微生物技術在化工VOCs廢氣處理中的應用

杜文軍

摘 要：近年來，隨著我國經濟的快速發展，來源于有機化工、橡膠再生、煤化工、石油化工等工業生產應用過程的揮發性有機化合物（VOCs）大量向大氣中排放，導致污染問題日益嚴重，已經發展成為僅次于顆粒污染物的第二大類空氣污染物。為了有效降解及控制VOCs廢氣污染，如何采取科學、合理的處理技術成為了關鍵。本文在全面了解微生物技術原理的基礎上，結合具體案例，對化工VOCs廢氣處理中微生物技術的應用要點進行了分析與探究。

關鍵詞：微生物技術;化工企業;VOCs廢氣;技術原理

伴隨國民經濟的迅速發展，人們對環境的要求日益增高，更加向往一個沒有廢水、廢氣、固體廢物物污染的更加優美、舒適、愉悅的工作及生活環境。然而，在我國工業化進程不斷加快的今天，VOCs廢氣排放量越來越大，作為一種揮發性有機物，VOCs是指常溫下飽和蒸汽壓在70Pa以上，且常壓下沸點小于260℃的有機化合物。目前，已鑒定出的化學結構成分達到300多種，如苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯、三氯乙烯、三氯甲烷等。若VOCs廢氣濃度過高，極易引起急性中毒，嚴重者甚至會出現生命危險。于化工企業而言，如何降解VOCs廢氣成為了生產發展的關鍵。微生物技術作為一項新興的生物工程技術，該技術不僅成本低，且具有較高綠色環保性能，基本不會產生二次污染。為此，在VOCs廢氣處理中得到了廣泛應用與推廣。

1 微生物技術原理

作為一項新興生物工程技術，微生物技術是通過化學或物理等方式，將游離微生物或酶定位于限定空間區域內，使其保持活性并可反復利用的方法。在生物處理裝置中，此技術方式可維持較高濃度的生物量，增強微生物對毒性污染物的抵抗能力及系統抗負荷沖擊能力，具有極強處理能力。

VOCs是化工企業生產過程中形成的一種具有揮發性的有機物，伴隨我國工業化程度的不斷提升，VOCs廢氣排放已成為大氣污染的主要成分，加之VOCs廢氣不單單產生于生產環節，甚至在運輸環節也有此成分。此類廢氣含有一定毒性，長期吸入會導致人體癌變，將對人體健康及安全造成極大影響。采用微生物技術來降解VOCs廢氣，能夠將VOCs廢氣轉化為無機物、細胞質，以此滿足凈化VOCs廢氣的作用。相比其他處理技術，微生物技術具有投資少、運行成本低、能耗少、可有效減少環境污染等優勢。伴隨工業生產的不斷發展，工業廢氣排放量不斷加大，污染成分愈加復雜化，因此，以微生物法處理VOCs廢氣具有重要研究價值。

2 案例分析

某化工企業在生產過程中將會排放大量揮發性有機化合物，如VOCs廢氣，其主要成分包括甲苯和二甲苯以及醋酸乙酯、醋酸丁酯等。若人體內吸入甲苯等，其中48%會被人體代謝出去，在整個過程中需經過肝臟、腦、肺和腎等人體結構，最后才能被排除，在這個過程中很大程度上都會危害神經系統。經實驗研究表明，若血液內的甲苯濃度在1250mg/m3以上，將會影響接觸人員的短期記憶能力、大幅降低運動速度等。此外，二甲苯也屬于一種麻醉劑，若與工作人員長期接觸，必定會導致神經系統功能紊亂，若與二甲苯直接接觸，則會出現皮膚干燥、皸裂和紅腫等問題，甚至損害神經系統。

此次項目設計總風量為15000m3/h，VOCs≤150mg/m3為設計進氣濃度，有機廢氣排放標準為：甲苯、二甲苯最高允許排放濃度20mg/m3，最高勻速排放速率為1.0kg/h?？俈OCs最高允許排水濃度30mg/m3，最高勻速排放速率為2.9kg/h。

