不同生(shēng)物(wù)處理廢氣技術的工(gōng)藝流程與适用性分(fēn)析

    生(shēng)物(wù)法處理技術最早可以追溯到1950年，起先主要是用于降解空氣中(zhōng)的低濃度惡臭物(wù)質。1957美國科學家申請了第一(yī)個生(shēng)物(wù)法處理廢氣專利。1970-1980年，生(shēng)物(wù)法在廢氣處理中(zhōng)的應用引起了世界各國的重視，并在歐洲和日本等發達國家得到了迅速發展。近年來，荷蘭、德國、日本等國家已經有相當數量工(gōng)業規模的各類生(shēng)物(wù)處理廢氣裝置并且投入工(gōng)業化運行，實際運行的生(shēng)物(wù)法處理廢氣裝置對污染物(wù)的去(qù)除率可達90％以上。國内許多研究機構包括清華大(dà)學等也對生(shēng)物(wù)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，還未能實現大(dà)規模的工(gōng)業化推廣。不過，未來生(shēng)物(wù)法在我(wǒ)(wǒ)國具有較爲可觀的應用前景。

    目前主流的生(shēng)物(wù)處理廢氣工(gōng)藝有三種。按照微生(shēng)物(wù)群落和液相形式，可分(fēn)爲生(shēng)物(wù)過濾、生(shēng)物(wù)滴濾和生(shēng)物(wù)洗滌工(gōng)藝。同時還有轉鼓生(shēng)物(wù)過濾器、生(shēng)物(wù)闆式塔和膜生(shēng)物(wù)膜法等新型工(gōng)藝。以上生(shēng)物(wù)法處理廢氣的簡易工(gōng)藝流程如下(xià)圖所示。
 

生(shēng)物(wù)過濾工(gōng)藝

    生(shēng)物(wù)過濾工(gōng)藝是利用有較強吸附能力的填料如松樹(shù)皮、活性炭、陶粒、堆肥等完成對廢氣污染物(wù)的吸附，填料中(zhōng)有大(dà)量的微生(shēng)物(wù)，微生(shēng)物(wù)通過吸收捕獲廢氣中(zhōng)的污染物(wù)，通過微生(shēng)物(wù)的代謝作用完成對污染物(wù)的降解。

    在生(shēng)物(wù)過濾器工(gōng)藝中(zhōng)，廢氣先通過加濕，然後進入生(shēng)物(wù)過濾床。濕潤的污染氣流通過固定有混合菌種的多孔填料，經淨化後氣體(tǐ)被排出生(shēng)物(wù)過濾器系統。生(shēng)物(wù)過濾器一(yī)般不需要額外(wài)補充營養物(wù)質（營養不足時，可以偶爾噴灑，主要是補充氮源或者是磷源），這是因爲生(shēng)物(wù)過濾器的填料通常是土壤，堆肥，泥炭，木屑，樹(shù)皮，顆粒活性炭和塑料材料或者數種材料混合使用，所以本身就爲微生(shēng)物(wù)的生(shēng)長提供了足夠的營養以及微量營養素。生(shēng)物(wù)過濾器中(zhōng)填料大(dà)多包含豐富的菌種，當然也可以額外(wài)接種微生(shēng)物(wù)。生(shēng)物(wù)過濾工(gōng)藝的核心是生(shēng)物(wù)過濾床，理想的生(shēng)物(wù)過濾床應有如下(xià)重要特征：(1)用于微生(shēng)物(wù)膜生(shēng)長以及氣/生(shēng)物(wù)膜傳質的高比表面積；(2)高空隙率，以促進氣體(tǐ)均勾分(fēn)布；(3)良好的保水能力，避免床層幹燥；(4)存在有效的固有營養物(wù)質；(5)存在密集的和多樣化的固有菌群。

    生(shēng)物(wù)過濾工(gōng)藝處理廢氣具有工(gōng)藝簡單、操作方便、運行成本低和處理效果好等優點，而且菌種附着在固定填料上比較穩定不易流失。當然，生(shēng)物(wù)過濾工(gōng)藝也有着自身的局限性，隻适合處理溶解度高、易生(shēng)化降解的VOCs，尤其是對高濃度廢氣處理效果較差，耐沖擊負荷能力弱，濾床需要定期更換等缺點。

