廢氣的生物處理技術(shù)

第五章工業(yè)廢氣的生物治理技術(shù)廢氣來(lái)源及生物處理的原理廢氣生物處理的方法廢氣生物處理的工藝有機(jī)廢氣的生物處理含硫惡臭污染物的生物處理CO2的生物處理NOX的生物處理廢氣主要來(lái)源燃料燃燒工業(yè)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)生的廢氣。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)交通污染源

第一節(jié)廢氣生物處理的原理微生物轉(zhuǎn)化廢氣中的有害物質(zhì)在氣相中難以進(jìn)行，所以氣態(tài)污染物首先要經(jīng)歷由氣相轉(zhuǎn)移到液相或固體表面的液膜中的傳質(zhì)過(guò)程，然后污染物才在液相或固相表面被微生物吸附降解。能進(jìn)行氣態(tài)污染物降解的微生物：自養(yǎng)菌

靠硫化氫、硫和鐵離子及氨的氧化獲得能量，其生存所必需的碳由二氧化碳提供。適于進(jìn)行無(wú)機(jī)物轉(zhuǎn)化，但由于新陳代謝活動(dòng)較慢，其生物負(fù)荷不可能很大。但在濃度不太高的脫臭場(chǎng)合還是采用了硝化菌、反硝化菌及硫酸菌等來(lái)轉(zhuǎn)化硫化氫及氨。異養(yǎng)菌

對(duì)有機(jī)物的氧化代謝獲取能量和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，能較快地完成污染物的降解。生物反應(yīng)處理廢氣一般經(jīng)歷以下三個(gè)階段：1.溶解過(guò)程

廢氣與水或固相表面的水膜接觸，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(guò)程。2.吸著過(guò)程有機(jī)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。3.生物降解過(guò)程進(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)分被分解和利用，從而使污染物得以去除。廢氣生物處理原理圖烴類(lèi)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。第二節(jié)廢氣生物處理的方法廢氣處理方法：理化法：吸附、吸收、氧化、等離子體轉(zhuǎn)化法等。工藝或設(shè)備較復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用較高。生物法：植物凈化和微生物凈化法。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)。微生物凈化氣態(tài)污染物的裝置：生物吸收池生物洗滌池生物滴濾池生物過(guò)濾池其中生物過(guò)濾池應(yīng)用較多技術(shù)成熟廢氣生物處理的特點(diǎn)適應(yīng)范圍廣揮發(fā)性有機(jī)化合物(volatileorganiccompounds，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)生的有害污染物以及廢水處理廠、堆肥廠、垃圾填埋廠產(chǎn)生惡臭等。去除效率高一般的空氣污染物去除效率超過(guò)90％。投資少，運(yùn)行費(fèi)用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(guò)氧化氫、二氧化氯等。4、污染少生物處理的產(chǎn)物是生物量，很容易處理。5、耗能低生物反應(yīng)在常溫常壓下進(jìn)行，能量來(lái)自微生物利用VOCs成分本身產(chǎn)生的能量。水溶性強(qiáng)

主要有無(wú)機(jī)物如H2S和NH3等、醇類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)以及簡(jiǎn)單芳烴(如BTEX)等有機(jī)物。適宜處理的污染氣體應(yīng)具有的特點(diǎn)：易降解

分子被吸附在生物膜上必需被降解，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。

第二節(jié)廢氣生物處理的工藝根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)不同，分為：生物洗滌(bioscrubbing)生物洗滌器內(nèi)是液態(tài)介質(zhì)。生物過(guò)濾(biofiltration)生物過(guò)濾采用是固態(tài)介質(zhì)。生物濾池生物滴濾生物洗滌器生物洗滌裝置一般由洗滌器和生物反應(yīng)器兩部分組成，分開(kāi)設(shè)置。吸收主要是物理溶解過(guò)程，采用的吸收設(shè)備有噴淋塔、篩板塔、鼓泡塔等，吸收過(guò)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；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)入生物反應(yīng)器(活性污泥池)中，通入空氣充氧再生。被吸收的有機(jī)物通過(guò)微生物的氧化作用．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。生物洗滌器流程圖優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備少，操作簡(jiǎn)單，投資運(yùn)行費(fèi)用低，VOCs去除效率高。缺點(diǎn)：反應(yīng)條件較難控制，占地面積大，基質(zhì)濃度高時(shí)，生物量增長(zhǎng)快易堵塞濾料，影響傳質(zhì)效果。生物洗滌裝置2．生物滴濾塔在生物滴濾塔內(nèi)充滿惰性填料,微生物在填料表面附著生長(zhǎng)并形成生物膜。氣相主體經(jīng)傳輸進(jìn)入微生物膜后，生物膜中微生物以有機(jī)廢氣為碳源和能源,以在循環(huán)液中的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為氮源,進(jìn)行生命活動(dòng)。代謝產(chǎn)物通過(guò)擴(kuò)散作用外排。滴濾塔的進(jìn)氣方式分為水氣逆流、并流兩種方式。滴濾塔內(nèi)所用填料多為陶瓷或塑料。（易于掛膜、不易堵塞、比表面積大。）滴濾塔中最重要的部分：吸收器。吸收器內(nèi)氣液分界面的表面積決定了吸收效率。生物滴濾池具有以下特點(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(zhǎng),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(yíng)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(zhǎng)、降解特殊氣體的菌群，可承受比生物過(guò)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(zhǎng)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(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，直至溫度達(dá)到微生物適宜溫度為止，一般為25OC左右。優(yōu)點(diǎn)：設(shè)備少、壓降低、填料不易堵塞，PH易于調(diào)節(jié)，適宜處理產(chǎn)生酸性代謝產(chǎn)物的污染物。缺點(diǎn)：填料比表面積小，運(yùn)行成本高，不適宜處理水溶性差的化合物。3．生物濾池（微生物過(guò)濾工藝）首先含污染物的氣體進(jìn)入加濕器進(jìn)行。潤(rùn)濕。潤(rùn)濕廢氣進(jìn)入填料層，微生。物進(jìn)行生物代謝。凈化后氣體在濾池頂部排出。生物濾池流程圖生物濾池所用填料特性是影響其處理效果的關(guān)鍵因素。填料選擇要考慮比表面積、機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性、持水性等問(wèn)題。

