齊愛(ài)玖，林祥進(jìn)，孫祥章

（福州晨翔環(huán)保工程有限公司，福州 350000）

生物酶催化有機(jī)廢氣處理技術(shù)應(yīng)用

齊愛(ài)玖，林祥進(jìn)，孫祥章

（福州晨翔環(huán)保工程有限公司，福州 350000）

針對(duì)目前環(huán)境中廢氣污染治理情況，提出基于復(fù)合生物酶技術(shù)的廢氣兩相催化吸附處理新型工藝技術(shù)。該技術(shù)利用高效復(fù)合生物酶催化與活性炭進(jìn)行兩相組合聯(lián)合處理方法，處理廢氣中的烷烴類、苯類、多環(huán)芳烴類等有機(jī)化合物及無(wú)機(jī)化合物等污染物質(zhì)，具有投資省、占地少、處理效率高、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及日常生活中產(chǎn)生的廢氣治理。

廢氣治理；有機(jī)污染物；高效復(fù)合生物酶催化技術(shù)

1 我國(guó)廢氣污染概況

隨著工業(yè)的發(fā)展和城市人口的增長(zhǎng)，人們?cè)谏a(chǎn)和生活中排放的各種污染物越來(lái)越多，大氣污染是我國(guó)目前最突出的環(huán)境問(wèn)題之一。在諸多工業(yè)領(lǐng)域中，工業(yè)品的生產(chǎn)和加工過(guò)程會(huì)產(chǎn)生大量含有揮發(fā)性有機(jī)化合物（Volatile Organic Compounds，VOC）的廢氣（VOC廢氣），以及含無(wú)機(jī)化合物等的廢氣，有機(jī)廢氣中含有有機(jī)溶劑如苯類、酮類、酯類、醇類、醛類、醚類、烷烴類及其混合類。這些廢氣的來(lái)源十分廣泛，在汽車、機(jī)械、航天、造船、家具、家用電器、鋼琴、鋼結(jié)構(gòu)生產(chǎn)廠等行業(yè)的噴漆生產(chǎn)線運(yùn)行過(guò)程中，或者在制鞋粘膠、印制鐵罐、化工塑料、印刷油墨、電纜、漆包線等作業(yè)中，均會(huì)產(chǎn)生大量的有機(jī)廢氣。在油漆、噴漆、印刷和橡膠制品等生產(chǎn)過(guò)程中大量使用有機(jī)溶劑，噴涂、烘烤、制作成型時(shí)溶劑揮發(fā)，常用溶劑的主要成分為苯、甲苯和二甲苯等苯類溶劑，會(huì)產(chǎn)生大量以苯類蒸氣為主要有害物的廢氣。這些廢氣未經(jīng)處理排入大氣，會(huì)影響大氣質(zhì)量，影響動(dòng)植物生長(zhǎng)和人類的健康。某些有毒VOC廢氣有致殘、致畸、致癌作用，會(huì)對(duì)長(zhǎng)期暴露其中的人體造成嚴(yán)重傷害。不僅危害工人健康，影響生產(chǎn)效率，影響附近居民生活，而且污染大氣環(huán)境。

有機(jī)廢氣會(huì)造成嚴(yán)重的大氣污染。一些有機(jī)物進(jìn)入大氣后，在一定條件下形成光化學(xué)煙霧，造成二次污染；一些有機(jī)物進(jìn)入平流層后，在紫外線的照射下與臭氧發(fā)生光化學(xué)反應(yīng)，造成臭氧層空洞；一些有機(jī)物具有惡臭污染和有害氣體的兩重危害；還有一些有機(jī)物會(huì)引起溫室效應(yīng)。此外，廢氣的排放還會(huì)造成資源的浪費(fèi)，加大生產(chǎn)成本。我國(guó)的廢氣污染現(xiàn)狀不容樂(lè)觀，蘭州和上海等地的某些大型石化工業(yè)區(qū)就曾出現(xiàn)過(guò)光化學(xué)煙霧現(xiàn)象，且類似的案例越來(lái)越多。因此，我國(guó)對(duì)廢氣污染物的排放和防治作了相關(guān)的法律規(guī)定，幾年來(lái)相繼頒布了《工業(yè)企業(yè)設(shè)計(jì)衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》及《中華人民共和國(guó)大氣污染防治法》等。其中1997年頒布并實(shí)施的《大氣污染綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，限定了33種污染物的排放限值，其中包括苯、甲苯、二甲苯等揮發(fā)性有機(jī)物，還包括二氧化硫、氮氧化物等無(wú)機(jī)污染物。這使得國(guó)家對(duì)廢氣污染物的排放監(jiān)督管理和控制逐步走向有序化。

