【观点】清华大学席劲瑛:生物技术成VOCs治理生力军?
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◆清华大学 席劲瑛
随着相关政策法规、标准的出台，目前国内防治VOCs（挥发性有机物）污染已进入议事日程并不断深入。在生产过程中采用替代产品和实施清洁生产从源头上减少VOCs产生和排放，是控制VOCs的首选措施。然而在很多情况下，VOCs 气体会不可避免地挥发，因此，收集处理VOCs气体(包括回收)是必不可少的控制措施。
VOCs气体处理技术主要分为两类，一类是回收技术，以各种物理方法为主，对排放的VOCs进行吸收、过滤、分离，再资源化循环利用。包括吸附、冷凝、膜分离、吸收等技术。另一类是分解技术，以化学处理和生物处理方法为主，把排放的VOCs分解化合转化为其他无毒无害物质。包括热力燃烧、催化燃烧、等离子体、化学吸收、紫外光（催化）氧化、生物处理等技术。
在众多处理技术中，VOCs生物处理技术是近年来广受关注的一种技术，具体的处理工艺有生物过滤法、生物滴滤法、生物洗涤法、活性污泥法和膜生物法等。
生物法加紫外光解可将VOCs降解为水、二氧化碳等无害物质，特别是用在煤化工污水除臭方面是比较合适的。
VOCs生物处理技术具有多个优点，工艺设备结构相对简单，处理工艺投资和运行费用较低，产生二次污染物少
生物处理技术去除VOCs的基本原理是，气体中的VOCs经过传质过程（气液接触表面或通过膜）进入微生物悬液或生物膜中，在好氧条件下（有氧气存在的条件下）大部分VOCs被微生物降解为水、二氧化碳、硫酸盐、硝酸盐等小分子无机物质，小部分转化为剩余菌体，从而实现VOCs气体净化。
与其他物理和化学处理技术相比，VOCs生物处理技术具有多个优点。
由于生物处理装置的关键部分是生物填料层和喷淋加湿系统，工艺设备结构相对简单，而其他工艺组成往往比较复杂。例如，蓄热式催化燃烧（RCO）工艺具有催化反应床、气体热交换、气路切换阀门、电加热或燃气加热、防爆、温度监控模块等多个部分。
另外，生物处理工艺投资和运行费用较低。由于不使用价格昂贵的催化剂、吸附剂或离子管，其投资费用一般比其他方法便宜1/3至1/2。此外，由于生物法反应在常温下进行，不需要对气体进行加热，在运行过程中也仅消耗少量的营养液和水，其能量消耗与药剂消耗水平比较低，运行费用也相对低廉。
运用生物法产生二次污染物少。VOCs生物法处理的产物主要是无害的二氧化碳、水等小分子物质，属于一种绿色环保技术。研究表明，某些工艺处理过程中，VOCs会转化为毒性更大的中间产物，或者产生臭氧等有害副产物，或者产生大量废液，从而产生二次污染物。
任何VOCs处理技术都有其优缺点和适用范围。在VOCs处理领域，由于气体性质千差万别，不存在某一类技术“包打天下”的情况。同样，VOCs生物处理技术也并不是万能的，它主要适合于处理低浓度、不具有回收价值或燃烧经济性的VOCs气体，尤其适合处理生物降解性较好组分的气体。
在国内外不同行业得到成功应用
在美国加州和西德建成土壤过滤床，被用于污水处理厂；20世纪80年代后，生物过滤塔应用领域扩展到其他含有毒污染物的废气；进入21世纪，生物法应用研究依然活跃
据了解，生物技术已经有60多年的研究和应用历史，尤其在德国、荷兰等欧洲国家应用较为广泛。
20世纪50年代，在美国加州和欧洲的西德建成了一些土壤过滤床，并被用于处理污水处理厂散发出的含硫
化氢的恶臭气体。早期是敞开式土壤生物滤床，后来发展为封闭式生物过滤塔。由于敞开式的生物滤床占地大，并且受气候条件影响较大，因此封闭式的生物过滤塔更适用于工业企业和城市。
进入20世纪60年代和70年代，在欧洲一些国家，尤其是在西德和荷兰，生物过滤塔被广泛应用于污水处理、喷涂、堆肥、食品加工，以及畜禽养殖等领域，并被认为是最具实用性的有机废气控制技术。
20世纪80年代后，生物过滤塔应用领域扩展为控制VOCs和其他含有毒污染物的废气，比如化工厂和印刷车间排放的气体等。除了欧美国家外，世界其他各国的研究者也先后对此工艺展开研究和应用。
