低浓度有机废气

低浓度有机废气（精选3篇）

低浓度有机废气 篇1

1 前言

我国目前只对高浓度有机废气采取了净化处理措施, 如催化燃烧法、吸收法、吸附法等, 但对于低浓度工业有机废气至今尚未采取有效的治理措施。生物化学法是针对工业低浓度、无回收价值又严重污染环境的有机废气而开发出的一种新型废气处理方法。生物化学法应用在废水处理领域已有百年历史, 但利用微生物处理废气的历史则很短。自80年代末起, 国内外的环保工作者越来越关注利用生物法去除气态污染物的处理工艺, 并逐渐成为世界工业废气净化研究的前沿热点课题之一。在德国、荷兰及日本等国在脱臭及近几年的有机废气净化实践中已有一些成功的范例, 据1991年统计, 欧洲有500多座生物滤池在运行, 大部分的处理效率在90%以上[1]。国内在生物法去除气态污染物的研究方面尚处于起步阶段, 可以预见生物处理技术在大气污染控制领域具有广阔的应用前景。

2 工作机理

工业废气的生物净化过程实质上是利用微生物的生命活动将废气中的有害物质转变为简单的有机物 (如CO2和H2O) 及细胞质。根据荷兰学者Ottengraf提出的、国际上常用的吸收—生物膜理论, 生物化学法处理有机废气时一般要经历以下几个步骤:

(1) 废气中的有机污染物首先与水接触并溶解于水中 (即由气膜扩散至液膜) ;

(2) 溶解于液膜中的有机污染物在浓度差的推动下进一步扩散到生物膜, 进而被其中的微生物捕获并吸收;

(3) 进入微生物体内的有机污染物在其自身的代谢过程中被作为能源和营养物质而被分解, 经生物化学反应最终转化为无害的化合物 (如CO2和H2O) 。昆明理工大学的杨显万等[2]通过针对吸收—生物膜理论动力学模式的研究发现, 该理论在描述生物法净化低浓度挥发性有机废气的机理过程中有不足和缺陷。他们通过对生物膜填料塔净化低浓度甲苯废气过程机理的进行分析, 提出了吸附—生物膜的新理论。根据新理论, 生化法净化处理低浓度挥发性有机废气一般要经历以下几个步骤:

(1) 废气中的挥发性有机物扩散通过气膜并被吸附在湿润的生物膜表面;

(2) 吸附在生物膜表面的有机污染物成分被其中的微生物捕获并吸收;

(3) 进入微生物细胞的有机污染物在微生物体内的代谢过程中作为能源和营养物质被分解, 经生物化学反应最终转化成为无害的化合物, 如CO2和H2O。他们依据这一新理论建立了生物膜填料塔净化低浓度甲苯废气的动力学模式, 实验结果表明, 其模拟计算值与实验值之间有很好的相关性, 相关系数R>0.93。扬显万等[3]继续以含有低浓度挥发性有机污染物的甲苯废气为研究对象, 采用国内的微生物菌种, 针对过程机理进行研究表明, 生物膜填料塔净化低浓度甲苯气体是一个以气膜控制为主的传质过程, 其中甲苯的生化降解属于瞬时快速化学反应, 即甲苯的生化降解反应速率远远超过甲苯在液膜中的扩散速率, 甲苯的生化降解在气液相界面处即可发生, 其宏观表现即为甲苯气体直接吸附在湿润的生物膜上后被微生物生化降解。因此可以从气体吸附理论的新角度去解释生物法净化废气中低浓度挥发性有机物的动力学过程。对于低浓度挥发性有机废气的生物法净化装置的设计与操作而言, 凡能改善传质条件、减少气膜阻力的措施均能强化这一生物吸收净化过程。

