生物過濾系統(tǒng)主要由VOCs輸送系統(tǒng)、噴淋器和過濾塔三部分構(gòu)成。根據(jù)處理污染物的類型需要馴化出特定的微生物，培養(yǎng)馴化過程需要嚴(yán)格控制適宜的微生物生存環(huán)境，并將其附著在生物反應(yīng)器內(nèi)的填料上。運(yùn)作時主要利用微生物的代謝作用將VOCs作為受體物質(zhì)進(jìn)行分解，最終的產(chǎn)物是簡單的小分子無機(jī)物以及微生物細(xì)胞質(zhì)。此外長期積累的生物膜會老化脫落，代謝產(chǎn)物和脫落膜由生物生理作用和噴淋液黏附作用轉(zhuǎn)移到外部環(huán)境。一方面，不同于廢水的生物凈化過程，VOCs廢氣首先由增濕單元增濕后送入過濾單元，并且與黏附在填料層表面的生物膜接觸。VOCs在氣相與生物膜之間的濃度梯度使其由氣相擴(kuò)散到生物膜中，在微生物的新陳代謝活動過程中得到吸附降解和利用，轉(zhuǎn)化為CO2、H2O等簡單小分子物質(zhì)以及細(xì)胞組成物質(zhì)和代謝能源，而排出的代謝物（如CO2）則從生物膜相轉(zhuǎn)移到氣相。經(jīng)過生物的反復(fù)作用，VOCs廢氣逐漸減少，最終得以達(dá)標(biāo)排放。另一方面，噴淋單元需要周期性地向填料層噴灑培養(yǎng)液，為填料層的微生物提供水和代謝必須元素，調(diào)節(jié)和維持適宜的pH值。

等離子體的化學(xué)反應(yīng)性強(qiáng)，反應(yīng)器所需電壓極低，將其作為生物過濾法的新型預(yù)處理單元時，在幾毫秒的時間內(nèi)就能去除或降解VOCs，因此該聯(lián)合技術(shù)在處理難降解VOCs方面具有很高的效率。單獨(dú)生物過濾反應(yīng)器受自身原因影響在實(shí)際應(yīng)用中占地面積通常較大，并且為連續(xù)流處理；而等離子體反應(yīng)器體積較小，初始安裝成本低，易于根據(jù)排氣性質(zhì)控制開關(guān)，兩者結(jié)合能顯著縮小系統(tǒng)體積，降低投資成本。此外，等離子體技術(shù)雖然降解VOCs的效率高，但是產(chǎn)生的小分子副產(chǎn)物較多，而生物過濾法恰好相反，對等離子體技術(shù)產(chǎn)生的小分子醛、酮、脂等的去除效果好，幾乎能完全降解成對人體無害的小分子，不會再次產(chǎn)生污染。

圖12-1為結(jié)合技術(shù)的耦合機(jī)理。等離子體分解層在電源的激發(fā)下產(chǎn)生等離子體放電，因此會出現(xiàn)一個含有大量高能電子、·O、·OH、O3等活性粒子的等離子體區(qū)域，含VOCs的廢氣首先進(jìn)入等離子體單元，在等離子體區(qū)域的高能活性粒子的作用下分解為小分子有機(jī)物或直接去除，從而提高了有機(jī)廢氣的可生化性。經(jīng)降解后的小分子有機(jī)物和等離子體區(qū)域產(chǎn)生的低濃度O3共同進(jìn)入生物過濾單元（生物濾池、生物過濾塔等），在穿過填料空隙時受到表層生物膜的吸附，并借助生物膜進(jìn)入微生物層。污染物在微生物的新陳代謝過程中進(jìn)一步分解去除，完全凈化的廢氣又通過生物排出到填料空隙中。在這一過程中微生物會利用一部分物質(zhì)和生成的能量不斷繁殖，隨著微生物層的增厚和生物膜逐漸老化脫落，此階段的生物過濾單元處理能力較弱。因此，可以增加VOCs廢氣在等離子體單元的循環(huán)次數(shù)，提高前段的去除效率，為后段減輕負(fù)荷，直到后段重新開始新一輪的覆膜。盡管過程中高能電子、·O、·OH等高能物種反應(yīng)活性高而存留時間短，但是等離子體單元能夠源源不斷地供應(yīng)活性粒子，所以在連續(xù)流的情況下仍然可以達(dá)到高去除率和高能效。