環(huán)境工程微生物學(xué)-污染氣體的生物處理

1、 人類生產(chǎn)及生活中的燃料燃燒人類生產(chǎn)及生活中的燃料燃燒 生產(chǎn)活動(dòng)，例如化工、冶金、生物制品、生產(chǎn)活動(dòng)，例如化工、冶金、生物制品、屠宰、污水處理及垃圾處理等工廠所產(chǎn)生屠宰、污水處理及垃圾處理等工廠所產(chǎn)生的廢氣。的廢氣。 廢氣處理是環(huán)境污染控制的一個(gè)重要方面。廢氣處理方法：廢氣處理方法：理化法：目前主要采用的方法，如燃燒、理化法：目前主要采用的方法，如燃燒、 吸附、吸收和還原等。工藝或設(shè)備較復(fù)雜，吸附、吸收和還原等。工藝或設(shè)備較復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用較高；用于處理某些惡臭廢氣時(shí)，運(yùn)行費(fèi)用較高；用于處理某些惡臭廢氣時(shí)，效果不甚理想。效果不甚理想。生物法：具有處理效率較高、適應(yīng)性較廣、生物法：具有處理效率較高

2、、適應(yīng)性較廣、工藝較簡(jiǎn)單以及費(fèi)用較省等優(yōu)點(diǎn)。工藝較簡(jiǎn)單以及費(fèi)用較省等優(yōu)點(diǎn)。 廢氣的微生物處理廢氣的微生物處理19571957年在美國(guó)獲得專利，年在美國(guó)獲得專利，19701970年代引起重視，年代引起重視，19801980年代德國(guó)、日本、荷蘭等國(guó)工業(yè)規(guī)模各類年代德國(guó)、日本、荷蘭等國(guó)工業(yè)規(guī)模各類生物凈化裝置投入運(yùn)行。生物凈化裝置投入運(yùn)行。 廢氣生物反應(yīng)器處理對(duì)許多一般性的空氣廢氣生物反應(yīng)器處理對(duì)許多一般性的空氣污染物的去除率可達(dá)到污染物的去除率可達(dá)到9090以上。以上。 1. 廢氣或尾氣廢氣或尾氣(waste gas，off-gas)在生物反應(yīng)在生物反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行。器內(nèi)進(jìn)行。揮發(fā)性有機(jī)化合物揮發(fā)性有

3、機(jī)化合物 (volatile organic compounds，VOCs)以及其它有毒或有臭味以及其它有毒或有臭味的氣體，如的氣體，如NH3和和H2S等。等?；ぁ⒅扑幍刃袠I(yè)產(chǎn)生的有害污染物化工、制藥等行業(yè)產(chǎn)生的有害污染物(hazardous air pollutants，HAPs)以及堆肥以及堆肥廠、垃圾填埋廠產(chǎn)生惡臭廠、垃圾填埋廠產(chǎn)生惡臭(odor)等。等。 2. 去除效率高去除效率高 u空氣污染物去除效率超過(guò)空氣污染物去除效率超過(guò)90。3. 投資少，運(yùn)行費(fèi)用低投資少，運(yùn)行費(fèi)用低 u不需要投入額外的化學(xué)品不需要投入額外的化學(xué)品;u化學(xué)法需加催化劑和氧化劑等，如次氯酸化學(xué)法需加催化劑和氧化

4、劑等，如次氯酸鹽、過(guò)氧化氫、二氧化氯等。鹽、過(guò)氧化氫、二氧化氯等。4. 污染少污染少 u產(chǎn)物為生物量，易處理。產(chǎn)物為生物量，易處理。 耗能低耗能低u常溫常壓下進(jìn)行，微生物利用常溫常壓下進(jìn)行，微生物利用VOCs產(chǎn)生產(chǎn)生能量。能量。u消耗的動(dòng)力只是污染氣體進(jìn)入處理系統(tǒng)時(shí)消耗的動(dòng)力只是污染氣體進(jìn)入處理系統(tǒng)時(shí)所消耗的能量所消耗的能量(正壓送風(fēng)或負(fù)壓引風(fēng)正壓送風(fēng)或負(fù)壓引風(fēng))。1. 水溶性強(qiáng)水溶性強(qiáng) u向介質(zhì)表面微生物膜擴(kuò)散速率高；向介質(zhì)表面微生物膜擴(kuò)散速率高；u主要有無(wú)機(jī)物如主要有無(wú)機(jī)物如H2S和和NH3等、醇類、等、醇類、醛類、酮類以及簡(jiǎn)單芳烴醛類、酮類以及簡(jiǎn)單芳烴(如如BTEX)等有機(jī)物。等有機(jī)物。