用来进行气态污染物降解的微生物可分为自养菌和异养菌两类。自养菌可在无机碳和氮的条件下靠硫化氢、硫和铁离子及氨的氧化获取能量, 其生存所必需的碳由二氧化碳通过卡尔文循环提供。异养菌则通过有机物的氧化来获得营养物和能量, 适合进行有机物的转化, 在适当的温度、酸碱度和有氧的条件下, 可较快地完成污染物的降解。同废水的生物处理一样, 特定的待处理成分都有其特定的、适宜的微生物群落。在某些情况下, 起净化作用的多种微生物在相同的条件下均可正常繁殖, 因此在一个装置里可同时处理含多种成分的气体。在大多数生物反应器中, 微生物种类以细菌为主, 真菌为次, 极少有酵母菌。为了加快反应器的启动, 有必要预先接种微生物。对易生物降解物质的处理, 从污水处理厂排出的活性污泥可作为反应器启动的接种污泥直接投入。对难生物降解或有毒的化合物, 只能以极少数微生物来降解。为缩短反应器的启动时间, 缩短其滞后期, 可投加通过实验分离和富集的纯菌种。浙江大学的王玮[4]进行了有关脱硫性能细菌的分离与特性研究, 通过从含硫土壤中分离到的一株无机化能自养型的脱氮硫杆菌菌株L1。该菌株可利用硫代硫酸钠、硫酸盐作为能源, 在细胞内、外储存硫粒, 在好气或厌气条件下能以硝酸盐为氮源, 最适生长pH6.0。在约1%接种量时, 该菌7d可使硫代硫酸盐和硫酸盐的脱硫率分别达到34.37%和9.79%。国外一些实验室和公司专门供应纯菌种。

3 处理工艺

主要的生物处理工艺[6]:

(1) 生物过滤法:

该工艺研究最早, 且技术比较成熟。废气从反应器下部进入, 通过附在填料上的微生物, 被氧化分解成为CO2、H2O、NO3—和SO42—, 达到净化的目的 (见图3) 。生物滤池的填料多种多样, 通常有土壤、堆肥和泥碳等, 与一些比表面积大、孔隙率大或表面粗糙的惰性材料混合在一起, 以保持床层填充均匀和减小对气流的阻力。生物滤池中填料的气/液比表面积在300～1000 m2/mi2[15]。

(2) 生物吸收法:

该法由两部分工艺组成 (见图1) 。一部分为废气吸收段, 即废气从反应器的下部进入, 向上流动与喷淋的含微生物的悬浮液在惰性填料层接触, 气相中的污染物质被传递到水相中并被微生物所吸收, 净化后的空气从反应器上部排出。另一部分为悬浮液再生段, 即活性污泥曝气池。悬浮液从反应器的底部流入该段, 污染物被生物氧化得到再生, 再生后的悬浮液又从吸收塔上部喷入, 吸收废气中的污染物, 反复循环运行。由于该工艺的吸收和生物氧化在两个独立单元中进行, 易于分别控制, 达到各自的最佳运行状态。

(3) 生物滴滤法:

生物滴滤法工艺集生物吸收和生物氧化于一体。象生物吸收法一样, 吸收液在反应器中循环, 与进入反应器的废气接触, 吸收废气中的污染物质, 达到废气净化的目的。但反应器中的填料上生长有生物膜, 可象生物滤池一样, 对气相和液相中的污染物质进行生物氧化 (见图4)

4 工艺参数及填料的选择

在将生物技术应用于废气处理时, 进气浓度不宜超过5g/m3。生物滤池的高度一般在0.5～1.5m之间, 滤池太高会增加气流的流动阻力, 太低会增加沟流现象, 影响处理效果。在结构上可考虑多层填装, 以减小占地面积, 下部布气要均匀。生物反应器最好以封闭为主, 使运行操作易于控制。运行温度应控制在20～40℃为宜。控制进气湿度, 在生物滤池中填料与生物固体的水份含量一般须高于40%。为增加废气的湿度, 即可在生物滤池上方安装喷水器, 也可在进气中喷水。控制生物反应器的水相pH在6～9范围内。在降解含氯、氮、硫的化合物时, 反应器内会发生酸的积累:如处理硫化氢气体时会有硫酸的积累;处理含NH3气体时会发生硝酸的积累;在处理氯化物时会发生盐酸的积累。因此在液相中投加碱或缓冲物质, 调节 pH是十分必要的。也可以对反应器进行定期冲洗和排放。处理有大量酸性物质产生的气体时, 宜采用生物吸收法或生物滴滤法, 这是由于这些工艺的生物降解过程是在水相中进行, pH值易于控制[6]。用生物过滤器处理二甲基硫化物废气时, 在运行两个半月后, 由于二甲基硫化物被氧化成硫酸, 会造成已接种过滤器的酸性化, 使生物过滤器的最大去除能力从30g/m3-day降至12g/m3-day。通过在生物过滤器上喷洒一种缓冲无机溶剂进行中和, 便可使去除能力上升至50g/m3-day[7]。国外的研究学者制造了一种新型的生物反应器, 它利用填装物上生长的真菌来处理废气中的苯乙烯, 其最大持续苯乙烯处理能力可达到80g/m3过滤床层/h, 反应的pH可降至3, 但不会影响到过滤器的去除能力, 这是由于该反应器在低pH条件下更有效。但必须严格控制生物过滤器中的水汽湿度>40%[8]。

