高流量负荷下影响生物法处理低浓度VOCs废气的因素分析

由于废气中VOCs污染物往往浓度低（<3000mg/m3），气量大、污染面广，如热力焚烧、催化燃烧、冷凝、吸收和吸附等传统的处理技术往往不适用，不是其处理效果达不到要求，就是投资或运行成本太高，迫使人们寻求和开发新的适用技术。生物法具有可在室温下操作，投资及运行费用低、效果好、安全性高、无二次污染且易于管理等优点，尤其在处理气量大、浓度低（小于3mg/L）、生物降解性好的有机废气时更显其优越性。

然而任何VOCs处理技术都有其优缺点和适用范围。在VOCs处理领域，由于气体性质千差万别，不存在某一类技术“包打天下”的情况。同样，VOCs生物处理技术也并不是万能的，虽然它适合于处理低浓度VOCs，但对高流量负荷下低浓度VOCs废气的处理还是具有一定的局限性。

本文以低浓度甲苯废气(VOCs的代表物)为对象，对生物膜填料塔净化处理高流量负荷下低浓度VOCs废气技术进行探讨，从气体流量、入口气体甲苯浓度、温度和营养物添加量等方面对高流量负荷下低浓度甲苯废气去除效果的影响因素进行分析，以期帮助企业更好的利用生物净化处理技术。

1气体流量的影响

随着气体流量的增加，生物膜填料塔对甲苯废气的净化效率会明显下降。造成该现象的原因有二：

一是，由于气体流量的增加使甲苯废气在塔内停留时间减少，不能满足生物膜中微生物菌种对废气中甲苯分子的捕捉、吸收和生化降解的时间要求，许多甲苯分子尚未与塔内的生物膜接触即被排出塔外，从而导致净化效率下降。

二是，随着气体流量的增加，气相主体对生物膜的切线冲刷力也相应增加，使部分已被生物膜吸附但结合力不是很牢的甲苯分子重新从生物膜上脱附，进入气相主体。从而增加气体流量会对生物膜填料塔的处理运行效果产生不良影响。

因此，企业要以废气排放标准为目标，结合实际情况及要求确定生物膜填料塔的适宜气体流量。

2入口气体甲苯浓度的影响

随着入口气体甲苯浓度的增加，生物膜填料塔对甲苯废气的净化效率下降。由于在气体流量不变的情况下，同一生物膜填料塔，其有效传质面积是一定的，生物膜对甲苯分子的捕捉吸附量(或生物化学去除量)是一定的。而生物膜填料塔净化甲苯废气是一个“吸附-生化降解”过程，其中的吸附是通过单分子层吸附进行的。当入口甲苯浓度较低时，甲苯分子会以单分子层状态覆盖在生物膜表面，然后被微生物捕获并降解。随着入口气体甲苯浓度的增加，多余的甲苯分子(即大于单分子层吸附量的甲苯分子)未能被直接吸附在生物膜表面上，而是随气相主体排出塔外，从而就出现了在同一气体流量下随甲苯浓度增加其净化效率反而下降的现象。

因此，要想获得较好的净化效果，就必须适当降低入口气体污染物浓度和增加生物膜填料塔的体积，延长停留时间。

3温度的影响

当气温低于15℃时，微生物的活性受到影响，生物膜填料塔对甲苯废气的净化处理能力相对较弱。但随着温度的升高，生物膜填料塔对甲苯废气的净化效率呈上升趋势。当气温升至20℃时，净化效率趋于稳定，基本保持在50%左右。因此，在操作生物膜填料塔净化低浓度甲苯废气时，应注意将操作温度控制在20~25℃范围内。

4营养物的影响

碳、氮、磷三者保持适当的比例有利于微生物的生长，一般营养物的配比为C:N:P=200:5:1。由于甲苯本身可以为微生物提供足够的碳源，因此营养液中只需加入适当的氮、磷营养液即可。添加量以气体中甲苯的含碳量作为参考。

实验表明，在氮、磷补充过量时，生物膜上的微生物会过量地生长繁殖，并增加运行阻力，堵塞填料塔。因此，要注意适当控制氮、磷的添加量，使微生物始终处于一个良好的分解代谢环境中，并保持较高的净化效率。对于已因微生物的生长过量而造成生物膜填料塔堵塞的情况，可减少氮、磷的添加量，使微生物处于一个内源呼吸环境，来抑制其快速繁殖。对此可以增加喷淋液冲洗的次数，促进生物膜表层的快速更新，以缓解堵塞问题。

针对以上四大影响因素，有研究表明：在高流量负荷条件下,气体流量和入口气体甲苯浓度对生物膜填料塔的甲苯净化效率有较大的影响。当气体流量为0.8m3/h，入口气体甲苯浓度为105mg/m3，停留时间为18.3s时，甲苯的净化效率可达到61.9%，与国外同类应用研究结果基本相当。使出口气体甲苯浓度低于国家对现有企业的排放标准(≤60mg/m3)。同时，适宜地控制操作温度(20~25℃)和氮、磷营养物添加配比(C:N:P=200:5:1)，有助于提高生物膜填料塔的净化性能。