5、v適宜處理的污染氣體應(yīng)具有的特點(diǎn)：2. 易降解易降解 u 容易降解，否則將導(dǎo)致污染物濃度增容易降解，否則將導(dǎo)致污染物濃度增高，毒害生物膜或影響傳質(zhì)，降低生高，毒害生物膜或影響傳質(zhì)，降低生物濾器效率，或使處理完全失敗。物濾器效率，或使處理完全失敗。 二、廢氣生物處理的基本形式二、廢氣生物處理的基本形式u 根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)不同，分為：根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)不同，分為：1. 生物洗滌生物洗滌(bioscrubbing)生物洗滌器生物洗滌器(bioscrubber)內(nèi)是液態(tài)介質(zhì)內(nèi)是液態(tài)介質(zhì) 2. 生物濾過(guò)生物濾過(guò)(biofiltration)生物濾過(guò)采用是固態(tài)介質(zhì)生物濾過(guò)采用是固態(tài)介質(zhì)生物濾池生物濾池(biofil

6、ters)生物滴濾池生物滴濾池(biotrickling filters) 生物濾池內(nèi)的固態(tài)介質(zhì)是一些天然材料，生物濾池內(nèi)的固態(tài)介質(zhì)是一些天然材料，常用的固體顆粒有土壤和堆肥，這些材常用的固體顆粒有土壤和堆肥，這些材料為微生物的附著和生長(zhǎng)提供表面，微料為微生物的附著和生長(zhǎng)提供表面，微生物可以吸收廢氣中的污染物將其轉(zhuǎn)化生物可以吸收廢氣中的污染物將其轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)。為無(wú)害物質(zhì)。 微生物濾池適用于微生物濾池適用于處理肉類加工廠、處理肉類加工廠、養(yǎng)殖場(chǎng)、污水處理廠和堆肥廠養(yǎng)殖場(chǎng)、污水處理廠和堆肥廠等處產(chǎn)等處產(chǎn)生的廢氣。生的廢氣。 特點(diǎn)是濃度不高，帶有強(qiáng)烈臭味。特點(diǎn)是濃度不高，帶有強(qiáng)烈臭味。 堆肥堆肥

7、篩選，濾層均勻、疏松，空隙率篩選，濾層均勻、疏松，空隙率40濾料保持濕潤(rùn)，濾層含水量不低于濾料保持濕潤(rùn)，濾層含水量不低于40，但不，但不能有積水。能有積水。濾層保持適當(dāng)?shù)臏囟?。濾層保持適當(dāng)?shù)臏囟取?土壤土壤 腐殖土，厚度不小于腐殖土，厚度不小于50cm，土壤水分土壤水分4070， 草炭草炭 通氣良好，除臭效果好。通氣良好，除臭效果好。 生物滴濾池由箱體、生物活性床層、噴水器生物滴濾池由箱體、生物活性床層、噴水器等組成。等組成。 廢氣經(jīng)預(yù)處理室去除顆粒物和增濕后進(jìn)入濾廢氣經(jīng)預(yù)處理室去除顆粒物和增濕后進(jìn)入濾床底部。床底部。 濾料使用陶瓷、塑料等人工材料，顆粒狀或?yàn)V料使用陶瓷、塑料等人工材料，顆粒狀

8、或有空隙的材料，床層厚度有空隙的材料，床層厚度0.51.0m。u優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 濾料重量輕、空隙大、表面積大、廢濾料重量輕、空隙大、表面積大、廢氣和介質(zhì)接觸時(shí)間短氣和介質(zhì)接觸時(shí)間短(幾秒鐘幾秒鐘)，處理效，處理效率高，濾料不需更換。率高，濾料不需更換。 處理的濃度處理的濃度100mg/m35g/m3，流量，流量550000m3/h。 u應(yīng)用l微生物過(guò)濾床已成功地用于化工廠、食品微生物過(guò)濾床已成功地用于化工廠、食品廠、污水泵站等方面的廢氣凈化和脫臭。廠、污水泵站等方面的廢氣凈化和脫臭。l污染物包括硫化氫、二硫化碳、苯乙烯、污染物包括硫化氫、二硫化碳、苯乙烯、甲苯、丙烷、異丁烷、苯酚、乙醇、四氫甲苯