2 廢氣的處理方法

在許多工業(yè)生產(chǎn)中，廢氣的排放一直是一個(gè)很突出的問(wèn)題，為了避免直接排放帶來(lái)的大氣污染，生產(chǎn)商被依法要求對(duì)這些廢氣進(jìn)行處理。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)廢氣的治理，有多種處理技術(shù)可供使用。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于工業(yè)廢氣的凈化處理，主要有活性炭吸附法、直接燃燒法、催化燃燒法、生物法等方法。

2.1 活性炭吸附法

2.2 直接燃燒法

該方法由于直接燃燒時(shí)使用柴油或天然氣、液化氣，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用極高，形成極大的資源浪費(fèi)，不主張使用該方法。

2.3 催化燃燒法

廢氣經(jīng)過(guò)加熱后，達(dá)到280℃～350℃，流經(jīng)催化床時(shí)，在貴金屬催化劑的作用下，分解成二氧化碳和水蒸汽。該方法適合小流量、高濃度的廢氣處理。初投資相對(duì)較低，占地面積小。但缺點(diǎn)是廢氣中如含有硫等有害于催化劑中毒的成分不適合該方法，即貴金屬催化劑易發(fā)生催化劑中毒，使用壽命短，需要按時(shí)更換，且貴金屬催化劑價(jià)格昂貴，致使其運(yùn)行費(fèi)用較高。適用范圍有一定的局限性。

2.4 生物法

對(duì)于污染物濃度低的廢氣，傳統(tǒng)工藝存在投資運(yùn)行費(fèi)用高、處理效率低和處理后存在二次污染等問(wèn)題。近年來(lái)，逐漸發(fā)展的廢氣生物處理技術(shù)作為一種新型的空氣污染控制技術(shù)，得到日益廣泛的應(yīng)用。該項(xiàng)技術(shù)與傳統(tǒng)的燃燒法、催化燃燒法、吸收法、吸附法相比，對(duì)低含量污染物廢氣的處理有明顯的優(yōu)勢(shì)。

3 基于復(fù)合生物酶技術(shù)的廢氣處理技術(shù)

近年來(lái)，對(duì)于廢氣的凈化處理，尤其是低濃度有機(jī)廢氣及無(wú)機(jī)廢氣污染，因治理和回收難度大，涉及面廣，成為國(guó)內(nèi)環(huán)境保護(hù)急需解決的問(wèn)題之一。生物法廢氣凈化技術(shù)作為一種低濃度污染廢氣凈化處理的新技術(shù)，在國(guó)內(nèi)外已受到越來(lái)越廣泛的關(guān)注。相關(guān)的研究成果和工業(yè)應(yīng)用實(shí)例表明，生物法廢氣凈化技術(shù)在凈化處理低濃度廢氣等方面確有實(shí)效。對(duì)于低濃度污染廢氣來(lái)說(shuō)，按目前工程應(yīng)用的廢氣流量負(fù)荷運(yùn)行并達(dá)到國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，工業(yè)凈化裝置體積就顯得過(guò)于龐大。從進(jìn)一步減小裝置體積、節(jié)省投資的需要出發(fā)，開(kāi)展低濃度污染廢氣的生物法凈化處理裝置研究已成為熱點(diǎn)?；趶?fù)合生物酶的廢氣凈化處理技術(shù)即是根據(jù)生物法處理廢氣的原理，采用高效復(fù)合生物酶催化技術(shù)，對(duì)廢氣中的有害物質(zhì)，例如烷烴類、醛類、二甲苯、烯烴類、多環(huán)芳烴類、二氧化硫及氮氧化物等，進(jìn)行有效催化降解，可減少后續(xù)活性炭的用量，大大縮小反應(yīng)裝置的體積，改善目前單純使用活性炭處理低濃度有機(jī)廢氣時(shí)，設(shè)備龐大，占地面積大，吸附劑容易被廢氣中的固體微粒和膠黏物質(zhì)堵塞的缺點(diǎn)，節(jié)省費(fèi)用。

總而言之，哥倫比亞處于發(fā)展中國(guó)家的中上水平，中國(guó)制藥企業(yè)進(jìn)入該國(guó)市場(chǎng)正當(dāng)其時(shí)。國(guó)內(nèi)已有多家公司通過(guò)其GMP認(rèn)證，包括上海凱茂生物醫(yī)藥有限公司、東北制藥一藥公司、魯南貝特制藥有限公司以及華北制藥北元分廠等藥企。相信通過(guò)不斷努力，我國(guó)藥企一定會(huì)以高質(zhì)量的藥品在哥倫比亞和南美市場(chǎng)占有一席之地，并取得良好的經(jīng)濟(jì)效益。