生物反应器中的填装材料必须具有良好的气渗透性, 湿气保持能力及良好的缓冲能力, 可使气体不会粘牢在填料上, 保证处理过程中100%的相对湿度, 中和污染物降解过程中所产生的酸。通过对泥碳、含珍珠岩的堆肥、城市堆肥、蛭石等填料进行评价, 发现堆肥作为填料时性能最好, 这主要是由于其高的生物群落含量、高的营养物含量、良好的湿气保持能力及空气渗透能力。堆肥生物过滤器在2～5天内便可适应甲苯和二甲苯, 当VOC浓度>700mg/m3、运行两个月时, 反应器的去除率始终>99%。去除率逐渐降低表明填料的寿命已到, 通过确定反应速率、内源代谢衰退和临界操作条件等设计参数, 可计算渗滤限值。当进气浓度在10～700mg/m3时, 该反应动力学为零级反应。根据生物过滤器的微生物生长动力学推算出的微生物群落平衡模型可预测出填料床层的寿命。除了操作参数, 进气浓度也会对动力学和床层寿命造成巨大影响[9]。膜生物反应器是采用多孔疏水性聚丙烯膜作为填料, 在实验中可以观察到聚丙烯膜上没有微生物的生长, 而且其渗透能力很强, 对RhMe和CH2CL2的去除率很高[10]。还可采用粉末状活性碳作为填装物, 用城市活性污泥进行接种, 培养丙酮降解微生物群落, 其去除率高于采用泥浆作为填充物的生物反应器, 粉末状活性碳可通过生物过程进行再生[11]。

日本专利JP04 74511[12]报道通过喷射喷嘴将臭气喷入生物降解池中的同时, 将有机废水和曝气后的出水引入生物降解池中, 该生物降解池中填装有蜂窝状的载体, 其上生长了大量的微生物群落, 通过微生物的降解作用可同时进行臭气和有机废水的处理。当进气中H2S的浓度为326.00ppm、有机废水TOC的浓度为1900kg/L时, 出气中H2S的浓度降至21.7 ppm、有机废水TOC浓度降至130mg/L。当气态污染物为疏水性或不溶性污染物时, 生物滤池的去除率会比较低。国外研究人员[13]通过实验发现, 对气态污染物进行预处理可有效提高生物滤池的降解能力。在利用生物滤池处理苯乙烯废气时, 先使苯乙烯废气通过一个光化学反应器, 进行UV辐照, 将苯乙烯转化为苯乙醛, 然后让苯乙醛通过生物滤池进行生物降解, 其体积降解能力高出直接处理苯乙烯生物滤池体积降解能力的三倍。

5 结论

随着工业的发展、人口的增长, 导致工业及城市污水处理量日益增加。由于未考虑到对空气的二次污染, 传统的大型污水处理场内的所有处理装置均为敞口设备。在污水处理过程中, 废水中所含有的大量挥发性有机污染物, 在空气的吹脱作用及生物化学反应作用下从水中逸出, 严重污染了周围的大气环境, 影响到了人类的健康。因此应封闭污水处理场的污水处理装置, 将收集起来的废气进行集中处理, 以减少因废水处理而造成的二次污染。该种有机废气虽然浓度低, 但对人体健康与生态环境的危害却不可忽视。生物净化工艺正是针对该类既无回收价值又严重污染环境的有机废气开发的。通过国内外10多年的实践表明, 生物法具有工艺流程简单、能耗小、处理费用低、效果好等诸多优点, 是现阶段净化处理工业低浓度有机废气的有效方法。在对该技术的研究开发上, 国外处于领先地位, 发表了大量的文献, 国内在这方面至今只有少数的研究报道。因此我国科学工作者应加强对该项技术的开发研究工作, 使其在低浓度有机废气的治理上发挥重要的作用。