9、、丙烷、異丁烷、苯酚、乙醇、四氫呋喃、環(huán)已酮、甲基乙基甲酮等。呋喃、環(huán)已酮、甲基乙基甲酮等。 3生物洗滌l生物洗滌裝置生物洗滌裝置l洗滌器洗滌器l生物反應(yīng)器生物反應(yīng)器 兩部分組成兩部分組成l吸收設(shè)備有噴淋塔、篩板塔、鼓泡塔等，吸收設(shè)備有噴淋塔、篩板塔、鼓泡塔等，吸收過(guò)程很快，停留時(shí)間約幾秒鐘；吸收過(guò)程很快，停留時(shí)間約幾秒鐘； 三、生物法處理廢氣的機(jī)理l生物反應(yīng)器處理過(guò)程：生物反應(yīng)器處理過(guò)程： 1.溶解過(guò)程溶解過(guò)程 l廢氣與水膜接觸，污染物溶于水，成為廢氣與水膜接觸，污染物溶于水，成為液相分子或離子。液相分子或離子。2.吸著過(guò)程吸著過(guò)程l溶液中的污染物被溶液中的污染物被微生物吸附、吸收微生物吸附

10、、吸收l(shuí)水再生復(fù)原，用以溶解新的廢氣成分水再生復(fù)原，用以溶解新的廢氣成分3. 生物降解u進(jìn)入微生物細(xì)胞的污染物作為微生物生命進(jìn)入微生物細(xì)胞的污染物作為微生物生命活動(dòng)的能源或養(yǎng)分被活動(dòng)的能源或養(yǎng)分被分解和利用分解和利用，從而使，從而使污染物得以去除。污染物得以去除。u烴類和其它有機(jī)物氧化為烴類和其它有機(jī)物氧化為CO2和和H2O，u含硫還原性成分氧化為含硫還原性成分氧化為S、SO42-，u含氮成分氧化成含氮成分氧化成NH3，NO2-和和NO3-等。等。 四、處理廢氣的微生物l混合微生物混合微生物含有多種成分的含有多種成分的混合廢氣混合廢氣，需要多種微生，需要多種微生物分別降解；物分別降解；有的成分

11、需要幾種微生物的相繼作用才能有的成分需要幾種微生物的相繼作用才能分解轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)，分解轉(zhuǎn)化為無(wú)害物質(zhì)，u氨先經(jīng)硝化細(xì)菌再經(jīng)反硝化作用細(xì)菌才能氨先經(jīng)硝化細(xì)菌再經(jīng)反硝化作用細(xì)菌才能成為分子態(tài)氮；成為分子態(tài)氮； 四、處理廢氣的微生物難降解成分由多種微生物聯(lián)合作用降解；難降解成分由多種微生物聯(lián)合作用降解；l鹵代有機(jī)化合物先經(jīng)厭氧微生物還原脫鹵，再被鹵代有機(jī)化合物先經(jīng)厭氧微生物還原脫鹵，再被好氧微生物徹底分解；好氧微生物徹底分解；工藝需要，即使廢氣成分能被單一微生物分解，工藝需要，即使廢氣成分能被單一微生物分解，仍接種復(fù)合微生物仍接種復(fù)合微生物l硫化氫氧化中，為了使自養(yǎng)型脫氮硫桿菌硫化氫氧化中，為了使

