環大氣53號文對生物法的適用定位;本篇讀懂VOCs生物法技術的實際情況(一)

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。

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。

VOCs氣體處理技術主要分為兩類，一類是回收技術，以各種物理方法為主，對排放的VOCs進行吸收、過濾、分離，再資源化循環利用。包括吸附、冷凝、膜分離、吸收等技術。另一類是分解技術，以化學處理和生物處理方法為主，把排放的VOCs分解化合轉化為其他無毒無害物質。包括熱力燃燒、催化燃燒、等離子體、化學吸收、紫外光(催化)氧化、生物處理等技術。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。

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。該技術在德國、歐洲等已得到較大規模的應用，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，具體的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；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%。

生物處理技術的原理是氣體中的VOCs經過傳質過程（氣液接觸表面或通過膜）進入微生物懸液或生物膜中，在好氧條件下（有氧氣存在的條件下）大部分VOCs被微生物降解為水、二氧化碳、硫酸鹽、硝酸鹽等小分子無機物質，小部分轉化為剩餘菌體，從而實現VOCs氣體淨化。

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，VOCs生物處理技術已經在不同行業得到成功應用。在汙水處理、垃圾堆肥、垃圾焚燒、畜禽養殖、畜禽糞便處理、動物屍體處理等惡臭類VOCs氣體淨化領域，生物法已經成為主流技術和工藝。

隨著生物技術的不斷發展完善，並根據每個排汙企業的具體特徵分析，愈來愈多的應用在車輛噴塗、包裝印刷、家具製造、電子器件、石油化工、製藥、印染、橡膠製品、塑料製品等領域的VOCs氣體處理方面，生物法已經有了越來越多的成功應用案例。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。

應用領域  

垃圾處理過程的堆肥、填埋、焚燒、垃圾滲濾液調節池、垃圾中轉站、垃圾堆肥；汙水處理廠的排汙泵站、進水格柵、曝氣沉砂池、初沉池、汙泥脫水車間；塗料、化工製藥、橡膠塑料、油漆塗料、石油化工、農藥和發酵製藥、製鞋廠、印刷廠、造紙廠、食品加工、牲畜養殖、飼料加工等產生惡臭氣體與廢氣的場合。

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：更多涉「生物法控制」相關解析可關注下期文章；您有更多相關的問題需求，可申請加入「生物法專題」微信群線上交流或進行在公眾號「留言區」留言。

—群友今日留言：很多人以為生物法很簡單，買點菌種就自己幹。沒想到設備用了幾個月就整個坍塌了。自己倒黴，業主也倒黴。看似簡單的東西能做好才是不簡單。一起努力，生物法除Vocs的春天一定會良性的到來。

——本篇取材參考公開資料、清華大學席勁瑛教授文章和VOCs專委會素材等最後，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，同時借鑑國際經驗。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等專家及企業總工到場授課，歡迎業界踴躍參加。》》報名，點擊連接

編輯 | VOCs前沿公眾號（ID：vocs99）（轉載註明）

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