摘要：文章详细介绍了生物化学法在处理有机低浓度废气时的工作原理及三种处理工艺, 分析了处理时应控制的工艺参数及填料的选择。阐明了开发该项废气处理技术的意义及广阔的应用前景。

关键词：生物化学法,废气处理机,低浓度有机废气

低浓度有机废气 篇2

结合课题组研究工作,概要介绍生物法废气净化技术的`基础菌种及应用条件、菌种库与菌种批量生产线、初步工业应用等方面的研究成果与应用情况.

作 者：孙石 王洁 吴献花 邓辅唐 雷艳梅 曾二丽 许晓毅 作者单位：孙石,王洁,邓辅唐(云南大学环境与湖泊研究院,昆明,650091)

吴献花(玉溪师范学院,云南,653100)

雷艳梅,曾二丽,许晓毅(昆明理工大学环境科学与工程学院,云南,650093)

低浓度有机废气 篇3

自1987年Ottengraf在美国申请了生物过滤法处理废气的专利以来, 生物过滤技术在欧洲和北美等地区已有几十年的研究和使用经验, 如今已被广泛用于化工、养殖、制药、垃圾填埋、污水处理等领域的恶臭治理中。但目前国内仅在石化和污水处理等行业有少量建成的废气工业化生物过滤装置运行, 且在运行过程中还存在着诸多问题[4]。

本文介绍了近年来国内外生物过滤装置在运行中存在的问题及相应的研究情况, 从而为生物过滤法在我国的工业化应用提供一定的参考和指导。

1 生物过滤法的工艺流程

生物过滤法处理VOCs的工艺流程见图1。由图1可见, 低浓度的VOCs首先经过去除悬浮颗粒物、调节气体温度和湿度等预处理措施, 再通过气体输送装置进入到装填有负载着微生物的多孔介质 (又称填料, 通常包括堆肥、木屑、沸石、珍珠岩等) 的生物床层中, 通过营养添加、p H调节等手段使生物滤池达到最佳的运行条件, 保证微生物可以最大化地将进入到生物床层中的VOCs分解成CO2和H2O等无害物质, 外排至大气中。在生物反应过程中, 附着在介质上的微生物一直保持着静止和固定的状态, 而被处理的VOCs气体则处于变化和流动的状态[5]。

1循环泵;2储水箱;3气体加湿器;4生物滤池

2 生物滤池性能的影响因素

生物滤池中发生的反应是一个生化过程, 见式 (1) 。

然而, 要保证生物滤池能持续稳定地运行, 还受到诸多因素的限制。大量资料显示, 在最优的操作条件下, 生物滤池的去除效率可达95%以上。但大多数情况下, 生物滤池都无法在最佳的条件下进行生物降解反应, 这主要受以下因素的制约。

2.1 微生物

微生物作为生物过滤反应的主体, 是决定生物滤池性能的主要因素。生物滤池中的微生物主要是从活性污泥中筛选驯化而来的, 大量的研究显示, 在筛选和驯化的过程中考察微生物的降解性能及其动力学, 有助于了解微生物在生物过滤反应中的作用, 同时为工程菌的制备提供资源[6,7]。目前, 具有降解VOCs能力的微生物主要包括细菌和真菌, 生物过滤反应中降解VOCs的微生物见表1[8]。目前, 对生物滤池中微生物的研究还是以细菌为主, 对真菌的研究较少, 这是由于真菌生物滤池具有如下的缺点:1) 启动时间较长;2) 床层阻力逐渐增大;3) 产生孢子污染[9]。然而, 真菌对疏水性VOCs较强的吸附降解能力, 因此近年来对真菌的研究逐渐增多。其中, Vergara-Fernández等[10]以腐皮镰刀菌 (Fusarium solani) 为对象, 分别考察了温度和湿度对孢子产生的影响, 进气负荷、空塔停留时间和填料对孢子扩散的影响[11], 以及不同填料对正戊烷-生物相分配系数的影响[12]。可以预料, 随着研究不断深入, 真菌生物滤池的应用前景会越来越好。