3 微生物技術在化工VOCs廢氣處理中的應用要點

3.1 微生物在VOCs廢氣處理中的作用

在化工VOCs廢氣處理中，采用微生物技術多利用其生物化學作用，如微生物除臭裝置的應用，可有效分解污染物，并進行無害或少害物質的轉化。微生物利用有機物作為其所需基質的特點，利用不同轉化方式將復雜、大分子的有機物進行轉化，最終分解為較為簡單的無機物，如水、二氧化碳等。在降解VOCs廢氣時，微生物的應用原理為“吸收-生物膜”理論和“吸附-生物膜”。其中，以“吸收-生物膜”為例，可將微生物在VOCs廢氣降解中的作用分為以下階段。

第一階段：氣-液擴散階段，經填料氣-液界面臭氣內的污染物將從氣相向液相轉化，也就是說從氣膜向液膜擴散。

第二階段：液-固擴散階段，惡臭物質擴散至微生物膜表面，廢氣內的異味分子則從液相向生物填料的生物膜擴散，微生物則能夠將污染物質吸附并吸收。

第三階段：生物氧化階段。惡臭物質被微生物氧化、分解，此時生物填料表面漿有一層生物膜形成，膜內微生物則會氧化異味分子。此外，生物膜會進一步擴散或吸收營養物質，如氮或磷等。

由上可知，廢氣生物凈化的過程是兩個不同理論的結合，即“吸收-生物膜”和“吸附-生物膜”。然而，在實際工作中，基于各種因素的影響，廢氣生物凈化系統中的生物載體表面的液膜屬于不均勻分布，同時生物膜的厚度也各不相同，甚至局部載體表面并沒有覆蓋生物膜。在生物載體床層空隙之間有廢氣流動，氣流內的污染物景觀溶解、吸附等環節，將會向生物體表面、載體等轉移，最終將會被生物體降解。

3.2 微生物在VOCs廢氣處理中的工藝流程

此次以4個不同車間所產生的VOCs廢氣為研究對象，通過此區域集氣罩收集之后，可向一條廢氣管內匯聚所有收集到的VOCs廢氣。經上述預處理，可保證VOCs廢氣進入生物凈化器中的溫度在最佳范圍，則處理工藝流程如下：有機廢氣—離心風機—廢氣預處理塔—循環處理泵—高效生物凈化器—生物培養箱—生物循環泵—高空達標排放。該處理工藝流程處理時間不長，且具有較高處理效率，一般可達到90%以上。且廢氣經處理之后，均可達到相關標準規定。

生物菌種一次掛膜成型之后，無需專門管理及添加生物菌種。此外，此生物凈化系統的間隙性工作能力很強，可在系統運行停止20天之后，再次運行，可快速恢復凈化效率。

3.3 處理效果

經過處理之后，通過試驗檢測，可獲取如下結論：1）處理前，VOCs廢氣排放濃度為42.8mg/m3，相比最高允許排放濃度30mg/m3，高于允許值;同時，VOCs廢氣排放速率為0.574kg/h，相比最高勻速排放速度2.9kg/h，在其范圍內。2）處理后，VOCs廢氣排放濃度為2.70mg/m3，相比最高允許排放濃度30mg/m3，在其允許范圍內;同時，VOCs廢氣排放速率為3.48×10-2kg/h，相比最高勻速排放速度2.9kg/h，在其允許范圍內。由此可見，采用微生物技術處理化工VOCs廢氣，處理效率良好，可滿足現行規范排放限值。

4 結束語

綜上所述，相比傳統廢氣處理技術，生物處理法具有投資少、運行費用低、操作簡便、無二次污染等優點，因此，在廢氣處理中得到了廣泛應用。微生物技術在VOCs廢氣處理中的應用，可通過微生物新陳代謝作用，將污染物降解為簡單的無機物，如二氧化碳、水等，從而實現凈化廢氣的目標。當前，我國微生物處理VOCs廢氣仍處于一個研究階段，為了將其作用最大限度發揮出來，必須重視微生物處理技術的應用要點，優化技術水平，簡化操作步驟，優化控制方式，從而進一步提高廢氣處理效果，減少設備運行成本，加大環境保護力度，推進企業可持續發展。

參考文獻

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