微生物有機廢氣處理技術上的應用

引   言

      近年來，隨著有機工業和石油化工的迅速發展，以及有機廢氣的無節制排放，使得進入大氣層的有機廢氣越來越多，大氣污染越發嚴重。酸雨、冰雹等極端天氣出現的范圍和頻率也越來越大。對人類的生活以及健康產生重大影響。呼吸道疾病，眼部疾病逐漸增多。新興的有機廢氣生物處理技術利用微生物對各類污染物均有較強、較快的適應性，并可以將其作為代謝底物而降解、轉化。與常規的廢氣處理技術相比，有機廢氣生物處理技術具有更加明顯的優越性。

1、有機廢氣生物處理技術的介紹

1.1 生物處理技術的基本概念

     生物法凈化有機廢氣是在已成熟的采用微生物處理廢水的基礎上發展起來的。生物凈化實質上是一種氧化分解過程:附著在多孔、潮濕介質上的活性微生 物以廢氣中有機組分作為其生命活動的能源或養分, 轉化為簡單的無機物或細胞組成物質。 與廢水生物處理過程的最大區別在于:廢氣中的有機物質首先要經過由氣相到液相(或固體表面液膜)的傳質過程,然后溶解于液相中的有機成分在濃度差的推動下,進一步擴散至介質周圍的生物膜,進而被其中的微生物捕捉吸收;在此條件下,進入微生物體內的污染物在其自身的代謝過程中作為能源和營養物質被分解,產生的代謝物一部分溶入液相,一部分作為細胞物質或細胞代謝能源,還有一部分則析出到空氣中。廢氣中的有機物通過上述過程不斷減少,從而被凈化。

1.2  生物處理技術的原理

 對于生物法凈化廢氣的機理研究至今沒有一個統一的理論，荷蘭學者依據吸附操作的“雙膜理論”提出的生物膜學說在全球范圍內有較大的影響力，為多數人所接受和認可。該法實質上是通過微生物的代謝活動將復雜的有機物轉變為簡單、無毒的無機物和其它細胞質。主要經歷三個階段：氣液轉化階段、生物吸附吸收階段和生物降解階段。  

      所謂生物膜既是由微生物群體在固體載體表面構成的粘性膜結構。在潤濕環境下,微生物以廢氣中的有機碳作為能源,在將廢氣中的有機物氧化分解的過程中,得以生長、繁殖并形成具有一定厚度的膜。這種生物膜尤其在處理低濃度或生物可降解性強的廢氣時,具有更強的優越性。

2、生物處理有機廢氣工藝的特點

      生物處理有機廢氣主要是應用微生物對各種污染物有較強的抵抗力與適應性。通過篩選培養，選出具有較強性能的自養菌或異養菌菌種。在一定的環境條件下，微生物通過新陳代謝將有機廢氣中的有機污染物分解為簡單的無機物和細胞組成物質。 與傳統的廢氣處理技術相比,生物處理技術具有去除效率高、投資成本低、耗能低、對大氣環境無二次污染等優點。同時,由于廢氣生物處理吸收劑的再生可直接通過吸收劑中微生物的作用來實現,而不需要像理化吸收和吸附那樣的專門設備,從而簡化了工藝流程和工業設備,降低運行操作費用。

3、生物處理有機廢氣的工藝

     生物處理有機廢氣的技術是一項新興的生物技術，現階段，其主要的處理工藝包括：生物過濾法、生物滴濾法、生物洗滌法。同時隨著廢氣處理技術的深入研究，加之實際污染廢氣中，氣體的溶解性及可生物降解性差異很大，一些新型的生物處理方法，復合式生物反應器、膜生物反應器和低pH值生物濾池等也漸漸受到人們的關注，并得到良好的效果。這里主要向大家介紹膜生物反應器處理有機廢氣。

     膜生物反應器主體由并聯的中空纖維膜管組成，微生物在管間的液相中生長，廢氣從管內通過時，氣相的污染物通過擴散作用，由膜轉移到液相，在微生物的作用下得到降解。通過在膜的一側加入吸收劑的方式,利用吸收劑對不同氣體的溶解作用來分離、凈化氣體,吸收劑須對揮發性有機廢氣有很高的溶解性,而對空氣中的其他成分基本上不溶解。使需要接觸的兩相分別在膜的兩側流動,兩相的接觸發生在膜孔內或膜表面的界面上,這樣就可避免兩相的直接接觸,防止了乳化現象的發生。

