生物技術(shù)在廢氣處理中的影響因素及應(yīng)用研究

＊潘夏玲 陳杏 鄭志彬

（1.廣東省環(huán)境保護工程研究設(shè)計院有限公司 廣東 510030 2.廣東省廣業(yè)裝備科學(xué)技術(shù)研究院有限公司 廣東 510700）

引言

生物技術(shù)使用在廢氣處理工作中能達到更好的效果，起到保護環(huán)境的目的，生物技術(shù)是對于傳統(tǒng)保護手段的一種發(fā)展和進化，在我國工業(yè)技術(shù)水平不斷進步的背景下，隨之而來的環(huán)境污染問題也越來越嚴(yán)重，尤其是有毒廢氣的排放會使空氣質(zhì)量越來越差，也會使大氣污染物的覆蓋范圍增加，威脅到人民群眾的呼吸健康。采用生物技術(shù)進行廢氣處理能夠簡化工藝流程，提高廢氣處理效率，站在長遠的角度來觀察，這項技術(shù)具有較低的運行成本，能顯著提高處理效率，安全性較強。

1.生物技術(shù)處理廢氣的基本原理及特點

(1)基本原理

在廢氣處理工作中，生物技術(shù)的前身是生物法處理廢水技術(shù)，隨著時代的發(fā)展和工作人員的不斷努力，生物廢氣處理技術(shù)在很多方面具有明顯的優(yōu)勢，尤其是在有機廢氣處理方面效率較高，安全性較強。當(dāng)前生物處理技術(shù)在國內(nèi)外都得到了廣泛的使用，其本質(zhì)是利用微生物的活性介質(zhì)提取相應(yīng)的資源，并且將其轉(zhuǎn)化為細(xì)胞成分本身固有的物質(zhì)或者無機物，它和生物凈化基礎(chǔ)手段稍有不同，最明顯的區(qū)別就在于大氣污染中的有機物經(jīng)過了由氣體到液體的過程，其固態(tài)表層會形成氧化保護膜，氧化保護膜被吸附在固體填料之上，最后由微生物消化吸收，達到新陳代謝的治理效果，其本質(zhì)是通過微生物的自循環(huán)把有毒的有機物變成無毒的有機物。

生物處理廢氣可以理解成氧化分解的過程，把大型污染中的有機物轉(zhuǎn)化成簡單的無機物，比如二氧化碳和水，也可以將其轉(zhuǎn)化成細(xì)胞組成物質(zhì)。在這一過程中首先進行的反應(yīng)是氣液轉(zhuǎn)化，接下來廢氣處理過程需要通過生物修復(fù)技術(shù)展開污染物的吸收和處理，最后有機物會通過降解而排放。國內(nèi)外諸多學(xué)者的研究成果都強調(diào)了吸附生物膜理論，有些學(xué)者認(rèn)為生物技術(shù)處理廢氣并不存在“液相傳質(zhì)”這一過程，污染物通過擴散會被生物膜表面直接吸附，二者相互接觸之后，生物技術(shù)會直接吸收供氧微生物新陳代謝的能源和營養(yǎng)物質(zhì)，最終把微生物轉(zhuǎn)化為小分子物質(zhì)或者二氧化碳，因此其理論的核心仍然是吸附降解技術(shù)，我國在該技術(shù)的使用方面以國外理論作為參照，并進行了本土化的實踐和完善。

(2)特點

采用生物技術(shù)處理廢氣，其特點是利用微生物對不同源頭的污染物展開降解，適應(yīng)性較強，速度較快，可以通過自身的新陳代謝和生物自體的代謝作用實現(xiàn)污染物的處理。因此相對于傳統(tǒng)的物理手段、化學(xué)手段，生物技術(shù)在大氣排污處理方面有巨大的優(yōu)勢，效果較好，不會產(chǎn)生二次污染，投資運行的費用與成本都較低，設(shè)備方便操作和管理。

