生物法凈化在工業(yè)廢氣處理中的應(yīng)用

楊光+趙鵬飛

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)全球化的發(fā)展，環(huán)境保護(hù)問題已成為全世界關(guān)注的話題，尤其是隨著大氣污染的加劇，空氣污染的治理手段與技術(shù)也在不斷發(fā)展與創(chuàng)新。生物法凈化作為當(dāng)下工業(yè)廢氣處理中的新型技術(shù)，其所具有的高效、低成本等優(yōu)勢，使其成為當(dāng)下工業(yè)廢氣處理中重點研究課題。為此，文章先就生物法凈化廢氣的原理進(jìn)行概述，然后在此基礎(chǔ)上具體分析生物法凈化效率的影響因素以及在工業(yè)廢氣處理中的處理工藝，最后就其未來發(fā)展前景進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：工業(yè)廢氣；危害；生物凈化；影響因素；前景分析

中圖分類號：X701 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）05-0155-02

Abstract： With the development of economic globalization， the issue of environmental protection has become a topic of concern all over the world， especially with the intensification of air pollution， the means and technologies of air pollution treatment are also developing and innovating. Biological purification， as a new technology in industrial waste gas treatment， has the advantages of high efficiency and low cost， which makes it an important research topic in industrial waste gas treatment. For this reason， this paper first summarizes the principle of biological purification of waste gas， and then， on this basis， analyzes the influencing factors of biological purification efficiency and the treatment process in industrial waste gas treatment. Finally， the prospect of its future development is prospected.

Keywords： industrial waste gas； hazard； biological purification； influencing factors； prospect analysis

在二十世紀(jì)五十年代，生物法凈化就已經(jīng)出現(xiàn)，但在八十年代才開始在德國流行，并且隨著時代的進(jìn)步與發(fā)展，生物法進(jìn)化的優(yōu)勢已逐漸顯現(xiàn)，這一領(lǐng)域的研究課題也在不斷增多。生物法凈化相比于物理法凈化和化學(xué)法凈化來說，生物法凈化更加高效且投入的成本較低，尤其是在廢氣的處理過程中不會造成二次污染，這種經(jīng)濟(jì)、節(jié)能、環(huán)保的廢氣處理手段越發(fā)受到人們重視。

1 生物法凈化廢氣的基本原理

生物法凈化簡單來說，是通過利用有活性的微生物，將廢氣中的有毒物質(zhì)及有機組分進(jìn)行分解，通過一系列的氧化分解過程，轉(zhuǎn)化為對人對環(huán)境無害的無機物等其他物質(zhì)。由所學(xué)的生物學(xué)知識可知，要想通過微生物來凈化工業(yè)廢氣，必要注意一下要點：一是盡可能將廢氣中的有毒物質(zhì)溶解入水；二是增加污染物的溶液的濃度，通過增大濃度差的方式，促進(jìn)污染物加速擴(kuò)散至生物膜上，以提高生物法凈化的效率；三是注重微生物新陳代謝的方式，生物法凈化是依賴微生物新陳代謝途徑，實現(xiàn)污染物作為能源物質(zhì)被氧化分解的過程。由此可以看出，生物法凈化的效率與污染物的傳質(zhì)和降解兩個過程息息相關(guān)，只有把握好這兩個環(huán)節(jié)，才能有效地降低廢氣中的污染物，提升生物法的凈化效率。就拿人類生活中最為常見的空氣污染物質(zhì)甲苯來說，其具有一定的水溶性，能從氣相轉(zhuǎn)化為液相，同時甲苯作為微生物碳源的一種，微生物能有效地從填料表面的液膜中吸收，并在一定的環(huán)境條件下，氧化分解為二氧化碳、無機物與細(xì)胞組成物。

2 工業(yè)廢氣的危害

隨著改革開放的不斷深入，我國國民經(jīng)濟(jì)在不斷攀升，但帶來的環(huán)境污染卻是日益嚴(yán)重，尤其是現(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)帶來的工業(yè)廢氣的污染，工業(yè)廢氣中的污染物質(zhì)不僅對生態(tài)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞，其中的有毒物質(zhì)更是威脅到人類正常的生命活動。不同的工業(yè)廢氣帶來的有機廢氣不同，毒性也不盡相同，對人類身體健康造成的影響主要分為以下幾個方面：一是以苯類物質(zhì)為代表的有機物質(zhì)，其對人類的神經(jīng)中樞會造成嚴(yán)重的不可逆影響，甚至威脅到人類的生命；二是有機磷化合物，過多的吸入會抑制人體內(nèi)膽堿醋酶的活性，進(jìn)而引發(fā)人體神經(jīng)系統(tǒng)功能問題；三是腈類等劇毒的有機物，這類物質(zhì)即使是少量的吸入也會導(dǎo)致呼吸困難、意識喪失等問題，嚴(yán)重的甚至?xí)斐尚菘?、死亡。上述所列舉的工業(yè)廢氣中的有毒物質(zhì)僅僅是小部分，而且隨著現(xiàn)代化工業(yè)建設(shè)工程項目的增多，工業(yè)廢氣的排放量會不斷加劇，有毒物質(zhì)的種類也會不斷增多，對人造成的危害也會不斷增大，因此，凈化工業(yè)廢氣是重要的、必須的。

