1.生物法的概念

生物法净化有机废气是在已成熟的采用微生物处理废水的基础上发展起来的，生物净化实质上是一种氧化分解过程：附着在多孔、潮湿介质上的活性微生物以废气中有机组分作为其生命活动的能源或养分，转化为简单的无机物(CO2、H20)或细胞组成物质。

与废水生物处理过程的最大区别在于：废气中的有机物质首先要经过由气相到液相(或固体表面液膜)的传质过程，然后溶解于液相中的有机成分在浓度差的推动下，进一步扩散至介质周围的生物膜，进而被其中的微生物捕捉吸收;在此条件下，进入微生物体内的污染物在其自身的代谢过程中作为能源和营养物质被分解，产生的代谢物一部分溶入液相，一部分作为细胞物质或细胞代谢能源，还有一部分，(如CO2)则析出到空气中，废气中的有机物通过上述过程不断减少，从而被净化。

2.生物法处理有机废气机理

对于生物法处理废气的机理研究尽管已做了不少的工作，但至今仍没有统一理论。目前在世界上公认影响较大的是荷兰学者，依据传统的双模理论提出额生物膜理论。另外一种是PEDERSEN、孙佩石等根据吸附理论提出的吸附-生物膜理论所为生物膜及是由微生物群体在固体载体表面构成的粘性膜结构。润湿环境下，微生物以废气中有机物为能源，将其氧化分解过程中，得以生长、繁殖并形成具有一定厚度的膜。这种生物膜尤其在处理浓度或生物可降解性强的废气时，更显示了优越性。

3.生物法的工艺特点

由于微生物对各种污染物均有较强、较快的适应性，并可将其作为代谢底物而降解、转化，因此，与传统的废气处理技术相比，生物处理技术具有效果好、投资及运行费用低，安全性好，无二次污染，易于管理等优点。同时，由于废气生物处理系微生物的再生可直接通过吸收剂中微生物的作用来实现，而不需要先滤化吸收和吸附那样的专门设备，从而简化了工艺流程和工业设备，降低运行操作费用，所以，生物处理技术已逐渐成为世界研究的热点课题之一。

4.主要工艺及对比

4.1、生物过滤床

生物过滤床是一种在其中填入具有吸附性滤料(如泥炭、土壤、活性炭等物质)的净化装置。挂生物膜前，在过滤床中渗入PH缓冲剂和N、P、K等营养元素(如NH4NO3和K2HPO3)，当具有一定温度的废气进入生物滤床，通过约0.5-1m厚的生物活性填料层时，滤料中的微生物(主要是细菌、放线菌、原生动物、藻类等)即可通过接触而捕获废气中的哟机务并将其作为自身生长的碳源。因此，废气通过生物过滤床后即可被净化，而滤料层中的微生物在生化降解污染物的过程中不断生长繁殖，从而使生物滤池的操作得以持续进行，滤料使用一年后一半呈酸性，要定期进行维护和保养。

生物过滤床中的水只是滞留在微生物膜的表面和内层中，没有形成贯穿整个滤料床的连续流动相。所以可以将含水生物膜视为一个单相，或称之为固/液混合相。废气再生物过滤床中的净化过程可认为是传质与生化反应的串联过程。而传质方向是气态污染物向固/液混合相中传输，一般认为传质速率要比生化反应速率快，所以生化反应是整个过程的控制步骤。

同时，由于滤料(特别是活性炭)具有较高的吸附能力，可以使微生物胞外酶和污染物在滤料和微生物膜界面处浓缩，从而提高了生化反应速率，并使废气的净化度得以提高。因此，生物过滤床在处理废气方面已经有较广泛的应用。

4.2、生物洗涤床

生物洗涤床通常由一个洗涤塔和一个再生池构成，在洗涤塔中循环液通过喷淋或鼓泡的方式将废气中的污染物和氧气转入液相，实现质量传递，一般地，若气相阻力较大可用喷淋法，反之，液相阻力较大时则用鼓泡法，鼓泡和污水生物处理技术中的曝气相仿。废气从洗涤塔底进入，与生物悬浮液接触而被吸收，该过程中，污染物的吸收率与废气的总量传递率、喷淋液的接触面积和平均驱动压(气态废物的平均浓度与液相中废物的实际浓度之差)有关。吸收了废气组分的洗涤液，流入再生池(活性污泥池)中，通入空气充氧后再生，在再生池中，污染物被微生物氧化分解，该过程实际上废水的微生物处理过程。是污水处理最成熟的工艺之一。污染物的去除率主要与污染物的可生化性、再生池的操作条件等有关。

