生物过滤对挥发性有机化合物污染控制分析

蔡聆聆

广东省南方环保生物科技有限公司 广东广州 510700

摘要：随着现代化工业发展进程的加快，大量的挥发性有机化合物被排放到大气环境中，挥发性有机化合物具有来源渠道广、危害性强等特点，属于仅次于颗粒污染物的大气污染物，因此挥发性有机化合物排放量的增大成为了目前环境管理关注的重点问题。挥发性有机化合物处理方法包括燃烧、冷凝、吸附、吸收、光催化、生物处理等，生物处理具有装置简单、成本低等优势，由此生物过滤法也成为了处理挥发性有机化合物最有效的手段之一。本文针对生物过滤法与传统处理方法进行对比，分析生物过滤法在使用中存在的不足，探讨生物过滤法处理挥发性有机化合物的相关影响因素。

关键词：生物过滤法；挥发性有机化合物；污染控制对策

生物过滤是一种适用于处理大风量、低浓度挥发性有机化合物的废气处理技术。这一技术目前已经在一些发达国家得到广泛的应用，主要用于控制恶臭及VOCs排放，这一方法对污染物的控制效率在90%以上。而且，生物过滤的应用成本较低，在对中低浓度高风量的废气治理中，与其他污染物控制技术相比具有较好的经济优势。

一、挥发性有机化合物的常用处理技术

在进行挥发性有机化合物处理的时候，主要根据其来源、种类、特点、浓度以及具体要求来选择合适的处理技术。目前常用的处理挥发性有机化合物的方法为物理与化学法、生物法、物化法，例如冷凝法、吸收法、吸附法、燃烧法、光催化分解法、等离子分解法等。生物法处理的技术主要包括生物过滤、生物滴滤、生物洗涤等，其中生物过滤的操作最为简便、应用成本低且应用范围广，不容易发生二次污染的问题。见表1。

表1  挥发性有机化合物不同处理方法的优缺点对比[1]

处理技术	适用范围	优点	缺点
冷凝法	高浓度、高沸点、小气量、单组分	对较高浓度的单组分废气的处理成本较低，还具有较高的回收率	操作复杂，复杂组分以及中高挥发性组分的回收率较低，低浓度废气处理的成本较高
吸收法	大气量 、高浓度、低温、高压挥发性有机化合物	对挥发性有机化合物的处理效率较高，技术发展更加成熟	高温废气需要降温，压力较低时净化率也会降低；吸收剂需要回收从而易造成二次污染
燃烧法	成分复杂、高浓度、小气量的挥发性有机化合物	能够处理较为复杂的挥发性有机化合物，应用范畴广泛且净化率较高	运行成本较高，操作安全性不高，容易造成二次污染
膜分离法	高浓度、小气量且有较高的回收价值的挥发性有机化合物	操作简单，回收率高，不会造成二次污染	设备投资费用较高
生物法	中低浓度、大气量可生物降解挥发性有机化合物	应用广泛，处理效率高，操作简单且成本较低，不会造成二次污染	对高浓度、生物降解性差以及难降解的挥发性有机化合物处理效果较差

二、生物过滤法用于挥发性有机化合物处理的影响因素

（一）污染物性质

污水处理、冶金、石油、制药、化工、塑料、屠宰、食品和海产品加工、城市垃圾处理等各种行业的废气非常复杂，通常包含多种VOCs。在处理混合物时，污染物之间的相互作用对生物过程的传质和生物降解起着重要作用，可能会导致目标污染物降解效率的升高或降低。

废气中有些污染物会抑制或促进其他污染物的生物降解。比如异丁醛的存在部分抑制了生物滤池中二甲基硫化物的去除，而甲苯对硫化合物的生物降解没有显著影响。另一方面，二甲基硫化物或二甲基二硫化物对H2S没有抑制作用。多项研究表明，亲水VOCs的添加可以刺激生物反应器中疏水VOCs的降解。先前的研究表明，甲醇对正己烷的降解有明显的促进作用。

