生物過濾塔治理廢氣技術研究報告
1、研究結論
本研究考察了關鍵操作參數對單一生物過濾工藝和單一紫外光降解工藝對氯苯去除性能的影響。在此基礎上，考察和比較了紫外一生物過濾聯合工藝和單一生物過濾工藝的氯苯去除性能，并研究了聯合工藝中紫外單元對生物過濾單元的影響機理，最后建立了聯合工藝運行性能的模擬模型。主要結論如下。
①進口氯苯濃度和無機氮源營養鹽對于維持和提高生物過濾塔的氯苯去除性能有重要影響。高濃度氯苯氣體對單一生物過濾塔內微生物產生抑制作用。當進口濃度大于1440mg/m3時，氯苯去除速率隨進口濃度升高而顯著下降。氨氮較硝酸鹽氮更易被微生物利用，從而提高生物過濾塔的去除性能。在本研究的實驗條件下，最佳的氨氮投加濃度范圍為0. 55~l. 10gN/L營養液，去除氯苯所需的碳氮比（C/N）為7/1~14/1.
②單一紫外光降解工藝尾氣的生物毒性顯著升高。三維熒光光譜、離子色譜和GC-MS等分析結果表明，苯酚、氯酚等酚類物質和甲酸、乙酸等酸類物質是氯苯紫外光降解的主要產物。其中，氯酚的急性生物毒性明顯大于氯苯，是紫外光降解工藝尾氣中急性生物毒性上升的主要原因。
③紫外-生物過濾聯合工藝的氯苯去除性能優于單一生物過濾工藝。在氣體流量為0. lm-3時(單一生物過濾工藝和聯合工藝的空塔停留時間分別為122s和203s)，單一生物過濾工藝存在最大的氯苯去除速率「約為40g/ (m3·h)]，而聯合工藝氯苯去除速率隨進口負荷呈線性增加(紫外單元的平均輻射能吸收速率為38 W/m3 )。在高氯苯濃度條件下(1000 ~ 2500mg/m3 )，聯合工藝的去除率（40%~60%）高于單一生物過濾工藝（10%~30%）。
④聯合工藝中紫外單元促進了生物過濾單元的氯苯去除性能。在相同過濾塔氯苯負荷條件下[大于50 g/ (m3·h)時〕，聯合工藝中生物過濾單元的氯苯去除速率高于單一生物過濾工藝。當氯苯負荷大于100g/ (m3·h>時，單一生物過濾工藝的氯苯去除速率出現下降趨勢，而聯合工藝中生物過濾單元的氯苯去除速率仍隨進口負荷的增加而增加。
⑤聯合工藝較單一生物過濾工藝和單一紫外光降解工藝具有顯著優勢。紫外單元有效削弱了沖擊負荷對后續生物過濾單元的影響。紫外單元產生的臭氧延緩了生物過濾單元生物量的積累，減小了填料層的壓損。同時，紫外單元有效降低了生物過濾單元排放的生物氣溶膠濃度。另一方面，生物過濾單元可以有效去除氯苯紫外光降解產物，降低了紫外單元尾氣的急性生物毒性和臭氧濃度，從而降低單一紫外光降解技術帶來的健康風險。
⑥氯苯紫外光降解產物酸類物質和酚類物質未明顯改變生物過濾塔的氯苯去除性能。紫外副產物(臭氧:10 ~ 50mg/m3)顯著促進了生物過濾塔對氯苯的去除性能，表明臭氧可能是紫外單元促進生物過濾單元運行性能的主要原因。
⑦聯合工藝中紫外單元對生物過濾單元的影響機理如下。
a.紫外單元去除一部分氯苯，減小了沖擊負荷對生物過濾單元的影響，保證了生物過濾塔的穩定運行。
b.氯苯紫外光降解產物導致了生物過濾單元填料層pH的小幅下降。
c.紫外單元產生的臭氧減小了生物膜厚度和胞外多聚物(EPS)含量，改變了生物膜特性。
