摘要：本文概述了生物法处理有机废气的三种主要方式：生物过滤、生物滴滤、生物洗涤器的工艺流程，以及它们各自的优缺点。简述了国内有关生物法处理印刷厂有机废气的进展。对影响生物法处理 VOCs 废气的主要影响因素，比如目标 VOCs 组成、填料选取、填料温湿度、营养物质和pH 值、微生物等进行简要总结和评述。
关键词：印刷；VOCs；生物法；废气处理
1. 前言
印刷厂在印刷过程有机废气的排放包括两部分，油墨在印刷单元的挥发和在干燥箱的散发。有机废气大量挥发对工人身体和外界环境造成危害，国家已经不允许随便排放。随着近年来的雾霾危害，目前我国大气污染已经相当严重，所以这些废气要进行处理后再排放。
印刷厂排放的有机废气特点是风量大、浓度小。大多数情况下予以销毁处理，目前所见到的处理技术主要有催化燃烧，吸附-催化燃烧，对于比较集中的工业园区也有采用吸附回收技术。与其他的有机废气处理工艺相比较而言，生物法具有较高处理效率、较低的处理费用、简单的设备构成、无二次污染、较好的安全性等特点，尤其对于微生物可降解性好的有机物显示出它自身的优越性。印刷厂废气的特点刚好和生物法处理废气的特点相匹配，所以生物氧化法能不能成为印刷厂有机废气的有效处理技术，有待大量的实验与理论研究。
2. 印刷厂有机废气的主要组成和生物法处理的基本原理
印刷厂覆膜机所挥发出来的废气主要有甲苯和乙酸乙酯，甲苯和乙酸乙酯是使用比较广泛的有机溶剂，存在于诸多染料或其他溶剂中，印刷厂中这两种气体占主要成分。此外还有苯、二甲苯、异丙醇或正丙醇、丙酮、丁醇、乙醇、乙酸丁酯等，这些成分所占的比例相对较小，但也不能忽视它们长期排放所造成的危害。
生物净化是存在微生物体内的一种氧化分解过程[3]，生长于填料层中的微生物以废气中的有机成分为养分，经过自身的生长代谢，将其转化为无用的无机物CO2和H2O或者细胞的构成物质。按照被大多数人所公认的生物膜理论，有机废气的分解要经历一下三个步骤：（1）有机废气进入填料层中先和水接触，不断地溶解于水中；（2）溶解入水膜的有机废气在浓度差的推动下扩散到生长有微生物的生物膜中，被微生物所捕获；（3）微生物以扩散进来的有机物作为碳源进行自身的生长代谢，将其氧化分解为CO2和H2O。
3. 生物法的工艺与设备
目前生物法处理有机废气的主要工艺有生物过滤、生物滴滤和生物洗涤三种工艺。近年来生物滴滤工艺在处理有机废气方面更是深得各个研究者的芳心，有了比较系统的理论基础。
3.1 生物过滤工艺
废气从塔底部进入，通过填料层，被填料层中的微生物捕捉消化分解为CO2和H2O，达到净化的目的。这种装置的填料层多由土壤、木屑、堆肥等混合而成，塔顶部喷洒循环水，为微生物提供生长所需的水分。填料层为微生物提供各种营养物质。
3.2生物滴滤工艺
这种处理装置和过滤装置结构类似，不同点在于填料层的组成和所喷淋的是微生物新陈代谢所需的营养液。它的填料层多由惰性材料组成，比如拉西环、碎石、陶瓷等。塔顶的喷淋装置将营养液喷下，先在填料层上形成生物膜，随后不断为膜中的微生物提供营养供其生长，有机废气从塔底进入接触并扩散到生物膜内，被微生物捕捉分解。
4. 印刷厂有机废气生物处理的最新进展
印刷厂有机废气中最主要的两种有机废气是甲苯和乙酸乙酯，刘永慧、孙玉梅[4]等人研究表明当甲苯和乙酸乙酯的混合气体在过滤床中停留时间为1min 时， 过滤床对它们的去除效率已经达到了90%。
华素兰、王丽萍等人[5]采用甲苯专性降解菌株接种，采用生物滴滤法能有有效降解甲苯、乙酸乙酯等印刷厂中的有机废气。当每天需要处理的污染负荷连续供给8～12 h时，按照废气流量为8 400 L/ h，一周供给7d，总VOC保持550～750 mg/ m3的质量浓度时，总去除效率在85 %～90 %。
