． ［４］Ｍｏｅ Ｗ Ｍ，Ｑｉ Ｂ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａ ｆｕｎｇａｌ ｂｉｏｆｉｈｅｒ ｔｒｅａｔｉｎｇ ｇａｓ—ｐｈａｓｅ ｓｏｌｖｅｎｔ ｍｉｘｔｕｒｅｓ ｄｕｒｉｎｇ ｉｎｔｅｒｍｉｔｔｅｎｔ ｌｏａｄｉｎｇ［Ｊ］．Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ， ２００４，３８（９）：２２５９－２２６８． ［５］ 王璐．表面活性剂及ｚｎ（ＩＩ）强化生物滴滤器处理有机废气的性能 研究［Ｄ］．长沙：湖南大学，２０１４． ［６］陈宏．管式生物过滤的性能与机理研究［Ｄ］．长沙：湖南大学， ２０１０． ［７］Ｄｅｖｉｎｎｙ Ｊ Ｓ，Ｄｅｓｈｕｓｓｅｓ Ｍ Ａ，Ｗｅｂｓｔｅｒ Ｔ Ｓ．Ｂｉｆｏｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｆｏｒ ａｉｒ ｐｏｌｌｕｔｉｏｎ ｃｏｎｔｒｏｌ［Ｊ］．Ｌｅｗｉｓ Ｐｕｂｌｉｓｈｅｒｓ：Ｂｏｃａ Ｒａｔｏｎ，１９９９：１—２２， ｌ１１—１４０． ［８］Ｙａｎｇ Ｃ Ｐ，Ｃｈｅｎ Ｈ，Ｚｅｎｇ Ｇ Ｍ，ｅｔ ａ１．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｖａｒｉａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｍｅｄｉｕｍ ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｉｎ ｒｏｔａｔｉｎｇ ｄｒｕｍ ｂｉｏｆｉｌｔｅｒ［Ｊ］．Ｃｈｅｍｏｓｐｈｅｒｅ，２００９，７４（２）： ２４５－２４９． ［９］ Ｔｕ Ｙ Ｈ，Ｙａｎｇ Ｃ Ｐ，Ｃｈｅｎｇ Ｙ，ｅｔ ａ１．Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｓａｐｏｎｉｎｓ ｏｎ ｎ—ｈｅｘａｎｅ ｒｅｍｏｖａｌ ｉｎ ｂｉｏｔｒｉｃｋｌｉｎｇ ｆｉｌｔｅｒｓ［Ｊ］．Ｂｉｏｒｅｓｏｕｒｅｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１５：１７５， ２３１—２３８． ［１Ｏ］ 余关龙．聚氨酯海绵填料生物滴滤器去除挥发性有机物的研究 ［Ｄ］．长沙：湖南大学硕士学位论文，２００８． ［１１］ 涂燕红．表面活性剂强化生物滴滤器处理正己烷废气的净化效果 及机理［Ｄ］．长沙：湖南大学，２０１５．