VOC有機廢氣治理生物凈化技術

生物法處理有機廢氣VOCs基本原理

    在適宜的環境條件下，微生物不斷吸收營養物質，并按照自己的代謝方式進行新 陳代謝活動。廢氣中生物處理正是利用微生物新陳代謝過程中需要營養物質這一特 點，把廢氣中的有害物質轉化成簡單的無機物如二氧化碳、水，以及細胞物質等。

微生物降解有機廢氣VOCs污染物的過程

   由于微生物將廢氣中的有害物質進行轉化的過程在氣相中難以進行，所以廢氣中氣 態污染物首先要經氣相轉移到液相或固體表面的液膜中的傳質過程，然后污染物才在液 相或固體表面被微生物吸附降解。

   按照Ottengraf提出的生物膜理論，生物法凈化處理工業廢氣一般要經歷以下四個步 驟（圖1-1)。

1)廢氣中的污染物首先同水接觸并溶解于水中（由氣膜擴散進入液膜)；

2)溶解于液膜中的污染物在濃度差的推動下進一步擴散到生物膜，進而被其中的微 生物捕獲并吸收；

3)微生物將污染物轉化為生物量、新陳代謝副產品或者C02、水等；

4)生化反應產物002從生物膜表面脫附并反擴散進入氣相本體，而1120則被保持在 生物膜內。

   氣態污染物的生物處理過程也是人類對自然過程的強化和工程控制，其過程的速率 取決于：①氣相向液固相的傳質速率（與污染物的理化性質和反應器的結構等因素有關); ②能起降解作用的活性生物質量；③生物降解速率（與污染物的種類、生物生長環境條 件、控制作用有關)。表1-1列出了各種氣態污染物的生物降解效果。

處理VOCs廢氣的微生物

   按照獲取營養的方式不同，用于污染物生物降解的微生物有兩大類：自養菌和異養 菌。自養菌可以在無有機碳和氧的條件下，以光和氨、硫化氫、硫和鐵離子等的氧化獲 得必要的能量，而生長所需的碳則由二氧化碳通過卡爾文循環提供，因此它特別適合于 無機物的轉化。由于自養菌的能量轉換過程緩慢，導致其生長速率也非常慢，其生物負 荷不可能很大，因此對無機氣態污染物采用生物處理方法比較困難，僅有少數工藝找到 了適當種類的細菌，如采用硝化、反硝化及硫酸菌等去除濃度不太高的臭味氣體硫化氫、 氨等。異養菌則是通過有機化合物的氧化來獲取營養物和能量，適合進行有機物的轉化, 在適當的溫度、酸堿度和有氧的條件下，該類微生物能較快地完成污染物的降解。事實 上，國內外廣泛應用的是異養菌降解有機物如乙醇、硫醇、酚、甲酚、吲哚、脂肪酸、乙醛、胺等。

   特定的微生物群落具有特定的污染物處理對象。在某些情況下，起凈化作用的多 種微生物在相同條件下均可正常繁殖。因此，在一個裝置內可同時處理含多種污染物 的氣體。

   在廢氣生物處理的系統中，微生物是工作的主體，只有了解和掌握微生物的基本生 理特性，篩選、培育出優勢高效菌種，才能獲得較好的凈化效果。以一種物質作為目標 污染物的微生物菌種一般是通過污泥馴化或培養的方法來進行（表1-2)。

表1-2用于大氣污染控制的一些微生物菌屬

種類微生物	目標污染物	舉例
假單胞菌屬（Pseudomonas)	小分子烴類	乙烷
諾卡式菌屬（Nocardia)	小分子芳香族化合物	二甲苯、苯乙烯
黃桿菌屬（Flavobacterium)	氯代化合物	氯甲烷、五氯苯酹
放線菌屬（Actinomyces)	芳香族化合物	甲苯
真菌（Fungi)	聚合高分子	聚乙烯
氧化亞鐵硫桿菌（T.ferrooxidans)	無機硫化物	二氧化硫、硫化氫
氧化硫硫桿菌（T.thiooxidans)	有機硫化物	硫醇（RSH)

而對于含有復雜的、多種污染成分的目標污染物，則必須用混合培養的方法，馴化、 培育出分工、協作的微生物菌群來完成污染物的降解任務。

影響微生物凈化廢氣的主要因素

   生物法主要依靠微生物的作用來去除氣體中的污染物，微生物的活性決定了反應器 的性能。因此反應器的條件應適合微生物的生長，這些條件包括填料（介質)、濕度、pH、 溶解氧濃度、溫度和污染物的濃度等。

