生物濾塔工藝對于VOCs揮發(fā)的影響

譚淑月

（力合科技（湖南）股份有限公司湖南長沙410205）

生物濾塔工藝對于VOCs揮發(fā)的影響

譚淑月

（力合科技（湖南）股份有限公司湖南長沙410205）

對VOCs凈化時，生物濾塔工藝具有能耗低、污染小、操作簡便、處理效果優(yōu)良及環(huán)境友善等優(yōu)點，其處理效果受到很多因素的影響。本文介紹了生物濾塔工藝凈化VOCs的過程和原理，在此基礎(chǔ)上，結(jié)合目前國內(nèi)外的相關(guān)研究，總結(jié)分析了生物濾塔工藝對VOCs揮發(fā)的影響因素，包括揮發(fā)性有機(jī)廢氣性質(zhì)、生物填料、氣/液流量、微生物、pH值和溫度，應(yīng)綜合考慮這些因素，選擇合適的設(shè)計和操作條件，以達(dá)到最佳處理效果。

生物濾塔工藝；VOCs；影響因素

1　生物濾塔工藝凈化VOCs的原理

生物濾塔工藝是指在一定適宜環(huán)境條件下，附著于生物填料上微生物為維持自身生命活動，把揮發(fā)性有機(jī)廢氣VOCs作為其碳源，將VOCs轉(zhuǎn)化為二氧化碳和水，消除其危害性的工業(yè)過程。生物濾塔工藝流程如圖1所示，揮發(fā)性有機(jī)廢氣從塔頂進(jìn)入系統(tǒng)，而后和生物填料發(fā)生接觸，由于生物填料循環(huán)液中已經(jīng)接種了被試有機(jī)物馴化的微生物菌種，微生物則從溶解的有機(jī)物中獲得能量，不斷繁殖代謝，在填料表面形成生物掛膜，起到連續(xù)吸收凈化有機(jī)廢氣的作用，經(jīng)過凈化的VOCs從塔底排出。生物濾塔工藝包含了VOCs吸收和液相再生兩個方面。揮發(fā)性有機(jī)廢氣中污染物先是氣態(tài)轉(zhuǎn)化為固/液態(tài)的傳質(zhì)過程，而后就是固/液態(tài)發(fā)生生物降解過程。關(guān)于這種傳遞過程有以下兩種理論：Ottengraf（荷蘭）“吸收-生物膜”理論以及Pedersen和孫佩石等的“吸附-生物膜”理論。

圖1　生物濾塔工藝流程

2　生物濾塔工藝去除VOCs的影響因素

生物濾塔工藝去除揮發(fā)性有機(jī)物VOCs的過程受到很多因素的影響，從以下幾個方面對其進(jìn)行了介紹。

2.1揮發(fā)性有機(jī)廢氣性質(zhì)的影響

生物濾塔工藝凈化效果的一個主要因素是所處理的揮發(fā)性有機(jī)廢氣VOCs組分的可降解性和水溶性。研究發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)生物濾塔工藝對于難降解和低水溶性的組分處理效果差，如疏水性VOCs的低傳質(zhì)速率常使得生物降解率大大降低。國外學(xué)者給出了不同VOCs降解能力的評價方法，發(fā)現(xiàn)亨利系數(shù)和疏水性是兩個關(guān)鍵因素，生物濾塔工藝對于揮發(fā)性有機(jī)廢氣凈化效果依次為：醇類＞酯類＞酮類＞芳香類＞芳香烴類＞烷烴類。

另外，以生物濾塔工藝作為主凈化工藝，配合紫外光氧化預(yù)處理可以提高生物降解效果。而對于揮發(fā)性有機(jī)廢氣的疏水性組分，可以采取在反應(yīng)塔中加入適量疏水性有機(jī)相，提高其可溶性，增強(qiáng)生物濾塔的凈化效果。

