VOCs废气生物处理技术原理是将有机污染物在微生物作用下转换为无害或低害物质，微生物发挥着重要作用。总结了生物过滤池、生物过滤器、生物清洗三种净化技术的原理和研究进展，比较了三种反应器的优缺点，最后论述了该技术目前存在的问题和发展趋势。

随着国内各领域经济的发展，很多工业制造的废气、有害场所、地下水管理设施等[1-3]均含有挥发性有机化合物(VOCs)，可引起光化学烟雾，破坏生态环境，致癌，严重威胁人们的健康。由于生物工程领域的进步，相应的技术也逐渐应用于环境保护领域。20世纪70年代各国开始研究生物法处理挥发性有机废气，主要研究净化设备和优化条件、优势菌群的驯化和培养、代谢原理和分解过程、动力学模型分析等。

与传统方法相比，生物法处理低浓度有机废气具有操作方便、维护方便、净化效率高、运行费用低、安全性高、二次污染小等优点[4-6]。本研究详细讨论了VOCs处理技术的3种生物净化技术原理和研究进展，提出了该领域存在的问题和发展趋势。

1生物法处理VOCs废气的基本理论

生物法处理VOCs废气机理的前人已经做了很多研究，世界上流行的是荷兰学者[7]提出的吸收-生物膜理论:VOCs废气通过水吸收，在溶解浓度梯度的作用下扩散到生物膜上，与微生物接触降解吸收，将污染物代谢分解成简单的小分子物质、CO2和H2O。

之后，孙佩石等人[8]在前人的基础上完善，对低浓度VOCs废气的处理提出了新的吸附-生物膜理论，强调污染物通过扩散直接吸附在生物膜表面，与微生物接触被分解吸收，污染物作为能源和营养物质被分解为微生物其核心是吸附分解过程，改善海外理论，解释海外学者对液膜是否有疑问[9]。

2VOCs废气的生物法处理技术生物法处理油烟废气主要是将废气从气体转移到液体或固体表面的液体膜上，利用微生物的新陈代谢作用分解成无害的无机物(CO2、H2O)、有机分子和自己的细胞构成物质，净化油烟废气

图1微生物降解废气过程

与传统的物理化学废气处理技术比较，生物法净化技术具有操作简单、易维护、投资运行费用低、安全性好、处理效率高、无二次污染等特点，特别在净化低浓度、生物可降解性好的废气中更为突出。目前用于废气生物净化的主要工艺设备有生物过滤器、生物过滤器塔和生物洗涤器装置等。其设备性能如表1所示。

表1油烟废气生物净化装置性能

2.1生物过滤池

生物过滤池处理废气是通过过过滤器去除废气中的粒子状物，调湿调温后进入填充的吸附性过滤器的生物过滤池，通过生物填充层时，废气污染物和氧气从空气相扩散到载体外层的水膜，有机物作为碳源、能量[10]，氧化分解为无害简单的有机物、H2O和CO2等[11]。

可以看出，微生物量在处理VOCs废气过程中起着至关重要的作用[12-13]，生物滤池可以更好地处理单环芳烃、醇、羧酸、醛、酮、酯类等VOCs废气[14-16]，其工艺流程如图2所示，生物滤池适用于质量浓度低于1000mg/m3的VOCs废气处理，无水相，设备简单易操作，生物膜固定比表面积大，二次污染小等优点。

图2生物过滤过程

但过滤面积大，基质浓度增大直接导致微生物快速繁殖，过滤材料堵塞[17]，影响其传质效果。目前，生物过滤器广泛应用于有机废气处理，取得了一定的研究成果。郑连英[18]等人筛选出以甲苯为唯一碳源的高效降解菌，设计了生物滤池装置，结果显示，在温度为30℃、相对湿度为80%、进口浓度为1500mg/m3的最佳操作条件下，甲苯的最高降解率为89.7%。

曹旭等人[19]生物过滤塔净化工业有机气体实验研究结果表明，

有机废气入口浓度小于25mg/m3时，其净化效率在97%以上，浓度大于25mg/m3时，净化效率随着进口气流量的增加而逐渐下降，入口流量从0.2m3/h增加到0.8m3/h时，其对应的净化效率也从97.2%下降到73.0%，湿度对净化效率的影响很大，湿度超过40%时，反应器具有良好的去除效果[Cao3m3/h]相应的净化效率也从97.2%下降到73.0%。无论是反硝化生物滤池和硝化生物滤池均表现出了相似的DEHP去除性能，整体DEHP去除率为83.8%，其中生物降解占72.3%，在系统中起到了关键作用。

2.2生物过滤塔

生物过滤塔本体部分为一层或多层填充材料的填充塔，填充材料表面附有驯化培养的生物膜。可溶性无机盐营养液在塔上从上到下均匀喷洒在填充层上，从塔底排出回收利用。生物滴滤处理VOCs工艺流程如图3所示，VOCs废气通过塔底进入塔内与湿润的生物膜接触被微生物分解净化，处理后的气体由塔顶释放，代谢产物随废液排放。

图3生物滴滤塔工艺流程

据文献[21-23]报道，生物滴滤塔易于处理碳氢化合物、卤代烃、醇、酮类等VOCs废气，操作简单，反应条件易于控制，能耗低，生物相与液相循环流动，压力小，净化效率高等优点，但填料定期更换，生物量堵塞难以控制，设备易腐蚀。国外生物滴滤池已得到广泛应用，国内仍处于研究阶段。