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填 料

  對所有類型的生物凈化器而言，理想的填料應是良好的傳質和發生化學轉化的場所， 具有以下性質：

1)最佳的微生物生長環境：營養物、濕度、pH和碳源的供應不受限制；

2)較大的比表面積：接觸面積、吸附容量、單位體積的反應點更多；

3) 一定的結構強度：防止填料壓實，否則會使壓降升髙、氣體停留時間縮短；

4)高水分持留能力：水分是維持微生物活性的關鍵因素；

5)高孔隙率：使氣體有較長的停留時間；

6)較低的體密度：減小填料壓實的可能性。

  常用的堆肥、泥煤等填料能基本符合以上要求，但是其中含有的有機物會逐漸降解， 這不僅使填料壓實，還要在一定時間后更換，即有壽命限制。將有機填料和惰性的填充 劑混合，使用壽命可髙達5a, —般為2?4a。為卞提髙填料性能、降低壓降，一般要求60% 的填料直徑大于4mm。

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溫 度

   溫度是影響微生物生長的重要因素。任何微生物只能在一定溫度范圍內生存，在此 溫度范圍內微生物能大量生長繁殖。根據微生物對溫度的依賴，可以將它們分為低溫性 (<25°C),中溫性（25?40°C)和高溫性（>40°C)微生物。在適宜的溫度范圍內，隨 著溫度的升高，微生物的代謝速率和生長速率均可相應提高，但高于最高生長溫度后， 微生物停止生長，甚至最終死亡。因此，需根據微生物種類選擇最適宜的溫度。通常， 用于有機物和無機物降解的微生物均是中溫、高溫菌占優勢。一般情況下，生物處理可 在25?35°C進行，很多研究表明，35°C是很多好氧微生物的最佳溫度。

  溫度除了改變微生物的代謝速率外，還能影響污染物的物理狀態，使得一部分污染 物發生固一液、氣一液相轉換，從而影響生物凈化效果。如：溫度的提高，會降低污染 物特別是有機污染物在水中的溶解以及在填料上的吸附，從而影響氣相中污染物的去除。

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pH

  微生物的生命活動，物質代謝都與pH有密切聯系，每種微生物都有不同的pH要求。 大多數細菌、藻類和原生動物對pH的適宜范圍為4?10，最佳pH為6.5?7.5。表1-3列 出了幾種常用微生物的適宜溫度和pH范圍。

表1-3幾種微生物適宜的溫度和pH

微生物	假單胞菌	環狀菌屬	硫氰氧化桿菌	硫桿菌	放線菌S2
溫度/。。	25 ?35	30 ?35	27 ?33	25 ?30	20 ?30
pH	6.5 ?7.5	7.0 ?8.0	6.8 ?7.6	5.5 ?7.5	7.0 ?8.0
最適宜pH	7.0	7.5	7.0	7.0	7.0

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溶解氧

  根據微生物的呼吸與氧的關系，微生物可分為好氧微生物、兼性厭氧（或兼性好氧） 微生物和厭氧微生物。 '

  好氧微生物需要供給充足的氧。氧對好氧微生物具有兩個作用：①在呼吸中氧作為 最終電子受體；②在留醇類和不飽和脂肪酸的生物合成中需要氧。充氧的效果與好氧微 生物的生長量呈正相關性，氧供應量的多少根據微生物的數量、生理特性、基質性質及 濃度綜合考慮。

  兼性微生物具有脫氫酶也具有氧化酶，既可在無氧條件也在有氧條件下存在。在好 氧生長時氧化酶活性強，細胞色素及電子傳遞體系的其他組分正常存在，而在無氧條件 下，細胞色素及電子傳遞體系的其他組分減少或全部喪失，氧化酶不活動，一旦通入氧 氣，這些組分的合成很快恢復。

  厭氧微生物只有在無氧條件下才能生存，它們進行發酵或無氧呼吸。因此在其進行 生物處理過程中要盡可能保持無氧狀態。

然后應該忘記，繼續往前走。by 安妮寶貝

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濕 度

  在生物過濾處理廢氣中，濕度是一個重要的環境因素。首先，它控制氧的水平，決 定是好氧還是厭氧條件。如果濾料的微孔中80%?90%充滿水，則可能是厭氧條件。其 次，大多數微生物的生命活動都需要水，而且只有溶解于水相中的污染物才可能被微生 物所降解。

  如果填料的濕度太低，將使微生物失活，填料也會收縮破裂而產生氣流短流；如填 料濕度太高，不僅會使氣體通過濾床的壓降增高、停留時間降低，而且由于空氣?水界面 的減少引起氧供應不足，形成厭氧區域從而產生臭味并使降解速率降低。許多實驗表明， 填料的濕度在40%?60% (濕重）范圍內時，生物濾膜的性能較為穩定。對于致密的、 排水困難的填料和憎水性揮發性有機物（VOCs)，最佳含水量在40%左右；對于密度較 小、多孔性的填料和親水性的VOCs，則最佳含水量在60%以上。