d.紫外單元延緩了生物量的積累，增加了填料層比表面積，改善了生物過濾單元填料層的結構特性。
e.紫外單元改變了生物過濾單元微生物的代謝特性和群落結構。
⑧聯合工藝和單一生物過濾工藝中微生物的代謝特性和群落結構存在顯著差異。
a.聯合工藝中微生物的平均代謝活性高于單一生物過濾工藝。微生物代謝特性的主成分分析結果表明，聯合工藝開啟紫外燈后的微生物代謝特征與單一生物過濾工藝中微生物存在顯著差異。聯合工藝中微生物優先利用醋類和胺類物質，而單一生物過濾工藝中微生物優先利用醋類和糖類物質。臭氧作用下微生物的代謝特性與聯合工藝中微生物的代謝特性較為接近。
b.微生物醒指紋的分析結果表明，聯合工藝和單一生物過濾工藝中微生物的群落結構存在顯著差異。聯合工藝中微生物的優勢醒種類為Menaquinone-9 （ Hz2) ,而單一生物過濾工藝微生物的優勢醒種類為Ubiquinone-8。臭氧作用下的微生物群落結構與聯合工藝中微生物群落結構相似。
⑨本研究建立的聯合工藝模型引入了增強因子參數，定量表征了紫外單元對生物過濾單元的影響，較好地模擬了聯合工藝對氯苯的去除性能。模型的分析結果表明，進口氯苯濃度，紫外單元輻射能吸收速率和氣體流量是影響聯合工藝運行性能的主要因素。根據該模型，計算確定了紫外單元處理氯苯至200~700mg/m3范圍時所需的最小輻射能和空塔停留時間。并在空塔氣速為8. 8~17. 7m/h范圍內，進一步計算確定了后續生物過濾單元處理氯苯達標運行所需的最小空塔停留時間和填料層高度。
⑩紫外一生物聯合工藝成果應用于江蘇某工程機械有限公司的零件噴涂車間排放的尾氣處理工程，出口的TVOC濃度保持在50mg/m“以下，達到國家《大氣污染物排放標準》(GB 16297-1996)主要VOCs物質(甲苯等)的排放濃度要求（60mg/m3)。
本研究的主要創新點包括以下幾個方面
①建立了紫外一生物過濾聯合工藝，證明聯合工藝在提高氯苯去除效率和控制尾氣生物毒性及生物氣溶膠方面具有明顯優勢。
②揭示了紫外單元對生物過濾單元的影響機理，臭氧是促進生物過濾單元運行性能的主要原因。
③建立了適合紫外一生物過濾聯合工藝的模擬模型，定量表征了紫外單元對生物過濾單元的影響作用。
2、生物過濾塔在VOCs治理方向未來展望
建議今后在生物過濾塔的研究工作的基礎上，繼續開展以下研究。
①提出聯合工藝對尾氣中生物毒性和臭氧濃度的控制策略。本研究發現聯合工藝生物過濾單元可有效降低紫外單元尾氣生物毒性和臭氧濃度。但聯合工藝出口的尾氣中仍具有一定的生物毒性和臭氧濃度。因此，需要進一步研究紫外單元尾氣生物毒性和臭氧的產生規律及其影響因素。在此基礎上，提出聯合工藝對尾氣生物毒性和臭氧濃度的控制策略。
②需要進一步研究紫外單元對生物過濾單元運行性能的影響因素及其定量表示方法，以更深人地認識紫外單元對生物過濾單元的作用機制，并更準確地模擬聯合工藝的運行性能。
③本研究建立的紫外一生物過濾聯合工藝實現了對氯苯的高效去除。建議進一步考察該聯合工藝對其他難降解VOCs和混合VOCs的去除性能，進一步擴展聯合工藝的應用范圍。
④分離和鑒定聯合工藝和單一生物過濾工藝中生物過濾單元的優勢降解菌，分析和比較不同工藝優勢菌的降解特性。