微生物有机废气处理技术上的应用

引   言

      近年来，随着有机工业和石油化工的迅速发展，以及有机废气的无节制排放，使得进入大气层的有机废气越来越多，大气污染越发严重。酸雨、冰雹等极端天气出现的范围和频率也越来越大。对人类的生活以及健康产生重大影响。呼吸道疾病，眼部疾病逐渐增多。新兴的有机废气生物处理技术利用微生物对各类污染物均有较强、较快的适应性，并可以将其作为代谢底物而降解、转化。与常规的废气处理技术相比，有机废气生物处理技术具有更加明显的优越性。

1、有机废气生物处理技术的介绍

1.1 生物处理技术的基本概念

     生物法净化有机废气是在已成熟的采用微生物处理废水的基础上发展起来的。生物净化实质上是一种氧化分解过程:附着在多孔、潮湿介质上的活性微生 物以废气中有机组分作为其生命活动的能源或养分, 转化为简单的无机物或细胞组成物质。 与废水生物处理过程的最大区别在于:废气中的有机物质首先要经过由气相到液相(或固体表面液膜)的传质过程,然后溶解于液相中的有机成分在浓度差的推动下,进一步扩散至介质周围的生物膜,进而被其中的微生物捕捉吸收;在此条件下,进入微生物体内的污染物在其自身的代谢过程中作为能源和营养物质被分解,产生的代谢物一部分溶入液相,一部分作为细胞物质或细胞代谢能源,还有一部分则析出到空气中。废气中的有机物通过上述过程不断减少,从而被净化。

1.2  生物处理技术的原理

 对于生物法净化废气的机理研究至今没有一个统一的理论，荷兰学者依据吸附操作的“双膜理论”提出的生物膜学说在全球范围内有较大的影响力，为多数人所接受和认可。该法实质上是通过微生物的代谢活动将复杂的有机物转变为简单、无毒的无机物和其它细胞质。主要经历三个阶段：气液转化阶段、生物吸附吸收阶段和生物降解阶段。  

      所谓生物膜既是由微生物群体在固体载体表面构成的粘性膜结构。在润湿环境下,微生物以废气中的有机碳作为能源,在将废气中的有机物氧化分解的过程中,得以生长、繁殖并形成具有一定厚度的膜。这种生物膜尤其在处理低浓度或生物可降解性强的废气时,具有更强的优越性。

2、生物处理有机废气工艺的特点

      生物处理有机废气主要是应用微生物对各种污染物有较强的抵抗力与适应性。通过筛选培养，选出具有较强性能的自养菌或异养菌菌种。在一定的环境条件下，微生物通过新陈代谢将有机废气中的有机污染物分解为简单的无机物和细胞组成物质。 与传统的废气处理技术相比,生物处理技术具有去除效率高、投资成本低、耗能低、对大气环境无二次污染等优点。同时,由于废气生物处理吸收剂的再生可直接通过吸收剂中微生物的作用来实现,而不需要像理化吸收和吸附那样的专门设备,从而简化了工艺流程和工业设备,降低运行操作费用。

3、生物处理有机废气的工艺

     生物处理有机废气的技术是一项新兴的生物技术，现阶段，其主要的处理工艺包括：生物过滤法、生物滴滤法、生物洗涤法。同时随着废气处理技术的深入研究，加之实际污染废气中，气体的溶解性及可生物降解性差异很大，一些新型的生物处理方法，复合式生物反应器、膜生物反应器和低pH值生物滤池等也渐渐受到人们的关注，并得到良好的效果。这里主要向大家介绍膜生物反应器处理有机废气。

     膜生物反应器主体由并联的中空纤维膜管组成，微生物在管间的液相中生长，废气从管内通过时，气相的污染物通过扩散作用，由膜转移到液相，在微生物的作用下得到降解。通过在膜的一侧加入吸收剂的方式,利用吸收剂对不同气体的溶解作用来分离、净化气体,吸收剂须对挥发性有机废气有很高的溶解性,而对空气中的其他成分基本上不溶解。使需要接触的两相分别在膜的两侧流动,两相的接触发生在膜孔内或膜表面的界面上,这样就可避免两相的直接接触,防止了乳化现象的发生。