吴卫军[6]利用生物过滤塔对三苯混合气体进行实验研究表明，在以三苯混合物驯化、筛选出来的优势降微生物作为降解菌，滴滤塔的净化效率随着入口浓度的增大而降低，反之亦然。在气体停留时间为84.8s，苯入口浓度低于132.2 mg/m3，甲苯入口浓度为418.2mg/m3时，不规则形陶粒填料滤塔对苯、甲苯的净化效率也达到100%。
孙玉梅[7]利用生物过滤装置处理气态甲苯和乙酸乙酯很合气体的研究表明，乙酸乙酯和异丙醇的浓度过高会明显抑制甲苯的去除效率；异丙醇的浓度过高会明显抑制生物过滤器去除乙酸乙酯的效率。
李云路[8]用滴滤法处理含甲苯废气的研究表明，生物滴滤池在N含量较低时性能大幅下降，而N源过多没有明显的提高去除能力。C：N处于17.5以下微生物对甲苯的去除效率基本稳定在90%以上。
5. 影响生物法处理印刷厂有机废气的因素
对于印刷厂有机废气来说，目前生物法处理中主要有过滤和滴滤两种工艺方式，尚未见到有洗涤工艺处理相关废气的研究。
5.1混合有机废气种类
生物法处理印刷厂有机废气时，有机废气不仅含有甲苯和乙酸乙酯，还含有其他成分的气体，那么这些气体的组成以及浓度的大小会对微生物的生长造成一定的影响，有些会促进微生物的降解，有些则会抑制微生物的降解。Deshusses 等[9]采用生物过滤法处理乙酸乙酯和甲苯混合废气时，发现高负荷乙酸乙酯的存在抑制了甲苯的去除。
5.2填料
5.2.1填料种类
过滤器和滴滤器的填料成分相差很大，过滤器由于填料自身为微生物提供生长所需营养成分，用的是有机填料，像木屑、堆肥等。滴滤器使用无机填料，像陶瓷、碎石、拉西环等。金顺利[10]使用聚丙烯网状纤维为框架，填充水溶性较低的有机矿粉复合而成的生物填料去除甲苯气体，收到显著的效果。廖强、田鑫、朱恂等[11]使用陶瓷球填料进行生物滴滤塔降解甲苯废气，处理效果较好。孙玉梅、全燮、陈景文等[12]以堆肥和珍珠岩为填料采用生物过滤器去除乙酸乙酯效率达到99% 以上。 5.2.2填料温度和湿度
微生物在生长过程中，温度的高低对微生物体内酶的活性影响很大。所以填料层中的温度应该保持在微生物所能适应生长的最佳温度。一般嗜温型微生物的最适生长温度在25 ℃ ～43 ℃。廖强、田鑫、朱恂等[13]在滴滤床中采用嗜温型菌对甲苯的去除实验中，填料床最佳温度为30 ～ 40 ℃。
填料的组成上来说，填料的湿度只针对过滤工艺而言，如果湿度过大，通入的氧气很难很难进入生物膜内，致使微生物得不到足够的氧气，使得降解效率降低。也可能导致填料和营养物质被冲刷下来，破坏真个填料层。湿度过小会导致填料层出现开裂，降解菌得不到足够的水分，效率一样降低。因此间歇性的从填料成上方喷淋循环液，保持填料层由足够的湿度非常必要。McNevin D 等人[14] 研究表明填料湿度保持在30%～80%（重量），适宜范围为40%～60%。
5.2.3填料营养液及pH
微生物生存所需的主要营养物质有水、碳源、氮源、无机盐及生长辅助素等。在生物滴滤塔中填料层的pH可以通过添加营养液的方式进行调节，而过滤塔中微生物的营养物质主要有填料来提供，所以它的pH比较难控制。大多数微生物的适宜生长环境pH为中性，所以尽量避免填料层中发生酸化。黄永炳[15]生物滤池法处理低浓度甲苯有机废气的研究中最佳pH值为7～8，处于弱碱性环境。
5.3降解菌