生物濾池所用的過(guò)濾介質(zhì)：土壤濾池堆肥濾池人工合成材料影響生物濾池性能的因素1、填料選擇堆肥原料常用污水處理廠污泥、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(rùn)，濾層含水量不低于40％，但不能有積水。濾層保持適當(dāng)?shù)臏囟取Ｍ寥栏惩翞楹?，其它土質(zhì)需要改良，有效厚度不應(yīng)小于50cm，土壤水分40％~70％，草炭其通氣性能良好，適于微生物生長(zhǎng)，除臭效果比用土壤好。2、填料濕度微生物生命活動(dòng)的必要成分；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)，適宜的水分含量可保證氧與水分的供給。40％~60％為適宜的含水量。通常預(yù)處理需要加濕，防止濾料變干。3．溫度廢氣生物處理多用中溫條件(25～35℃)，少用高溫。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)高則需采取降溫措施。4．氧氣廢氣處理多用異養(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(wú)氧條件，以氨氣取代反應(yīng)系統(tǒng)的氧氣。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)種類(lèi)對(duì)酸堿度要求比較特殊，例如氧化硫硫桿菌最適pH為2.6~2.8，最低為pH1.0，最高為pH4.0~6.0。針對(duì)有機(jī)堆肥臭氣去除的生物濾池三種生物凈化系統(tǒng)的比較生物洗滌法：處理凈化氣量小、濃度大、易溶且生物代謝速率較低的廢氣；生物濾池：氣量大、濃度低的廢氣；生物滴濾池：負(fù)荷較高以及污染物降解后會(huì)生成酸性物質(zhì)的廢氣。第三節(jié)有機(jī)廢氣的生物處理有機(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、固相傳質(zhì)及生化降解過(guò)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。五、處理廢氣的微生物多為混合微生物，因?yàn)椋孩俸卸喾N成分的混合廢氣，需要多種微生物分別降解；②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)；③一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；④工藝需要，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。在硫化氫氧化中，為了使自養(yǎng)型脫氮硫桿菌(Thiobacillusdenitrificans)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)。

有機(jī)廢氣的生物處理裝置主要有生物洗滌器、生物濾池和生物滴濾池，其中生物滴濾池應(yīng)用最為廣泛。幾種生物技術(shù)的比較與具體應(yīng)用條件5.現(xiàn)存問(wèn)題及主要研究方向廢氣生物處理是一項(xiàng)新技術(shù)，影響因素多而復(fù)雜，許多問(wèn)題需要進(jìn)一步探討和解決，大致有如下幾個(gè)方面:1.反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模式研究

反應(yīng)動(dòng)力學(xué)即研究污染物降解速率以及微生物增長(zhǎng)率與污染物濃度、生物量等因素之間的定量關(guān)系，而這些關(guān)系直接決定著降解速率與污染物的去除效率。通過(guò)反應(yīng)機(jī)理的研究，可以找出決定反應(yīng)速度的內(nèi)在依據(jù)，有效的控制和調(diào)節(jié)反應(yīng)速度，最終提高污染物的凈化效率。2.填充物的特性研究

填充物的比表面積、孔隙率等直接影響著反應(yīng)器的生物量以及整個(gè)填充床的壓降及填充床時(shí)易堵塞等問(wèn)題。更重要的是，填充物對(duì)液/固傳質(zhì)分配系數(shù)有較大影響。同時(shí)，填料的使用壽命也直接影響整個(gè)裝置的運(yùn)行費(fèi)用，因此，填料特性研究可以改善反應(yīng)器運(yùn)行狀況、節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用。

3.動(dòng)態(tài)負(fù)荷研究目前，大多數(shù)實(shí)際生產(chǎn)的尾氣均是非常態(tài)負(fù)荷氣流，氣量與濃度都處在時(shí)刻的變化過(guò)程中，因此，模擬動(dòng)態(tài)負(fù)荷可解決一系列實(shí)際運(yùn)用中碰到的問(wèn)題。4.高效優(yōu)勢(shì)菌種的篩選