2.2生物填料對VOCs去除效果的影響

在生物濾塔工藝的裝置中，生物填料不但是微生物的生長載體，而且是傳質(zhì)介質(zhì)，其重要性可見一斑，直接關(guān)系到揮發(fā)性有機(jī)廢氣VOCs的處理效果和成本。有學(xué)者通過試驗發(fā)現(xiàn)：生物濾塔啟動時間上，海綿生物濾塔＜陶粒生物濾塔＜珊瑚石生物濾塔＜空心塑料小球生物濾塔；生物濾塔工藝中異養(yǎng)細(xì)菌數(shù)量上，和啟動時間的順序相反，海綿生物濾塔最多，空心塑料小球生物濾塔最少；而生物滴濾塔填料層壓力也有所不同，相同進(jìn)氣流速下，填料層壓力最大的是珊瑚石填料生物濾塔，依次為陶粒、空心塑料小球和海綿填料生物濾塔。綜合分析得出，合理的濾塔工藝生物填料是海綿和陶粒。

2.3氣/液流量對VOCs去除效果的影響

生物濾塔工藝的進(jìn)氣量與凈化效率成反比，主要原因是進(jìn)氣量越大，空塔時間就越短，液體在生物填料床也易分布不均，微生物代謝能力降低，最終導(dǎo)致凈化效果差。同理，液體流量增大，當(dāng)氣體量不變的前提下，生物填料的表面液厚度增加，傳質(zhì)阻力變大，凈化效果也會隨之變差。徐峰等［2］和王鵬飛［3］的試驗研究也證明以上結(jié)論。在一定范圍內(nèi)，隨著液氣比的提高，生物濾塔凈化效果先升后降，存在最佳值。

2.4所用微生物對VOCs去除效果的影響

生物濾塔工藝處理VOCs的原理是借助微生物，將廢氣中的VOCs轉(zhuǎn)化成二氧化碳和水，主要有兩個過程，首先是VOCs從氣相到生物膜的擴(kuò)散傳質(zhì)，其后微生物的氧化、還原、分解、合成等一系列作用，將一部分可被吸收有機(jī)成分作為其代謝所需物質(zhì)，或是將部分有機(jī)物質(zhì)分解成二氧化碳和水，并釋放能量。處理VOCs的微生物有細(xì)菌、真菌、放線菌、酵母菌以及部分原生動物。而最近研究顯示真菌有可能具有更廣闊應(yīng)用前景，尤其是處理疏水性VOCs。

2.5pH值和溫度對VOCs去除效果的影響

生物濾塔工藝中營養(yǎng)液pH值是影響VOCs去除效果的重要參數(shù)之一，有研究表明pH一般在5～8之間為宜。也有研究表明，pH低于4.2時，微生物的降解活性降低，不利于生物降解性能。而真菌和嗜酸菌在低pH條件下對VOCs處理效果不錯。另外，溫度是對VOCs去除效果產(chǎn)生影響又一關(guān)鍵參數(shù)，因為生物填料一般是中溫性微生物，適宜溫度在10℃～42℃。目前，大多數(shù)關(guān)于生物濾塔工藝的試驗研究中的環(huán)境溫度在15℃～30℃，而實際工業(yè)廢氣溫度要高于這個溫度，一般需對其進(jìn)行冷卻，增加運(yùn)行成本。有學(xué)者研究嗜熱菌，試圖用于生物濾塔工藝中降低運(yùn)行成本，它們可適應(yīng)的溫度在45℃～75℃，這成為了揮發(fā)性有機(jī)廢氣生物濾塔工藝領(lǐng)域的一個前沿。

3　結(jié)語

目前，關(guān)于生物濾塔工藝處理工業(yè)廢氣VOCs的研究已處于實驗室深入和工程應(yīng)用階段，生物技術(shù)日新月異的今天，由于VOCs種類和組分復(fù)雜，要想滿足VOCs的處理要求，并降低運(yùn)行成本，需綜合考慮諸多因素的影響，注重有關(guān)基礎(chǔ)理論研究和實際應(yīng)用結(jié)合。

［1］鄭江玲，胡俊，張麗麗，等.VOCs生物凈化技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］.環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2012（8）.

［2］徐峰，鐘秦.生物滴濾塔凈化甲苯廢氣的研究［J］.南京理工大學(xué)學(xué)報，2004，28（3）：299-302.

［3］王鵬飛，王藝，等.生物滴濾塔處理“三苯”廢氣的影響因素研究［J］.哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2003，35（1）：73-80.

譚淑月（1988—），女，山東，專科（在學(xué)），助理工程師，研究方向：環(huán)境工程。