微生物技術(shù)在化工VOCs廢氣處理中的應(yīng)用

杜文軍

摘 要：近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，來源于有機(jī)化工、橡膠再生、煤化工、石油化工等工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用過程的揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOCs）大量向大氣中排放，導(dǎo)致污染問題日益嚴(yán)重，已經(jīng)發(fā)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(xué)、合理的處理技術(shù)成為了關(guān)鍵。本文在全面了解微生物技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，結(jié)合具體案例，對化工VOCs廢氣處理中微生物技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)進(jìn)行了分析與探究。

關(guān)鍵詞：微生物技術(shù);化工企業(yè);VOCs廢氣;技術(shù)原理

伴隨國民經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展，人們對環(huán)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(yōu)美、舒適、愉悅的工作及生活環(huán)境。然而，在我國工業(yè)化進(jìn)程不斷加快的今天，VOCs廢氣排放量越來越大，作為一種揮發(fā)性有機(jī)物，VOCs是指常溫下飽和蒸汽壓在70Pa以上，且常壓下沸點(diǎn)小于260℃的有機(jī)化合物。目前，已鑒定出的化學(xué)結(jié)構(gòu)成分達(dá)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(yán)重者甚至?xí)霈F(xiàn)生命危險。于化工企業(yè)而言，如何降解VOCs廢氣成為了生產(chǎn)發(fā)展的關(guān)鍵。微生物技術(shù)作為一項新興的生物工程技術(shù)，該技術(shù)不僅成本低，且具有較高綠色環(huán)保性能，基本不會產(chǎn)生二次污染。為此，在VOCs廢氣處理中得到了廣泛應(yīng)用與推廣。

1 微生物技術(shù)原理

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

VOCs是化工企業(yè)生產(chǎn)過程中形成的一種具有揮發(fā)性的有機(jī)物，伴隨我國工業(yè)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(chǎn)生于生產(chǎn)環(huán)節(jié)，甚至在運(yùn)輸環(huán)節(jié)也有此成分。此類廢氣含有一定毒性，長期吸入會導(dǎo)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(shù)來降解VOCs廢氣，能夠?qū)OCs廢氣轉(zhuǎn)化為無機(jī)物、細(xì)胞質(zhì)，以此滿足凈化VOCs廢氣的作用。相比其他處理技術(shù)，微生物技術(shù)具有投資少、運(yùn)行成本低、能耗少、可有效減少環(huán)境污染等優(yōu)勢。伴隨工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展，工業(yè)廢氣排放量不斷加大，污染成分愈加復(fù)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(yè)在生產(chǎn)過程中將會排放大量揮發(fā)性有機(jī)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(nèi)吸入甲苯等，其中48%會被人體代謝出去，在整個過程中需經(jīng)過肝臟、腦、肺和腎等人體結(jié)構(gòu)，最后才能被排除，在這個過程中很大程度上都會危害神經(jīng)系統(tǒng)。經(jīng)實(shí)驗研究表明，若血液內(nèi)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(yùn)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(dǎo)致神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂，若與二甲苯直接接觸，則會出現(xiàn)皮膚干燥、皸裂和紅腫等問題，甚至損害神經(jīng)系統(tǒng)。

此次項目設(shè)計總風(fēng)量為15000m3/h，VOCs≤150mg/m3為設(shè)計進(jìn)氣濃度，有機(jī)廢氣排放標(biāo)準(zhǔn)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。總VOCs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(shù)在化工VOCs廢氣處理中的應(yīng)用要點(diǎn)

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(shù)多利用其生物化學(xué)作用，如微生物除臭裝置的應(yīng)用，可有效分解污染物，并進(jìn)行無害或少害物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。微生物利用有機(jī)物作為其所需基質(zhì)的特點(diǎn)，利用不同轉(zhuǎn)化方式將復(fù)雜、大分子的有機(jī)物進(jìn)行轉(zhuǎn)化，最終分解為較為簡單的無機(jī)物，如水、二氧化碳等。在降解VOCs廢氣時，微生物的應(yīng)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(kuò)散階段，經(jīng)填料氣-液界面臭氣內(nèi)的污染物將從氣相向液相轉(zhuǎn)化，也就是說從氣膜向液膜擴(kuò)散。

第二階段：液-固擴(kuò)散階段，惡臭物質(zhì)擴(kuò)散至微生物膜表面，廢氣內(nèi)的異味分子則從液相向生物填料的生物膜擴(kuò)散，微生物則能夠?qū)⑽廴疚镔|(zhì)吸附并吸收。

第三階段：生物氧化階段。惡臭物質(zhì)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(nèi)微生物則會氧化異味分子。此外，生物膜會進(jìn)一步擴(kuò)散或吸收營養(yǎng)物質(zhì)，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(jié)合，即“吸收-生物膜”和“吸附-生物膜”。然而，在實(shí)際工作中，基于各種因素的影響，廢氣生物凈化系統(tǒng)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(nèi)的污染物景觀溶解、吸附等環(huán)節(jié)，將會向生物體表面、載體等轉(zhuǎn)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(chǎn)生的VOCs廢氣為研究對象，通過此區(qū)域集氣罩收集之后，可向一條廢氣管內(nèi)匯聚所有收集到的VOCs廢氣。經(jīng)上述預(yù)處理，可保證VOCs廢氣進(jìn)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(jī)廢氣—離心風(fēng)機(jī)—廢氣預(yù)處理塔—循環(huán)處理泵—高效生物凈化器—生物培養(yǎng)箱—生物循環(huán)泵—高空達(dá)標(biāo)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(dá)到90%以上。且廢氣經(jīng)處理之后，均可達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)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(tǒng)的間隙性工作能力很強(qiáng)，可在系統(tǒng)運(yùn)行停止20天之后，再次運(yùn)行，可快速恢復(fù)凈化效率。

3.3 處理效果

經(jīng)過處理之后，通過試驗檢測，可獲取如下結(jié)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(nèi)。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(nèi);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(nèi)。由此可見，采用微生物技術(shù)處理化工VOCs廢氣，處理效率良好，可滿足現(xiàn)行規(guī)范排放限值。

4 結(jié)束語

綜上所述，相比傳統(tǒng)廢氣處理技術(shù)，生物處理法具有投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、操作簡便、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，因此，在廢氣處理中得到了廣泛應(yīng)用。微生物技術(shù)在VOCs廢氣處理中的應(yīng)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(jī)物，如二氧化碳、水等，從而實(shí)現(xiàn)凈化廢氣的目標(biāo)。當(dāng)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(fā)揮出來，必須重視微生物處理技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn)，優(yōu)化技術(shù)水平，簡化操作步驟，優(yōu)化控制方式，從而進(jìn)一步提高廢氣處理效果，減少設(shè)備運(yùn)行成本，加大環(huán)境保護(hù)力度，推進(jìn)企業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

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