3.1 基于復(fù)合生物酶技術(shù)的廢氣兩相處理技術(shù)原理

基于復(fù)合生物酶的廢氣兩相處理技術(shù)是利用高效復(fù)合生物酶催化處理和活性炭吸附的聯(lián)合作用，對(duì)廢氣中的污染物質(zhì)進(jìn)行有效降解。該技術(shù)中首次提出利用高效復(fù)合生物酶對(duì)污染廢氣中的烷烴類、醛類、二甲苯、烯烴類、多環(huán)芳烴類、二氧化硫及氮氧化物等污染物質(zhì)進(jìn)行催化降解，可在短時(shí)間內(nèi)將污染物濃度降低，大大減少活性炭的用量。

基于復(fù)合生物酶的廢氣兩相處理裝置中設(shè)置高效復(fù)合生物酶催化填料層，其中裝有高效復(fù)合生物酶催化填料，該技術(shù)是將高效復(fù)合生物酶通過(guò)客體間分子引力、共價(jià)結(jié)合、離子鍵結(jié)合的形式把環(huán)保用生物酶固定在多孔陶瓷孔隙和層板之間，這種固定化環(huán)保用生物酶是將高效復(fù)合生物酶反應(yīng)時(shí)底物和產(chǎn)物在由顆粒或者層柱材料構(gòu)筑的反應(yīng)平臺(tái)或者反應(yīng)裝置上進(jìn)行有序轉(zhuǎn)換，而生物酶不會(huì)流失，具有較好的穩(wěn)定性。通過(guò)所含特選的高效復(fù)合生物酶的催化作用，可有效降解廢氣中的烷烴類、醛類、二甲苯、烯烴類、多環(huán)芳烴類、二氧化硫及氮氧化物等污染物，去除率在50%以上，大大提高處理效果，減少活性炭的用量，并且可降低運(yùn)行成本。

生物酶是一種對(duì)環(huán)境友好的生物催化劑，其僅對(duì)特定的底物起作用，對(duì)基質(zhì)損傷小。生物酶處理有機(jī)物的機(jī)理是先通過(guò)酶反應(yīng)形成游離基，然后游離基打開(kāi)污染物質(zhì)中更復(fù)雜的化學(xué)鏈，從而將有機(jī)污染物去除。與其他處理方法相比，生物酶處理法具有催化效能高、反應(yīng)條件溫和、對(duì)設(shè)備情況要求較低、反應(yīng)速度快，對(duì)溫度、濃度和有毒物質(zhì)適應(yīng)范圍廣，可以重復(fù)使用等優(yōu)點(diǎn)。生物酶催化技術(shù)采用不同于普通微生物菌的卓越的系列生物酶結(jié)合技術(shù)，其中含有多種可以直接分解烴類污染物的生物酶，在降解有機(jī)廢氣中的有機(jī)物（如苯、萘等污染物質(zhì)）生物反應(yīng)過(guò)程中扮演著高效催化劑的角色，也就是說(shuō)它們將幫助一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程快速有效地發(fā)生，迅速將苯、萘等環(huán)狀有機(jī)污染物裂解，大大提高生物化學(xué)過(guò)程的反應(yīng)速度，而這些生物化學(xué)過(guò)程之前是非常緩慢地發(fā)生或雖是同樣的條件卻根本就不發(fā)生。通過(guò)生物酶打開(kāi)污染物質(zhì)中更復(fù)雜的化學(xué)鏈，將其迅速降解為小分子，從高分子有機(jī)物降解為低分子有機(jī)物或二氧化碳等無(wú)機(jī)物，將廢氣中的烷烴類、醛類、二甲苯、烯烴類、多環(huán)芳烴類、二氧化硫及氮氧化物等污染物質(zhì)去除，轉(zhuǎn)化為清潔氣體。在廢氣處理系統(tǒng)中將生物酶固定化在多孔材料上，處理過(guò)程中生物酶不會(huì)流失，通過(guò)所含特選的生物酶的催化作用，可有效分解廢氣中的污染物質(zhì)。

3.2 基于復(fù)合生物酶技術(shù)的廢氣兩相處理技術(shù)的特點(diǎn)

