生物法處理有機廢氣技術可以追溯到1950年，起先主要是用于降解空氣中的低濃度惡臭物質。1957美國科學家申請了第一個生物法處理廢氣專利。1970-1980年，生物法在廢氣處理中的應用引起了世界各國的重視，并在歐洲和日本等發(fā)達國家得到了迅速發(fā)展。近年來，荷蘭、德國、日本等國家已經(jīng)有相當數(shù)量工業(yè)規(guī)模的各類生物處理廢氣裝置并且投入工業(yè)化運行，實際運行的生物法廢氣處理設備對污染物的去除率可達90%以上。國內(nèi)許多研究機構包括清華大學等也對生物法處理有機廢氣進行了深入研究，但目前基本都處于試驗室階段，還未能實現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)化推廣。不過，未來生物法在我國具有較為可觀的應用前景。

目前主流的生物法處理有機廢氣技術有三種。按照微生物群落和液相形式，可分為生物過濾、生物滴濾和生物洗滌工藝。同時還有轉鼓生物過濾器、生物板式塔和膜生物膜法等新型廢氣處理工藝。

生物法處理有機廢氣技術生物過濾工藝

生物過濾工藝是利用有較強吸附能力的填料如松樹皮、活性炭、陶粒、堆肥等完成對廢氣污染物的吸附，填料中有大量的微生物，微生物通過吸收捕獲廢氣中的污染物，通過微生物的代謝作用完成對污染物的降解。

在生物過濾器工藝中，廢氣先通過加濕，然后進入生物過濾床。濕潤的污染氣流通過固定有混合菌種的多孔填料，經(jīng)凈化后氣體被排出生物過濾器系統(tǒng)。生物過濾器一般不需要額外補充營養(yǎng)物質(營養(yǎng)不足時，可以偶爾噴灑，主要是補充氮源或者是磷源)，這是因為生物過濾器的填料通常是土壤，堆肥，泥炭，木屑，樹皮，顆?；钚蕴亢退芰喜牧匣蛘邤?shù)種材料混合使用，所以本身就為微生物的生長提供了足夠的營養(yǎng)以及微量營養(yǎng)素。生物過濾器中填料大多包含豐富的菌種，當然也可以額外接種微生物。生物過濾工藝的核心是生物過濾床，理想的生物過濾床應有如下重要特征：(1)用于微生物膜生長以及氣/生物膜傳質的高比表面積；(2)高空隙率，以促進氣體均勾分布；(3)良好的保水能力，避免床層干燥；(4)存在有效的固有營養(yǎng)物質；(5)存在密集的和多樣化的固有菌群。

生物過濾工藝處理廢氣具有工藝簡單、操作方便、運行成本低和處理效果好等優(yōu)點，而且菌種附著在固定填料上比較穩(wěn)定不易流失。當然，生物過濾工藝也有著自身的局限性，只適合處理溶解度高、易生化降解的VOCs，尤其是對高濃度工業(yè)廢氣處理效果較差，耐沖擊負荷能力弱，濾床需要定期更換等缺點。

生物法處理有機廢氣技術生物洗滌工藝

生物洗滌工藝是一個由裝有惰性填料的吸收器和一個活性污泥反應器組成的懸浮活性污泥處理系統(tǒng)，吸收器內(nèi)的惰性填充材料，其主要用于增加氣液相的接觸面積，而不是作為生物相的載體。洗滌循環(huán)液從吸收室頂部噴淋而下，使廢氣中的污染物和氧氣通過溶解和吸附作用實現(xiàn)從氣相至液相的轉移，部分的有機物被直接降解，大部分的有機物進入到活性污泥處理系統(tǒng)，通過活性污泥系統(tǒng)實現(xiàn)有機物的降解，洗滌循環(huán)液在活性污泥系統(tǒng)中通過曝氣再生。目前，大多數(shù)生物洗滌器的運行是以污水處理廠的活性污泥作為接種。

