一：生物法净化VOCs原理

生物法净化VOCs废气的机理如图1.1所示。VOCs废气的生物净化是微生物通过代谢活动，将废气中的VOCs转化为简单的无机物(CO2，水等)及细胞组成物质的过程。废气的生物净化过程与废水的生物净化过程有很大的区别：对于前者，由于气、液相(或固体表面液膜)之间的有机物浓度梯度和水溶性的作用，废气中的污染物首先要经过气、液相间的传质过程，然后在液相中被微生物降解，产生的代谢物一部分溶于液相，一部分作为细胞物质或细胞代谢能源，还有一部分(如CO2)则从液相转移到气相。废气中的污染物通过上述过程不断减少，从而被净化。

图1.1 生物法净化VOCs机理

       用于降解气相污染物的微生物种类很多，根据能源利用情况可以分为自养菌和异养菌：自养菌利用无机碳作为能源，因此一般存在于生物除臭塔中；异养菌则是通过氧化有机物来获得能量，在适宜的温度、pH值和有氧的条件下，能较快地完成降解过程。在生物滤塔运行初期，微生物对污染物有一个适应过程，其种群和数量分布逐步向适宜于处理目标污染物的情况转变。在通常情况下，对易降解的有机物，大约需10天时间，而对于难降解的有机物，所需时间则更长。

二：生物法净化VOCs的工艺

2.1 生物洗涤法(Bioscrubbing)    

生物洗涤法的工艺流程见图2.1。生物洗涤塔由一个吸收塔和一个再生池构成，洗涤液(循环液)自吸收室顶部喷淋而下，废气中的VOCs和O2在这个过程中传入液相。吸收了VOCs的洗涤液再进入再生池(活性污泥池)中，洗涤液中的VOCs被再生池中的活性污泥降解，再生后的洗涤液循环使用。目前，常用的洗涤设备为喷淋塔，也可以采用多孔板式塔和鼓泡塔。一般地，若气相传质阻力较大，可用多孔板式塔；反之，液相传质阻力较大时则用鼓泡法。

由于生物洗涤器的循环洗涤液需采用活性污泥法来再生，所以在通常情况下，循环洗涤液主要是水，因此，该方法只适用于水溶性较好的VOCs，如乙醇、乙醚等，而对于难溶的VOCs，该方法则不适用。

图2.1 生物洗涤法工艺流程

2.2生物过滤法(Biofilitration)

生物过滤法处理VOCs废气的工艺流程如图2.2所示。VOCs废气通过增湿塔增湿后进入生物滤塔，流经约0.5~1 m厚的生物活性填料层，在这过程中，污染物从气相传入生物相，进而被氧化分解。生物过滤法工艺简单，易于操作，而且滤料具有比表面积大、吸附性能好的特性，可大大减缓入口负荷变化引起的净化效率的波动。

生物过滤反应器的性能参数主要有空床停留时间、表面负荷、质量负荷和去除率，各参数的基本含义及典型范围见表2.这些参数及其范围实际上也是生物过滤反应器的设计依据。其中空床接触时间表示的是废气经过反应器的相对时间，由于床内充满填料，而气体只能在填料空隙间通过或停留，因此气体的实际停留时间，应该是气体流量除以反应器的空隙体积。

图2.2 生物过滤法工艺流程

生物滴滤是介于生物过滤与生物洗涤的一种生物法废气净化方法。滴滤塔中填充一定体积的惰性填料，为微生物提供一定的附着面。在生物滴滤塔中，液相是连续流动的，且进行一定的循环，如图2.3所示，循环液由滴滤塔的顶部向下喷淋，并沿着填料滴流而下同时控制着床层的湿度。循环液为微生物提供分解有机物所必需的水分和营养液。VOCs由滴滤塔的底部至上运动，流经表面附有微生物的填料，与微生物接触后被降解。

2.3 生物滴滤法(Trickling Biofiltration)

生物滴滤塔填料的选择原则与生物过滤塔基本相同，通常采用粗碎石、塑料、陶瓷等无机材料，比表面积一般为100~300 m2/m3。采用这类填料，一方面为气流通过提供了大量的空间；另一方面，也可降低填料压实程度，避免由于微生物生长和生物膜脱落引起的填料堵塞。

与生物过滤塔相比，生物滴滤塔的反应条件(pH值、湿度)易于控制(通过调节循环液的pH值、湿度)，故在处理卤代烃、含硫、含氮等微生物降解过程中会产生酸性代谢产物的污染物时，生物滴滤塔较生物过滤塔更有效。另外，由于生物滴滤塔的反应条件由人为控制，所以滤塔中的环境更适于微生物的生长和繁殖，单位体积填料的生物量较生物过滤塔多，也更适于净化负荷较高的废气。

图2.3 生物滴滤塔工艺流程示意图

2.4 生物法工艺比较

对不同成分、浓度、气量的VOCs各有其适宜的生物净化系统。净化气量小、浓度大且生物代谢速度较低的气体污染物时，可采用以穿孔板式塔、鼓泡塔为吸收设备的生物洗涤器，以增加气液接触时间和接触面积，但系统的压降较大;对易溶气体则可采用生物喷淋塔；对于大气量、低浓度的VOCs可采用生物过滤系统，该系统工艺简单、操作方便。对于负荷较高，降解过程易产酸的VOCs则宜采用生物滴滤法。

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