環(huán)境生物技術(shù)2(5)-大氣污染的生物修復(fù)(司)

1、1引 言大氣污染的防治是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，基本的思想是采用法律、行政、經(jīng)濟(jì)和工程技術(shù)相結(jié)合的措施進(jìn)行綜合防治。從整個(gè)區(qū)域大氣污染狀況出發(fā)，統(tǒng)一規(guī)劃、合理布局，綜合應(yīng)用各種防治污染的措施，充分利用環(huán)境的自凈能力，從而有效控制大氣污染。最后，應(yīng)用技術(shù)措施控制大氣污染，主要包括以下(yxi)幾個(gè)方面：共六十五頁2（1）改善能源(nngyun)結(jié)構(gòu)，積極開發(fā)新能源和可再生能源，如太陽能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、海洋能、小水電及地?zé)崮艿取＃?）提高能源的利用率，對(duì)燃料進(jìn)行預(yù)處理，推廣清潔煤技術(shù)。圖4.8 燃煤蒸汽電廠的大氣污染控制系統(tǒng)（3）實(shí)行清潔生產(chǎn)，推廣循環(huán)經(jīng)濟(jì)。包括改革生產(chǎn)工藝，優(yōu)先采用無污染或少污染的

2、工藝路線、原料路線和設(shè)備；加強(qiáng)企業(yè)管理開展綜合利用，企業(yè)內(nèi)部或各企業(yè)間相互利用原材料和廢棄物實(shí)現(xiàn)廢物資源化、產(chǎn)品化，減少污染物的排放。（4）對(duì)煙氣進(jìn)行凈化處理。 共六十五頁3燃煤蒸汽電廠的大氣污染(d q w rn)控制系統(tǒng) 共六十五頁4大氣污染已是一種非常廣泛的污染，遍布我們生活的各個(gè)角落(jiolu)，大氣污染物按其存在狀態(tài)分為顆粒污染物和氣態(tài)污染物，對(duì)于這些污染物我們采用何種處理技術(shù)和方法進(jìn)行處理？其原理如何？共六十五頁工業(yè)廢氣污染的生物(shngw)治理技術(shù)共六十五頁廢氣(fiq)主要來源燃料(rnlio)燃燒 工業(yè)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)

3、生的廢氣。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)交通污染源 共六十五頁廢氣(fiq)的處理 廢氣處理(chl)是環(huán)境污染控制的一個(gè)重要方面。廢氣處理方法：理化法：目前主要采用的方法，如掩蔽、吸附、燃燒、氧化等。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)，效果不甚理想。生物法：具有處理效率較高、適應(yīng)性較廣、工藝較簡(jiǎn)單以及費(fèi)用較省等優(yōu)點(diǎn)。共六十五頁廢氣的微生物處理(chl)于1957年在美國獲得專利，但到1970年代才開始引起重視，直到1980年代才在德國、日本、荷蘭等國家有相當(dāng)數(shù)量工業(yè)規(guī)模的各類生物凈化裝置投入運(yùn)行。廢氣生物反應(yīng)器處理對(duì)許多一般性的空氣污染物的去除率可達(dá)到90以上。 共六十五頁一、廢氣生物(s

4、hngw)處理的特點(diǎn)適應(yīng)范圍廣揮發(fā)性有機(jī)化合物 (volatile organic compounds，VOCs)以及其它有毒或有臭味的氣體，如NH3和H2S等?；?、制藥、電鍍、噴漆、印刷等行業(yè)產(chǎn)生的有害污染物(hazardous air pollutants，HAPs)以及廢水處理廠、堆肥廠、垃圾(l j)填埋廠產(chǎn)生惡臭(odor)等。 共六十五頁去除效率高 一般的空氣污染物去除效率超過90。投資少，運(yùn)行費(fèi)用(fi yong)低 不需要投入額外的化學(xué)品;化學(xué)法則需加催化劑和氧化劑等，如次氯酸鹽、過氧化氫、二氧化氯等。共六十五頁4、污染少 生物處理的產(chǎn)物是生物量，很容易處理。5、耗能低生物反

5、應(yīng)在常溫(chngwn)常壓下進(jìn)行，能量來自微生物利用VOCs成分本身產(chǎn)生的能量。共六十五頁水溶性強(qiáng) 主要有無機(jī)物如H2S和NH3等、醇類、醛類、酮類以及(yj)簡(jiǎn)單芳烴(如BTEX)等有機(jī)物。適宜(shy)處理的污染氣體應(yīng)具有的特點(diǎn)：共六十五頁易降解 分子被吸附在生物膜上必需(bx)被降解，否則將導(dǎo)致污染物濃度增高，毒害生物膜或影響傳質(zhì)，降低生物濾器效率，或使處理完全失敗。 共六十五頁 二、生物法處理(chl)廢氣的機(jī)理有機(jī)廢氣生物凈化是利用(lyng)微生物以廢氣中的有機(jī)組分作為其生命活動(dòng)的能源或其他養(yǎng)分，經(jīng)代謝降解，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無機(jī)物(C02、水等)及細(xì)胞組成物質(zhì)。與廢水生物處理過程最大

