生物处理技术在VOCs废气处理过程中的研究与分析
摘要：本文针对VOCs废气处理过程中引入生物处理等技术内容进行讨论，从而分析生物处理技术对于VOCs废气处理所起到的作用和影响。同时，还就使用生物处理技术的工艺流程、设备材料以及对应的处理装置等内容进行阐述，以进一步明确生物处理技术对于废气处理所起的作用及其未来发展趋势，从而为石油、化工以及印刷业等相关的行业的VOCs废气处理提供一定的参考。
关键词：生物处理技术；VOCs废气处理；研究与分析
中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）05-0036-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.020
Abstract： This article will discuss the introduction of biological treatment in the process of VOCs waste gas treatment， so as to analyze the effect and influence of biological treatment technology on the treatment of VOCs waste gas. At the same time， the process of using biological treatment technology， equipment materials and corresponding treatment devices are understood to further clarify the role of biological treatment technology for waste gas treatment and its future development trend. So as to provide references for VOCs exhaust treatment in related industries such as petroleum， chemical industry and printing industry.
keyword： Biological treatment technology；VOCs exhaust gas treatment；Research and analysis
伴随着我国石化企业、有机合成以及印刷业的快速发展，人们的日常物质需求得到了充分的满足。与此同时还导致了VOCs废气的排放量越来越多[1]。经调查研究发现，目前VOCs废气的排放处理方式主要分为三种：第一种是破坏性的排放法，也就是不经处理直接进行排放；第二种是非破坏性的排放，这种是经过处理的排放；还有一种就是介于二者之间的排放方式。废气的排放对于周边的环境以及空氣的污染影响非常严重。因此必须加大对废气处理的力度。在研究过程中我们发现了一种生物处理技术，能够对废气进行有效吸附，进而降低废气污染。下面我们就这种生物处理技术进行细致的讨论。
1 关于VOCs和生物处理技术
VOCs也就是化工、印刷以及有机合成的企业生产过程中产生的一种具有挥发性的有机物。随着我国工业化程度的深入，VOCs废气的排放已成为环境污染的主要构成因素，而且VOCs废气不仅仅存在于基本的生产中，在进行运输过程中也有它的身影。它的种类繁杂而且有些品种的废气具有一定的毒性，甚至会导致人体出现癌变，严重威胁着人们的身体健康和安全。通过对VOCs废气处理的不断实践和总结，研究者们发现了一种生物处理技术能够有效地应对VOCs废气所带来的问题，而且它运行的成本低，投入资金少，覆盖的领域全面，操作起来非常的简单，因此备受人们欢迎。
这种生物处理技术最早是起源于美国，而我国在这方面的研究起步时间则相对较晚。尽管如此，我国已经针对生物处理技术在VOCs废气处理过程中的很多内容进行了深入的研究。包括对VOCs废气处理过程中生物处理技术所发挥的基本作用和作用原理，VOCs废气处理过程中对于废气是如何处理的以及进行废气处理所需要的微生物、设备以及处理的环境等[2]。
2 关于处理的原理
