解析廢氣生物處理技術的獨到優勢|附:環境部環大氣53號文明確了它的適用定位

隨著國家對VOCs揮發性有機物的管控越來越嚴格，多汙染物協同控制愈加重要以及惡臭異味治理的需求，VOCs生物法處理技術以其獨到的優勢越來越受到市場的認可和重視。環大氣53號文對生物法的適用定位；本篇幫您讀懂VOCs廢氣生物處理技術的應用現狀、獨到優勢和局限性，以及工程應用優化解決方案。

生態環境部在6月份發布《重點行業揮發性有機物綜合治理方案》（環大氣〔2019〕53號），該方案在「推進建設適宜高效的治汙設施」章節中明確：生物法主要適用於低濃度VOCs廢氣治理和惡臭異味治理。

任何VOCs處理技術都有其優缺點和適用範圍。在VOCs處理領域，由於氣體性質千差萬別，不存在某一類技術「包打天下」的情況。同樣，VOCs生物處理技術也並不是萬能的，有其獨到的優勢，也有一定的局限性。它主要適合於處理低濃度、不具有回收價值或燃燒經濟性的VOCs氣體，尤其適合處理生物降解性較好組分的氣體。當然，生物處理技術也存在一定的局限性，主要表現在其生物降解速率有限，承受負荷不能過高，對具有生物毒性的物質處理效果較差。

國內外的研究與應用成果表明：與其它物理、化學技術相比，生物處理技術具有效率高、投資運行費用低、工藝運行維護方便、二次汙染小等突出優點，尤其適用於低濃度有機廢氣和惡臭氣體處理。

自上世紀 80 年代，德國和荷蘭專家提出使用生物法有效地降解有機廢氣，生物處理技術興起於荷蘭和德國，尤其適用於中、低濃度廢氣的處理。廢氣生物技術在國外已經有50多年的研究和應用歷史，尤其在德國、荷蘭等歐洲國家應用較為廣泛。目前已經有相當數量工業規模的各類生物處理廢氣裝置；據統計，本世紀初投入運行的裝置已達7500套。

在眾多處理技術中，VOCs生物處理技術是近年來在我國廣受關注的一種技術，生物法處理技術以其獨到的優勢越來越受到市場的認可和重視。據2009年有關資料統計，國內外生物法控制技術運用佔比23%。

國內從20世紀90年代開始研究廢氣的生物處理技術，目前也在汙水處理等領域開展了一些應用工作。其中，清華大學環境學院環境生物學研究所是國內較早開展廢氣生物控制技術研究的單位之一。多年來，針對廢氣生物處理技術領域的核心關鍵技術和科學問題，開展了系統的研究和開發，在工藝組合(紫外光氧化+生物過濾)和反應器結構設計、填料優選和構建、高效菌種篩選和培育、營養鹽配方開發和填料層堵塞控制等方面取得了大量創新性的研究成果，並在實際工程中得到了推廣和應用。

廢氣生物處理技術的主要原理是利用填料層中微生物的代謝作用將廢氣中含有的苯或氯苯、醇、醛、酮、硫化氫﹑氨﹑硫醇﹑硫醚等有毒有害物質轉化為無害的水、二氧化碳等小分子物質，從而實現廢氣淨化與汙染控制的目的。

VOCs和惡臭廢氣生物處理工藝有生物過濾法、生物滴濾法、生物洗滌法、活性汙泥法和膜生物法等。主要包括生物濾池、生物滴濾塔、生物洗滌器、膜生物反應器(見圖1)。

其中，生物過濾器和生物滴濾器應用最為廣泛，膜生物反應器尚限於實驗室研究階段。生物過濾法在工業應用中較多，但因生物過濾需要很大的接觸表面，因此設備結構相對複雜行費用較高：生物洗滌法對有些難於氧化的惡臭物質難於脫淨；生物滴濾法因具有可調節微生物營養供給和生長環境的優勢更是成為國內外學者的研究熱點，主要集中在不同目標汙染物、高性能填料降解菌和機理模型等研究內容上。下表對3種生物處理技術進行了比較。

生物滴濾池對VOCs 的降解效率與效果受到微生物、填料、pH 以及運行參數的等多個因素的綜合影響。

從生物處理技術的原理及工藝特徵來看，生物法具有以下優點：1、工藝設備簡單：由於生物處理裝置的關鍵部分是生物填料層和噴淋加溼系統，不需要加熱、防爆，切換，溫度控制等需要，所以工藝設備結構相對簡單。