由表1可见, 每一种VOCs都有一或多种降解菌与其对应。因此, 对于一种VOCs, 单一菌种就可以取得较好的处理效果;而在处理多组分VOCs时, 则须通过微生物群落 (即多种菌株的共生群体) 的协同作用来实现污染物的降解。如炼油和化工企业污水处理过程中挥发的VOCs包含多种组分, 为了获得较好的去除效果, 通常会选用活性污泥挂膜。许多学者对污泥中的微生物群落结构进行了研究。谢冰等[13]分析了生物过滤法处理恶臭气体 (H2S、NH3和其他VOCs) 过程中填料表面的微生物群落结构, 实验结果表明, 生物膜中的微生物主要由异养细菌和真菌组成, 其中异养细菌占优势地位;细菌中芽孢杆菌属为优势菌种, 占细菌总量的62.5%;真菌中青霉菌属为优势菌种, 占真菌总量的25.7%。Fu等[14]在进气负荷为0.26~3.76 g/ (m3·h) 的条件下, 考察了混合菌群对乙烯的处理效果 (去除率接近100%) , 并通过微生物群落结构分析确定生物膜主要由β-变形菌, γ-变形菌、杆菌和放线菌等组成。目前, 微生物分析手段主要有变性梯度凝胶电泳 (DGGE) 、温度梯度凝胶电泳 (TGGE) 、单链构象多态性检测 (SSCP) 等, 通过这些手段可以更好地了解微生物群落结构的动态变化。

2.2 填料

填料作为微生物在生物滤池中生长代谢的承托结构, 为生物膜的形成提供了骨架和基质, 有利于生物降解反应的进行。因此, 理想的填料要具备以下特点:1) 较大的比表面积;2) 一定的机械强度;3) 较强的保水能力;4) 较高的孔隙率。目前常用的填料根据性质可分为两类:1) 有机填料, 主要包括堆肥、泥炭、木片等;2) 无机填料, 主要包括沸石、珍珠岩、泡沫材料、活性炭等。

2.2.1 有机填料

堆肥是研究最为广泛的有机填料, 因为堆肥可以为微生物的生长提供丰富的有机质, 从而提高VOCs的处理效果;但缺点也很明显, 随着微生物不断增殖, 床层孔隙率会逐渐降低, 引起床层堵塞和压降增大, 从而增大系统的能耗。

同堆肥一样, 泥炭亦含有大量的有机质, 可为微生物的生长提供充足的营养, 但泥炭缺乏足够的机械强度 (堆肥也是如此) , 当床层填料较多时, 易发生压实。木片含有的生物量和有机质较堆肥和泥炭相对偏少, 但却远大于无机填料, 同时具有无机填料的高机械强度, 可以保证不会因为床层压实产生沟流现象和厌氧环境[15]。研究表明, 选用合适的木片做填料可以获得较高的VOCs去除率。Chen等[16]选用西部雪松 (WC) 和硬木 (HW) 两种木片作为填料对恶臭及H2S和NH3的混合气体进行生物降解, 结果显示HW和WC对恶臭的去除率分别为70.1%和82.3%, 对H2S的去除率分别为81.8%和88.6%, 对NH3的去除率分别为43.4%和74%。

2.2.2 无机填料

与有机填料相比, 无机填料机械强度大, 不会产生床层压实问题, 但无机填料本身不含有机质, 无法为微生物生长提供营养, 因此还需要额外添加营养液。目前, 泡沫材料和活性炭被广泛用于生物过滤研究。

Baltrënas等[17]对比了泡沫材料与其他填料的保水能力, 结果显示, 保水能力大小顺序为泡沫>木片>沸石。此外, 具有高孔隙率的泡沫材料可以给微生物的生长提供更大的空间[18]。

