生物技术在喷漆废气治理中的应用
摘要：采用生物技术治理某机械制造公司的喷漆车间废气，检测结果表明，生物技术对喷漆废气具有较好的治理效果，甲苯、二甲苯的治理效果分别高达92%、95%，突显出生物治理技术在喷漆废气治理方面的巨大潜力。文章针对生物治理工艺提出了优化和改进的建议。
前言
随着“大气污染防治十条措施”政策的出台，我国正式从国家层面规范了大气污染治理。废气污染情况日益受到重视，常见的废气治理技术有吸附法、催化燃烧法、高能离子法和生物法等，其中生物技术因为运行成本低廉、无二次污染，已被广泛应用。但目前生物技术在喷漆废气治理中的应用研究仍较少，工业应用更少。
1生物净化技术概述
生物净化技术作为一项净化低浓度有机废气的新型技术，在国内外已受到广泛关注。工业废气的生物净化是指利用附着于多孔介质填料上的微生物以废气成分作为其生命活动的能源及养分，经新陈代谢降解，转化为简单的无机物（二氧化碳、水等）及细胞组成物质，从而使废气得以净化。
生物净化废气的过程主要可分为三步：
（1）溶解：废气与水或固相表面的水膜接触，污染物由气相转移到液相。
（2）吸附、吸收：溶解在水溶液中的有机成分被微生物吸附、吸收，废气分子从水中转移至微生物体内。
（3）生物降解：进入微生物细胞体内的有机物，在各种细胞内酶的催化作用下，进行氧化分解，此过程可用下式表示：
与此同时，微生物利用另一部分有机物及分解代谢过程中所产生的能量进行合成代谢以形成新的细胞物质，此过程可用下式表示：
生物净化技术对低浓度、生物可降解性好的有机废气（例如：酯类、醇类）具有明显的去除效果，利用微生物和生物酶的催化氧化作用，使废气中的有机恶臭分子分解氧化成CO2和H2O。
2项目工况介绍
某机械制造公司的喷漆车间对产品进行喷漆作业，油漆调配间产生大量含挥发性有机污染物的废气。喷漆废气中含大量有毒有害物质（如“三苯”类物质），若不加以治理，将严重污染环境，并会损害作业人员的身体健康。
该喷漆车间采用常温喷漆作业，产生的废气成分以甲苯、二甲苯为主，废气浓度见表1。
3工艺设计
3.1工艺流程
该喷漆车间的废气经有效收集后，通过生物处理装置进行净化，最终达标排放，保护环境的同时也保护了作业人员的身体健康，其治理工艺流程见图1。
3.2生物治理设备
该喷漆间设计风量为4万m3/h，废气在生物滤池内停留时间为20~30s。生物治理装置的外壳采用方钢制作骨架，四周拼装玻璃钢板，耐腐，箱体总尺寸为25×2.25×2.8（m），填料为多微孔陶粒。整个装置分为三段，顶部均设有喷淋装置，第一段是喷淋水洗段，通过持续不断的喷淋加湿，清洗废气中大颗粒粉尘，防止粉尘进入二级处理装置，同时给废气加湿；第二段是一级生物处理段；第三段是二级生物处理段。具体工艺如生物治理装置示意图2。
3.3关键控制因素
3.3.1生物过滤填料
填料不仅是微生物附着生长的载体，也是气液两相传质的介质，其不仅影响生物净化系统的净化效果，也关系整个生物处理系统的稳定性和经济性等。具体体现在影响微生物的附着性、填料床的含水率、透气性、更换频率、营养供给及使用寿命等。优质填料需要有大比表面积、高水分持留能力、高孔隙率、较低的密度以及一定的结构强度。
常见的填料为有机和无机两大类，有机填料包括高分子鲍尔环、木屑、玉米芯等，无机填料包括活性炭、沸石及陶粒等，其特性对比情况见表2。
无机填料的密度较大，不能给微生物提供营养物质，需定期补充营养物质。有机填料机械强度不高，容易引起床体压实，产生较大压降。该项目选用的主体填料采用优质陶质填料（如图3），不易腐烂，使用寿命可确保大于十年。陶质填料具有比表面积大、亲水性良好、耐腐蚀性强等优点，具有优良的通透性和稳定结构，可确保废气治理效果稳定。陶粒填料含有金属氧化物成分，主要成分见表3。
3.3.2温度
微生物适宜生长的温度是25℃~35℃。温度过低，微生物会进入休眠模式，废气治理效率低；温度超出微生物的最高生长温度时，微生物会停止生长甚至死亡，废气治理效率同样低。温度还会影响污染物的物理状态，进而影响废气净化效果。为确保进入生物治理装置的废气温度符合要求，在设备入口处增设温度感应器，当进气温度过高时，往废气中补充冷风进行降温；当进气温度过低时，利用加热器对循环水进行加热，尤其北方冬天室外较为寒冷，设备壳体须用保温材料制作，减少热量散发。
3.3.3湿度
湿度对微生物生长的影响主要体现在：1）湿度影响溶解氧的含量；2）只有溶解于水中的污染物才可能被微生物降解。湿度太高，会使气体通过滤床的压降增大、停留时间减小、供氧不足，使降解速率降低。湿度太低，将使微生物失活。微生物适宜生长的湿度为40%~60%。为确保废气湿度满足要求，生物治理装置的第一段设计为喷淋水洗段，保持持续喷淋，为废气加湿，而生物治理装置的后两级生物处理段的喷淋设计为间歇式喷淋。
3.3.4pH值
pH值是影响微生物生理活动的重要因素之一。大多数微生物适宜生长的pH值是6.5~7.5。为确保pH值符合微生物生长要求，在水池设有pH值在线监测，与加药装置联动，及时添加酸/碱液。
4结果检测
该项目的现场情况见图4。
经检测，喷漆废气处理设施出口的废气浓度及速率见表4、表5。国家大气污染物综合排放二级标准详见表6。
检测结果表明，经生物技术治理后的废气完全符合《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）二级标准的要求，且治理效率较高，甲苯、二甲苯的治理效率分别高达92%、95%。
5结论
该项目的检测结果表明，利用生物技术治理喷漆废气可取得较好效果，且具有现实意义。鉴于生物技术在喷漆废气治理中的应用有限，未来的生物治理技术还需不断优化和改进。
（1）研发质优且价廉的生物填料；
（2）培育针对高浓度及较难降解的物质的菌种；
（3）优化改进生物治理装置的结构设计，减小占地面积；
（4）目前，生物技术使用的生物菌种大都针对单一污染物，培育能够降解混合废气的生物菌群很有必要；
（5）用生物法治理的有机废气大都是亲水性或易降解的成分，提高疏水性或难降解废气的处理能力是一个亟待解决的难题。
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