2.廢氣處理中的影響因素

(1)填料與酸堿度

酸堿度和填料是影響廢氣處理效果的首要因素，填料指的是廢氣生物處理中用來繁殖微生物的載體，它對凈化效果有著至關(guān)重要的影響，填料應(yīng)當(dāng)保證表面積和接觸面積較大，氣體傳導(dǎo)效率較高，孔隙率高，機械強度好，含水率合格，使用壽命較長，同時也不易堵塞，性能較為良好的填料不會消耗過多的成本。生物技術(shù)和廢氣處理中經(jīng)常使用的填料包括無機物和有機物兩大類，在生物過濾中經(jīng)常使用有機填料，比如玉米芯、堆肥等。有機物填料機械強度較差，壓強較大。生物滴濾技術(shù)常用的填料一般是無機填料，比如火山巖石、活性炭、陶粒，無機物填料的密度相對較大，無法滿足微生物成長所需要的物質(zhì)，需要定期補充有關(guān)養(yǎng)分。pH值也就是酸堿度會影響到生物降解污染物的運行效率，微生物處在較合適的酸堿度范圍內(nèi)會相應(yīng)地提高其新陳代謝效率和活力，而如果放置在過酸或過堿的環(huán)境中可能會導(dǎo)致酶活性失效，繼而會影響到微生物的存活率。在生物濾池中，微生物大多數(shù)酸堿值在7左右，這是最佳的降解環(huán)境參數(shù)，有一些真菌類的微生物酸堿度在2～7范圍之內(nèi)都屬正常。由于微生物缺乏對酸堿度的環(huán)境適應(yīng)性，因此工作人員可以酌情添加酸堿物質(zhì)來達到生長環(huán)境的平衡。

(2)溫度與濕度

影響廢氣處理效率的關(guān)鍵因素也包括濕度和溫度，在微生物降解的過程中，進氣溫度可能會影響到微生物的成長環(huán)境，大多數(shù)微生物最適合生長的環(huán)境溫度在35℃以下，25℃以上，如果溫度太高會破壞生物酶，導(dǎo)致微生物死亡，降低廢氣處理效果，如果溫度偏低又會導(dǎo)致微生物處在休眠的狀態(tài)，同樣會影響酶的代謝活力，影響廢氣處理效果。使用生物技術(shù)來處理廢氣需要保證溫度合適，隨著環(huán)境溫度不斷增高也會加快微生物的新陳代謝速度。在實際處理工作中，如果溫度過高會采用適當(dāng)?shù)睦鋮s裝置展開換熱降溫處理，比如噴淋換熱器和表面冷卻器就是常用的設(shè)備，如果溫度太低則需要利用生物設(shè)備做好保溫處理。除了溫度外，濕度指的是微生物新陳代謝過程中需要保持水分，如果含水率太低會導(dǎo)致新陳代謝速度下降，有可能導(dǎo)致微生物死亡，相反如果含水量太高則會導(dǎo)致廢氣在設(shè)備中停留太長的時間，微生物供氧不足，形成厭氧區(qū)，產(chǎn)生惡臭氣體，使設(shè)備運行能耗上升，導(dǎo)致微生物剝落。實驗表明最適合的含水率應(yīng)當(dāng)保持在50%～80%左右。

3.生物技術(shù)在廢氣處理中的具體應(yīng)用

(1)生物濾池技術(shù)