在生物洗涤塔处理废气过程中，由于吸收和氧化时相对独立进行的两个过程，因此易于控制，废气中污染物去除率高。但这两个系统分开建立，需鼓风曝气设施，这就造成该工艺占地面积较大，能耗高。

4.3、生物滴滤床

生物滴滤床使用的是粗碎石、塑料蜂窝状填料、塑料波纹板填料、陶瓷、不锈钢拉西环、树皮、活性炭纤维、微孔硅胶等一类不具有吸附性的填料。填料的表面是微生物形成的几毫米厚的生物膜，废气从滴滤床地步进入，回流水由上部喷淋到填料床层上部、并沿着填料上的生物膜滴流而下，溶解于水中的有机污染物被一生物膜形式附着在填料上的微生物吸收，进入微生物细胞的有机污染物在微生物体内的代谢过程中作为能源和营养物质被分解，最终转化成无害的化合物(如CO2和H2O)，填料的比表面积一般为100-300M2/M3，这一方面为气体通过提供了大量的空间。另一方面使气体对填料层造成的压力及微生物生长引起的空间堵塞危险性降到了最低限。生物滴滤床的反应条件也易于控制。可通过调节循环液的PH，加入K2HPO4、NH4NO3等物质得以实现。

生物滴滤床中，填料表面微生物浓度高，生长稳定，在滴滤床中存在一个连续流动的水相，因此整个过程涉及气液固三相，但从整体上讲，仍然是一个传质与生化反应的串联过程，如果设计合理，将具有微生物浓度高，有较好的抗冲击负荷能力，净化反应速度快，气体停留时间短等优点，因此该方法具有反应器体积小，设备投资费用低等优点，有较好的开发与应用前景，也是目前各国生物法处理空气污染物的热门研究之一。

4.4、几种生物技术的比较

不同成分、浓度及气量的气态污染物各有其有效的生物净化系统。生物洗涤床适宜于处理净化气量较小、浓度大、易溶且生物代谢速率较低的废气;而对于负荷较高以及污染物降解后会生成酸性物质的则以生物滴滤床为好。

5.现存问题及主要研究方向

废气生物处理是一项新技术，由于生物反应器涉及到气、液/固相传质与生化降解过程，影响因素多而复杂，有关的理论研究和实际应用还不够深入广泛，许多问题需要进一步探讨和解决，大致有如下几个方面。

5.1、反应动力学模式研究反应动力学即使研究污染物降解速率以及微生物增长率与污染物浓度、生物量等因素之间的定量关系，而这些关系直接决定着降解速率与污染物的去除效率。通过反应机理的研究，可以找出决定反应速度的内在依据，有效的控制和调节反应速度，最终提高污染物的净化效率。

5.2、填充物的特性研究填充物的比表面积、孔隙率等直接影响着反应器的生物量以及整个填充床的压降及填充床时候易堵塞等问题。更重要的是，填充物对液/固传质分配系数有较大影响。同时，填料的使用寿命也直接影响整个装置的运行费用，因此，填料特性研究可以改善反应器运行状况、节省运行费用。

5.3、动态负荷研究目前，大多数实际生产的尾气均是非常态负荷气流，气量与浓度都处在时刻的变化过程中，因此，模拟动态负荷可解决一系列实际运用中碰到的问题。

5.4、高校优势菌种的筛选在原有菌种的基础上通过选择最佳生长条件，筛选出能高效降解各种恶臭有毒气体的优势菌种，从而缩短反应启动时间，加快生物反应进程，提高处理效率。

5.5、生物菌群研究处理废水的生物膜反应器中生物膜从表到内分为好氧菌层、兼性好氧菌层，这使微生物对有机污染物的净化作用得以全面发挥，剩余污泥量也因厌氧菌层的存在大大降低。处理废气时，流体的性质和流动状态都发生了变化，研究存在的菌种类型也将进一步促进生物技术在废气治理中的应用。