利用生物处理技术对各个行业排放的VOCs废气进行处理，首先需要适合的培养环境，通过一定的技术方式来培养特定的微生物群，这些微生物都是未经驯化的。利用废气中的碳源以及其他污染物作为微生物维持其生命活动的主要物质，同时将污染物逐渐转化为CO2或者水分等无机物质，从而实现净化污染VOCs废气的目的。在这一过程中，废气要经历从气体到液体再到固体的过程，然后在其处于液体以及固体的状态下才能够与微生物产生联系并在微生物的作用进行降解。目前，能够解释这一过程的说法有两种：第一种是Ottengraf建立的具有吸收性的双膜理论，这种理论将微生物作用于VOCs废气降解的过程分成了三个阶段[3]：第一，废气中的一部分物质是可以溶于水的，因此为膜间传递提供了条件；第二，通过利用VOCs废气之间的浓度差别从而将VOCs废气逐步扩散到膜上，然后由微生物进行捕获处理；第三，当有机物被吸附到膜上之后，会成为微生物的营养物质或是能源，从而通过微生物的作用将VOCs废气中的有机物分解并代谢为小分子的无机物。另外一种理论则是由我国科学家孙佩石提出的吸附理论。
3 处理工艺
利用微生物对VOCs废气进行处理的过程，主要依赖于吸收和过滤两种方式。吸收法也称为洗涤法，也就是通过将微生物以及其他的营养物质进行配比，从而制出特定的悬浮液，在废气通过的过程中微生物将会对废气中的物质进行捕捉，然后对捕捉之后的物质进行分解代谢，从而达到降解的目的，因此这种处理工艺所使用的装置也被称为生物洗涤器。
3.1 生物洗涤器
洗涤器分别由吸收室以及再生池两个部分构成，从而形成了具有活性的悬浮处理系统。当废气通过吸收室时，生物悬浮液会从吸收室上部喷淋出来，使悬浮液与VOCs废气充分的接触。充分吸收完有机微生物的悬浮液会落入到吸收室的下部，并随着导出设备进入到再生池，利用空气进行再生。而新鲜的物料也会被反吸回吸收室的喷淋位置，进而构成喷淋——作用——收集——反吸——喷淋的循环回路。VOCs废气通过微生物净化处理之后，会从生物洗涤器的顶部排出。生物悬浮液都是由活性较强的污泥构成的，因此其在再生过程中需要的时间较长。当然微生物悬浮液需要再生的时候会依据其本身的性质来决定去向，是与吸收在一起的反应器相结合，还是选择不同的反应器[4]。当然吸收器中将液体与气体之间进行接触的方式不仅仅有喷淋法同时还可以选择鼓泡的方式，利用不同的控制方式进行选择。如果气相的阻力过大，可选择使用喷淋法，如果液相的阻力较大则选择鼓泡法。
3.2 生物滤池
生物滤池处理有机废弃物的工艺流程为：进入到生物滤池的有机废弃物湿度必须要达标。滤池内放置有具有活性的填料层。一般情况下这种生物活性填料层会达到0.5m-1m的厚度，而有机废气则会随着管道的引导从生物滤池的下部进入到上部的生物填料层内，不断增加微生物与有机废气之间的分解。通过分解的生物会变成为异氧型的微生物。而且在分解过程中各种有机废气在分解作用下会产生不同的物质：1.VOCs废气中的氮气会转化为氨气，再进一步分解最终生成硝酸盐；2.VOCs废气所含有的一般有机物会通过微生物的作用转化为CO2；3.VOCs废气物中所存在的硫化物也会在分解作用下形成硫化氢，并逐步转化为硫酸盐。通过生物处理技术的不断作用，最终VOCs废气分解的气体会从生物滤池的顶部位置排出。
3.3 生物滴滤塔
其主要的结构为填充塔，塔内设置了多层填料，每层的填料表面都是由生物膜以及微生物共同构成的。在这个处理过程中，VOCs废气会从塔底进入，而悬浮液则会从塔顶进入，并充分喷洒到生物膜上，从而达成VOCs废气的净化目标。同时悬浮液回落至塔底，進入到再一循环的过程，完成净化的气体则会从塔顶排出。
4 存在的问题
现阶段，我国的生物处理技术应用在VOCs废气的处理方式仍处于一种探索和实践的阶段。在处理过程中涉及到VOCs废气在分解的过程中逐渐从气体向液化、固体转变的过程，而且要在整个过程中完成生物性的降解需求。从技术方面来看，我们目前所掌握的技术能力以及设备在完成这一工作时还具有一定的不足，而且也尚未完全掌握这门技术，很多方面的应用都不成熟，因此需要进一步建立准确的处理模型，以应对整个降解的过程，并对工艺流程进行把控和研究。
5 结束语
针对上述所阐述的内容，我们必须要认识到目前利用生物技术法处理VOCs废气仍还处于一个研究阶段，要使其发挥出更大的作用，就必须做到以下几点：
（1）针对VOCs废气中的物质培养具有针对性微生物，从而提升废气的处理效率；（2）对现阶段使用的技术进行优化，对设备在实际运行过程中的控制方式、操作步骤进行简化，从而进一步降低设备运行的成本。（3）对于微生物处理技术的原理进行探究，利用先进的技术方式构建模型，从而对其在实际应用过程中的作用进行把控。
参考文献
[1]刘超，廖雷，彭娟，覃爱苗，罗恢泓，贾力强，师杰峰.挥发性有机废气生物处理技术研究进展[J].环境工程，2016，34（04）：95-99.
[2]席劲瑛，武俊良，胡洪营，王灿.工业VOCs气体处理技术应用状况调查分析[J].中国环境科学，2012，32（11）：1955-1960.
[3]朱英俊，谢国建，柳展飞，王蕴赟，施丽莉，沙昊雷.生物法处理VOCs废气的研究进展[J].安徽化工，2010，36（04）：8-9.