如圖：生物過濾工藝 

2、二次汙染少：VOCs生物法處理的產物主要是無害的二氧化碳、水等小分子物質，屬於一種綠色環保技術。

3、工藝投資和運行費用較低：由於不使用價格昂貴的催化劑、吸附劑或離子管，其投資費用一般比其他方法便宜1/3至1/2。此外，由於生物法反應在常溫下進行，不需要對氣體進行加熱，在運行過程中也僅消耗少量的營養液和水，其能量消耗與藥劑消耗水平比較低，運行費用也相對低廉。

在VOCs生物處理技術的應用過程中存在一些技術難點，但目前都有對應的優化解決思路。

1、影響因子：影響因子主要是VOC的性質、濃度、工藝條件這三大類，通常生物法適合處理高水溶性、易生物降解的物質，其濃度一般不高於1000mg/m3 ,大風量條件下小於200mg/m3；常見物質中適宜性由高到低依次為醇類、酯類、苯系物>醛、酮、滷代烴>小分子烯烴、烷烴。工藝條件方面的影響主要集中在溫度、溼度、PH值，菌種等，在一些特定行業或高溼度工段廢氣，生物法比其他方法更為適合，不需要除溼。

生物法對於難生物降解、高濃度的VOCs去除效果較差。針對這一問題，可以採用紫外+生物過濾聯合工藝，運用紫外單元提高VOCs的可生化性，同時降低生物過濾單元的負荷。

2、堵塞問題：堵塞問題是生物法工程實際應用中比較常見的問題，大多數情況下由廢氣預處理不規範引起，其中油汙和顆粒物影響最大。另外一些是噴淋不合理，生物控制不到位造成的。生物量累積過量，填料層堵塞，壓降升高也是生物處理技術中不可忽略的問題，可通過增加預處理單元，優化噴淋條件以及生物量控制來解決。

堵塞問題解決方案（一）

堵塞問題解決方案（二）

—註：由於篇幅限制，還有其他解決方案就不一一列舉了。

3、佔地問題：佔地偏大是常見的一種認識，實際上隨著近年來生物技術的發展，佔地比以往已大大降低，有些甚至比目前主流的工藝佔地還要小。佔地問題解決方案：認識上的誤區、填料層優化、反應器的優化

可通過優化反應器解決，即在不改變反應器體積的前提下，增加反應器的高度，從而減小反應器的佔地面積。

如圖：焚燒設備與生物法設備佔比面積對比

4、操作問題：難實現自動控制，以提高對各運行參數的控制能力，維護費用高和發生故障的次數多。菌種培育困難，難篩選出高效降解各種VOCs氣體的優勢菌種。

目前，廢氣生物處理技術已經在不同行業得到成功應用。該技術適用於塗料與噴漆﹑有機原料及合成材料﹑農藥﹑染料﹑石油化工﹑煉焦﹑製藥﹑鞋廠﹑印刷廠﹑造紙廠﹑加油站﹑養殖廠﹑汙水處理廠﹑堆肥廠等的廢氣與惡臭氣體的處理。該技術還適用於建材市場、家具城、批發城等大型公共場所的室內VOCs處理。可處理的揮發性有機物主要包括脂肪烴（低級脂肪烴(汽油)、氯乙烷、氯甲烷）﹑芳香烴（苯、甲苯、二甲苯、氯苯）﹑含氧有機物（醇、醚、酮、醛）﹑含氮有機物（胺）﹑含硫有機物（硫醇、硫醚）等。可處理的還原性無機化合物主要包括氨、硫化氫等。

未來在這些領域，預計生物法將會有快速發展和廣泛應用，市場機會將越來越多。

一是我國業內人員對生物法的基本性能、適用範圍和使用條件等缺乏規律性認識，缺乏系統的培訓和專題能力建設。二是開展生物技術推廣的企業規模小、數量多，市場分散且呈現碎片化趨勢，行業內相互壓價與惡性競爭現象較為普遍，VOCs生物處理領域還缺乏大中型企業，行業整體實力偏弱。三是行業內普遍重公關營銷、重工程建設而忽視運行管理。許多企業認為生物法技術門檻不高，簡單模仿和複製已有工程，不能根據工程需要靈活調整設計運行參數，工程建成後管理也跟不上。導致工程處理效果不佳或運行不穩定，從而對生物法在市場上的口碑和被接受程度產生負面影響。四是企業普遍缺乏技術創新能力，而高校和科研機構的研究成果難以直接產業化，缺乏技術驗證、孵化和推廣平臺。對於未來VOCs生物處理技術的推廣應用，我們建議，發揮行業協會作用，加強需求方、VOCs治理企業和科研機構的交流與合作，增加信息透明度，減少由於信息不對稱而出現的推廣應用壁壘。另外，政府相關部門加大對企業VOCs違法排放的監管力度，倒逼企業加嚴VOCs處理工程建設和運行標準，形成行業內重視運行管理的氛圍。通過技術孵化平臺推動技術創新成果優化、實用化，同時建立技術的第三方評估和推廣平臺，有序推動新技術推廣應用。

