生物分解法是在已成熟的采用微生物處理廢水基礎上發(fā)展起來的處理有機廢氣的方法。通過附著在多孔、潮濕介質(zhì)上的活性微生物 ,用大氣中低濃度的有機廢氣為其生命活動的能源或養(yǎng)分 ,將其轉(zhuǎn)化為簡單的無機物(CO2、H2O)或細胞組成物質(zhì)。

按照荷蘭學者Ottengraf 提出的生物膜理論 ,生化法處理有機廢氣主要經(jīng)歷3個步驟: ①廢氣中的有機污染物首先同水接觸并溶解于水中(即由氣膜擴散進入液膜) ; ②溶解于液膜中的有機物成分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進入微生物體內(nèi)的有機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 ,經(jīng)生物化學反應最終轉(zhuǎn)化成為無害的化合物。

近些年來國外研究者對生物分解法處理 VOCs在動力學模型、微生物菌種的培養(yǎng)及工藝設備方面進行了大量的研究工作。通過對生物廢氣處理過程數(shù)學模型的建立與計算 ,預測在給定條件下生物凈化法的處理效果 ,為設計和過程優(yōu)化提供依據(jù)。

Tang研究了生物過濾器的吸附、微動力學、質(zhì)量傳遞和氣體流線譜之間的相互作用 ,用開發(fā)出的數(shù)學模型描述了生物過濾器的瞬間特性 ,實驗研究和模型分析結(jié)果均表明 ,過濾器的瞬間特性主要受過濾材料的性質(zhì)和運行條件影響。

Okkerse 等研究了生物滴濾池處理廢氣中生物量累積和阻塞的問題 ,并利用二氯甲烷作為模擬污染物質(zhì) ,獲得了動力學模型。

Hwang等研究了甲苯生物過濾法的動力學行為 ,由于甲苯是不溶于水的氣體污染物 ,所以可作為模型化合物選用 ,有效性因素分析結(jié)果表明 ,生物過濾非水溶性化合物(如甲苯)時 ,受系統(tǒng)質(zhì)量傳遞影響 ,不宜在氣體流動速度較高的條件下操作。

Abumaizar用提出的穩(wěn)態(tài)數(shù)學模型描述(VOCs)在生物過濾池中的去除動力學 ,在穩(wěn)態(tài)條件下處理苯、甲苯、乙苯和二甲苯 ,實驗數(shù)據(jù)與模型預測比較結(jié)果表明 ,粒狀活性炭存在可提高堆肥生物過濾池對苯系污染物的去除效率。

郭靜對反應器中微生物的生長狀況進行了分析 ,發(fā)現(xiàn)被處理污染物的成分以及微環(huán)境條件不同 ,將繁殖出不同的微生物種群。對于水溶性好的污染物 ,可利用適于在水中生存的細菌進行生物降解。對于難溶于水的污染物 ,可由真菌代替細菌進行生物降解。特別是對于某些有機物 ,真菌的降解能力高于細菌。

喬鐵軍也進行了生物活性濾池中微生物的生長研究。結(jié)果表明 ,在活性濾池中微生物的生長速度是不同的 ,異養(yǎng)細菌生長速度最快 ,亞硝化細菌次之 ,硝化細菌最慢。3 大微生物類群之間不存在明顯的競爭關系 ,而在各個類群內(nèi)部之間則表現(xiàn)為對基質(zhì)的競爭關系。

國內(nèi)外研究者對污染物的處理設備強化和工藝優(yōu)化上進行了大量的研究。

Ergas設計的生物膜反應器生物質(zhì)量濃度較高 ,可克服傳統(tǒng)生物過濾池的許多缺點。

Smith采用微生物過濾技術對甲苯廢氣進行處理 ,發(fā)現(xiàn)處理效率達77 % ,而持續(xù)時間可達200 d。

Sorial在研究含有苯、甲苯、乙苯和二甲苯的廢氣利用生物過濾技術處理過程中 ,發(fā)現(xiàn) VOCs 處理效率可達88 %。

楊顯萬等對低濃度揮發(fā)性有機廢氣長期工業(yè)試驗結(jié)果表明 ,生物法對甲苯質(zhì)量濃度為 300～400 mg/ m3的橡膠再生低濃度有機廢氣具有良好的凈化作用 ,凈化效率可較長時間保持在 90 %左右 ,含有甲苯的廢氣經(jīng)生化處理后可實現(xiàn)達標排放。

李國文選取柱狀活性炭為濾料 ,以甲苯為有機廢氣代表物 ,采用生物過濾塔進行處理 ,降解效率均大于95 %。

尚巍等用生物過濾塔處理 VOCs ,將填料在塔外浸泡接種 ,排泥后裝入塔內(nèi)進行通氣掛膜 ,由于掛膜時間短 ,處理效果好。

與傳統(tǒng)的廢氣處理技術相比 ,生物處理技術具有效果好、投資及運行費用低、安全性好、無 2 次污染、易于管理等優(yōu)點。但是為進一步工業(yè)應用 ,仍需要解決工程實施中一些關鍵問題 ,如針對高濃度廢氣和較難生物降解的物質(zhì) ,培養(yǎng)專屬菌種 ,如何提高疏水性或難降解廢氣的處理能力 ,如何改善生物濾料、填料的物理性能和使用壽命 ,如何實現(xiàn)自動控制 ,提高對各運行參數(shù)的控制能力 ,降低維護費用和發(fā)生故障的次數(shù)。

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