在原有菌種的基礎(chǔ)上通過(guò)選擇最佳生長(zhǎng)條件，篩選出能高效降解各種惡臭有毒氣體的優(yōu)勢(shì)菌種，從而縮短反應(yīng)啟動(dòng)時(shí)間，加快生物反應(yīng)進(jìn)程，提高處理效率。第四節(jié)含硫惡臭污染物的生物處理惡臭污染物（odorpollutants）：指一切刺激嗅覺(jué)器官引起人們不愉快及損害生活環(huán)境的氣體物質(zhì)。惡臭物質(zhì)的種類(lèi)很多，其中硫化物占大多數(shù)。H2S不僅危害人體健康，而且還會(huì)嚴(yán)重地腐蝕設(shè)備與器材。即使在濃度很低時(shí)，它對(duì)環(huán)境與健康的危害也是顯而易見(jiàn)的。因此，就H2S的來(lái)源及危害來(lái)看，以H2S作為研究對(duì)象是具有代表性的。傳統(tǒng)H2S處理常用的物化方法

吸收法：物理溶劑吸收、化學(xué)溶劑吸收。吸附法：可再生、不可再生吸附。氧化法：干法氧化、濕法氧化。分解法：熱分解法、微波技術(shù)分解。生物法脫臭的主要特點(diǎn)（1）費(fèi)用低。（2）設(shè)備簡(jiǎn)單、維護(hù)管理方便。（3）減少甚至無(wú)二次污染問(wèn)題。微生物分解惡臭物質(zhì)的速度快、效率高、穩(wěn)定。（4）生物膜固著生長(zhǎng)，生態(tài)條件穩(wěn)定，單位體積內(nèi)生物量大，高密度的微生物群具有較高的微生物吸附和生物氧化的能力，因而對(duì)外界負(fù)荷、毒物沖擊的抵抗力強(qiáng)。（5）可與廢水處理一并進(jìn)行。用于生物降解H2S的微生物

在微生物氧化H2S的過(guò)程中，用于生物降解的微生物叫脫硫菌，又稱(chēng)為硫細(xì)菌，有自養(yǎng)菌、異養(yǎng)菌兩大類(lèi)，其中自養(yǎng)菌合成有機(jī)物能力強(qiáng)，有利于無(wú)機(jī)物的轉(zhuǎn)化。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道[77]，分解硫及硫化物的細(xì)菌有多種，其中以氧化硫和硫化物獲得能源的細(xì)菌主要是硫桿菌屬和硫磺菌屬。至今發(fā)現(xiàn)的脫硫微生物有十幾種：如氧化亞鐵硫桿菌、氧化硫桿菌、酸熱硫化亞菌、光合硫細(xì)菌及真菌等。自然界中存在的脫硫細(xì)菌多為化能自養(yǎng)型微生物。生物法脫除H2S反應(yīng)的機(jī)理探討

生物降解H2S的過(guò)程可以歸納為以下幾個(gè)步驟進(jìn)行：（1）H2S氣體與水接觸，溶于水，由氣相轉(zhuǎn)移至液相（2）溶于水的H2S被微生物吸附或吸收在生物體內(nèi)，當(dāng)溶液流經(jīng)填料表面時(shí)，溶解在水中的H2S被棲息在填料上的生物所吸附，由液相轉(zhuǎn)移到生物。（3）H2S被微生物氧化分解，在轉(zhuǎn)化過(guò)程中產(chǎn)生能量，為微生物的生長(zhǎng)與繁殖提供了能源，使H2S的轉(zhuǎn)化持續(xù)進(jìn)行。還原態(tài)的無(wú)機(jī)硫在液相及微生物的作用下氧化成SO42-的具體過(guò)程為：4S2-→2S2O32-→S4O62-→SO32-+S3O62-→4SO32-→4SO42-含硫工業(yè)廢氣的生物處理法生物膜法是生物法中最受關(guān)注的一種方法，具有以下優(yōu)點(diǎn)：1.動(dòng)力消耗少，成本較低。2.細(xì)胞活性高，穩(wěn)定性高。3.生物膜的生物量大，具有較大處理能力。4.生物膜中除好氧菌外還有厭氧菌，脫硫效果好。5.營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)利用效率好，轉(zhuǎn)化率高。生物法凈化工藝示意圖循環(huán)水槽 2.恒流泵 3.布?xì)獍?.填料 5.法蘭盤(pán) 6.噴淋頭 7.出氣采樣點(diǎn)8.出氣洗滌槽用于凈化含硫工業(yè)廢氣的生物膜處理裝置，主要有生物濾池和生物滴濾池兩種形式。生物法脫硫主要影響因素生物濾池容積負(fù)荷對(duì)除臭效率的影響進(jìn)氣濃度對(duì)脫硫效率的影響噴淋水量對(duì)脫硫效率影響pH值對(duì)脫臭效率的影響循環(huán)水中SO42-濃度對(duì)除臭效率的影響填料性能對(duì)脫臭效率的影響第五節(jié)二氧化碳的生物處理近年來(lái)大氣中的濃度保持著逐年上