在廢氣處理工作中生物濾池技術(shù)是較早嘗試的一種方法，它運用的是較為成熟的廢氣過濾設(shè)備和裝置，包括敞開式容器和封閉式容器兩種類型，生物濾池技術(shù)運用在廢氣處理工作中有利于防止顆粒物堵塞管口，過濾廢氣需要安裝過濾網(wǎng)去除顆粒物之后再調(diào)節(jié)溫度和濕度，在此過程中相對濕度保持在95%以上，區(qū)域環(huán)境內(nèi)保持濕潤，從底部向上開始移動，使生化活料可以填充。當(dāng)廢氣經(jīng)過生物填料層的時候，污染物和氧氣將會轉(zhuǎn)移到載體外層的液相水膜之中，最終填料層的微生物會捕捉污染物和氧氣加以凈化，凈化之后的廢氣從裝置頂部排放而出，填料層中會生長異氧型微生物，這種微生物適合在中性微堿的情況下生存，在新陳代謝作用的影響之下使污染物得到降解，其中的有機物會被轉(zhuǎn)化成二氧化碳，有機氮則會首先轉(zhuǎn)成中間產(chǎn)物，最終以硝酸鹽的形式排放出來。在生物濾池技術(shù)的使用過程中，處理過程保持相對靜止，液體以很小的速度流動，根據(jù)實際需要工作人員可以在裝置中補充一些水分，但前提是確保氣體暢通[2]。生物濾池填料層需要具有吸附性，厚度保持在100cm以下，可以選擇活性炭、木屑、土壤和生物堆肥等物質(zhì)，也可以把多種材料混合使用。過濾材料應(yīng)當(dāng)具有保水性和良好的透氣性，微生物菌群需要豐富且充沛，微生物還要包裹著濾料顆粒，二者應(yīng)相得益彰，為微生物新陳代謝提供營養(yǎng)物質(zhì)且可以多次循環(huán)使用。在正常的新陳代謝下，該物質(zhì)可能會被吸收或礦化，一般生物濾池設(shè)備在經(jīng)過幾年甚至十年的消耗之后，營養(yǎng)物質(zhì)會被消耗完畢，需要繼續(xù)更換濾料。生物濾石中的微生物大多數(shù)是細(xì)菌和真菌，處理廢氣污染物的成分較為復(fù)雜，這些物質(zhì)可以針對不同種類的廢氣污染物展開針對化解，如廢氣污染物成分本身比較復(fù)雜，那么微生物的種類相對也要匹配，可能包括葡萄球菌、芽孢桿菌和紅球菌，常見的霉菌還包括普通變形桿菌、白色小球菌。

(2)生物洗滌器

生物洗滌器是由吸收室和再生池兩個結(jié)構(gòu)共同組成的，它是一種具有活性性能的懸浮處理系統(tǒng)，廢氣通過吸收室的時候生物懸浮也會從上部噴淋，懸浮液會和VOCs廢氣有充分的接觸機會，在這一時間段之內(nèi)有機微生物被充分吸收，懸浮液會下沉到吸收室并且直接向再生池導(dǎo)出，利用新鮮空氣實現(xiàn)再生過程。在這一過程中，大氣中的污染物在吸收池中被微生物降解、吸收和吸附，少部分的微生物直接被凈化并從頂部排出，吸收了污染物的懸浮液會進入到再生池中，加入循環(huán)系統(tǒng)，再利用空氣曝氣充氧再生新的懸浮液。整個過程可以理解為廢水的生化降解，大多數(shù)的空氣污染物在懸浮液中和微生物發(fā)生生物反應(yīng)，被微生物降解之后回流到吸收室之中。生物懸浮液的配置較為常用的是活性污泥懸浮，因此需要對其展開再生處理。微生物懸浮液的再生需要依據(jù)不同的性質(zhì)與吸收池的狀況選擇合適的方式，也可以選擇不同的反應(yīng)器裝置。在生物洗滌器中，氣體和液體相互接觸可能會受阻，工作人員需要借助液相噴淋法加以配合，也可以選擇氣相鼓泡法輔助操作，具體選擇哪一種則需要根據(jù)生物技術(shù)的不同來定。如果阻力太大可以采用噴淋法，如果阻力較小則可以選擇鼓泡法，有機廢氣也可以用揮發(fā)的形式清除干凈。生物洗滌器可以對廢氣進行處理，它的優(yōu)勢在于不容易堵塞生物填料。反應(yīng)器的運行過程較為容易把控，并且污染較低，壓強較小，降解之后的產(chǎn)物容易被清洗干凈，但是這項技術(shù)的缺點也是明顯的，它需要配合較多的輔助設(shè)備，同時需要適時地添加營養(yǎng)物質(zhì)，變相地提高了運營成本和投入，且其廢氣處理量并不大，大氣污染物較難溶解，不建議采用生物洗滌器的方式處理。

