佛山市顺德区顺环市政工程设备有限公司广东佛山528300
摘要：本文简单介绍了生物处理有机废气的三种工艺，并通过工程案例证明采用生物滴滤塔处理VOCs废气切实有效，处理后废气达到排放要求，具有广泛的应用前景。
关键词：生物滴滤塔；VOCs；挥发性有机废气；鲍尔环
引言
挥发性有机化合物（VolatileOrganicCompounds），简称VOCs，是指在常压下沸点低于260℃或室温时饱和蒸气压大于71Pa的有机化合物[1]。VOCs废气不仅直接危害人们的身体健康，也是雾霾、光化学烟雾和温室效应等主要原因之一，制约社会经济可持续发展。近年来国内外的研究表明，采用生物滴滤法净化低浓度VOCs废气是经济、实用、高效、安全的方法，具有设备投资费用低、操作简便、处理彻底、无二次污染等优点，特别适合于处理水溶性差（苯、甲苯、二甲苯等）以及含酸性物质的有机废气，因此该工艺被认为是VOCs废气污染控制领域中极具发展前景的技术之一[2]。
1生物处理VOCs废气工艺对比
生物处理VOCs废气是利用微生物的新陈代谢过程降解VOCs，生成CO2和H2O，进而有效地去除废气中的VOCs组分。废气生物处理工艺分为悬浮生长工艺和吸附生长工艺两类。悬浮生长工艺如生物洗涤塔，吸附生长工艺如生物过滤塔和生物滴滤塔。生物法工艺特点比较，见表1。
图1废气处理工艺流程方框图
工艺概述：在引风机的作用下，通过管道输送，含粉尘、漆雾的有机废气进入漆雾净化器，废气与自上而下喷洒的水雾液滴接触，其中的漆雾和粉尘被截留去除，避免后续工艺填料的堵塞，喷淋水循环使用，废水定期排放至污水处理站作进一步处理。
预处理后的废气再进入生物滴滤塔净化其中的有机污染物。在生物滴滤塔里放入一定厚度的惰性填料层。填料层上附着生长有生物膜。营养液经循环水泵从塔顶喷洒到生物膜上。营养液主要是为微生物膜提供必要的营养物质氮源和磷源，同时为微生物的生长提供必要的湿度[4]。VOCs废气先从滴滤塔的上层（并流型）进入一级填料床再经滴滤塔的下层（逆流型）进入二级填料床，VOCs废气随之从气膜扩散进入液膜，因浓度差扩散至生物膜。生物膜中的微生物会使有机污染物成为自身生长的养分和能源降解，最终转化为CO2和H2O[5]，净化后的废气从塔顶排出。
黄兵等[6]对生物化学法净化低浓度甲苯废气的传质研究，得出如下结论：a.生物化学法净化低浓度甲苯废气属瞬时反应过程，其吸收过程为传质控制，与化学反应速率、反应级数等动力学参数无关，因此，凡能强化传质的措施均能强化这一吸收过程；b.生物化学法净化低浓度甲苯废气过程的气膜阻力占总传质阻力的90%，故此传质过程为气膜控制；c.针对气膜控制的传质过程，应选用气液接触面积大的吸收设备，如填料塔。在操作时，液体喷淋量只需满足润湿填料表面的生物膜即可。而且，在保证净化效率的前提下，应采用增加气速等措施来提高甲苯吸收速率。在本案例中采用并流，逆流二级生物滴滤塔串联工艺。因设备要放于车间房顶，故采用长方形组合结构。
填料是生物滴滤塔的核心部件，一种理想的填料应该为微生物提供稳定附着场所、足够的持水性、较大的空隙率、较大的比表面以及机械强度[7]。孙事昊等研究表明聚丙烯空心环其挂膜、驯化速度较活性炭、火山岩、聚氨酯泡沫填料慢，但其在长期运行中可以维持更稳定的压降，在不反冲洗的情况下依然保证去除率维持在95%以上[8]。充分考虑系统长期运行稳定性和填料堵塞对系统的压降因素，本工程生物滴滤塔填料选用聚丙烯鲍尔环。
3主要构筑物、设备及设计参数
3.1漆雾净化器1，处理风量40000m3/h，外形尺寸3.5m×2.5m×2.8m，空塔流速2m/s，液气比1.35L/m3?h，材质SS304，数量1台。
3.2漆雾净化器2，处理风量30000m3/h，外形尺寸3.5m×1.8m×2.6m，空塔流速2.1m/s，液气比1L/m3?h，材质SS304，数量1台。
3.3生物滴滤塔，处理风量10000m3/h，外形尺寸6.5m×2.8m×4.5m，填料为聚丙烯鲍尔环，填料高度2.2m，填料体积34.5m3，填料负荷0.9kgVOCs/m3?h，滤速0.354m/s，停留时间12.4s，喷淋密度1.8L/m2?s，循环液量6.2m3/h，液气比10L/m3?h，阻力损失<1000Pa，材质A3内衬FRP。数量7台（A区4台，B区3台）。
3.4循环水池，9.5m×7.8m×1m，有效水深0.6m，配套穿孔曝气管。
3.5营养液配加药系统。
3.6生物滴滤塔设备结构如图2，平面布置如图3。
图4平面布置图