[4]谭红兵.国内工业VOCs废气治理的现状及发展[J].化工设计通讯，2017，43（07）：216-217.
收稿日期：2018-04-12
作者简介：季益虎（1986-），男，研究生，研究方向为环境工程方面。
关键词：生物处理技术；VOCs废气处理；研究与分析
中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2018）05-0036-02
DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2018.05.020
Abstract： This article will discuss the introduction of biological treatment in the process of VOCs waste gas treatment， so as to analyze the effect and influence of biological treatment technology on the treatment of VOCs waste gas. At the same time， the process of using biological treatment technology， equipment materials and corresponding treatment devices are understood to further clarify the role of biological treatment technology for waste gas treatment and its future development trend. So as to provide references for VOCs exhaust treatment in related industries such as petroleum， chemical industry and printing industry.
keyword： Biological treatment technology；VOCs exhaust gas treatment；Research and analysis
伴随着我国石化企业、有机合成以及印刷业的快速发展，人们的日常物质需求得到了充分的满足。与此同时还导致了VOCs废气的排放量越来越多[1]。经调查研究发现，目前VOCs废气的排放处理方式主要分为三种：第一种是破坏性的排放法，也就是不经处理直接进行排放；第二种是非破坏性的排放，这种是经过处理的排放；还有一种就是介于二者之间的排放方式。废气的排放对于周边的环境以及空氣的污染影响非常严重。因此必须加大对废气处理的力度。在研究过程中我们发现了一种生物处理技术，能够对废气进行有效吸附，进而降低废气污染。下面我们就这种生物处理技术进行细致的讨论。
1 关于VOCs和生物处理技术
VOCs也就是化工、印刷以及有机合成的企业生产过程中产生的一种具有挥发性的有机物。随着我国工业化程度的深入，VOCs废气的排放已成为环境污染的主要构成因素，而且VOCs废气不仅仅存在于基本的生产中，在进行运输过程中也有它的身影。它的种类繁杂而且有些品种的废气具有一定的毒性，甚至会导致人体出现癌变，严重威胁着人们的身体健康和安全。通过对VOCs废气处理的不断实践和总结，研究者们发现了一种生物处理技术能够有效地应对VOCs废气所带来的问题，而且它运行的成本低，投入资金少，覆盖的领域全面，操作起来非常的简单，因此备受人们欢迎。
这种生物处理技术最早是起源于美国，而我国在这方面的研究起步时间则相对较晚。尽管如此，我国已经针对生物处理技术在VOCs废气处理过程中的很多内容进行了深入的研究。包括对VOCs废气处理过程中生物处理技术所发挥的基本作用和作用原理，VOCs废气处理过程中对于废气是如何处理的以及进行废气处理所需要的微生物、设备以及处理的环境等[2]。
2 关于处理的原理
利用生物处理技术对各个行业排放的VOCs废气进行处理，首先需要适合的培养环境，通过一定的技术方式来培养特定的微生物群，这些微生物都是未经驯化的。利用废气中的碳源以及其他污染物作为微生物维持其生命活动的主要物质，同时将污染物逐渐转化为CO2或者水分等无机物质，从而实现净化污染VOCs废气的目的。在这一过程中，废气要经历从气体到液体再到固体的过程，然后在其处于液体以及固体的状态下才能够与微生物产生联系并在微生物的作用进行降解。目前，能够解释这一过程的说法有两种：第一种是Ottengraf建立的具有吸收性的双膜理论，这种理论将微生物作用于VOCs废气降解的过程分成了三个阶段[3]：第一，废气中的一部分物质是可以溶于水的，因此为膜间传递提供了条件；第二，通过利用VOCs废气之间的浓度差别从而将VOCs废气逐步扩散到膜上，然后由微生物进行捕获处理；第三，当有机物被吸附到膜上之后，会成为微生物的营养物质或是能源，从而通过微生物的作用将VOCs废气中的有机物分解并代谢为小分子的无机物。另外一种理论则是由我国科学家孙佩石提出的吸附理论。