高效復(fù)合生物酶催化技術(shù)處理廢氣為國(guó)內(nèi)某環(huán)保工程有限公司自主引進(jìn)開(kāi)發(fā)，將高效復(fù)合生物酶催化技術(shù)用于污染廢氣處理工程。是應(yīng)用生化工程技術(shù)與環(huán)境科學(xué)技術(shù)相結(jié)合，以高效復(fù)合生物催化酶反應(yīng)器為核心構(gòu)件，與活性炭進(jìn)行兩相組合結(jié)構(gòu)的廢氣處理高新技術(shù)。是一種工藝流程簡(jiǎn)單、設(shè)備設(shè)施運(yùn)行可靠、操作簡(jiǎn)便的處理廢氣的最新工藝。高效復(fù)合生物酶構(gòu)成的廢氣處理裝置具有工藝先進(jìn)、技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資省、占地少、處理效率高、運(yùn)行費(fèi)用低等特點(diǎn)。經(jīng)該裝置處理凈化后的氣體完全達(dá)到國(guó)家排放要求，對(duì)廢氣的降解效果顯著，該項(xiàng)技術(shù)和裝置對(duì)工業(yè)有機(jī)廢氣的處理具有新的突破。

基于復(fù)合生物酶的廢氣兩相處理技術(shù)的特點(diǎn)有：

（1）高效復(fù)合生物酶催化層中的高效固定化生物酶可在常溫常壓、溫和的反應(yīng)條件下進(jìn)行高效的催化反應(yīng)，廢氣中烷烴類、醛類、二甲苯、烯烴類、多環(huán)芳烴類、二氧化硫及氮氧化物等污染物質(zhì)在高效復(fù)合生物酶的催化下能得以降解，降解速度快，反應(yīng)時(shí)間短，并且高效固定化生物酶穩(wěn)定性較高，有利于底物、產(chǎn)物的分離，其反應(yīng)過(guò)程能夠得到嚴(yán)格控制，提高了生物酶的利用效率，降低處理成本，顯著提高處理效果；應(yīng)用高效生物酶催化法處理污染廢氣，較之其他處理方法，生物催化直接，反應(yīng)速度快、高效。

（2）可在常溫下處理廢氣，在創(chuàng)造高效的同時(shí)實(shí)現(xiàn)低能耗，是一種節(jié)能型廢氣處理技術(shù)，可提高污染物質(zhì)降解效率，降低工程投資成本。

（3）處理裝置的體積小，占地面積小，設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)合理，使用性能穩(wěn)定，氣流分布好，高效復(fù)合生物酶及活性炭裝填與更換方便。降解效率高，凈化效果好。

（4）采用高效復(fù)合生物酶對(duì)廢氣中的烷烴類、醛類、二甲苯、烯烴類、多環(huán)芳烴類、二氧化硫及氮氧化物等污染物進(jìn)行催化降解，不僅高效復(fù)合生物酶催化填料用量少，而且大大節(jié)省了后續(xù)活性炭吸附填料用量，在裝置內(nèi)設(shè)置兩相聯(lián)合處理，可降低投資和運(yùn)行費(fèi)用。

（5）可廣泛應(yīng)用于石油化工、人造革、紡織印染、制鞋、油漆涂料、橡膠、塑料、制藥、電子、化纖、機(jī)械等行業(yè)的廢氣處理。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 有機(jī)廢氣凈化處理

虞城縣某量具廠生產(chǎn)鋼卷尺等各種量具。其廢氣主要來(lái)源于鋼卷尺浸漆和烘漆過(guò)程產(chǎn)生的有機(jī)廢氣，主要成分為二甲苯，對(duì)周圍的企業(yè)、居民和環(huán)境產(chǎn)生了嚴(yán)重影響。根據(jù)環(huán)保部門(mén)的要求，該量具廠擬對(duì)油漆烘干過(guò)程產(chǎn)生的有機(jī)廢氣進(jìn)行收集，并經(jīng)廢氣處理裝置處理后達(dá)標(biāo)排放。采用基于復(fù)合生物酶的廢氣兩相吸附凈化處理新型裝置進(jìn)行有機(jī)廢氣治理，取得了很好的處理效果，不僅可以達(dá)標(biāo)排放，而且大大改善了當(dāng)?shù)氐拇髿猸h(huán)境質(zhì)量。

某量具廠鋼卷尺生產(chǎn)中的浸漆和烘漆工段，采用直徑為250mm的圓型集氣管道，風(fēng)機(jī)風(fēng)量為3000m3/h，為此確定設(shè)計(jì)參數(shù)為：總排氣量3000m3/h，煙氣溫度≤50℃，煙氣二甲苯含量16mg/m3，經(jīng)處理后廢氣中的二甲苯應(yīng)去除70%，即出口排放煙氣中二甲苯含量≤4.8mg/m3，符合《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）最高允許排放濃度。

