生物法處理揮發(fā)性有機物(VOCs)具有反應條件溫和、運行費用低,二次污染小等優(yōu)點。文章綜述了生物過濾、生物滴濾、生物洗滌、膜生物反應器等4種凈化工藝;總結了前人就廢氣性質、降解菌、填料結構與特性、pH與溫度等因素對反應體系降解性能的影響;綜述了研究廢氣生物降解過程和研究生物量積累與運行性能關系等的動力學模型。最后論述了該技術當前存在的問題和發(fā)展趨勢。
近年來，揮發(fā)性有機物(VOCs)的大量排放引起了城市灰霾、光化學煙霧等區(qū)域大氣環(huán)境問題，嚴重威脅人類健康與生態(tài)安全。2010年5月，國務院轉發(fā)的《關于推進大氣污染聯(lián)防聯(lián)控工作改善區(qū)域空氣質量的指導意見》首次將VOCs同SO2、NOx和顆粒物一并列為大氣污染控制的4類重點污染物。
VOCs廢氣生物處理興起于荷蘭和德國，尤其適用于中、低濃度廢氣的處理。生物法原理主要是利用微生物代謝活動，將VOCs轉化為細胞代謝的能源、細胞組成物質及無害的小分子物質(如水、二氧化碳等)。其優(yōu)點有：反應條件溫和、設備簡單、操作方便、運行費用低，二次污染小、可處理不同性質的混合氣體等。該技術在歐洲已得到較大規(guī)模的應用，據統(tǒng)計，本世紀初投入運行的裝置已達7500套。當然，生物處理技術也存在一定的局限性，主要表現(xiàn)在其生物降解速率有限，承受負荷不能過高，對具有生物毒性的物質處理效果較差。
廢氣凈化工藝。
VOCs和惡臭廢氣生物處理工藝主要包括生物濾池、生物滴濾塔、生物洗滌器、膜生物反應器(見圖1)。

其中，生物過濾器和生物滴濾器應用最為廣泛，膜生物反應器尚限于實驗室研究階段。
1、生物過濾
在生物過濾過程中，VOCs廢氣流經過加壓預濕后，進入過濾塔與濾料層表面的生物膜接觸，VOCs從氣相轉移到生物膜中被膜內的微生物迅速降解和利用，轉化為自身生物質、水、CO2和其他小分子物質。生物過濾法適用于種類廣泛的VOCs廢氣處理，如短鏈烴類、單環(huán)芳烴、氯代烴、醇、醛、酮、羧酸以及含硫、氮的有機物，其典型的應用領域包括印刷、噴涂行業(yè)、污水處理和畜禽養(yǎng)殖業(yè)等。該方法特點是操作簡單，運行費用低、適用范圍廣，不產生二次污染，但反應條件不易控制，易堵塞、氣體短流、溝流，占地多，且對進氣負荷變化適應慢。
2、生物滴濾
生物滴濾是生物過濾工藝的改進，其床層填料多為惰性物質，與生物過濾相比，降低了氣體通過床層的阻力，由于連續(xù)流動的液體通過填充層，使得反應條件(如pH、營養(yǎng)物濃度)易于控制，單位體積填料的生物量高，更適合凈化負荷較高的廢氣，同時克服了生物過濾不利于處理產酸廢氣的特點，可有效去除經生物降解產生酸性代謝產物的VOCs廢氣。據報道，生物滴濾反應器處理的VOCs主要有烷烴、烯烴、醇、酮、酯、單環(huán)芳烴、鹵代烴等。但生物滴濾反應器由于連續(xù)流動液相的存在，使得亨利系數較大的污染物不容易被去除。
3、生物洗滌
生物洗滌器又叫生物洗滌池，由傳質洗滌器和生物降解反應器組成。廢氣首先進入洗滌器，與惰性填料上的微生物及由生化反應器過來的泥水混合物進行傳質吸附、吸收，部分有機物在此被降解，液相中的大部分有機物進入生化反應器，通過懸浮污泥的代謝作用被降解掉，生化反應器出水進入二沉池進行泥水分離，上清液排出，污泥回流。
生物洗滌法也叫生物吸收法，在運行過程中廢氣不需要增濕，由于系統(tǒng)由2個獨立的反應單元組成，易于控制反應條件，壓力損失低，但其傳質表面積低，廢氣必須溶于液相，需大量供氧才能維持高降解率，而且存在剩余污泥，運行費用也較高。
4、膜生物反應器
膜生物反應器是一種新型廢氣生物處理工藝，在中空纖維膜生物反應器中，纖維膜外表面生長一層薄薄的生物膜，懸浮液在纖維膜外表面循環(huán)，直接與生物膜接觸。廢氣從生物反應器進氣口分散進入各根纖維膜膜腔，依靠濃度梯度氣體分子通過膜壁傳質至外層的活性生物膜后得以降解。其氣流和液流分別在纖維膜的兩側，在液相面的纖維膜上形成生物膜，其比表面積大、生物量高，可清除過量的生物量以防堵塞，可向流動的液相添加pH緩沖劑、營養(yǎng)物質、共代謝物及其他促進劑，也可排除有毒或抑制性的產物，保持較高的微生物活性。國外已有一些采用膜生物反應器處理甲苯和BTEX(苯、乙苯、二甲苯和甲苯)的報道，雖然這些研究都取得了較好的效果，但生物膜反應器的構建和運行成本高，使其在處理VOCs廢氣的實際應用中受到了限制。
鑒于生物反應器的各種優(yōu)點，使得它們在各行業(yè)中得到廣泛應用。生物過濾塔適用于處理肉類加工廠、動物飼養(yǎng)場、污水處理廠和堆肥廠等處產生的廢氣。珠海吉大水質凈化廠利用生物濾池處理惡臭氣體量為57000m3/h，并且達到廢氣排放二級標準。生物滴濾塔已成功用于化工廠、食品廠、污水泵站等方面的廢氣凈化和脫臭。汪群惠[27]等采用生物濾塔對某藥廠青霉素車間現(xiàn)場發(fā)生的主要含醋酸丁酯、正丁醇和苯乙酸等混合廢氣進行了3個多月的連續(xù)中試實驗。生物洗滌塔廣泛應用于各類工業(yè)及市政項目。宜興協(xié)聯(lián)熱電有限公司采用洗滌塔脫硫，SO2處理能力為24.5t/d，排放質量濃度小于100mg/m3。而膜生物反應器的工業(yè)應用相對較少。
來源：環(huán)境科學與技術