12、自養(yǎng)型脫氮硫桿菌(Thiobacillus denitrificans)凝絮持留于反應(yīng)器內(nèi)，凝絮持留于反應(yīng)器內(nèi)，需與活性污泥中的異養(yǎng)型微生物需與活性污泥中的異養(yǎng)型微生物起共培養(yǎng)。起共培養(yǎng)。 紫紅紅球菌紫紅紅球菌(Rhodococcus rhodochrous) 五、廢氣生物處理的基本條件l主要有水分，養(yǎng)分、溫度、氧氣主要有水分，養(yǎng)分、溫度、氧氣(有氧或有氧或無(wú)氧無(wú)氧)以及酸堿度等。以及酸堿度等。 1水水 分分l微生物生命活動(dòng)的必要成分；微生物生命活動(dòng)的必要成分；l吸收廢氣的溶劑。吸收廢氣的溶劑。采用土壤或堆肥等固態(tài)處理系統(tǒng)時(shí)，適宜采用土壤或堆肥等固態(tài)處理系統(tǒng)時(shí)，適宜的水分含量可保證氧與水分的供

13、給。的水分含量可保證氧與水分的供給。5070為適宜的含水量。為適宜的含水量。通常預(yù)處理需要加濕，防止濾料變干。通常預(yù)處理需要加濕，防止濾料變干。2養(yǎng) 分l廢氣可為微生物提供一定的養(yǎng)分，廢氣可為微生物提供一定的養(yǎng)分，VOCs可以提供碳源和能源，但是需要適當(dāng)補(bǔ)足可以提供碳源和能源，但是需要適當(dāng)補(bǔ)足其它養(yǎng)分。其它養(yǎng)分。l不同的處理工藝對(duì)養(yǎng)分控制有差異，例如不同的處理工藝對(duì)養(yǎng)分控制有差異，例如生物滴濾池補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)鹽十分重要，但是堆生物滴濾池補(bǔ)充營(yíng)養(yǎng)鹽十分重要，但是堆肥生物濾池補(bǔ)給營(yíng)養(yǎng)鹽的次數(shù)可以減少，肥生物濾池補(bǔ)給營(yíng)養(yǎng)鹽的次數(shù)可以減少，一年補(bǔ)給二次即可。一年補(bǔ)給二次即可。3溫 度l廢氣生物處理多用中溫條

14、件廢氣生物處理多用中溫條件(2535)，少用高溫。少用高溫。l土壤或堆肥處理廢氣時(shí)通常采用自然溫度，土壤或堆肥處理廢氣時(shí)通常采用自然溫度，如果微生物分解基質(zhì)放熱造成溫度過(guò)高則如果微生物分解基質(zhì)放熱造成溫度過(guò)高則需采取降溫措施。需采取降溫措施。4氧氣l廢氣處理多用異養(yǎng)型好氧微生物廢氣處理多用異養(yǎng)型好氧微生物；氧的供給量與供給方式對(duì)處理效率的影響氧的供給量與供給方式對(duì)處理效率的影響很大，微生物數(shù)量、基質(zhì)濃度和溫度等因很大，微生物數(shù)量、基質(zhì)濃度和溫度等因素也會(huì)影響供氧。素也會(huì)影響供氧。l少數(shù)厭氧條件，例如著色菌處理硫化氫，少數(shù)厭氧條件，例如著色菌處理硫化氫，則需控制無(wú)氧條件，以氨氣取代反應(yīng)系統(tǒng)則需控

15、制無(wú)氧條件，以氨氣取代反應(yīng)系統(tǒng)的氧氣。的氧氣。 5、酸堿度l以中性或微堿性為宜。以中性或微堿性為宜。l廢氣生物處理中的細(xì)菌多數(shù)適應(yīng)于中性至微廢氣生物處理中的細(xì)菌多數(shù)適應(yīng)于中性至微堿性環(huán)境，只有少數(shù)種類對(duì)酸堿度要求比較堿性環(huán)境，只有少數(shù)種類對(duì)酸堿度要求比較特殊，特殊，l例如氧化硫硫桿菌最適例如氧化硫硫桿菌最適pH為為2.62.8，最，最低為低為pH1.0，最高為，最高為pH4.06.0。 第二節(jié)第二節(jié) 惡臭的原位處理惡臭的原位處理一、惡臭污染物和污染源一、惡臭污染物和污染源 l惡臭污染物惡臭污染物(odor pollutants)指一切指一切刺激嗅覺(jué)器官引起人們不愉快及損害刺激嗅覺(jué)器官引起人們不