生物洗滌工藝的優(yōu)點是阻力小壓降低、填料由于具有較大的孔隙率因此不易堵塞，不需要定期更換填料，運行過程和反應條件易于控制。但是，其適合治理易溶VOCs，如醇、酮類(Henry系數(shù)<0.01)，污染物濃度一般低于5000 mg/Nm3、氣液傳質的比表面積較小(通常<300 m2·m-3);由于生物洗滌工藝所需的運行設備較多，運行成本較高，且不宜處理進氣流量較大的廢氣，在一定程度限制了生物洗滌工藝在處理工業(yè)廢氣中的應用。

生物法處理有機廢氣技術生物滴濾工藝

生物滴濾池，是一種介于生物過濾法和生物洗滌法之間的處理工藝。相比生物過濾器，生物濾滴廢氣處理設備中所用的填料是陶瓷、木炭、聚丙烯小球、顆?；钚蕴康榷栊圆牧希洳荒芴峁┪⑸锷嬉约吧L的營養(yǎng)物質。填料只是作為生物生長的載體，但其填料空隙率比生物過濾器高，使用壽命更長，流體阻力小。生物濾滴廢氣處理設備整個系統(tǒng)的正常工作必須要有營養(yǎng)液，并通過循環(huán)泵將營養(yǎng)液噴淋到吸收塔內(nèi)的填料上，營養(yǎng)液中一些營養(yǎng)物質(主要是氮源，磷源以及一些痕量元素)外，還起到了調(diào)節(jié)pH和控制塔內(nèi)濕度的作用。有機氣體在進入吸收塔前也需要加濕，然后被惰性載體上的生物吸附并降解。

相比而言，生物濾滴廢氣處理設備能處理范圍更廣的污染物，承受更大的污染負荷。這是因為生物滴濾器內(nèi)的環(huán)境條件更好控制，而且潛在的有毒、頑固代謝產(chǎn)物會從系統(tǒng)中被清除出去。需要注意的是，生物滴濾器基于滴流的機制，因此這種工藝更適合于水溶性VOCs(Henry系數(shù)<0.1)，當然由于微生物和污染物之間的接觸是同時發(fā)生的，所以對于VOCs在水中溶解度沒有生物洗滌器要求那么高。另外，由于微生物和污染物之間的接觸發(fā)生在VOCs擴散到液膜之后，所以對生物滴濾器運行而言，液體流速和循環(huán)速度被認為是影響其性能的重要參數(shù)。

生物滴濾池的優(yōu)點在于其運營和投入成本低；日常操作簡便；可以人為投加必須的營養(yǎng)物，并調(diào)節(jié)pH值；適合中高濃度的污染物氣體凈化。但也有自身的局限性，比如因為塔內(nèi)微生物的快速繁殖導致的填料層堵塞，壓降升高，生物滴濾系統(tǒng)的運行效率下降，必須采取反沖洗等方法來恢復生物滴濾系統(tǒng)的功能，目前常用的防治填料層堵塞的方法有漫灌沖洗法、酸/堿反沖洗、營養(yǎng)限制等。

生物法處理有機廢氣技術生物板式塔

生物板式塔的基本結構類似于生物滴濾池，與其不同的是在吸收塔內(nèi)不是填料而是一堆在邊界上有孔的平行圓板，相鄰兩個圓板的放置必須使孔交替平行。通過這種方式，營養(yǎng)液不斷改變方向自上而下的流經(jīng)每塊塔板，氣相(含VOCs廢氣)則以逆向自下而上流動。生物膜則平行生長在每塊塔板上，塔板表面一般較為粗糙，這樣有助于生物膜粘附。