(3)生物滴濾塔技術(shù)

生物滴濾塔技術(shù)能有效處理大氣廢物中的揮發(fā)物，它的主體結(jié)構(gòu)是填充塔，內(nèi)部鋪設(shè)多層填料，填料表面由不同的微生物菌群構(gòu)成，由生物膜覆蓋保護。生物滴濾塔在設(shè)備結(jié)構(gòu)上類似于生物過濾池，但是二者也有區(qū)別，那就是生物滴濾塔頂部在設(shè)計的時候裝了噴嘴，填料孔隙率較大，在生物滴濾塔設(shè)計的時候增加了營養(yǎng)液，營養(yǎng)液需要從填料上方均勻噴灑，之后再流到填料層中，這時營養(yǎng)液中就具有了新陳代謝所需要的必備物質(zhì)，廢物從塔底排出。營養(yǎng)液在經(jīng)過酸堿值矯正之后再回到塔內(nèi)，循環(huán)使用，廢氣可以從塔底的位置進入到生物滴濾塔，自上而下穿過填料區(qū)，和生物膜接觸[3]。廢氣中的污染物在和微生物相遇之后容易被降解排出，跟隨著新陳代謝與廢水一起排出，在廢氣凈化過程中，生物膜表面的傳質(zhì)過程非常重要，其代謝產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w可以沿相反方向擴散，最終向塔外排放。這項技術(shù)在運行過程中需要選擇合適的填料，解決更換難度較大、廢氣分布不均勻的問題，常用的填料材質(zhì)可以是陶瓷、塑料，也可以是活性炭和礦渣，填料表面附著了一層厚度不到1cm的生物膜，這層生物膜能為氣體和液體接觸傳質(zhì)提供更大的空間，也能夠防止堵塞風(fēng)險。

(4)膜生物技術(shù)

膜生物技術(shù)是生物處理技術(shù)的分支，該生物反應(yīng)器可以依托于傳統(tǒng)生物技術(shù)而存在，并且和廢氣處理技術(shù)相互結(jié)合，這種方法具有較強的環(huán)保性，不會產(chǎn)生過多的排放物和污染物。膜生物技術(shù)的核心環(huán)節(jié)是生物淡化處理技術(shù)，膜材料在處理廢氣時不斷擴大廢氣的反應(yīng)面積，使廢氣有淡化的效果，進一步提高成功率[4]。但是從長遠的角度來看，我國膜生物反應(yīng)技術(shù)發(fā)展相對不成熟，經(jīng)驗匱乏，在具體的應(yīng)用過程中，膜生物材料在生產(chǎn)和投入等方面投入仍然較大，成本較高，這也在很大程度上限制了膜生物技術(shù)的進一步發(fā)展，要想該技術(shù)得到大面積使用，發(fā)揮其環(huán)保效能，有關(guān)部門還需要進一步的創(chuàng)新和優(yōu)化[5]。除此之外，膜生物反應(yīng)技術(shù)有一些局限性，其阻力較大，流量較低，水溶性較差，因此使用效果有待進一步實踐。

4.結(jié)語

綜上所述，生物技術(shù)運用在廢氣處理工作中可能會受到填料與酸堿度、溫度與濕度等多種因素的影響。在實際使用時，常見的處理技術(shù)包括生物濾池技術(shù)、生物滴濾塔技術(shù)、生物洗滌器技術(shù)等，也包括膜生物技術(shù)等新型處理科技。在未來，生物技術(shù)在廢氣處理工作中的運用發(fā)展前景良好，隨著生物科技手段本身的進步，其運用效果也將會得到越來越多人的關(guān)注和青睞。