      膜反應器可在較大范圍內對氣體進行獨立控制, 內部的膜組件按膜材料可分為致密膜與微孔膜。致密膜對氣體具有選擇透過性,利用氣體混合物各個組分在膜材料中滲透速率不同,而達到對氣體分離、富集功能。其推動力是膜兩側的壓力差。膜材料的共同特點是比表面積大,為質量及熱量傳遞提供了大的接觸面積。膜兩側壓降小,能耗低,與傳統廢氣分離技術相比,膜基吸收只需要用低壓作為推動力,使兩相流體各自流動,并保持穩定的接觸界面。而且膜反應器體積小,重量輕，絕大部分常規的氣體吸收與解吸都可以采用膜反應器。

4、國內外發展及前景

     利用生物法處理空氣中的污染物可以追溯到20世紀中期,生物法凈化廢氣的研究,最先用于處理空氣中低濃度的臭味物質。第一個利用微生物處理廢氣的專利于1957年出現在美國,但到1970年后才引起各國重視。到1980年,德國、日本、荷蘭等國家已有相當數量的各類生物處理廢氣裝置投入運行,對混合廢氣的去除率一般在95%以上。到目前為止,德、日、荷等國已成功應用于化工、輕工等行業,已經大量應用了生物凈化裝置。

    我國在20世紀90年代初才開始這方面的實驗室研究。目前臭氣生物凈化的工程實踐已獲得成功，但應用仍非常有限。國內部分企業是引進國外的生物除臭技術及設備，初裝成本和運行、維修成本都很高。廢氣生物處理產業作為一新興的生物環保產業，已初具規模，且不斷發展壯大。據統計，全國專營或兼營廢氣生物處理的企事業在2008年已有200余家，從業人數也在逐年增加。全國廢氣污染治理項目投資占國內生產總值的比例也在不斷提高。廢氣生物處理環保服務發展較快，但市場份額低下。我國與廢氣生物處理相關的環境服務產值所占份額不高，大多數環保企業規模較小，在全球的競爭中，我國企業的相關技術不具有優勢。

      另外，隨著細胞融合、基因工程、分子生物等技術的發展，環境生物技術得到了進一步的開發，研究領域不斷擴大，使得生物技術為一種經濟效益和環境效益俱佳的解決環境污染問題的有效手段之一。同時，教育事業的不斷發展，人們的環保意識和生態概念也得到加強。由于市場對生物技術、生物產品的需要明顯增多，政府也更加重視生物技術的發展，使得環境生物技術越來越成熟。

結 論：有機廢氣生物處理技術是一項新興的科技。它給予我們新思路、新方式去處理因工業發展帶來的有機廢氣污染問題。應用生物技術去處理有機廢氣，不但節約了成本，減少了能耗，而且提高了處理效率。但是，應用生物方法處理有機廢氣除了現有的給人類帶來的好處之外，也存在著些許不足。比如生物法僅限用于處理低濃度有機廢氣，如何將這些技術和方法用于高濃度有機廢氣的治理有待于研究；影響污染物去除率的關鍵過程是將污染物從氣相轉移到液相中，目前的大部分研究是對于易溶物和易降解污染物進行處理，在實際應用中將會受到一定的限制；利用基因工程技術開發出高效的降解菌種；添加一定的有機溶劑提高疏水性污染物的溶解性；生物法所用填料的比表面積、孔隙率等直接影響反應器的生物量以及整個填充床的壓降及填充床是否易堵塞問題。

  因此，改善生物濾料、填料的物理性能和使用壽命，以節省投資和能耗；實現自動控制，提高對各運行參數的控制能力，降低維護費用和發生故障的次數；在原有菌種的基礎上通過選擇最佳生長條件，篩選出能高效降解各種惡臭有毒氣體的優勢菌種，從而縮短反應啟動時間，加快生物反應進程，提高處理效率是必然的方向。