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1.生物法的概念

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(chǔ)上發(fā)展起來的，生物凈化實質(zhì)上是一種氧化分解過程：附著在多孔、潮濕介質(zhì)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(yǎng)分，轉(zhuǎn)化為簡單的無機物(CO2、H20)或細(xì)胞組成物質(zhì)。

與廢水生物處理過程的最大區(qū)別在于：廢氣中的有機物質(zhì)首先要經(jīng)過由氣相到液相(或固體表面液膜)的傳質(zhì)過程，然后溶解于液相中的有機成分在濃度差的推動下，進(jìn)一步擴散至介質(zhì)周圍的生物膜，進(jìn)而被其中的微生物捕捉吸收;在此條件下，進(jìn)入微生物體內(nèi)的污染物在其自身的代謝過程中作為能源和營養(yǎng)物質(zhì)被分解，產(chǎn)生的代謝物一部分溶入液相，一部分作為細(xì)胞物質(zhì)或細(xì)胞代謝能源，還有一部分，(如CO2)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。

2.生物法處理有機廢氣機理

對于生物法處理廢氣的機理研究盡管已做了不少的工作，但至今仍沒有統(tǒng)一理論。目前在世界上公認(rèn)影響較大的是荷蘭學(xué)者，依據(jù)傳統(tǒng)的雙模理論提出額生物膜理論。另外一種是PEDERSEN、孫佩石等根據(jù)吸附理論提出的吸附-生物膜理論所為生物膜及是由微生物群體在固體載體表面構(gòu)成的粘性膜結(jié)構(gòu)。潤濕環(huán)境下，微生物以廢氣中有機物為能源，將其氧化分解過程中，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濃度或生物可降解性強的廢氣時，更顯示了優(yōu)越性。

3.生物法的工藝特點

由于微生物對各種污染物均有較強、較快的適應(yīng)性，并可將其作為代謝底物而降解、轉(zhuǎn)化，因此，與傳統(tǒng)的廢氣處理技術(shù)相比，生物處理技術(shù)具有效果好、投資及運行費用低，安全性好，無二次污染，易于管理等優(yōu)點。同時，由于廢氣生物處理系微生物的再生可直接通過吸收劑中微生物的作用來實現(xiàn)，而不需要先濾化吸收和吸附那樣的專門設(shè)備，從而簡化了工藝流程和工業(yè)設(shè)備，降低運行操作費用，所以，生物處理技術(shù)已逐漸成為世界研究的熱點課題之一。

4.主要工藝及對比

4.1、生物過濾床

生物過濾床是一種在其中填入具有吸附性濾料(如泥炭、土壤、活性炭等物質(zhì))的凈化裝置。掛生物膜前，在過濾床中滲入PH緩沖劑和N、P、K等營養(yǎng)元素(如NH4NO3和K2HPO3)，當(dāng)具有一定溫度的廢氣進(jìn)入生物濾床，通過約0.5-1m厚的生物活性填料層時，濾料中的微生物(主要是細(xì)菌、放線菌、原生動物、藻類等)即可通過接觸而捕獲廢氣中的喲機務(wù)并將其作為自身生長的碳源。因此，廢氣通過生物過濾床后即可被凈化，而濾料層中的微生物在生化降解污染物的過程中不斷生長繁殖，從而使生物濾池的操作得以持續(xù)進(jìn)行，濾料使用一年后一半呈酸性，要定期進(jìn)行維護和保養(yǎng)。

生物過濾床中的水只是滯留在微生物膜的表面和內(nèi)層中，沒有形成貫穿整個濾料床的連續(xù)流動相。所以可以將含水生物膜視為一個單相，或稱之為固/液混合相。廢氣再生物過濾床中的凈化過程可認(rèn)為是傳質(zhì)與生化反應(yīng)的串聯(lián)過程。而傳質(zhì)方向是氣態(tài)污染物向固/液混合相中傳輸，一般認(rèn)為傳質(zhì)速率要比生化反應(yīng)速率快，所以生化反應(yīng)是整個過程的控制步驟。

同時，由于濾料(特別是活性炭)具有較高的吸附能力，可以使微生物胞外酶和污染物在濾料和微生物膜界面處濃縮，從而提高了生化反應(yīng)速率，并使廢氣的凈化度得以提高。因此，生物過濾床在處理廢氣方面已經(jīng)有較廣泛的應(yīng)用。

4.2、生物洗滌床

生物洗滌床通常由一個洗滌塔和一個再生池構(gòu)成，在洗滌塔中循環(huán)液通過噴淋或鼓泡的方式將廢氣中的污染物和氧氣轉(zhuǎn)入液相，實現(xiàn)質(zhì)量傳遞，一般地，若氣相阻力較大可用噴淋法，反之，液相阻力較大時則用鼓泡法，鼓泡和污水生物處理技術(shù)中的曝氣相仿。廢氣從洗滌塔底進(jìn)入，與生物懸浮液接觸而被吸收，該過程中，污染物的吸收率與廢氣的總量傳遞率、噴淋液的接觸面積和平均驅(qū)動壓(氣態(tài)廢物的平均濃度與液相中廢物的實際濃度之差)有關(guān)。吸收了廢氣組分的洗滌液，流入再生池(活性污泥池)中，通入空氣充氧后再生，在再生池中，污染物被微生物氧化分解，該過程實際上廢水的微生物處理過程。是污水處理最成熟的工藝之一。污染物的去除率主要與污染物的可生化性、再生池的操作條件等有關(guān)。