进入21世纪，由于生物过滤塔本身具有技术经济方面的优势和巨大的应用潜力，它的应用研究依然非常活跃。
目前，VOCs生物处理技术已经在不同行业得到成功应用。在污水处理、垃圾堆肥、垃圾焚烧、畜禽养殖、畜禽粪便处理、动物尸体处理等恶臭类VOCs气体净化领域，生物法已经成为主流技术和工艺。
在车辆喷涂、包装印刷、家具制造、电子器件、石油化工、制药、印染、橡胶制品、塑料制品等领域的VOCs气体处理方面，生物法已经有了越来越多的成功应用案例。未来在这些领域，预计生物法将会有快速发展和广泛应用，市场机会将越来越多。
对难生物降解、高浓度VOCs去除效果较差
采用紫外+生物过滤工艺，运用紫外单元提高VOCs可生化性；增加反应器高度，从而减小反应器占地面积；发挥行业协会和政府作用，建立第三方评估和推广平台，有序推动新技术推广应用
在VOCs生物处理技术的应用过程中，也出现了一些技术难点。生物法对于难生物降解、高浓度的VOCs去除效果较差。针对这一问题，可以采用紫外+生物过滤联合工艺，运用紫外单元提高VOCs的可生化性，同时降低生物过滤单元的负荷。
生物处理技术还存在占地过大问题，可通过优化反应器解决，即在不改变反应器体积的前提下，增加反应器的高度，从而减小反应器的占地面积。生物量累积过量，填料层堵塞，压降升高也是生物处理技术中不可忽略的问题，可通过增加预处理单元，优化喷淋条件以及生物量控制来解决。
此外，当前VOCs生物处理技术在推广应用过程中，还存在一些问题。一是开展生物技术推广的企业规模小、数量多，市场分散且呈现碎片化趋势，行业内相互压价与恶性竞争现象较为普遍，VOCs生物处理领域还缺乏大中型企业，行业整体实力偏弱。
二是行业内普遍重公关营销、重工程建设而忽视运行管理。许多企业认为生物法技术门槛不高，简单模仿和复制已有工程，不能根据工程需要灵活调整设计运行参数，工程建成后管理也跟不上。导致工程处理效果不佳或运行不稳定，从而对生物法在市场上的口碑和被接受程度产生负面影响。三是企业普遍缺乏技术创新能力，而高校和科研机构的研究成果难以直接产业化，缺乏技术验证、孵化和推广平台。
对于未来VOCs生物处理技术的推广应用，我们建议，发挥行业协会作用，加强需求方、VOCs治理企业和科研机构的交流与合作，增加信息透明度，减少由于信息不对称而出现的推广应用壁垒。
另外，，倒逼企业加严VOCs处理工程建设和运行标准，形成行业内重视运行管理的氛围。通过技术孵化平台推动技术创新成果优化、实用化，同时建立技术的第三方评估和推广平台，有序推动新技术推广应用。
（席劲瑛：作者系清华大学环境学院副研究员）
专家介绍
席劲瑛，男，博士，清华大学环境学院副研究员。兼任中国工程建设标准化协会城市给水排水专业委员会委员、中国环境科学学会挥发性有机物污染防治专业委员会委员、期刊《Frontiers of Environmental Science & Engineering in China》责任编委等。在挥发性有机物和恶臭气体生物控制、有害微生物消毒技术等方向开展了深入的研究工作，承担和参与了国家和企业课题十多项，其中作为课题负责人承担国家自然科学基金课题1项、863课题1项、水专项子课题1项、环保公益项目1项、国家重点实验室基金课题2项。获得了较为丰硕的成果。在国内外学术期刊和会议上发表了60余篇论文，其中SCI收录18篇，EI收录15篇，获得国家发明专利3项。2010年荣获中国环境科学学会第七届“青年科技奖”，2013年荣获环保部首届“环保青年拔尖人才”称号。
来源中国环境报，版权归原创作者所有。注：配图和专家介绍由VOCs前沿公众号增补。本平台所提供的信息仅供参考，并不意味赞同其观点或承诺其内容的真实性，敬请以权威部门公布的信息为准；权删请留言后台处理。
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