3 生物法凈化效率的影響因素

3.1 微生物

生物法凈化由多個部分共同組成，微生物是其中最為基礎(chǔ)，但卻最為重要的一部分。微生物在整個生物法凈化過程中起著催化劑的作用，但在進(jìn)行填料的過程中，要注重微生物的馴化掛膜工作。另外，微生物種類的選擇需要根據(jù)污染物的組成成分來決定，如果污染物的組成成分單一化，微生物則只需要選擇一種，如果污染物的組成成分較多，則需要進(jìn)行多方面的考慮。endprint

3.2 填料

填料作為生物法凈化過程中的關(guān)鍵部分，填料的好壞直接關(guān)系著生物法工業(yè)廢氣凈化的效率及質(zhì)量。因此在制作填料的過程中，需要重點注意以下幾點：一是填料的理學(xué)性質(zhì)，例如持水能力、表面積、pH值、密度以及孔隙率等等，這些都影響著生物法的凈化效率；二是填料的成本制作，在保證填料功能的基礎(chǔ)上，選擇性價比最高的物質(zhì)。

3.3 壓降

在生物法凈化的諸多工序中，床層降壓是一項非常關(guān)鍵的工序，直接影響著工業(yè)廢氣凈化的投入成本。在一系列的處理過程中，就以生物滴濾法中的降壓工序為例，其中最為關(guān)鍵的兩個環(huán)節(jié)為微生物膜和填料，如果使用的是有機填料，在一定程度上能為微生物提供維持新陳代謝所需物質(zhì)，但時間一長，會使得填料出現(xiàn)礦化現(xiàn)象，進(jìn)而增加降壓工序的次數(shù)，增加工業(yè)廢氣的成本。但隨著科技技術(shù)的不斷創(chuàng)新與發(fā)展，生物法工業(yè)廢氣凈化中的填料已逐漸由無機惰性填料所替代，無機惰性填料的使用不僅很好的避免上述礦化現(xiàn)象的發(fā)生，更使得污染物中的氣體分布均勻，為微生物提供一個良好的接觸條件。但在降壓的過程中，不可過大，以避免床層溝流的現(xiàn)象產(chǎn)生。

4 生物法凈化工業(yè)廢氣的處理工藝

4.1 生物滴濾法

生物滴濾法簡單來說是指生物過濾與吸收的集合處理。在工業(yè)廢氣處理過程中，大多都是在一個反應(yīng)容器內(nèi)進(jìn)行，因此工業(yè)廢氣中污染物的降解與吸收都在一起進(jìn)行。因此，生物滴濾法處理工藝需要一個比表面積大的填料作為基礎(chǔ)，填料的材質(zhì)可以是無機惰性物質(zhì)、陶瓷、小碎石等等，目的是為微生物提供一個生長媒介。在處理工業(yè)廢氣中的污染物之前，需要進(jìn)行一道重要的工序，對填料表面進(jìn)行營養(yǎng)化處理，要對填料進(jìn)行營養(yǎng)液的噴灑處理。在使用生物滴濾法的過程中，去除微生物新陳代謝產(chǎn)物的唯一方法就是替換回流液，回流液體的緩沖能力要大。因此，此種方法僅適用于新陳代謝產(chǎn)物呈酸性的污染物。