任爱玲等人[24]利用菌丝体热解炭作为填充材料，在生物滴滤塔中分别填充热解炭-木屑和木屑的单一填充材料，并联进行微生物净化苯乙烯气体实验，混合填充材料比单一的挂膜速度快，入口浓度为50~450mg/m3，停留时间为21.6~43.2s

何觉聪等[25]人采用生物滴滤塔处理苯酚气体，结果显示：生物滴滤塔对苯酚气体的去除率达到99.5%，最佳条件停留时间20.6s，循环液pH值为中性，淋浴密度为1.67m3/(m2下降)。

2.3生物清洗器

生物清洗器由传质清洗器和生物分解反应器构成，清洗器内存在悬浮状态的微生物群，生物相和水均以循环方式流动。常用的洗涤悬浮液是活性污泥，处理废气后再生需要一定的时间。生物清洗处理VOCs工艺流程如图4所示，该反应器操作条件易于控制[26]，生物填充剂不易堵塞，但处理气量小，亨利系数小于0.01，处理化合物浓度小于5000mg/m3，不适合处理难溶性废气。

图4生物清洗过程

国内研究生物清洗处理油烟废气起步晚，仍处于研究开发阶段。李国文等人[27]利用活性污泥作为介质，研究了氯苯废气通过洗涤塔的生物分解性能，结果表明负荷F<；1mg/g3h)比分解率随F的增加而增大，F=1.0~2.0mg/(g3h)比分解率达到最大值0.9mg/(g3h)

刘玉红等人[28]采用生物清洗处理含酚有机废气，结果显示酚负荷在30g/(m3h)左右时，长时间运行的清除效率约为97%，其负荷量超过50g/(m3伞h)时，酚积累在清洗液中，影响系统的稳定性

齐国庆等人[29]采用生物清洗和生物滴滤技术处理炼油污水场恶臭气体，具有运行稳定、抗冲击性强、处理效率高的特点。结果显示：出口气中H2S小于0.06mg/m3，NH3小于1.5mg/m3，CH3SH小于0.004mg/m3，臭气浓度小于20，达到GB14554-1993《恶臭污染物排放标准》规定的一级厂界要求。

3国内外生物法处理VOCs废气研究进展

生物法已广泛应用于德国、荷兰，最普遍的技术是生物滴滤和生物过滤[30-31]。Rene等人[32]进行了以堆肥和陶瓷珠为填料生物过滤池去除甲苯废气的研究，甲苯废气浓度为2.3~3g，进气流速为0.024~0.144m3/h时，去除率为40%~95%。

Singh等[33]利用木豆秸秆制作过滤材料，控制甲苯入口浓度为2.56~34.73g/m3，体积流速为0.18~0.24m3/h，7d系统稳定后，甲苯浓度的增加去除率下降，去除量增加，趋于一定。

Pagans等[34]以城市固体废弃物和动物副产品的有机成分为生物过滤材料，研究废气中的NH3和VOCs的去除，NH3、VOCs的负荷分别为846~67100mg/(m3h)、0.55~28.8g/(m3h)

Moussavi等[35]人们研究了紫外生物过滤对甲苯和邻近二甲苯混合物的处理，去除效果在95%以上。Kim等人[36-37]研究了生物过滤池和生物过滤塔的气体、液膜传质性能参数进行测定，利用修正的Onda-type方程的气体、液体流速研究了传质系数的相关性，充分解释了气体敏感度、质量传递速度、过滤器湿润效果的影响。

20世纪90年代中国出现了生物法处理有机废气的研究，很多学者以含有某种有机废气为研究对象，利用生物化学处理有机废气。孙佩石等[38]人利用微生物菌种挂膜接种的生物膜填充塔处理低浓度甲苯废气，入口气体甲苯浓度为0.183~1.803mg/L，气体流量为86.4~190.8L/h时，增加入口甲苯浓度和流量，提高甲苯生化去除量

马艳玲[39]利用长期受油烟污染的土壤分离筛选假单胞菌，用活性炭作为填充剂制作填充床的生物反应器，结果显示油烟的进气浓度在100mg/L以下，气体流速在8L/h以下，停留时间在30s以上，容积负荷在2.3~18.9g/(m3国内研究主要处于反应器稳定条件的实验阶段，实际过程中产生的VOCs废气种类、浓度、温度等均不稳定，因此提高该设备的应用性是今后研究的重点。

4前景及展望

生物处理技术以其操作简单、运行维护费用低、净化效率高、安全性高、二次污染小等优势受到各国的重视，目前国内挥发性有机废气VOCs生物处理技术尚未成熟，通常不同反应器规格提供的环境处理效果存在差异。同时，气体、液体传输质量和生化分解的影响因素很多，实际应用不深，需要在以下方面进行深入研究:

1)生物处理技术应用于中低浓度的废气处理，需要进一步研究高浓度有机废气处理。

2)针对生物难降解的有机污染物，需驯化培养或购买专属菌种配合提高净化处理效果，完善微生物的代谢体制，实现净化装置的高效运行。

3)采用分子生物学技术，研究微生物优势菌株组成特征，为降解对应污染物提供菌源依据。

4)应用GC-MS鉴定有机污染物成分，分析污染物成分和生化分解效果，根据本质问题寻找提高净化技术性能的方法。

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