6、區(qū)別在于：廢氣中的有機(jī)物質(zhì)首先要經(jīng)歷由氣相轉(zhuǎn)移到液相(或固體表面液膜)中的傳質(zhì)過程，然后由液相(或固體表面液膜)被微生物吸附降解。共六十五頁共六十五頁共六十五頁共六十五頁生物反應(yīng)器處理廢氣一般經(jīng)歷以下三個(gè)階段： 溶解過程 廢氣與水或固相表面的水膜接觸(jich)，污染物溶于水中成為液相中的分子或離子，完成由氣膜擴(kuò)散進(jìn)入液膜的過程。共六十五頁吸附(xf)過程有機(jī)(yuj)污染物組分溶解于液膜后，在濃度差的推動(dòng)下進(jìn)一步擴(kuò)散到生物膜，被微生物吸附、吸收，污染物從水中轉(zhuǎn)入微生物體內(nèi)。作為吸收劑的水被再生復(fù)原，繼而再用以溶解新的廢氣成分。共六十五頁生物降解(shn w jin ji)過程進(jìn)入微生物細(xì)胞的

7、污染物作為微生物生命活動(dòng)的能源或養(yǎng)分被分解和利用，從而(cng r)使污染物得以去除。烴類和其它有機(jī)物成分被氧化分解為CO2和H2O，含硫還原性成分被氧化為S、SO42-，含氮成分被氧化分解成NH3，NO2-和NO3-等。 共六十五頁 三、廢氣生物處理的基本(jbn)形式根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)(xngzh)不同，分為：生物洗滌(bioscrubbing)生物洗滌器(bioscrubber)內(nèi)是液態(tài)介質(zhì)。 生物過濾 (biofiltration)生物過濾采用是固態(tài)介質(zhì)生物濾池(biofilters)生物滴濾池(biotrickling filters)共六十五頁1微生物吸收(xshu)工藝（微生物洗滌）生

8、物洗滌裝置一般由洗滌器和生物反應(yīng)器兩部分組成，吸收器和生物反應(yīng)器分開設(shè)置。吸收主要(zhyo)是物理溶解過程，采用的吸收設(shè)備有噴淋塔、篩板塔、鼓泡塔等，吸收過程進(jìn)行很快，水在吸收設(shè)備中的停留時(shí)間僅約幾秒鐘；共六十五頁生物反應(yīng)的凈化過程較慢，吸收(xshu)了揮發(fā)性氣體的廢水在反應(yīng)器中一般需要停留十幾小時(shí)。生物反應(yīng)器中可進(jìn)行好氧處理，活性污泥法和生物膜法。 共六十五頁共六十五頁共六十五頁共六十五頁共六十五頁生物懸浮液(循環(huán)液)自吸收塔頂部噴淋而下使廢氣中的污染物和氧轉(zhuǎn)入液相(水相)。吸收了廢氣中有機(jī)組分的生物懸浮液進(jìn)入再生反應(yīng)器(活性污泥池)中，通入空氣(kngq)充氧再生。被吸收的有機(jī)物通過微

9、生物的氧化作用最終被再生池中活性污泥懸液除去。一般,當(dāng)活性污泥濃度控制在5000-10000mg/L,氣速小于200m/h，去除較理想共六十五頁生物洗滌(xd)裝置 共六十五頁2生物(shngw)滴濾池在生物滴濾池內(nèi)充滿了惰性填料, 微生物在填料表面附著生長并形成生物膜。生物膜中微生物以有機(jī)(yuj)廢氣為碳源和能源, 以在循環(huán)液中的營養(yǎng)物質(zhì)為氮源, 進(jìn)行生命活動(dòng)。一部分有機(jī)廢氣通過微生物的分解代謝被轉(zhuǎn)化為無害的水和二氧化碳,并為微生物提供能量; 另一部分有機(jī)污染物通過合成代謝被轉(zhuǎn)化為微生物自身的生命物質(zhì)。 共六十五頁共六十五頁共六十五頁廢氣經(jīng)過預(yù)處理室去除(q ch)顆粒物和增濕后進(jìn)入濾床底