註：上文取材於公開資料、清華大學席勁瑛教授文章和VOCs專委會素材等，僅供行業參考；

基於以上有關廢氣生物處理技術在國內的應用現狀情況，為滿足當前國內汙染治理工程的實際需要，引導行業規範生物法在VOCs與惡臭氣體處理中的應用。中華環保聯合會VOCs汙染防治專業委員會和國際標準組織氣體淨化設備委員會(ISO TC142)生物技術工作組將於2019年10月10日在北京西郊賓館舉辦「VOCs與惡臭生物控制技術專題交流與培訓會」，已邀請到德國斯圖加特大學教授Klaus Fischer、德國萊茵美茵應用技術大學教授Franjo Sabo、清華大學環境學院特別研究員席勁瑛、青島科技大學副教授宮磊等專家及企業總工到場授課，歡迎業界踴躍參加。

由中華環保聯合會主辦、中華環保聯合會VOCs汙染防治專業委員會和國際標準組織氣體淨化設備委員會生物技術工作組承辦的「VOCs與惡臭生物控制技術專題交流與培訓會」，定於2019年10月10日在北京西郊賓館舉辦。

>>報名點擊此連結

>>郵件"姓名-單位-職務"至[e-mail]索報名表【報名截至日期10月8日】

1、邀請國外專家重點介紹生物法廢氣處理在歐洲的發展史；

——生物過濾和生物淨化的歷史；

——嗅覺測定法測定惡臭氣體；

——歐洲有關VOCs和惡臭氣體的法律法規；

——應用實例。

2、國外專家重點介紹生物過濾法：一種節能的廢氣處理技術

——基本原理；

——生化反應；

——生物過濾應用的要求；

——工業廢氣處理案例。

3、邀請國內專家重點介紹我國VOCs和惡臭生物控制技術領域的最新研究進展；

4、邀請國內外專家介紹生物廢氣處理技術的理論基礎，包括pH、溫度、停留時間、生物活性等因子對生物淨化的影響，以及生物淨化技術在實際應用中涉及到的計算及其他需求；

5、邀請國內外專家和企業技術總工結合實際案例介紹廢氣生物處理技術在食品加工工業、塗裝工業、橡膠製品、製藥工業、城市汙水廠等不同行業的應用；

6、現場討論—參會代表就廢氣生物處理技術在實際應用中出現的相關問題與國內外專家進行現場討論。

本次培訓面向工業廢氣（VOCs、惡臭）淨化領域的專家學者、環保企業和科研院所代表、行業協會與管理部門代表，以及涉VOCs（惡臭）排放園區和企業的有關環保負責人等。

1、學習借鑑國外（德國）廢氣生物處理的先進做法和經驗；

2、引導行業客觀認識廢氣生物處理技術的基本性能、適用範圍和使用條件等；

3、引導行業規範掌握廢氣生物處理工程的設計、施工、驗收以及運行管理等；

4、引導行業加強需求方、VOCs治理企業和科研機構的交流與合作；

5、引導行業加強生物法廢氣示範工程的推廣應用，滿足當前國內汙染治理工程的實際需要。

Klaus Martin Fischer博士自1993年起在斯圖加特大學擔任講師。1994年至2014年任斯圖加特大學衛生工程、水質和固體廢物管理研究所（ISWA）固體廢物管理系主任。同時，也是斯圖加特大學固體廢物管理和固體廢物處理國際碩士課程的講師。於1984年擁有化學工程博士學位，主修「活性炭深度廢水處理」，以及斯圖加特大學化學碩士學位。1977年加入ISWA，1994年任系主任。他是VDI 3475（生物垃圾處理廠廢氣減排）、KRDL 3/7/06（微生物法處理廢氣）和VDI 3477（生物過濾）的成員。自1993年以來，一直擔任廢物管理、回收利用、生物廢物處理、填埋技術和生物空氣淨化等領域的各種國家和國際研究與開發項目的項目負責人和協調員。他是在埃斯林根（德國）和薩倫（瑞士）開設的「生物空氣淨化」課程的主席。巴西庫裡蒂巴大學（University of Curitiba/Parana）德國-巴西碩士課程「固體廢物管理」和「廢氣排放」的教授。在波哥大/哥倫比亞的「安第斯大學」、拉巴斯/玻利維亞的「聖帕布羅玻利維亞大學」、塞爾維亞的「諾維薩德大學」、土耳其的安卡拉的「中東大學」演講，在廣西的「廣西大學」和成都的西南交通大學都做過演講。此外，他還就上述主題撰寫了180多篇科學論文。