活性炭对气体有很强的吸附能力, 当活性炭的表面附着上微生物以后, 吸附和生物降解的双重作用提高了VOCs的去除性能[19]。Aizpuru等[20]在处理由乙醇、甲酮、酯类和芳香族化合物组成的废气时发现负载微生物的活性炭比无微生物负载的活性炭对废气的去除效率要高很多 (85%和55%) 。

2.2.3 复合填料

近年来, 研究人员针对有机填料和无机填料各自的特点, 根据优势互补的原则, 通过混合不同的填料来处理VOCs, 显示了较好的去除性能。Dixit等[21]考察了复合填料 (堆肥和木片) 对甲苯和丙醇的处理效果, 经过长期的运行实验, 对甲苯的降解率为70~100% (0~165 d) 、对丙醇的降解率为100% (166~200 d) 。吕明杰等[22]使用有机复合填料 (木片、木屑和泥炭按一定比例混合) 处理甲苯, 在进气量为0.4 m3/h、甲苯质量浓度为400 mg/m3的条件下, 其生物降解负荷可达30.6 g/ (m3·h) 。

2.3 湿度

水是微生物生存的基本环境, 在床层中保持一定的水分有助于微生物获取生长代谢所需的基质和营养, 并保持细胞膜内外的电解质平衡[23]。因此, 床层湿度是影响生物滤池性能的关键因素之一[24]。相关研究表明, 对于大部分的填料, 床层湿度的最佳范围是35%~80%[25], 在此范围内微生物的降解速率可以达到最大。当床层湿度过小时, 填料就会出现板结和干裂的现象, 导致微生物失活, 进而降低生物滤池对VOCs的去除能力;而当床层湿度过大时, 过多的水分会降低床层的孔隙率, 导致床层的压降升高, 并增大VOCs和氧气在气液传质过程中的阻力, 甚至在床层的局部形成厌氧环境, 同样不利于生物过滤反应的进行。因此, 在生物滤池的运行过程中维持一定的床层湿度是十分必要的。大量研究表明, 75%的生物滤池运行失败的原因是由低效的湿度控制引起的[26,27]。可见在生产过程中, 要把生物床层的湿度控制在理想的范围内是非常困难的。

寻找有效的湿度控制手段要建立在对生物床层湿度深刻理解的基础上。影响床层湿度的因素有很多, 例如进气的湿度、床层的喷淋频率和喷淋量、微生物在床层中的分布情况、微生物的氧化产热、填料的保水能力等[28]。在这些因素当中, 进气的湿度和微生物的氧化产热会导致生物床层的湿度显著降低。首先, 气体在床层内的流动会减少填料表面的水分, 而水分不饱和的气体则会加剧这一过程;此外, 微生物在生物氧化过程中产生的热量也会导致生物床层的温度升高, 加大填料表面水分的蒸发, 降低床层的湿度。针对这两种现象, 目前生物床层的保湿方法主要有以下2种:1) 在气体进入生物床层之前, 对VOCs进行预加湿 (通常保证气体的相对湿度在95%左右) , 据研究显示, 在处理高浓度VOCs时, 气流和生物降解产热导致的床层湿度降低比例可达到70 g/kg[12], 尽管给气体预加湿是控制床层湿度的有效手段, 但缺点是该方式会增大系统的能耗;2) 通过喷淋的方式对生物床层进行加湿, 这种方式比进气预加湿的效果更直接、成本也更小, 但这种喷淋方式不易控制, 很容易因为喷淋过量而造成床层的湿度过高, 微生物数量减少, 且不利于生物床层内水分的均匀分布。因此, 如何优化床层的加湿手段是未来值得深入研究的课题。