10、部。濾料使用惰性材料，如陶瓷、塑料或碎石。共六十五頁生物滴濾池具有(jyu)以下特點(diǎn)：內(nèi)裝有惰性填料,它只起生物載體作用，其孔隙率高、阻力小、使用壽命長,不需頻繁更換；設(shè)有循環(huán)液裝置，可調(diào)節(jié)濕度和pH值，供給營養(yǎng)和微量元素，生物相靜止而液相流動(dòng)，因而填料上可生存世代周期長、降解特殊氣體的菌群，可承受比生物過濾器更大的處理負(fù)荷，且抗沖擊負(fù)荷能力強(qiáng),填料不易堵塞、壓降??； 污染物的吸收和生物降解在同一反應(yīng)器內(nèi)進(jìn)行，設(shè)備簡(jiǎn)單，操作條件可靈活控制。安裝有溫度控制裝置，當(dāng)內(nèi)部氣體溫度顯示下降至微生物的正常生長溫度時(shí)，控制系統(tǒng)發(fā)信號(hào)給熱風(fēng)機(jī)，使其工作以提高池內(nèi)的溫度。當(dāng)氣體低于20OC時(shí)，熱風(fēng)機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，

11、直至(zhzh)溫度達(dá)到微生物適宜溫度為止，一般為25OC左右。共六十五頁3生物濾池（微生物過濾(gul)工藝）生物濾池內(nèi)的固態(tài)介質(zhì)是一些有生物活性的天然材料，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提供表面，微生物可以吸收廢氣中的污染物將其轉(zhuǎn)化(zhunhu)為無害物質(zhì)。共六十五頁具有一定溫度的有機(jī)廢氣進(jìn)人生物濾池，通過約0.51m厚的生物活性填料層，有機(jī)物從氣相轉(zhuǎn)移到生物層，進(jìn)而被氧化分解。生物濾池的填料層是具有吸附件的濾料(如土壤、堆肥、活性炭等)。生物濾池因其較好的通氣性和適度的通水和持水性，以及豐富的微生物群落，能有效(yuxio)地去除烷烴類化合物，如丙烷、異丁烷酯

12、類及乙醇等生物易降解物質(zhì)的效果更佳。共六十五頁共六十五頁土壤濾池堆肥(dufi)濾池微生物過濾箱共六十五頁共六十五頁共六十五頁共六十五頁影響生物(shngw)濾池性能的因素1、填料選擇堆肥 原料常用污水(w shu)處理廠污泥、有機(jī)垃圾和畜糞以及植物凋落物。須篩選，濾層要均勻、疏松，空隙率40，濾料須保持濕潤，濾層含水量不低于40，但不能有積水。濾層保持適當(dāng)?shù)臏囟?。土?腐殖土為好，其它土質(zhì)需要改良，有效厚度不應(yīng)小于50cm，土壤水分4070，草炭 其通氣性能良好，適于微生物生長，除臭效果比用土壤好。共六十五頁影響(yngxing)生物濾池性能的因素2、填料濕度微生物生命活動(dòng)的必要成分；吸收廢

13、氣的溶劑。采用(ciyng)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給。4060為適宜的含水量。通常預(yù)處理需要加濕，防止濾料變干。共六十五頁影響生物濾池性能(xngnng)的因素3溫 度廢氣生物處理多用中溫條件(2535)，少用高溫。土壤(trng)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)放熱造成溫度過高則需采取降溫措施。共六十五頁影響(yngxing)生物濾池性能的因素4氧氣廢氣(fiq)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。少數(shù)厭氧條件，例如著色菌處理硫化氫，則需控制無氧條件，以氨氣

14、取代反應(yīng)系統(tǒng)的氧氣。 共六十五頁影響生物濾池性能(xngnng)的因素5、酸堿度以中性或微堿性（7-8）為宜。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)(shosh)種類對(duì)酸堿度要求比較特殊，例如氧化硫硫桿菌最適pH為2.62.8，最低為pH1.0，最高為pH4.06.0。 共六十五頁共六十五頁針對(duì)有機(jī)堆肥(dufi)臭氣去除的生物濾池共六十五頁四 廢氣生物(shngw)處理技術(shù)的現(xiàn)狀和展望有機(jī)廢氣生物處理是一項(xiàng)新的技術(shù)，由于生物反應(yīng)器涉及到氣、液、固相傳(xingchun)質(zhì)及生化降解過程，影響因素多而復(fù)雜，有關(guān)的理論研究及實(shí)際應(yīng)用還不夠深入、廣泛，需要進(jìn)一步探討和研究。廢氣動(dòng)