（1）漆雾净化器1，（2）生物滴滤塔，（3）离心风机1，（4）防曝型循环水泵，（5）漆雾喷淋水泵1，（6）环形鼓风机1，（7）环形鼓风机2，（8）漆雾净化器2，（9）漆雾喷淋水泵2，（10）离心风机2
4调试与运行结果
4.1系统空车试机
4.1.1检查机电设备运转是否正常。
4.1.2加水入循环池至水位设定位置（水深600mm），检查水池有无渗漏，液位控制系统、PH控制系统、加药系统的管道有无渗漏，工作是否正常，曝气是否均匀。
4.1.3废气系统开启时，注意引风机运行是否平稳，确定系统负压、参数及变频器控制参数。
4.2生物接种培养（采用菌种+污泥快速培菌）
4.2.1循环水池44m3，城市污水厂AAO剩余污泥4m3（约8吨）加入循环水池中曝气。菌种0.8m3通过加药系统输送入循环水池中24小时曝气，闷曝3天。
4.2.2营养液配制：前15天，加面粉和氮磷比为21：6的混合肥。a.前三天，闷曝，面粉加入量21kg/d，肥料的加入量17kg/d，以后循环液可抽入塔内循环；b.后12天面粉加入量16kg/d，肥料的加入量17kg/d；c.15天后，观察并根据情况，可不加面粉只加混合肥。
4.2.3碳酸钠按5%浓度（即每桶500L加25kg）配制于pH控制系统的碱槽。循环液的pH控制值为pH±0.5，即pH≤6.5时加碱，pH≥7.5时停止加碱。
4.2.4循环液连续曝气时检查其溶解氧需大于0.5mg/L。
4.2.515天后，观察情况，循环液夜间停止曝气。
4.2.6取样分析循环液，其上清液COD加药前≤100mg/L，加药后≥400mg/L为控制值，其间加药量可加以调整。
经过两个月营养液喷淋周期、水量调整，最终确定每1小时喷淋1次，每次4min，喷淋水量43.2m3。取循环水池活性污泥和生物滴滤塔内填料观察表面微生相，结果见图4、图5。从图4、图5可以观察到轮虫、变形虫等后生动物，标示着循环水池活性污泥培菌成功和塔内填料挂膜成功。
图6循环水池色相
左图为春节期间停运重启后循环水池曝气情况，右图为循环水池恢复后的曝气情况
4.62017年四个季度第三方取样检测处理设备进、出口VOCs浓度，数据见表3，去除率均达到80%以上，达到家具制造行业挥发性有机化合物排放标准DB444/814-2010[9]中Ⅱ时段苯<1mg/m3，甲苯与二甲苯合计<20mg/m3，总VOCs<30mg/m3的排放要求。
表32017年度季度监测结果（单位：mg/m3）
5结语
（1）该工程2014年12月设计，2015年6月完成施工，2015年7月开始调试，2015年10月通过环保验收，运行至今，处理系统运行正常，废气处理稳定达标。
（2）70000m3/h生物滴滤塔处理系统稳定运行期间，在进气VOCs浓度＜150mg/m3、停留时间12.4S、喷淋间隔1h、每次4min、喷淋水量43.2m3工况下VOCs去除率达到80%以上。
（3）系统停运期间需持续提供空气和营养液，如不能实现需作重启操作，经过7天，生物滴滤塔VOCs去除能力可恢复到正常水平。
（4）探索混合填料方向的可行性，优化设计、运行参数，进一步提高生物滴滤塔处理VOCs废气的去除率。
参考文献
[1]李国文，胡洪营，郝吉明，马广大.生物过滤塔、生物滴滤塔降解苯和甲苯的性能比较[J].环境科学学报，2001（S1）：122-126.
[2]吴光前，王丽萍.生物滴滤法处理有机废气技术[J].中国环保产业，2004（09）：26-28.
[3]吕阳.生物滴滤法治理甲醛及挥发性有机物污染实验研究[A].中国环境科学学会、水性平台.2018全国VOCs监测与治理高峰论坛论文集[C].中国环境科学学会、水性平台：中国环境科学学会，2018：13.
[4]刘巍，李文博，薛大惠，赵冬炎，苗磊，庄立波.生物滴滤塔处理苯乙烯废气的影响[J].化工科技，2019，27（02）：53-56.
[5]林虹，刘小明，杜联盟.有机废气的生物膜净化过程[J].科技创新导报，2013（14）：129-129.
[6]黄兵，孙珮石，黄若华，陈茂生.生物化学法净化低浓度甲苯废气的传质研究[J].环境污染与防治，1998（05）：11-14.
[7]孙事昊，贾体沛，陈凯琦，彭永臻，张亮.聚丙烯环生物滴滤塔去除实际市政水厂硫化氢性能及微生物群落分析[J/OL].环境科学，2019（10）：1-11
[8]孙事昊，彭永臻，贾体沛，陈凯琦，张亮.填料对生物滴滤塔去除市政污水处理厂恶臭气体运行效果的影响[J].北京工业大学学报，2019，45（05）：493-501.
[9]家具制造行业挥发性有机化合物排放标准DB44/814-2010[S]