2.4 温度

目前, 生物滤池大都在常温下运行, 这主要是因为大多数在生物滤池中起作用的微生物属于嗜中温菌, 只有少部分属于嗜热菌。相关研究表明, 当生物滤池的床层温度保持在20~30℃时, 生物滤池的VOCs去除性能会保持在一个较高的水平上, 并且不发生显著的变化[29]。一般来说, 影响生物床层温度变化的因素有2个, 环境温度和生物产热。环境对生物床层温度的影响主要表现在季节的变化上, 外界气温的变化会影响进气的温度;而生物降解的过程是一个放热反应, 产热的多少取决于进气的有机负荷, 相关研究指出, 生物降解反应会导致床层升温2~4℃, 如果VOCs的负荷过高, 床层的温度甚至会升高10℃[23]。当进气温度为常温 (春、夏、秋季) 时, 微生物代谢产热和外界气温的共同作用会导致生物床层逐渐升温, 因此, 可适当增大进气量, 加速生物床层的散热;而当进气温度较低 (冬季) 时, 床层温度受气量的影响较为明显, 大量的低温废气通过床层会加速传热过程, 从而使床层降温, 同时降低微生物对VOCs的去除性能。因此, 在冬季需要采取一定的气体增温手段和生物滤池的保温措施, 才能保证床层中微生物正常的代谢过程。

2.5 p H

同温度一样, 生物床层的最佳p H范围也是由微生物决定的。不同的是, 微生物对p H的敏感性要远大于温度, 一旦床层p H超过了其适应范围, 微生物活性会迅速降低。床层p H在生物滤池的运行过程中产生波动主要是由于微生物在代谢过程中不仅生成了CO2和H2O, 同时还产生了很多的副产物, 这些物质主要包括有机酸 (乙酸) 、因卤代有机物和还原性硫化物 (H2S) 等发生氧化反应产生的无机酸[30]、杂原子化合物转变成的酸性产物[31]等。这些酸性产物不仅会降低床层的p H、影响微生物的去除性能, 而且还会腐蚀设备和管线。目前, 生物滤池中已发现的微生物大都属于嗜中性菌, 其生长代谢的最适p H范围为6~9。要保持生物床层最适的p H范围, 就需要向滤池中投加一定量的碱性药剂, 最常见的手段是投加石灰石粉末。但固体粉末无法均匀覆盖到整个床层, 因此, 将其配成弱碱性溶液并通过喷淋的方式来提高床层的p H值, 这样做的好处是可同时给床层增湿。

2.6 营养物质

营养物质对微生物的代谢作用至关重要。生物滤池中具有降解作用的微生物都属于异养性微生物, 这类微生物在代谢过程中除了要保证充足的氧气和碳源, 还需要氮、磷、钾以及一些必要的微量元素。对于由堆肥、泥炭等有机填料组成的生物床层, 床层本身含有丰富的有机质, 一般不需再额外添加营养物质;而对于沸石、珍珠岩、泡沫材料等无机填料组成的生物床层, 则需要定期向床层中补充营养物质。相关研究显示, 在营养物质中, 氮源的作用仅次于碳源, 充足的氮源可以显著提高生物滤池的性能。Delhoménie等[32]认为, 营养物质中C和N (尿素作为氮源) 的化学计量比在lg (C/N) 为0.6左右时, 生物滤池对甲苯的去除能力可由0~10g/ (m3·h) 提高至40~50 g/ (m3·h) 。此外, 在生物滤池的启动阶段添加适量的微量元素, 例如磷、硫、钾等, 可以有效地促进微生物的生长, 缩短启动周期。

3 展望

自20世纪80年代至今, 生物过滤的工艺研究已相当成熟。但生物过滤技术在工业化的过程中却出现了诸多问题, 限制了生物过滤法的应用和推广。针对这些问题, 今后生物过滤技术的研究重点应着重在以下4个方面:1) 微生物工程菌的筛选和强化;2) 生物滤池的温湿度控制技术;3) 新型填料的研发;4) 生物过滤装置的自控系统研究。

近年来, 随着国内环保要求的日益严格, 高浓度、有回收价值的VOCs可以被重新加以富集和利用, 而低浓度、无回收价值的VOCs则迫切需要一种经济、有效的技术加以处理, 生物过滤法作为一种易操作、低成本的环保技术必然成为VOCs处理的首选工艺。因此, 进一步加强生物过滤技术的工业化研究必将有助于推进该技术的应用和推广, 也可更好地解决相关企业的VOCs污染问题。

摘要：介绍了生物过滤法处理低浓度有机废气的基本工艺流程, 阐述了近年来国内外针对生物滤池性能影响因素的研究进展, 包括微生物、填料、湿度、温度、pH和营养等, 指出了各因素在生物滤池运行过程中的作用及存在问题, 并对应用生物过滤技术的前景进行了分析。