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生物技术成VOCs治理生力军?
时间:2016-06-12 13:00:38 | 阅读 8

  ◆席劲瑛

  随着相关政策法规、标准的出台,目前国内防治VOCs(挥发性有机物)污染已进入议事日程并不断深入。在生产过程中采用替代产品和实施清洁生产从源头上减少VOCs产生和排放,是控制VOCs的首选措施。然而在很多情况下,VOCs 气体会不可避免地挥发,因此,收集处理VOCs气体(包括回收)是必不可少的控制措施。

  VOCs气体处理技术主要分为两类,一类是回收技术,以各种物理方法为主,对排放的VOCs进行吸收、过滤、分离,再资源化循环利用。包括吸附、冷凝、膜分离、吸收等技术。另一类是分解技术,以化学处理和生物处理方法为主,把排放的VOCs分解化合转化为其他无毒无害物质。包括热力燃烧、催化燃烧、等离子体、化学吸收、紫外光(催化)氧化、生物处理等技术。

  在众多处理技术中,VOCs生物处理技术是近年来广受关注的一种技术,具体的处理工艺有生物过滤法、生物滴滤法、生物洗涤法、活性污泥法和膜生物法等。

  生物法可将VOCs降解为水、二氧化碳等无害物质

  VOCs生物处理技术具有多个优点,工艺设备结构相对简单,处理工艺投资和运行费用较低,产生二次污染物少

  生物处理技术去除VOCs的基本原理是,气体中的VOCs经过传质过程(气液接触表面或通过膜)进入微生物悬液或生物膜中,在好氧条件下(有氧气存在的条件下)大部分VOCs被微生物降解为水、二氧化碳、硫酸盐、硝酸盐等小分子无机物质,小部分转化为剩余菌体,从而实现VOCs气体净化。

  与其他物理和化学处理技术相比,VOCs生物处理技术具有多个优点。

  由于生物处理装置的关键部分是生物填料层和喷淋加湿系统,工艺设备结构相对简单,而其他工艺组成往往比较复杂。例如,蓄热式催化燃烧(RCO)工艺具有催化反应床、气体热交换、气路切换阀门、电加热或燃气加热、防爆、温度监控模块等多个部分。

  另外,生物处理工艺投资和运行费用较低。由于不使用价格昂贵的催化剂、吸附剂或离子管,其投资费用一般比其他方法便宜1/3至1/2。此外,由于生物法反应在常温下进行,不需要对气体进行加热,在运行过程中也仅消耗少量的营养液和水,其能量消耗与药剂消耗水平比较低,运行费用也相对低廉。

  运用生物法产生二次污染物少。VOCs生物法处理的产物主要是无害的二氧化碳、水等小分子物质,属于一种绿色环保技术。研究表明,某些工艺处理过程中,VOCs会转化为毒性更大的中间产物,或者产生臭氧等有害副产物,或者产生大量废液,从而产生二次污染物。

  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,它主要适合于处理低浓度、不具有回收价值或燃烧经济性的VOCs气体,尤其适合处理生物降解性较好组分的气体。

  在国内外不同行业得到成功应用

  在美国加州和西德建成土壤过滤床,被用于污水处理厂;20世纪80年代后,生物过滤塔应用领域扩展到其他含有毒污染物的废气;进入21世纪,生物法应用研究依然活跃

  据了解,生物技术已经有60多年的研究和应用历史,尤其在德国、荷兰等欧洲国家应用较为广泛。

  20世纪50年代,在美国加州和欧洲的西德建成了一些土壤过滤床,并被用于处理污水处理厂散发出的含硫

  化氢的恶臭气体。早期是敞开式土壤生物滤床,后来发展为封闭式生物过滤塔。由于敞开式的生物滤床占地大,并且受气候条件影响较大,因此封闭式的生物过滤塔更适用于工业企业和城市。

  进入20世纪60年代和70年代,在欧洲一些国家,尤其是在西德和荷兰,生物过滤塔被广泛应用于污水处理、喷涂、堆肥、食品加工,以及畜禽养殖等领域,并被认为是最具实用性的有机废气控制技术。

  20世纪80年代后,生物过滤塔应用领域扩展为控制VOCs和其他含有毒污染物的废气,比如化工厂和印刷车间排放的气体等。除了欧美国家外,世界其他各国的研究者也先后对此工艺展开研究和应用。

  进入21世纪,由于生物过滤塔本身具有技术经济方面的优势和巨大的应用潜力,它的应用研究依然非常活跃。

  目前,VOCs生物处理技术已经在不同行业得到成功应用。在污水处理、垃圾堆肥、垃圾焚烧、畜禽养殖、畜禽粪便处理、动物尸体处理等恶臭类VOCs气体净化领域,生物法已经成为主流技术和工艺。

  在车辆喷涂、包装印刷、家具制造、电子器件、石油化工、制药、印染、橡胶制品、塑料制品等领域的VOCs气体处理方面,生物法已经有了越来越多的成功应用案例。未来在这些领域,预计生物法将会有快速发展和广泛应用,市场机会将越来越多。

  对难生物降解、高浓度VOCs去除效果较差

  采用紫外+生物过滤工艺,运用紫外单元提高VOCs可生化性;增加反应器高度,从而减小反应器占地面积;发挥行业协会和政府作用,建立第三方评估和推广平台,有序推动新技术推广应用

  在VOCs生物处理技术的应用过程中,也出现了一些技术难点。生物法对于难生物降解、高浓度的VOCs去除效果较差。针对这一问题,可以采用紫外+生物过滤联合工艺,运用紫外单元提高VOCs的可生化性,同时降低生物过滤单元的负荷。

  生物处理技术还存在占地过大问题,可通过优化反应器解决,即在不改变反应器体积的前提下,增加反应器的高度,从而减小反应器的占地面积。生物量累积过量,填料层堵塞,压降升高也是生物处理技术中不可忽略的问题,可通过增加预处理单元,优化喷淋条件以及生物量控制来解决。

  此外,当前VOCs生物处理技术在推广应用过程中,还存在一些问题。一是开展生物技术推广的企业规模小、数量多,市场分散且呈现碎片化趋势,行业内相互压价与恶性竞争现象较为普遍,VOCs生物处理领域还缺乏大中型企业,行业整体实力偏弱。

  二是行业内普遍重公关营销、重工程建设而忽视运行管理。许多企业认为生物法技术门槛不高,简单模仿和复制已有工程,不能根据工程需要灵活调整设计运行参数,工程建成后管理也跟不上。导致工程处理效果不佳或运行不稳定,从而对生物法在市场上的口碑和被接受程度产生负面影响。三是企业普遍缺乏技术创新能力,而高校和科研机构的研究成果难以直接产业化,缺乏技术验证、孵化和推广平台。

  对于未来VOCs生物处理技术的推广应用,我们建议,发挥行业协会作用,加强需求方、VOCs治理企业和科研机构的交流与合作,增加信息透明度,减少由于信息不对称而出现的推广应用壁垒。

  另外,政府相关部门加大对企业VOCs违法排放的监管力度,倒逼企业加严VOCs处理工程建设和运行标准,形成行业内重视运行管理的氛围。通过技术孵化平台推动技术创新成果优化、实用化,同时建立技术的第三方评估和推广平台,有序推动新技术推广应用。

  (作者系清华大学环境学院副研究员)