15、態(tài)負(fù)荷的研究反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模式的研究填料特性的研究設(shè)備的研究開發(fā)微生物菌種的改造應(yīng)用范圍的進(jìn)一步拓展共六十五頁1反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模式研究 通過反應(yīng)機(jī)理的研究，提出決定(judng)反應(yīng)速度的內(nèi)在依據(jù)，以便有效地控制和調(diào)節(jié)反應(yīng)速度，最終提高污染物的凈化效率。這主要是由于生物濾他中存在相對(duì)較穩(wěn)定的液膜、而生物吸收法和生物滴濾池小由于循環(huán)液的流動(dòng)性，無法產(chǎn)生類似的穩(wěn)定液膜。共六十五頁2填料特性研究 對(duì)于生物濾池和生物滴濾池來說，深入研究填料的一些特性是非常必要的。填料的比表面積、孔隙率與單位體積填充量不僅與生物量有關(guān)，還直接影響著整個(gè)填充床的壓降及填充床是否易堵塞等。更重要的一點(diǎn)(y din)是，氣態(tài)污染物降

16、解要經(jīng)歷一個(gè)氣相到液因相傳質(zhì)過程，污染物在兩相中的分配系數(shù)是整個(gè)裝置可行性的一個(gè)決定因素。有資料表明，填料對(duì)分配系數(shù)有較大的影響，Hodge等用生物濾池處理乙醇蒸氣時(shí)發(fā)現(xiàn)，顆?；钚蕴孔魈盍蠒r(shí)乙醇的分配系數(shù)是以堆肥作填科時(shí)的2一3倍。共六十五頁3動(dòng)態(tài)負(fù)荷研究 目前，絕大多數(shù)研究報(bào)道中采用的是單一組分(或幾個(gè)簡(jiǎn)單組分組合)氣體作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，氣體負(fù)荷的變化也是有順序的、平穩(wěn)的，氣速也是很“溫柔”的。而對(duì)于非常態(tài)負(fù)荷氣流、多組分復(fù)雜混合氣的研究較少，事實(shí)上，這種動(dòng)態(tài)負(fù)荷的研究是非常有實(shí)際意義的，特別是可以解決一系列實(shí)際(shj)運(yùn)用中遇到的問題。共六十五頁 五、處理(chl)廢氣的微生物多為混合微生物

17、，因?yàn)椋汉卸喾N成分(chng fn)的混合廢氣，需要多種微生物分別降解；有的成分需要幾種微生物的相繼作用才能分解轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì)， eg. 氨態(tài)氮先經(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；共六十五頁一些難降解的成分要由幾種微生物聯(lián)合作用才能被完全降解； eg. 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；工藝需要(xyo)，盡管廢氣成分能夠被單一微生物分解，但還需利用其它微生物， eg.在硫化氫氧化中，為了使自養(yǎng)型脫氮硫桿菌(Thiobacillus denitrificans)(專用無機(jī)N)凝絮持留于反應(yīng)器內(nèi)，需與活性污泥中的異養(yǎng)型微生物起共培養(yǎng)。 共六十五頁 降解鄰

18、苯二酚；合成(hchng)氰化物水合酶，聯(lián)合氰化物水解酶來降解氰化物。紫紅(zhng)紅球菌(Rhodococcus rhodochrous)共六十五頁Rhodococcus rhodochrous CF 222紫紅(zhng)紅球菌(Rhodococcus rhodochrous)共六十五頁第二節(jié) 惡臭( chu)的原位處理一、惡臭污染物和污染源 惡臭污染物(odor pollutants)指一切刺激嗅覺器官引起人們不愉快及損害(snhi)生化環(huán)境的氣體物質(zhì)。共六十五頁畜禽場(chǎng)是重要的污染源ONeil和Phillips從養(yǎng)豬場(chǎng)中分離(fnl)鑒定到160種化合物，主要成分有氨、胺、含硫化合物、

19、揮發(fā)性脂肪酸、吲哚類、糞臭類、酚類、醇類和羰基類化合物。 第二節(jié) 惡臭( chu)的原位處理共六十五頁我國規(guī)定(gudng)的惡臭污染物 (GBl4554-93)氨、三甲胺、硫化氫、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚、二硫化碳、苯乙烯。 惡臭物質(zhì)的發(fā)臭原因(yunyn)與分子結(jié)構(gòu)有關(guān)：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異臭的硫醚。若再改變某些化合物分子結(jié)構(gòu)中S的位置，其臭味的性質(zhì)也會(huì)改變。 共六十五頁各種化合物分子結(jié)構(gòu)(fn z ji u)中的硫(=S)、巰基(-SH和硫氰基(-SCN)是形成惡臭的原子團(tuán)，通稱“發(fā)臭團(tuán)”。有些有機(jī)物如苯酚、甲醛、丙酮等，其分子結(jié)構(gòu)含有羥基、醛基、羰基和羧基，也散發(fā)各種臭味，起發(fā)臭團(tuán)的作用。 第二節(jié) 惡臭( chu)的原位處理共六十五頁三、惡臭的原位微生物處理(chl)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、檸檬酸桿菌屬、假單胞菌屬和變形菌屬。 微生物除臭機(jī)理：將惡臭物質(zhì)轉(zhuǎn)化為非惡臭物質(zhì)；利用惡