生(shēng)物(wù)洗滌工(gōng)藝

    生(shēng)物(wù)洗滌工(gōng)藝是一(yī)個由裝有惰性填料的吸收器和一(yī)個活性污泥反應器組成的懸浮活性污泥處理系統，吸收器内的惰性填充材料，其主要用于增加氣液相的接觸面積，而不是作爲生(shēng)物(wù)相的載體(tǐ)。洗滌循環液從吸收室頂部噴淋而下(xià)，使廢氣中(zhōng)的污染物(wù)和氧氣通過溶解和吸附作用實現從氣相至液相的轉移，部分(fēn)的有機物(wù)被直接降解，大(dà)部分(fēn)的有機物(wù)進入到活性污泥處理系統，通過活性污泥系統實現有機物(wù)的降解，洗滌循環液在活性污泥系統中(zhōng)通過曝氣再生(shēng)。目前，大(dà)多數生(shēng)物(wù)洗滌器的運行是以污水處理廠的活性污泥作爲接種。

    生(shēng)物(wù)洗滌工(gōng)藝的優點是阻力小(xiǎo)壓降低、填料由于具有較大(dà)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，其适合治理易溶VOCs，如醇、酮類(Henry系數<0.01)，污染物(wù)濃度一(yī)般低于5000 mg/Nm3、氣液傳質的比表面積較小(xiǎo)(通常<300 m2·m-3)；由于生(shēng)物(wù)洗滌工(gōng)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(dà)的廢氣，在一(yī)定程度限制了生(shēng)物(wù)洗滌工(gōng)藝在處理工(gōng)業廢氣中(zhōng)的應用。

生(shēng)物(wù)滴濾工(gōng)藝

    生(shēng)物(wù)滴濾池，是一(yī)種介于生(shēng)物(wù)過濾法和生(shēng)物(wù)洗滌法之間的處理工(gōng)藝。相比生(shēng)物(wù)過濾器，生(shēng)物(wù)滴濾器中(zhōng)所用的填料是陶瓷、木炭、聚丙烯小(xiǎo)球、顆粒活性炭等惰性材料，其不能提供微生(shēng)物(wù)生(shēng)存以及生(shēng)長的營養物(wù)質。填料隻是作爲生(shēng)物(wù)生(shēng)長的載體(tǐ)，但其填料空隙率比生(shēng)物(wù)過濾器高，使用壽命更長，流體(tǐ)阻力小(xiǎo)。生(shēng)物(wù)滴濾器整個系統的正常工(gōng)作必須要有營養液，并通過循環泵将營養液噴淋到吸收塔内的填料上，營養液中(zhōng)一(yī)些營養物(wù)質(主要是氮源，磷源以及一(yī)些痕量元素)外(wài)，還起到了調節pH和控制塔内濕度的作用。有機氣體(tǐ)在進入吸收塔前也需要加濕，然後被惰性載體(tǐ)上的生(shēng)物(wù)吸附并降解。

    相比而言，生(shēng)物(wù)滴濾器能處理範圍更廣的污染物(wù)，承受更大(dà)的污染負荷。這是因爲生(shēng)物(wù)滴濾器内的環境條件更好控制，而且潛在的有毒、頑固代謝産物(wù)會從系統中(zhōng)被清除出去(qù)。需要注意的是，生(shēng)物(wù)滴濾器基于滴流的機制，因此這種工(gōng)藝更适合于水溶性VOCs（Henry系數<0.1），當然由于微生(shēng)物(wù)和污染物(wù)之間的接觸是同時發生(shēng)的，所以對于VOCs在水中(zhōng)溶解度沒有生(shēng)物(wù)洗滌器要求那麽高。另外(wài)，由于微生(shēng)物(wù)和污染物(wù)之間的接觸發生(shēng)在VOCs擴散到液膜之後，所以對生(shēng)物(wù)滴濾器運行而言，液體(tǐ)流速和循環速度被認爲是影響其性能的重要參數。

    生(shēng)物(wù)滴濾池的優點在于其運營和投入成本低；日常操作簡便；可以人爲投加必須的營養物(wù)，并調節pH值；适合中(zhōng)高濃度的污染物(wù)氣體(tǐ)淨化。但也有自身的局限性，比如因爲塔内微生(shēng)物(wù)的快速繁殖導緻的填料層堵塞，壓降升高，生(shēng)物(wù)滴濾系統的運行效率下(xià)降，必須采取反沖洗等方法來恢複生(shēng)物(wù)滴濾系統的功能，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、營養限制等。