在生物洗滌塔處理廢氣過程中，由于吸收和氧化時相對獨立進(jìn)行的兩個過程，因此易于控制，廢氣中污染物去除率高。但這兩個系統(tǒng)分開建立，需鼓風(fēng)曝氣設(shè)施，這就造成該工藝占地面積較大，能耗高。

4.3、生物滴濾床

生物滴濾床使用的是粗碎石、塑料蜂窩狀填料、塑料波紋板填料、陶瓷、不銹鋼拉西環(huán)、樹皮、活性炭纖維、微孔硅膠等一類不具有吸附性的填料。填料的表面是微生物形成的幾毫米厚的生物膜，廢氣從滴濾床地步進(jìn)入，回流水由上部噴淋到填料床層上部、并沿著填料上的生物膜滴流而下，溶解于水中的有機污染物被一生物膜形式附著在填料上的微生物吸收，進(jìn)入微生物細(xì)胞的有機污染物在微生物體內(nèi)的代謝過程中作為能源和營養(yǎng)物質(zhì)被分解，最終轉(zhuǎn)化成無害的化合物(如CO2和H2O)，填料的比表面積一般為100-300M2/M3，這一方面為氣體通過提供了大量的空間。另一方面使氣體對填料層造成的壓力及微生物生長引起的空間堵塞危險性降到了最低限。生物滴濾床的反應(yīng)條件也易于控制。可通過調(diào)節(jié)循環(huán)液的PH，加入K2HPO4、NH4NO3等物質(zhì)得以實現(xiàn)。

生物滴濾床中，填料表面微生物濃度高，生長穩(wěn)定，在滴濾床中存在一個連續(xù)流動的水相，因此整個過程涉及氣液固三相，但從整體上講，仍然是一個傳質(zhì)與生化反應(yīng)的串聯(lián)過程，如果設(shè)計合理，將具有微生物濃度高，有較好的抗沖擊負(fù)荷能力，凈化反應(yīng)速度快，氣體停留時間短等優(yōu)點，因此該方法具有反應(yīng)器體積小，設(shè)備投資費用低等優(yōu)點，有較好的開發(fā)與應(yīng)用前景，也是目前各國生物法處理空氣污染物的熱門研究之一。

4.4、幾種生物技術(shù)的比較

不同成分、濃度及氣量的氣態(tài)污染物各有其有效的生物凈化系統(tǒng)。生物洗滌床適宜于處理凈化氣量較小、濃度大、易溶且生物代謝速率較低的廢氣;而對于負(fù)荷較高以及污染物降解后會生成酸性物質(zhì)的則以生物滴濾床為好。

5.現(xiàn)存問題及主要研究方向

廢氣生物處理是一項新技術(shù)，由于生物反應(yīng)器涉及到氣、液/固相傳質(zhì)與生化降解過程，影響因素多而復(fù)雜，有關(guān)的理論研究和實際應(yīng)用還不夠深入廣泛，許多問題需要進(jìn)一步探討和解決，大致有如下幾個方面。

5.1、反應(yīng)動力學(xué)模式研究反應(yīng)動力學(xué)即使研究污染物降解速率以及微生物增長率與污染物濃度、生物量等因素之間的定量關(guān)系，而這些關(guān)系直接決定著降解速率與污染物的去除效率。通過反應(yīng)機理的研究，可以找出決定反應(yīng)速度的內(nèi)在依據(jù)，有效的控制和調(diào)節(jié)反應(yīng)速度，最終提高污染物的凈化效率。

5.2、填充物的特性研究填充物的比表面積、孔隙率等直接影響著反應(yīng)器的生物量以及整個填充床的壓降及填充床時候易堵塞等問題。更重要的是，填充物對液/固傳質(zhì)分配系數(shù)有較大影響。同時，填料的使用壽命也直接影響整個裝置的運行費用，因此，填料特性研究可以改善反應(yīng)器運行狀況、節(jié)省運行費用。

5.3、動態(tài)負(fù)荷研究目前，大多數(shù)實際生產(chǎn)的尾氣均是非常態(tài)負(fù)荷氣流，氣量與濃度都處在時刻的變化過程中，因此，模擬動態(tài)負(fù)荷可解決一系列實際運用中碰到的問題。

5.4、高校優(yōu)勢菌種的篩選在原有菌種的基礎(chǔ)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(yōu)勢菌種，從而縮短反應(yīng)啟動時間，加快生物反應(yīng)進(jìn)程，提高處理效率。

5.5、生物菌群研究處理廢水的生物膜反應(yīng)器中生物膜從表到內(nèi)分為好氧菌層、兼性好氧菌層，這使微生物對有機污染物的凈化作用得以全面發(fā)揮，剩余污泥量也因厭氧菌層的存在大大降低。處理廢氣時，流體的性質(zhì)和流動狀態(tài)都發(fā)生了變化，研究存在的菌種類型也將進(jìn)一步促進(jìn)生物技術(shù)在廢氣治理中的應(yīng)用。