16、愉快及損害生化環(huán)境的氣體物質(zhì)。生化環(huán)境的氣體物質(zhì)。第二節(jié)第二節(jié) 惡臭的原位處理惡臭的原位處理l畜禽場(chǎng)是重要的污染源畜禽場(chǎng)是重要的污染源l養(yǎng)豬場(chǎng)廢氣含養(yǎng)豬場(chǎng)廢氣含160種化合物，種化合物，l主要成分有主要成分有氨、胺、含硫化合物、氨、胺、含硫化合物、揮發(fā)性脂肪酸、吲哚類、糞臭類、揮發(fā)性脂肪酸、吲哚類、糞臭類、酚類、醇類和羰基類化合物。酚類、醇類和羰基類化合物。 我國(guó)規(guī)定的惡臭污染物我國(guó)規(guī)定的惡臭污染物 (GBl4554-93) l惡臭物質(zhì)的發(fā)臭原因與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)：惡臭物質(zhì)的發(fā)臭原因與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)：l如兩個(gè)烷基同硫結(jié)合時(shí)，就會(huì)變成二甲基硫如兩個(gè)烷基同硫結(jié)合時(shí)，就會(huì)變成二甲基硫醚和甲基乙基硫醚等帶有

17、異臭的硫醚。若再醚和甲基乙基硫醚等帶有異臭的硫醚。若再改變某些化合物分子結(jié)構(gòu)中改變某些化合物分子結(jié)構(gòu)中S的位置，其臭味的位置，其臭味的性質(zhì)也會(huì)改變。的性質(zhì)也會(huì)改變。 二、惡臭的控制 焚燒焚燒：如對(duì)垃圾和食品加工廠的殘?jiān)瓤扇夹晕铮喝鐚?duì)垃圾和食品加工廠的殘?jiān)瓤扇夹晕镔|(zhì)焚燒；質(zhì)焚燒；氧化氧化：氧化劑有臭氧、氯氣和高錳酸鉀等；：氧化劑有臭氧、氯氣和高錳酸鉀等；吸附吸附：吸附劑有活性炭、硅膠、活性氧化鋁等；：吸附劑有活性炭、硅膠、活性氧化鋁等；酸堿處理酸堿處理：稀酸處理堿性惡臭物質(zhì)：稀酸處理堿性惡臭物質(zhì)(如三甲胺如三甲胺)，稀堿處理酸性惡臭物質(zhì)稀堿處理酸性惡臭物質(zhì)(如硫化氫如硫化氫)：生物氧化生物氧

18、化：利用生物酶的催化氧化作用；：利用生物酶的催化氧化作用；掩蔽掩蔽：不便處理的低濃度臭氣施放有香氣的物質(zhì)：不便處理的低濃度臭氣施放有香氣的物質(zhì)來(lái)掩蔽臭氣，如果濃度太高則不起作用。來(lái)掩蔽臭氣，如果濃度太高則不起作用。 畜禽飼養(yǎng)場(chǎng)惡臭的控制畜禽飼養(yǎng)場(chǎng)惡臭的控制 1日糧設(shè)計(jì)與惡臭控制日糧設(shè)計(jì)與惡臭控制 2飼料添加劑的應(yīng)用飼料添加劑的應(yīng)用l(1)酶制劑酶制劑 l(2)抗生素抗生素 l(3)益生菌益生菌(probiotics) l(4)酸化劑酸化劑 3除臭劑除臭劑(deodourant)的使用的使用l(1)化學(xué)除臭劑化學(xué)除臭劑(chemical deodoulant) l(2)生物除臭劑生物除臭劑(biological deodourant) 三、惡臭的原位微生物處理三、惡臭的原位微生物處理l產(chǎn)生惡臭的微生物多是一些動(dòng)物腸道細(xì)產(chǎn)生惡臭的微生物多是一些動(dòng)物腸道細(xì)菌，包括埃希氏菌屬、擬桿菌屬、檸檬菌，包括埃希氏菌屬、擬桿菌屬、檸檬酸桿菌屬、假單胞菌屬和變形菌屬。酸桿菌屬、假單胞菌屬和變形菌屬。 ：原位微生物處理優(yōu)良菌種應(yīng)具備的特征原位微生物處理優(yōu)良菌種應(yīng)具備的特征(1)有分解含硫或含氨和有機(jī)酸等惡臭化合物的有分解含硫或含氨和有機(jī)酸等惡臭化合物的能力：