3 处理工艺
利用微生物对VOCs废气进行处理的过程，主要依赖于吸收和过滤两种方式。吸收法也称为洗涤法，也就是通过将微生物以及其他的营养物质进行配比，从而制出特定的悬浮液，在废气通过的过程中微生物将会对废气中的物质进行捕捉，然后对捕捉之后的物质进行分解代谢，从而达到降解的目的，因此这种处理工艺所使用的装置也被称为生物洗涤器。
3.1 生物洗涤器
洗涤器分别由吸收室以及再生池两个部分构成，从而形成了具有活性的悬浮处理系统。当废气通过吸收室时，生物悬浮液会从吸收室上部喷淋出来，使悬浮液与VOCs废气充分的接触。充分吸收完有机微生物的悬浮液会落入到吸收室的下部，并随着导出设备进入到再生池，利用空气进行再生。而新鲜的物料也会被反吸回吸收室的喷淋位置，进而构成喷淋——作用——收集——反吸——喷淋的循环回路。VOCs废气通过微生物净化处理之后，会从生物洗涤器的顶部排出。生物悬浮液都是由活性较强的污泥构成的，因此其在再生过程中需要的时间较长。当然微生物悬浮液需要再生的时候会依据其本身的性质来决定去向，是与吸收在一起的反应器相结合，还是选择不同的反应器[4]。当然吸收器中将液体与气体之间进行接触的方式不仅仅有喷淋法同时还可以选择鼓泡的方式，利用不同的控制方式进行选择。如果气相的阻力过大，可选择使用喷淋法，如果液相的阻力较大则选择鼓泡法。
3.2 生物滤池
生物滤池处理有机废弃物的工艺流程为：进入到生物滤池的有机废弃物湿度必须要达标。滤池内放置有具有活性的填料层。一般情况下这种生物活性填料层会达到0.5m-1m的厚度，而有机废气则会随着管道的引导从生物滤池的下部进入到上部的生物填料层内，不断增加微生物与有机废气之间的分解。通过分解的生物会变成为异氧型的微生物。而且在分解过程中各种有机废气在分解作用下会产生不同的物质：1.VOCs废气中的氮气会转化为氨气，再进一步分解最终生成硝酸盐；2.VOCs废气所含有的一般有机物会通过微生物的作用转化为CO2；3.VOCs废气物中所存在的硫化物也会在分解作用下形成硫化氢，并逐步转化为硫酸盐。通过生物处理技术的不断作用，最终VOCs废气分解的气体会从生物滤池的顶部位置排出。
3.3 生物滴滤塔
其主要的结构为填充塔，塔内设置了多层填料，每层的填料表面都是由生物膜以及微生物共同构成的。在这个处理过程中，VOCs废气会从塔底进入，而悬浮液则会从塔顶进入，并充分喷洒到生物膜上，从而达成VOCs废气的净化目标。同时悬浮液回落至塔底，進入到再一循环的过程，完成净化的气体则会从塔顶排出。
4 存在的问题
现阶段，我国的生物处理技术应用在VOCs废气的处理方式仍处于一种探索和实践的阶段。在处理过程中涉及到VOCs废气在分解的过程中逐渐从气体向液化、固体转变的过程，而且要在整个过程中完成生物性的降解需求。从技术方面来看，我们目前所掌握的技术能力以及设备在完成这一工作时还具有一定的不足，而且也尚未完全掌握这门技术，很多方面的应用都不成熟，因此需要进一步建立准确的处理模型，以应对整个降解的过程，并对工艺流程进行把控和研究。
5 结束语
针对上述所阐述的内容，我们必须要认识到目前利用生物技术法处理VOCs废气仍还处于一个研究阶段，要使其发挥出更大的作用，就必须做到以下几点：
（1）针对VOCs废气中的物质培养具有针对性微生物，从而提升废气的处理效率；（2）对现阶段使用的技术进行优化，对设备在实际运行过程中的控制方式、操作步骤进行简化，从而进一步降低设备运行的成本。（3）对于微生物处理技术的原理进行探究，利用先进的技术方式构建模型，从而对其在实际应用过程中的作用进行把控。
参考文献
[1]刘超，廖雷，彭娟，覃爱苗，罗恢泓，贾力强，师杰峰.挥发性有机废气生物处理技术研究进展[J].环境工程，2016，34（04）：95-99.
[2]席劲瑛，武俊良，胡洪营，王灿.工业VOCs气体处理技术应用状况调查分析[J].中国环境科学，2012，32（11）：1955-1960.
[3]朱英俊，谢国建，柳展飞，王蕴赟，施丽莉，沙昊雷.生物法处理VOCs废气的研究进展[J].安徽化工，2010，36（04）：8-9.
[4]谭红兵.国内工业VOCs废气治理的现状及发展[J].化工设计通讯，2017，43（07）：216-217.
收稿日期：2018-04-12
作者简介：季益虎（1986-），男，研究生，研究方向为环境工程方面。
