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简介

挥发性有机化合物(Volatile Organic Compounds,以下VOCs)是指在常温下饱和蒸气压大于70Pa,常压下沸点小于260℃的液体或固体有机化合物。该定义表明大多数的有机物均为挥发性有机化合物,如常见的醛类、醇类、醚类、烷烃和芳香烃等均属于挥发性有机化合物。挥发想有机废气通常被简称为有机废气。

 

VOCs对环境和人体健康有非常严重的危害。大多数VOCs有毒、有恶臭、部分VOCs有致癌作用,如长期吸入含有苯的气体可以导致再生障碍性贫血,并最终导致白血病。为此,我国大气污染物综合排放标准(GBI6297-1996)中对14VOCs规定了最高允许排放速率和无组织排放限值。

 

VOCs废气的净化方法有很多种,主要包括常规的物理化学方法;燃烧法、吸收法、冷凝法、吸附法等。这些方法不同速度在存在投资和运行费用高,存在二次污染等不足之处,尤其对于低浓度有机废气的净化。

 

生物法净化挥发性有机废气是近20年来兴起的一种方法。该法是利用微生物对污染物有较强、较快的适应能力的特点,对其进行驯化,使其能够以污染物(通常是有机物)为碳源和能源,并将污染物转化为无害的、简单的物质如CO2H2O等。因此,该法具有对污染物氧化彻底,无二次污染的优点。同时,生物法净化有机废气具有设备简单、易于操作和管理。投资和运行费用比较如表1所示。

 

1生物法与传统方法费用的比较。

 

方法

投资费用

(美元/106ft3

燃料和药剂消耗

(美元/ft3.min-1

能耗

W/ft3.min-1

燃烧法

130

15

0

化学吸收法

60

8

1

活性炭吸附法

20

-

-

生物法

8

0

0.6

 

最早,生物法在气体净化方面的应用主要在于气体除臭。现在,由于技术的发展,该方法已逐渐应用于有机废气的净化。在国外,养鸡场、屠宰场、污水处理厂等的气体净化已经有生物法的工业装置运行。例如日本一家污水处理厂用含有臭气的空气,作为曝气空气送人曝气池,同时进行废水和废气的处理,取得脱臭效率达99%的效果。日本一铸造厂采用此法处理含胺、酚和乙醛等污染气体时,设备采用二级脱臭装置,装置运行十多年来一种保持较高的去除率。德国开发的二级脱臭装置,臭气自下而以经二级脱臭装置后,浓度从2100mg/L降至50mg/L,且运行费用极低。

 

生物法的净化挥发性有机废气包括以下过程,VOCs从气相传递到液相,VOCs从液相扩散到生物膜表面。VOCs在生物膜内部的扩散,生物膜内的降解反应,代谢产物排出生物膜。在上述的五个过程中,前四个过程对于污染物的去除都很重要,最后一个过程则对污染物的去除影响较小,一般可以忽略。生物膜内的降解反应是最为重要的,因为它是气液相传质及液膜和生物膜内扩散的源动力。因此,微生物对污染物降解的难易程度对生活法的净化效果有很大的影响。一般而言,微生物对于甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、丁醇、四氢呋喃、甲醛、乙醛、丁酸、三甲胺等的降解最为容易,因此,净化效率也较高;对于苯、苯乙烯、******、乙酸乙酯、苯酚、二甲基硫、噻吩、甲基硫醇、二硫化碳、酰胺类、吡啶、乙腈、异腈类、氯酚类的降解液较为容易,因此采用生物法净化含有上述污染物的废气也能获得较为理想的净化效率;而对于甲烷、戊烷、环已烷、******、二烷、二氯甲烷及1.1,1-三氯甲烷等物质,其可生物降解性较差,则不宜采用生物法。

 

目前,该技术的发展趋势就是对于特定的污染物,筛选和驯化出高效的降解菌种,从而提高净化效率,减小设备体积。到目前为止,我们已经进行了甲苯、苯、二甲苯和氯苯废气的生物净化的研究。已通过实验研究筛选选出几种高效的生物滤塔填料,并筛选出一株二甲苯的高效降解菌。实验取得了较好的结果,当气体停留时间在17.0s~97.5s的范围内,气体入口中污染物的浓度低于3000mg/m3的情况下,净化效率可达80%-99.9%。甲苯、苯、二甲苯和氯苯均为水溶性较差的化合物,因此对于易溶于水的污染物,净化效果会更好。如果用于气体除臭,则气体停留时间可以进一步降低。

▲净化工艺系统图

 

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