      膜反应器可在较大范围内对气体进行独立控制, 内部的膜组件按膜材料可分为致密膜与微孔膜。致密膜对气体具有选择透过性,利用气体混合物各个组分在膜材料中渗透速率不同,而达到对气体分离、富集功能。其推动力是膜两侧的压力差。膜材料的共同特点是比表面积大,为质量及热量传递提供了大的接触面积。膜两侧压降小,能耗低,与传统废气分离技术相比,膜基吸收只需要用低压作为推动力,使两相流体各自流动,并保持稳定的接触界面。而且膜反应器体积小,重量轻，绝大部分常规的气体吸收与解吸都可以采用膜反应器。

4、国内外发展及前景

     利用生物法处理空气中的污染物可以追溯到20世纪中期,生物法净化废气的研究,最先用于处理空气中低浓度的臭味物质。第一个利用微生物处理废气的专利于1957年出现在美国,但到1970年后才引起各国重视。到1980年,德国、日本、荷兰等国家已有相当数量的各类生物处理废气装置投入运行,对混合废气的去除率一般在95%以上。到目前为止,德、日、荷等国已成功应用于化工、轻工等行业,已经大量应用了生物净化装置。

    我国在20世纪90年代初才开始这方面的实验室研究。目前臭气生物净化的工程实践已获得成功，但应用仍非常有限。国内部分企业是引进国外的生物除臭技术及设备，初装成本和运行、维修成本都很高。废气生物处理产业作为一新兴的生物环保产业，已初具规模，且不断发展壮大。据统计，全国专营或兼营废气生物处理的企事业在2008年已有200余家，从业人数也在逐年增加。全国废气污染治理项目投资占国内生产总值的比例也在不断提高。废气生物处理环保服务发展较快，但市场份额低下。我国与废气生物处理相关的环境服务产值所占份额不高，大多数环保企业规模较小，在全球的竞争中，我国企业的相关技术不具有优势。

      另外，随着细胞融合、基因工程、分子生物等技术的发展，环境生物技术得到了进一步的开发，研究领域不断扩大，使得生物技术为一种经济效益和环境效益俱佳的解决环境污染问题的有效手段之一。同时，教育事业的不断发展，人们的环保意识和生态概念也得到加强。由于市场对生物技术、生物产品的需要明显增多，政府也更加重视生物技术的发展，使得环境生物技术越来越成熟。

结 论：有机废气生物处理技术是一项新兴的科技。它给予我们新思路、新方式去处理因工业发展带来的有机废气污染问题。应用生物技术去处理有机废气，不但节约了成本，减少了能耗，而且提高了处理效率。但是，应用生物方法处理有机废气除了现有的给人类带来的好处之外，也存在着些许不足。比如生物法仅限用于处理低浓度有机废气，如何将这些技术和方法用于高浓度有机废气的治理有待于研究；影响污染物去除率的关键过程是将污染物从气相转移到液相中，目前的大部分研究是对于易溶物和易降解污染物进行处理，在实际应用中将会受到一定的限制；利用基因工程技术开发出高效的降解菌种；添加一定的有机溶剂提高疏水性污染物的溶解性；生物法所用填料的比表面积、孔隙率等直接影响反应器的生物量以及整个填充床的压降及填充床是否易堵塞问题。

  因此，改善生物滤料、填料的物理性能和使用寿命，以节省投资和能耗；实现自动控制，提高对各运行参数的控制能力，降低维护费用和发生故障的次数；在原有菌种的基础上通过选择最佳生长条件，筛选出能高效降解各种恶臭有毒气体的优势菌种，从而缩短反应启动时间，加快生物反应进程，提高处理效率是必然的方向。