降解菌是整个处理中最为关键的部分，如果降解菌选取的不够准确，得不到比较好的处理效果。一般废气中有机成分比较多，所以处理废气的降解菌几本没有单一的菌种，大都是复合菌种。王平宇等[16]通过正交实验对假单胞菌属的降解甲苯菌的生长影响因素进行对比分析，结果表明：甲苯量>温度>pH>接种量。
6. 总结
目前对于印刷厂废气中两种主要废气甲苯和乙酸乙酯，国内已经有相当多的研究，尤其是滴滤工艺和过滤工艺，但大都是在实验室研究阶段，还未见到投入现实应用中去。对于其他有机废气处理方法而言，生物法低投资、高效率、低能耗等优点已成为热点研究课题。
目前印刷厂有机废气的种类比较多，而研究都只是局限与一种或一类有机物，所以所研究出来的单一的降解菌不能处理成分复杂的有机废气。因此研究多组分气体的降解条件、各组分之间的相互影响等问题十分必要。
参考文献
[1]安莹玉， 张兴文，杨凤林.有机废气生物处理技术现状与展望[ J]. 四川环境 ，2006，25（1）：65-68
[2]CROSI R， SEED L.Biofitration of BTEX：Medie ， Substrate and Loading Effect s[ J] .Enviromental Progress，1995，14（3）：151-158
[3] 王小军，徐校良，李兵，牛茜，陈英文，沈树宝.生物法净化处理工业废气的研究进展. 化工进展，2014，33（1）：213-218
[4]刘永慧，孙玉梅，全燮，陈景文，薛大明，张晓飞. 生物过滤床处理甲苯和乙酸乙酯混合废气[J].化工学报， 2002， 8
[5]华素兰，王丽萍，周敏，朱玉丽，吴晓.生物滴滤法净化间歇释放印刷覆膜废气[J]. 中国矿业大学学报，2008，37（1）：79-83
[6]吴卫军.生物过滤法净化苯、甲苯和二甲苯混合废气的试验研究[MA].西安建筑科技大学硕士学位论文，2005，6
[7]孙玉梅.生物过滤法去除气态甲苯和乙酸乙醋的工艺和菌系状态的研究. 大连理工大学博士学位论文，2002，7
[8]李云路.生物滴滤池处理含甲苯废气的研究. 广东工业大学硕士学位论文，2006，5
[9]Deshusses M， Johnson C T. Biofiltration of high loads of ethyl acetate in the presence of toluene [J]. Journal of the Air & Waste Management Association， 1999， 49（8）： 973-979
[10]金顺利. 新型复合生物填料开发及其性能评价.浙江工业大学硕士论文， 2010： 6-12
[11]廖强， 田鑫， 朱恂等. 陶瓷球填料生物滴滤塔降解甲苯废气.化工学报，2003，5
[12]孙玉梅，全 燮，陈景文，杨凤林，薛大明，赵雅芝，罗伟峰.生物过滤法去除废气中乙酸乙酯及填料性质研究[J]. 大连理工大学学报，2002，42（1）：51-55
[13]廖强，田鑫，朱恂. 生物膜滴滤床内温度及其分布特性对废气净化性能的影响[J].化工学报，2006，57（7）1643-1648
[14]McNevin D， Barford J. Biofiltration as an odour abatement strategy [J]. Biochemical Engineering Journal， 2000， 5（2）： 231-242
[15]黄永炳.生物滤池法处理低浓度甲苯有机废气的研究.武汉理工大学硕士学位论文，2003，2
[16]王平宇，孙志鹏，邱贤华等.降解甲苯的菌种分离及其固定化初步研究.江西化工， 2008，4： 124-127