（二）填料与营养物质

填料是生物过滤器重要的组成部分，填料能够为微生物提供一个良好的生存环境从而维持其生物降解的效率。生物过滤填料根据性质分为有机填料、无机填料。有机填料具有微生物所需的营养物质，不足之处在于，由于有机填料的矿化极易导致填料床的压实或堵塞，从而会缩短填料的使用寿命，导致填料成本增加。常用的无机填料有火山岩、蛭石、珍珠岩、玻璃珠等，无机填料也能单独作为生物过滤法的填料，但是需要额外加入营养物质，因此无机填料常用于生物滴滤法的处理中。

填料中的营养作为生物反应器中微生物成长代谢以及保持活性的基本条件，常用的营养物质有氮、磷、无机盐等。生物过滤处理挥发性有机化合物的过程中，由于可溶性氮消耗量过大，有机氮矿化速度低于可溶性氮的利用率，因此会发生氮限制的问题。对于这一问题的解决还存在很大的争议。

（三）微生物环境

温湿度、pH也是生物过滤法处理挥发性有机化合物的重要影响因素，会直接影响生物过滤器的效果。

常见微生物适宜的生长环境温度为20~30℃，低温、高温环境都不利于微生物的生长、活动，进而影响降解效果。温度高，在生物滤池中保持均匀的水含量也很困难。另一个潜在的问题是污染物和氧在较高温度下的高挥发性或低溶解度。气相与生物膜之间的分配系数和传质速率不如低温时有利。从微生物学的角度来看，高温预计会减少微生物的多样性。

湿度与水分活度有关。各类微生物生长都需要一定的水分活度，换句话说，只有营养物的水分活度大于某一临界值时，特定的微生物才能生长。一般说来，大多数细菌为0.94~0.99。当水分活度低于0.60时，绝大多数微生物无法生长。而湿度过大则会影响氧传递效率。总的来说，对于致密的、排水困难的填料和憎水性VOCs，最佳含水量在40%附近；而对于密度较小 、多孔性的填料和亲水性VOCs，则最佳湿度为 60%或更多

[2]。

微生物在生物过滤法处理挥发性有机化合物中发挥着重要的作用。对于大多数微生物来说，适宜pH值为5～9，不同种类的微生物最适宜pH值不相同。大部分微生物在PH7～8的环境中可以正常发育，在生物过滤处理废气的过程中要注意避免填料酸化，一些挥发性有机化合物物质由于自身结构在生物降解的过程中会产生酸性物质，长期在填料中积累就会发生酸化反应，阻碍反应器的性能。避免填料酸化的方法为：（1）在填料中加入例如石灰、火山岩、Ca（OH）2、Na2HPO4等混合酸化缓冲物质。（2）在填料上段喷洒酸性缓冲营养盐物质[3-6]。

三、小结

    生物过滤法已经成为了处理有机废气、恶臭物质的常用方法，具有良好的发展前景，因其优势也越来越受到关注。但是生物过滤法处理挥发性有机化合物在以下方面仍需进一步研究，包括生物降解机理、动力学以及其中各因素影晌、高效菌种的研制、微生物最佳生长环境等等，这些都对实际工程上应用生物过滤法处理挥发性有机化合物长期稳定运行有实际指导意义，需进一步研究探讨。

参考文献：

[1]吴丹, 李法云, 陈晓阳,等. 生物过滤法处理挥发性有机化合物研究进展[J]. 科技导报, 2009(16):5..

[2]Sandeep Mudliar, Balendu Giri, Kiran Padoley,等. Bioreactors for treatment of VOCs and odours - A review[J]. Journal of Environmental Management, 2010, 91(5):p.1039-1054.

[3]. Smet E.; Chasaya G.; van Langenhove H.; et al. The effect of inoculation and the type of carrier material used on the biofiltration of methyl sulphides [J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 1996, 45, 293-298.

[4]. Smet E.; van Langenhove H.; Verstraete W. Long-term stability of a biofilter treating dimethyl sulphide [J]. Applied Microbiology and Biotechnology, 1996, 46, 191-196.

[5]. Arriaga S.; Revah S. Improving hexane removal by enhancing fungal development in microbial consortium biofilter [J]. Biotechnology and Bioengineering, 2005, 90, 107-115.

[6]. van Groenestijn J. W.; van Heiningen W. N. M.; Kraakman N. J. R. Biofilters based on the action of fungi [J]. Water Science and Technology, 2001, 44, 227-232.