4.2 生物過濾法

在生物法凈化的諸多處理工藝中，生物過濾法是最先使用的一項處理工藝，也是最早被用來處理硫化氫等臭味氣體，而隨著科技技術(shù)的不斷創(chuàng)新，這項技術(shù)的適用范圍不斷擴(kuò)大，現(xiàn)在主要應(yīng)用在揮發(fā)性工業(yè)廢氣的微生物處理中。這項處理技術(shù)利用生物過濾裝置，吸收工業(yè)廢氣中的可揮發(fā)有機氣體，生物過濾裝置多采用吸附性較強的物質(zhì)制成，例如活性炭、土壤等等。在生物過濾裝置中的濾料上附生著許多微生物，正是憑借著這些微生物吸收轉(zhuǎn)化各種揮發(fā)性的有機氣體，通過一系列的氧化分解過程，轉(zhuǎn)化為NO3-、H2O、SO4-和CO2等無機物，從而實現(xiàn)過濾、凈化的功能。生物過濾法的反應(yīng)器一般為一個，其中的液相與微生物一般處于靜止?fàn)顟B(tài)，且反應(yīng)器中的比表面積較大，為氣體與液體提供充分的接觸面積，因此，由于這項廢氣處理工業(yè)所呈現(xiàn)的特質(zhì)，較適用于醛酮等揮發(fā)性物質(zhì)。

4.3 生物吸收法

生物吸收法的核心便在微生物吸收與氧化分解的過程，在工業(yè)廢氣的處理過程中，污染物由反應(yīng)器的下端通入，在通入反應(yīng)器的過程中，有機氣體會與填料中的液相接觸，并由氣態(tài)轉(zhuǎn)化為液態(tài)，然后，反應(yīng)器中的微生物便會對這些污染物進(jìn)行吸收分解。這項處理工藝需要較為先進(jìn)的技術(shù)與設(shè)備作為支持，并且針對微生物需要投放額外的養(yǎng)料，因此投入的成本較大，但這項工藝的反應(yīng)條件相比于其他工藝更容易控制。

4.4 生物洗滌工藝

采用生物洗滌法來凈化工業(yè)廢氣，需要構(gòu)建一個生物洗滌塔，且生物洗滌塔需要具備一套完整的污泥處理機制，因此洗滌塔的組成部分包括再生池與洗滌塔兩個部分。這項工藝與生物滴濾法完全不同，不需要填料。在生物洗滌處理工藝中，將工業(yè)廢氣由洗滌塔下端通入，經(jīng)過氣相與液相的轉(zhuǎn)化溶解，經(jīng)由懸浮液流入再生池，在再生池中被微生物氧化分解，再生池中流出的分解物可以進(jìn)行循環(huán)利用。由此可知，這道處理工藝降壓小、管理等操作簡便，可工業(yè)所需的設(shè)備確實較多，因此投入的成本較高。

4.5 電暈法

隨著時代的進(jìn)步與發(fā)展及科技技術(shù)的創(chuàng)新，電暈法也逐漸應(yīng)用至工業(yè)廢氣的處理中，相關(guān)電暈法反應(yīng)器。處理效率等方面的研究課題的數(shù)量也不斷增多。電暈法在工業(yè)廢氣的處理中主要用于脫SO2、NOx等揮發(fā)性有機氣體，在高電壓的反應(yīng)其中，利用高壓脈沖進(jìn)行放電，生成OH、O等活性基，這些物質(zhì)便能將揮發(fā)性有機氣體氧化分解，形成無毒害的物質(zhì)。這項處理工藝尚不成熟，仍然處于試驗階段，但在諸多的試驗操作中，用于揮發(fā)性的有機氣體的處理效果更佳。

5 生物法凈化處理工業(yè)廢氣的應(yīng)用前景及其展望

隨著時代的進(jìn)步與發(fā)展，現(xiàn)代化的工業(yè)建設(shè)是不可避免的，而由此帶來的工業(yè)廢氣問題也逐漸被人類所重視，尤其是隨著科技技術(shù)的創(chuàng)新及生物法凈化工序的深入研究，填料的選材、制作以及微生物選擇、調(diào)配、濃度設(shè)計等等，都有了重大突破，使得生物法的凈化質(zhì)量與效率大大提升，在未來的規(guī)劃發(fā)展中，生物化凈化處理工業(yè)廢氣的應(yīng)用前景是不可估量的。生物法凈化經(jīng)濟(jì)、節(jié)能，且不會產(chǎn)生二次污染，但在實踐操作過程中，仍然存在部分問題需要解決。生物過濾法處理工藝中的生物過濾器的尺寸設(shè)計，工業(yè)廢氣的凈化質(zhì)量與效率與此息息相關(guān)；微生物的適應(yīng)期，縮短微生物的適應(yīng)期，不僅能提升凈化效率，還能有效的縮減投入成本；促進(jìn)創(chuàng)新性聯(lián)合生物反應(yīng)器的研究，達(dá)成由單種污染物凈化轉(zhuǎn)變至多種污染物凈化的發(fā)展局面。

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