德國萊茵美茵應用技術大學教授

Franjo Sabo 

Franjo Sabo教授在斯圖加特工業大學學習環境過程工程。1984年，Sabo教授在梅賽德斯-奔馳工廠完成了關於廢氣處理的碩士論文研究。1985年至1990年，在斯圖加特大學（university of stuttgart）擔任科學工作者、廢氣和臭氣處理專家。Sabo教授以一篇關於生物過濾系統氣體處理的博士論文獲得了博士學位。1991年創辦了萊因魯夫特環境工程有限公司。公司的專業範圍為：①生物法廢氣處理和惡臭氣體減排；②工廠工程與施工（有185多家廢氣處理工廠）；③有關VOCs和惡臭氣體的專家匯報（有100多位專家）；④有關廢氣處理培訓課程；自2001年起，一直在德國威斯巴登萊因曼應用科學大學環境工程學院擔任教授。研究領域為：a.廢氣處理；b.空氣檢測技術；自1995年以來，一直擔任德國工程師協會（VDI）國際科學研討會的主席和講師，主要研究空氣處理。此外，Sabo教授還被任命為下列協會的成員：①諮詢委員會成員。主要負責：生物廢氣處理、堆肥和消化廠排放廢氣的處理、氣溶膠法處理、汙水處理廠廢氣的處理；②國際標準化組織（ISO）成員。自2017年起成為國際生物空氣處理技術標準化組織（ISO）成員；③德國廢水和廢水處理協會（DWA）成員。是指導方針諮詢委員會成員。主要負責減少汙水處理廠的臭氣排放。Sabo教授出版了180多篇以空氣汙染控制、生物廢氣處理與臭氣減排為重點的出版物。30多年來，他領導了許多國內外空氣汙染控制領域的研究項目。2010年因在生物空氣處理領域的成就被授予德國工程師協會榮譽勳章。

清華大學環境學黨委副書記、特別研究員

席勁瑛

席勁瑛，清華大學環境學院副書記、博士生導師、特別研究員。中華環保聯合會 VOCs 汙染防治專業委員會 第一屆 副主任委員。目前擔任國際標準組織 ISOTC142 空氣淨化委員會專家、中國工程建設標準化協會城市給水排水專業委員會委員、中國環境科學學會 VOCs 汙染防治專業委員會委員等。在揮發性有機物和惡臭氣體生物控制技術等方向開展了深入的研究工作，承擔和參與了國家和企業課題十多項，其中作為課題負責人承擔國家自然科學基金課題 2 項、863 課題 1 項、水專項子課題 2項、環保公益項目 1 項、國家重點實驗室基金課題 2 項。獲得了較為豐碩的成果。在國內外學術期刊和會議上發表了 60 餘篇論文，獲得國家發明專利5項，編寫國際和國內相關標準4 項，出版專著 2 部。2010 年榮獲中國環境科學學會第七屆「青年科技獎」，2013 年榮獲環保部首屆「環保青年拔尖人才」稱號。

青島科技大學環境與安全工程學院副教授

宮  磊

宮磊，青島科技大學環境與安全工程學院副教授、碩士生導師，清潔生產審核師，環境與安全工程教學實驗中心主任。2005年畢業於昆明理工大學獲工學博士學位。主要從事異味及有機廢氣的生物法處理技術、有機廢棄物的厭氧消化、微生物燃料電池等方面的研究工作。工作以來主持、參加科研項目30餘項，技術轉化項目1項；作為主要起草人參與國家標準修訂定1項，行業團體標準制定1項【橡膠工廠環境保護設計規範（GB50469-2016）】，發表30餘篇學術論文；主編專著1部，參編教材1部；獲授權專利20餘項，其中發明專利3項，轉讓發明專利1項。與軟控股份有限公司合作成功研發出生物法處理有機廢氣工藝與裝備，成果評價為國內領先水平，並在橡膠行業和醫藥行業投入應用，目前實際運行裝置40餘套。該產品入選工信部《國家鼓勵發展的重大環保技術裝備目錄》（2017年）。作為演講嘉賓在中國環境科學學會、橡膠行業協會、塗料行業協會等主辦的國際、國內會議上多次進行 「生物法處理有機廢氣」的主題演講。

■中華環保聯合會VOCs汙染防治專業委員會

座機：010-53519880 轉分機8006、8007

手機：周薇 15727365811（同微信）、曹福 18701185183（同微信）   

■信息發布：

www.acef-vocs.com.cn；

曹福：18701185183

（環保和安全服務企業註冊）

張翔：13601204337

（涉VOCs排放企業註冊）