生物板式塔根據(jù)所需要的操作時間可以調(diào)節(jié)總的表面積和塔板之間的空間，同時由于其恒定的表面接觸面積使過程中更容易建膜和規(guī)模擴大化。相比生物過濾器、生物滴濾器而言，其對于生物相的分析更為方便，且不容易發(fā)生由于微生物過度生長而引起的堵塞等問題，即使當塔板生物膜的厚度達到一定程度也易于替換，性能更穩(wěn)定(生物活性穩(wěn)定)，能長時間地工作，操作也更加方便。

生物法處理有機廢氣技術轉鼓生物過濾器

與生物洗滌類似，轉鼓生物過濾器也是由廢水生物處理技術所演化而來。它的設計在一定程度上解決了生物過濾器中固有的問題。

轉鼓生物過濾器的主體為水平圓筒，其安裝在兩端固定的轉軸(中空)上，圓筒約有30%至40%的面積浸沒在水槽中，微生物則附著在轉筒上。污染物氣體進入密封的反應器后，進而吸附在轉筒介質上(如活性炭，海綿等)。當轉筒轉動時，微生物經(jīng)過水域并獲得其它營養(yǎng)物質后將污染物分解，并由中空轉軸排出反應器。結構上多盤式和單盤式類似，只是在微生物的載體以多片同心水平圓筒代替單個水平圓筒?；旌鲜睫D鼓生物過濾器可以看作多轉盤式鼓生物過濾器與活性污泥工藝的結合，不同于多盤式的是其將污染物進氣口設在水面以下。

一般而言，轉鼓生物過濾器中生物質主要分布在外層。其中單盤式筒體外層上生物質分布均勻，但生物質隨著筒體深度而呈現(xiàn)出非均勻分布。而多盤式除了在外層，內(nèi)層生物質分布也相當均勻，這表明其能夠有效防止氣體短路，從而獲得更好的性能。多盤式轉鼓生物過濾器可以長期運行在較髙的污染物負荷以及有介質清洗的情況下。但尚未有該項有機廢氣處理技術在實際應用的實例。

生物法處理有機廢氣技術膜生物膜反應器

在典型的膜生物膜反應器中，微生物依附在膜的一側，膜作為微生物群落生長的載體，并為氧氣和揮發(fā)性有機物的傳質提供了巨大的比表面積。膜被生物膜所覆蓋的那一側浸潤在液相中，液相提供營養(yǎng)物質，進而可以控制生物相。而氣相中的污染物通過纖維膜微孔擴散到達生物相(生物膜)，然后好氧微生物以氧氣為電子受體將VOCs降解。

膜生物膜法處理廢氣有如下優(yōu)勢：

(1)不會發(fā)生氣相阻塞，壓力降小，但在傳統(tǒng)的生物法堵塞問題較為嚴重，尤其是生物過濾器；(2)可以持續(xù)不斷地去除過剩生物質，因此在VOCs負荷較高的情況下可以防止反應器堵塞；(3)耐沖擊負荷能力較強，但污染負荷受到膜極限的限制，而傳統(tǒng)生物法耐沖擊負荷能力差，與營養(yǎng)狀態(tài)有關，污染物負荷速率為50-300 g/(m3·h)，50- 2000ppmv；(4)可以去除生物降解過程中所產(chǎn)生副產(chǎn)物，可以添加pH緩沖劑中和酸性代謝產(chǎn)物和提供微生物生長的營養(yǎng)物質，并提供微生物群落生長的載體。(5)可以去除水溶性較低的污染物如NO或甲烷，而傳統(tǒng)生物法則由于傳質受限導致去除率低；(6)微生物與氣相分離，防止了載體中的微生物進入空氣，因而可以應用于室內(nèi)控制的治理；(7)處于氣流的濕度，普通生物其則需要額外加濕裝置；(8)氣、液相獨立控制，進而防止了溢流或發(fā)泡，而傳統(tǒng)生物法則很大程度上取決于操作過程。

相比傳統(tǒng)的三大生物反應器(生物過濾器，生物洗滌塔和生物滴濾池)，膜生物膜法雖擁有諸多優(yōu)勢，但目前仍停留在實驗室研究階段。

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