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一：生物法凈化VOCs原理
生物法凈化VOCs廢氣的機理如圖1.1所示。VOCs廢氣的生物凈化是微生物通過(guò)代謝活動(dòng)，將廢氣中的VOCs轉化為簡(jiǎn)單的無(wú)機物(CO2，水等)及細胞組成物質(zhì)的過(guò)程。廢氣的生物凈化過(guò)程與廢水的生物凈化過(guò)程有很大的區別：對于前者，由于氣、液相(或固體表面液膜)之間的有機物濃度梯度和水溶性的作用，廢氣中的污染物首先要經(jīng)過(guò)氣、液相間的傳質(zhì)過(guò)程，然后在液相中被微生物降解，產(chǎn)生的代謝物一部分溶于液相，一部分作為細胞物質(zhì)或細胞代謝能源，還有一部分(如CO2)則從液相轉移到氣相。廢氣中的污染物通過(guò)上述過(guò)程不斷減少，從而被凈化。
圖1.1 生物法凈化VOCs機理
? ? ? ?用于降解氣相污染物的微生物種類(lèi)很多，根據能源利用情況可以分為自養菌和異養菌：自養菌利用無(wú)機碳作為能源，因此一般存在于生物除臭塔中；異養菌則是通過(guò)氧化有機物來(lái)獲得能量，在適宜的溫度、pH值和有氧的條件下，能較快地完成降解過(guò)程。在生物濾塔運行初期，微生物對污染物有一個(gè)適應過(guò)程，其種群和數量分布逐步向適宜于處理目標污染物的情況轉變。在通常情況下，對易降解的有機物，大約需10天時(shí)間，而對于難降解的有機物，所需時(shí)間則更長(cháng)。
二：生物法凈化VOCs的工藝
2.1 生物洗滌法(Bioscrubbing)????
生物洗滌法的工藝流程見(jiàn)圖2.1。生物洗滌塔由一個(gè)吸收塔和一個(gè)再生池構成，洗滌液(循環(huán)液)自吸收室頂部噴淋而下，廢氣中的VOCs和O2在這個(gè)過(guò)程中傳入液相。吸收了VOCs的洗滌液再進(jìn)入再生池(活性污泥池)中，洗滌液中的VOCs被再生池中的活性污泥降解，再生后的洗滌液循環(huán)使用。目前，常用的洗滌設備為噴淋塔，也可以采用多孔板式塔和鼓泡塔。一般地，若氣相傳質(zhì)阻力較大，可用多孔板式塔；反之，液相傳質(zhì)阻力較大時(shí)則用鼓泡法。
由于生物洗滌器的循環(huán)洗滌液需采用活性污泥法來(lái)再生，所以在通常情況下，循環(huán)洗滌液主要是水，因此，該方法只適用于水溶性較好的VOCs，如乙醇、乙醚等，而對于難溶的VOCs，該方法則不適用。
圖2.1 生物洗滌法工藝流程
2.2生物過(guò)濾法(Biofilitration)
生物過(guò)濾法處理VOCs廢氣的工藝流程如圖2.2所示。VOCs廢氣通過(guò)增濕塔增濕后進(jìn)入生物濾塔，流經(jīng)約0.5~1 m厚的生物活性填料層，在這過(guò)程中，污染物從氣相傳入生物相，進(jìn)而被氧化分解。生物過(guò)濾法工藝簡(jiǎn)單，易于操作，而且濾料具有比表面積大、吸附性能好的特性，可大大減緩入口負荷變化引起的凈化效率的波動(dòng)。
生物過(guò)濾反應器的性能參數主要有空床停留時(shí)間、表面負荷、質(zhì)量負荷和去除率，各參數的基本含義及典型范圍見(jiàn)表2.這些參數及其范圍實(shí)際上也是生物過(guò)濾反應器的設計依據。其中空床接觸時(shí)間表示的是廢氣經(jīng)過(guò)反應器的相對時(shí)間，由于床內充滿(mǎn)填料，而氣體只能在填料空隙間通過(guò)或停留，因此氣體的實(shí)際停留時(shí)間，應該是氣體流量除以反應器的空隙體積。
圖2.2 生物過(guò)濾法工藝流程
生物滴濾是介于生物過(guò)濾與生物洗滌的一種生物法廢氣凈化方法。滴濾塔中填充一定體積的惰性填料，為微生物提供一定的附著(zhù)面。在生物滴濾塔中，液相是連續流動(dòng)的，且進(jìn)行一定的循環(huán)，如圖2.3所示，循環(huán)液由滴濾塔的頂部向下噴淋，并沿著(zhù)填料滴流而下同時(shí)控制著(zhù)床層的濕度。循環(huán)液為微生物提供分解有機物所必需的水分和營(yíng)養液。VOCs由滴濾塔的底部至上運動(dòng)，流經(jīng)表面附有微生物的填料，與微生物接觸后被降解。
2.3 生物滴濾法(Trickling Biofiltration)
生物滴濾塔填料的選擇原則與生物過(guò)濾塔基本相同，通常采用粗碎石、塑料、陶瓷等無(wú)機材料，比表面積一般為100~300 m2/m3。采用這類(lèi)填料，一方面為氣流通過(guò)提供了大量的空間；另一方面，也可降低填料壓實(shí)程度，避免由于微生物生長(cháng)和生物膜脫落引起的填料堵塞。
與生物過(guò)濾塔相比，生物滴濾塔的反應條件(pH值、濕度)易于控制(通過(guò)調節循環(huán)液的pH值、濕度)，故在處理鹵代烴、含硫、含氮等微生物降解過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生酸性代謝產(chǎn)物的污染物時(shí)，生物滴濾塔較生物過(guò)濾塔更有效。另外，由于生物滴濾塔的反應條件由人為控制，所以濾塔中的環(huán)境更適于微生物的生長(cháng)和繁殖，單位體積填料的生物量較生物過(guò)濾塔多，也更適于凈化負荷較高的廢氣。
圖2.3 生物滴濾塔工藝流程示意圖
2.4 生物法工藝比較
對不同成分、濃度、氣量的VOCs各有其適宜的生物凈化系統。凈化氣量小、濃度大且生物代謝速度較低的氣體污染物時(shí)，可采用以穿孔板式塔、鼓泡塔為吸收設備的生物洗滌器，以增加氣液接觸時(shí)間和接觸面積，但系統的壓降較大;對易溶氣體則可采用生物噴淋塔；對于大氣量、低濃度的VOCs可采用生物過(guò)濾系統，該系統工藝簡(jiǎn)單、操作方便。對于負荷較高，降解過(guò)程易產(chǎn)酸的VOCs則宜采用生物滴濾法。
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