鋼卷尺生產(chǎn)中的浸漆和烘漆工段排放的有機(jī)廢氣經(jīng)集氣管道，進(jìn)入廢氣兩相吸附凈化處理新型裝置，經(jīng)由高效生物酶催化處理后，可去除部分二甲苯及粉塵，同時(shí)可防止對(duì)后續(xù)活性炭填料造成堵塞而使活性炭填料喪失吸附凈化性能，再經(jīng)活性炭吸附凈化后，達(dá)到大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)，由風(fēng)機(jī)經(jīng)煙囪排入大氣?；趶?fù)合生物酶的廢氣兩相吸附凈化處理新型裝置總高為1.6米，直徑為0.6米，其中高效復(fù)合生物酶催化填料層高度為0.3米，活性炭吸附層高度為0.8米，每天運(yùn)行16小時(shí)，若不計(jì)用電費(fèi)用，則高效復(fù)合生物酶催化填料及活性炭填料費(fèi)用僅為3元/天。有機(jī)廢氣經(jīng)兩相吸附凈化處理新型裝置處理前后二甲苯濃度及去除率見(jiàn)下表。

有機(jī)廢氣中二甲苯處理前后濃度及去除率匯總表

4.2 蘭炭煤氣凈化處理

某蘭炭生產(chǎn)中產(chǎn)生污染廢氣，處理量為10,000m3/h，其中苯含量為30mg/m3，H2S含量為1000mg/m3，NH3含量為200mg/m3，之前蘭炭煤氣采用簡(jiǎn)單的方法進(jìn)行凈化處理，即采用稻殼脫苯、萘、焦油、雜質(zhì)，脫硫劑脫硫化氫，水洗脫氨。但此種處理方法效果不佳，實(shí)質(zhì)是污染物的轉(zhuǎn)移，因此對(duì)周邊環(huán)境的污染較嚴(yán)重。采用基于復(fù)合生物酶的廢氣兩相處理技術(shù)進(jìn)行處理，通過(guò)生物酶打開(kāi)苯、有機(jī)硫等污染物中的化學(xué)鏈，將其迅速催化降解為小分子物質(zhì)，同時(shí)催化降解H2S、NH3等無(wú)機(jī)化合物污染物。經(jīng)此技術(shù)處理后，蘭炭氣中的苯、H2S、NH3去除率為60%、82%及92%，完全符合《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著我國(guó)對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求不斷提高，廢氣的治理工作正逐步開(kāi)展。研究開(kāi)發(fā)基于復(fù)合生物酶的廢氣兩相處理技術(shù)，利用高效復(fù)合生物酶催化與活性炭進(jìn)行兩相組合聯(lián)合處理方法，對(duì)廢氣進(jìn)行處理，具有適應(yīng)性強(qiáng)，投資、運(yùn)行費(fèi)用低，二次污染小等優(yōu)點(diǎn)，是一種新型的污染治理技術(shù)，解決了廢氣在治理技術(shù)上存在的難題，為工業(yè)生產(chǎn)的一些行業(yè)（如噴漆、印刷、制鞋等）產(chǎn)生的廢氣治理提供了一種有效的方法，取得了很大的社會(huì)效益、環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益。今后應(yīng)拓寬應(yīng)用范圍，實(shí)現(xiàn)該技術(shù)的定型化、系列化和標(biāo)準(zhǔn)化。

[1] 孫祥章，敖小平，林祥進(jìn).固定化酶復(fù)合材料及其制備方法的研究[J].中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè)，2007（11）.

[2] 周曉云.酶學(xué)原理與酶工程[M].北京：中國(guó)輕工業(yè)出版社，2005.

[3] Andreas S.Bommarius.Bio-catalysis: Fundamentals and Applications[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006，2.

Application of Organic Waste Gas Treatment Technology of Bio-enzyme Catalysis

QI Ai-jiu,LIN Xiang-jin,SUN Xiang-zhang
(Fuzhou Chenxiang Environmental Engineering Co.,Ltd,Fuzhou 350000,China)

Based on the situation of waste gas pollution and treatment in the environment,the paper puts forward the new-type technologies based on the waste gas two-phase catalysis,adsorption and treatment of composite bio-enzyme technology.By using high effect,composite bio-enzyme catalysis and actived carbon,the technology carries through two-phase combination treatment methods to treat the pollutants of organic compounds and non-organic compounds such as alkanes,benzene and PAH,which have characteristics of low costs,less land,high efficiency of treatment and low operation costs etc..It can be applied to treat waste gas in the industrial and agricultural production and daily life.

treatment of waste gas; organic pollutant; high effect,composite bio-enzyme catalyzing technology

X701

A

1006-5377（2015）06-0033-04