生物技術(shù)在噴漆廢氣治理中的應(yīng)用
摘要：采用生物技術(shù)治理某機(jī)械制造公司的噴漆車間廢氣，檢測(cè)結(jié)果表明，生物技術(shù)對(duì)噴漆廢氣具有較好的治理效果，甲苯、二甲苯的治理效果分別高達(dá)92%、95%，突顯出生物治理技術(shù)在噴漆廢氣治理方面的巨大潛力。文章針對(duì)生物治理工藝提出了優(yōu)化和改進(jìn)的建議。
前言
隨著“大氣污染防治十條措施”政策的出臺(tái)，我國(guó)正式從國(guó)家層面規(guī)范了大氣污染治理。廢氣污染情況日益受到重視，常見的廢氣治理技術(shù)有吸附法、催化燃燒法、高能離子法和生物法等，其中生物技術(shù)因?yàn)檫\(yùn)行成本低廉、無二次污染，已被廣泛應(yīng)用。但目前生物技術(shù)在噴漆廢氣治理中的應(yīng)用研究仍較少，工業(yè)應(yīng)用更少。
1生物凈化技術(shù)概述
生物凈化技術(shù)作為一項(xiàng)凈化低濃度有機(jī)廢氣的新型技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外已受到廣泛關(guān)注。工業(yè)廢氣的生物凈化是指利用附著于多孔介質(zhì)填料上的微生物以廢氣成分作為其生命活動(dòng)的能源及養(yǎng)分，經(jīng)新陳代謝降解，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無機(jī)物（二氧化碳、水等）及細(xì)胞組成物質(zhì)，從而使廢氣得以凈化。
生物凈化廢氣的過程主要可分為三步：
（1）溶解：廢氣與水或固相表面的水膜接觸，污染物由氣相轉(zhuǎn)移到液相。
（2）吸附、吸收：溶解在水溶液中的有機(jī)成分被微生物吸附、吸收，廢氣分子從水中轉(zhuǎn)移至微生物體內(nèi)。
（3）生物降解：進(jìn)入微生物細(xì)胞體內(nèi)的有機(jī)物，在各種細(xì)胞內(nèi)酶的催化作用下，進(jìn)行氧化分解，此過程可用下式表示：
與此同時(shí)，微生物利用另一部分有機(jī)物及分解代謝過程中所產(chǎn)生的能量進(jìn)行合成代謝以形成新的細(xì)胞物質(zhì)，此過程可用下式表示：
生物凈化技術(shù)對(duì)低濃度、生物可降解性好的有機(jī)廢氣（例如：酯類、醇類）具有明顯的去除效果，利用微生物和生物酶的催化氧化作用，使廢氣中的有機(jī)惡臭分子分解氧化成CO2和H2O。
2項(xiàng)目工況介紹
某機(jī)械制造公司的噴漆車間對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行噴漆作業(yè)，油漆調(diào)配間產(chǎn)生大量含揮發(fā)性有機(jī)污染物的廢氣。噴漆廢氣中含大量有毒有害物質(zhì)（如“三苯”類物質(zhì)），若不加以治理，將嚴(yán)重污染環(huán)境，并會(huì)損害作業(yè)人員的身體健康。
該噴漆車間采用常溫噴漆作業(yè)，產(chǎn)生的廢氣成分以甲苯、二甲苯為主，廢氣濃度見表1。
3工藝設(shè)計(jì)
3.1工藝流程
該噴漆車間的廢氣經(jīng)有效收集后，通過生物處理裝置進(jìn)行凈化，最終達(dá)標(biāo)排放，保護(hù)環(huán)境的同時(shí)也保護(hù)了作業(yè)人員的身體健康，其治理工藝流程見圖1。
3.2生物治理設(shè)備
該噴漆間設(shè)計(jì)風(fēng)量為4萬m3/h，廢氣在生物濾池內(nèi)停留時(shí)間為20~30s。生物治理裝置的外殼采用方鋼制作骨架，四周拼裝玻璃鋼板，耐腐，箱體總尺寸為25×2.25×2.8（m），填料為多微孔陶粒。整個(gè)裝置分為三段，頂部均設(shè)有噴淋裝置，第一段是噴淋水洗段，通過持續(xù)不斷的噴淋加濕，清洗廢氣中大顆粒粉塵，防止粉塵進(jìn)入二級(jí)處理裝置，同時(shí)給廢氣加濕；第二段是一級(jí)生物處理段；第三段是二級(jí)生物處理段。具體工藝如生物治理裝置示意圖2。
3.3關(guān)鍵控制因素
3.3.1生物過濾填料
填料不僅是微生物附著生長(zhǎng)的載體，也是氣液兩相傳質(zhì)的介質(zhì)，其不僅影響生物凈化系統(tǒng)的凈化效果，也關(guān)系整個(gè)生物處理系統(tǒng)的穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等。具體體現(xiàn)在影響微生物的附著性、填料床的含水率、透氣性、更換頻率、營(yíng)養(yǎng)供給及使用壽命等。優(yōu)質(zhì)填料需要有大比表面積、高水分持留能力、高孔隙率、較低的密度以及一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。
