許多揮發有機污染物，在化工和石油化工的生產過程中被排放入大氣，這會嚴重污染大氣和破壞生態環境并嚴重危害人體健康。用生物法處理有機廢氣是近年來發展起來的一項新技術，目前已成為世界工業有機廢氣凈化研究的熱點課題之一。

本研究以低濃度甲苯廢氣對象，對生物膜填料塔中的填料性能進行試驗研究，目的是找出經濟、實用并易產業化的填料(載體)，以便于在國內用生物法處理有機廢氣進行工業應用以及產業化。

許多揮發有機污染物，在化工和石油化工的生產過程中被排放入大氣，這會嚴重污染大氣和破壞生態環境并嚴重危害人體健康。用生物法處理有機廢氣是近年來發展起來的一項新技術，目前已成為世界工業有機廢氣凈化研究的熱點課題之一。

生物法所用填料的特性是影響其處理效果的關鍵因素之一，因此以填料的研究和選擇引起了人們的極大興趣。早期的填料主要是人工合成的剛性填料，隨后出現了軟性、半軟性、塑料填料、顆?；钚蕴?、碳素纖維等，因其價格較貴，其應用也有一定的局限性。

國外新型的預適應的生物量小片劑、木屑與蘑菇堆肥混合物作生物濾池的填料，容易造成堵塞。許多天然或燒結材料如陶粒、輕質陶塊、海藻石、瓷環等則其比表面積大，掛膜效果好而日受青睞。

本研究以低濃度甲苯廢氣對象，對生物膜填料塔中的填料性能進行試驗研究，目的是找出經濟、實用并易產業化的填料(載體)，以便于在國內用生物法處理有機廢氣進行工業應用以及產業化。

試驗條件與方法

實驗的主要裝置是塔徑為72mm的玻璃生物膜填料塔，其中填料分別采用不銹鋼環、瓷環、塑料環、陶粒、海藻石、煤渣、輕質陶塊等，填料層高度為1000mm，氣體流量在300L/h，入口氣體中甲苯的濃度范圍在50～1100mg/l，氣體在生物膜填料塔層中的停留時間約41s，塔頂循環液噴淋量13.2～33.6l/h，循環液pH=6～7，t=16.8～24℃。實驗裝置流程如圖1所示。

本課題組從焦化廢水污泥中篩選出短桿菌，對其純菌種做革蘭氏染色結果為革蘭氏陰性菌(G-)，為假單胞菌屬(Pseudomonas sp.)中的細菌。假單胞菌屬是一種化能異養型細菌，其對有機污染物有很強的降解能力。用甲苯作為該菌種唯一的碳源以及氮磷營養液(N:P=5∶1，N+P=0.5～1.0mg/L)馴化該微生物菌種，保持溫度在20～30℃的培養箱中培養。然后采用該馴化的菌種溶液對生物膜填料塔進行掛膜。

實驗過程中定時抽取氣相甲苯樣，甲苯樣品均用甲苯檢測管檢測分析。

實驗結果與分析

本研究目的是對生物膜填料塔的生物膜填料(載體)的性能進行試驗研究，因此，以生物膜填料塔對有機氣體甲苯的凈化效率和生化去除量為指標，對不同填料進行分析討論。

填料性能參數填料是生物膜填料塔的核心

填料塔操作性能的好壞，與所選用的填料有直接關系。本研究進行試驗研究的有7種填料:不銹鋼環、瓷環、陶粒、海藻石、塑料環、煤渣、輕質陶塊。所用填料性能的參數有:

(1)比表面積：單位體積填料層的填料表面積為比表面積。其單位為㎡/m3。填料的比表面積愈大，所能提供的氣液傳質面積愈大。

(2)空隙率：單位體積填料層的空隙體積為空隙率。其單位為㎡/m3。填料的空隙率大，氣液通過能力大且氣體流動阻力小。

(3)濕填料因子：比表面積除以空隙率的平方為濕填料因子。代表實際操作時填料的流體力學特性。其值大，表明填料表面的潤濕性能好。所用5種填料的性能參數見表1。

不同填料生物膜填料塔的凈化效率及生化去除量

在實驗條件下，根據實驗數據及計算結果作出不同填料生物膜填料塔的凈化效率和生化去除量與時間的變化關系如下表2、表3所示。

由表2、表3可看出:這七種填料附著生物膜后對甲苯的凈化性能的順序為:海藻石>輕質陶塊>陶粒>瓷環>不銹鋼環>煤渣>塑料環。從填料自身特性角度分析認為其原因是:比表面積越大，生物膜附著的面積就越大;濕填料因子越大，表示填料表面的潤濕性能越好，潤濕性能越好，說明填料附著生物膜的能力就越強。

輕質陶塊是生產陶粒的工廠的廢料中得來的，海藻石是漂浮在海面上的一種物質，兩者均是多孔性物質、表面粗糙，表面潤濕性能好，可為微生物附著提供較好的環境，適合微生物的生長、繁殖;比表面積大，則生物膜附著面積大，能夠提高單位體積的有機污染物的生化降解量，對甲苯的凈化效率和生化去除量高，第10d是兩者的凈化效率即可達到98%以上。此外，兩者有較好的結構強度和防腐蝕能力，掛膜速度快，價格低廉。因此，輕質陶塊和海藻石適宜用作生物膜填料塔的填料。

陶粒是一種新型材料，其具有質輕、價廉、比表面積大、親水性好等優點。在廢水處理中已被用作生物膜反應器的填料。瓷環和不銹鋼環是化工上常用的定型規整填料，除具有較大的比表面積和濕填料因子、較好的持水性和表面的潤濕性能外，還具有較好的結構強度和防腐蝕能力，但價格較貴。這三者附著生物膜的面積較大，對甲苯的凈化效率和生化去除量較好。選擇試驗結果表明，它們被用作廢氣處理的生物膜填料塔的填料是可行的。

煤渣具有一定的持水性和表面性質，但因其中的堿性成分溶出會使循環液呈弱堿性，運行一段時間后，pH值就會達到7.5～8.0的范圍內，不利于微生物的生長。本試驗所用的微生物的適宜生長環境為pH=6.0～7.0。此外，煤渣的結構強度不好，易破碎造成堵塞。因此不適宜作生物膜填料塔的填料。

塑料環的比表面積較小，濕填料因子小，其表面性質和濕潤性差，且具有疏水性，這使它不能附著大量潤濕的生物膜，所以選擇試驗結果顯示，它對甲苯的凈化效率和生化去除量也不高，運行30d后凈化效率仍只有61%。因此它不適合用作生物膜填料塔的填料。

結論

通過以上分析表明:作為用于凈化處理有機廢氣的生物膜填料塔的填料，應選用：

(1) 比表面積大，濕填料因子大的多孔材料，以盡可能大地提高生物量及提高單位體積的有機污染物的降解量。

(2) 填料一般選用適宜的粒徑、表面性質好、持水性好的惰性材料，適合于微生物的附著、生長、繁殖。

(3) 具有足夠的機械強度和化學穩定性。

(4) 價格低廉，投資省。采用不銹鋼環、瓷環、陶粒、塑料環、海藻石、輕質陶塊、煤渣等作為填料的試驗研究，結果表明這七種填料的凈化性能順序為：海藻石>輕質陶塊>陶粒>瓷環>不銹鋼環>煤渣>塑料環。

來源： 魏在山，孫佩石 ,黃若華 ,徐曉軍 (昆明理工大學環境科學與工程學院 ,昆明 650093)、相章分享環保技術 

編輯：李丹