常見的填料為有機(jī)和無機(jī)兩大類，有機(jī)填料包括高分子鮑爾環(huán)、木屑、玉米芯等，無機(jī)填料包括活性炭、沸石及陶粒等，其特性對(duì)比情況見表2。
無機(jī)填料的密度較大，不能給微生物提供營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，需定期補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。有機(jī)填料機(jī)械強(qiáng)度不高，容易引起床體壓實(shí)，產(chǎn)生較大壓降。該項(xiàng)目選用的主體填料采用優(yōu)質(zhì)陶質(zhì)填料（如圖3），不易腐爛，使用壽命可確保大于十年。陶質(zhì)填料具有比表面積大、親水性良好、耐腐蝕性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，具有優(yōu)良的通透性和穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，可確保廢氣治理效果穩(wěn)定。陶粒填料含有金屬氧化物成分，主要成分見表3。
3.3.2溫度
微生物適宜生長(zhǎng)的溫度是25℃~35℃。溫度過低，微生物會(huì)進(jìn)入休眠模式，廢氣治理效率低；溫度超出微生物的最高生長(zhǎng)溫度時(shí)，微生物會(huì)停止生長(zhǎng)甚至死亡，廢氣治理效率同樣低。溫度還會(huì)影響污染物的物理狀態(tài)，進(jìn)而影響廢氣凈化效果。為確保進(jìn)入生物治理裝置的廢氣溫度符合要求，在設(shè)備入口處增設(shè)溫度感應(yīng)器，當(dāng)進(jìn)氣溫度過高時(shí)，往廢氣中補(bǔ)充冷風(fēng)進(jìn)行降溫；當(dāng)進(jìn)氣溫度過低時(shí)，利用加熱器對(duì)循環(huán)水進(jìn)行加熱，尤其北方冬天室外較為寒冷，設(shè)備殼體須用保溫材料制作，減少熱量散發(fā)。
3.3.3濕度
濕度對(duì)微生物生長(zhǎng)的影響主要體現(xiàn)在：1）濕度影響溶解氧的含量；2）只有溶解于水中的污染物才可能被微生物降解。濕度太高，會(huì)使氣體通過濾床的壓降增大、停留時(shí)間減小、供氧不足，使降解速率降低。濕度太低，將使微生物失活。微生物適宜生長(zhǎng)的濕度為40%~60%。為確保廢氣濕度滿足要求，生物治理裝置的第一段設(shè)計(jì)為噴淋水洗段，保持持續(xù)噴淋，為廢氣加濕，而生物治理裝置的后兩級(jí)生物處理段的噴淋設(shè)計(jì)為間歇式噴淋。
3.3.4pH值
pH值是影響微生物生理活動(dòng)的重要因素之一。大多數(shù)微生物適宜生長(zhǎng)的pH值是6.5~7.5。為確保pH值符合微生物生長(zhǎng)要求，在水池設(shè)有pH值在線監(jiān)測(cè)，與加藥裝置聯(lián)動(dòng)，及時(shí)添加酸/堿液。
4結(jié)果檢測(cè)
該項(xiàng)目的現(xiàn)場(chǎng)情況見圖4。
經(jīng)檢測(cè)，噴漆廢氣處理設(shè)施出口的廢氣濃度及速率見表4、表5。國(guó)家大氣污染物綜合排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)詳見表6。
檢測(cè)結(jié)果表明，經(jīng)生物技術(shù)治理后的廢氣完全符合《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求，且治理效率較高，甲苯、二甲苯的治理效率分別高達(dá)92%、95%。
5結(jié)論
該項(xiàng)目的檢測(cè)結(jié)果表明，利用生物技術(shù)治理噴漆廢氣可取得較好效果，且具有現(xiàn)實(shí)意義。鑒于生物技術(shù)在噴漆廢氣治理中的應(yīng)用有限，未來的生物治理技術(shù)還需不斷優(yōu)化和改進(jìn)。
（1）研發(fā)質(zhì)優(yōu)且價(jià)廉的生物填料；
（2）培育針對(duì)高濃度及較難降解的物質(zhì)的菌種；
（3）優(yōu)化改進(jìn)生物治理裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，減小占地面積；
（4）目前，生物技術(shù)使用的生物菌種大都針對(duì)單一污染物，培育能夠降解混合廢氣的生物菌群很有必要；
（5）用生物法治理的有機(jī)廢氣大都是親水性或易降解的成分，提高疏水性或難降解廢氣的處理能力是一個(gè)亟待解決的難題。
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