《大氣污染治理技術(shù)》課件-第11周 生物法凈化氣態(tài)污染物

生物法凈化氣態(tài)污染物Airpollutioncontroltechnology生物法凈化氣態(tài)污染物廢氣的處理廢氣處理是環(huán)境污染控制的一個重要方面。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)備較復雜，運行費用較高；用于處理某些惡臭廢氣時，效果不甚理想。生物法：具有處理效率較高、適應(yīng)性較廣、工藝較簡單以及費用較省等優(yōu)點。生物法凈化氣態(tài)污染物廢氣的微生物處理于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、荷蘭等國家有相當數(shù)量工業(yè)規(guī)模的各類生物凈化裝置投入運行。廢氣生物反應(yīng)器處理對許多一般性的空氣污染物的去除率可達到90％以上。生物法凈化氣態(tài)污染物一、廢氣生物處理的特點適應(yīng)范圍廣揮發(fā)性有機化合物(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(hazardousairpollutants，HAPs)以及廢水處理廠、堆肥廠、垃圾填埋廠產(chǎn)生惡臭(odor)等。生物法凈化氣態(tài)污染物去除效率高一般的空氣污染物去除效率超過90％。投資少，運行費用低不需要投入額外的化學品;化學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。生物法凈化氣態(tài)污染物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)在常溫常壓下進行，能量來自微生物利用VOCs成分本身產(chǎn)生的能量。生物法凈化氣態(tài)污染物一、原理與微生物相一、基本原理液相或固相介質(zhì)二氧化碳、水等氣體有機物微生物降解轉(zhuǎn)移乙醇、硫醇酚、甲酚、吲哚脂肪酸、乙醛、酮、二硫化碳氨和胺懸浮生長系統(tǒng)附著生長系統(tǒng)生物法凈化氣態(tài)污染物二、微生物相揮發(fā)性有機污染物---異養(yǎng)型微生物無機污染物---自養(yǎng)型微生物生物法凈化氣態(tài)污染物水溶性強主要有無機物如H2S和NH3等、醇類、醛類、酮類以及簡單芳烴等有機物。適宜處理的污染氣體應(yīng)具有的特點：生物法凈化氣態(tài)污染物易降解分子被吸附在生物膜上必需被降解，否則將導致污染物濃度增高，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。生物法凈化氣態(tài)污染物一、廢氣生物處理的原理生物處理的前體條件：溶于水的，可以生物降解的，對微生物生長沒有抑制作用的。污染物氣體與水接觸,由氣相轉(zhuǎn)入液相或固相表面的液膜中；污染物在液相或固相表面被微生物吸附或吸收在生物體內(nèi)，當溶液流經(jīng)填料表面時，溶解在水中的氣態(tài)污染物被棲息在填料上的生物所吸附，由液相轉(zhuǎn)移到生物相，此階段遵循一般生物化學反應(yīng)速度。傳質(zhì)速率取決于填料表面的物理性質(zhì)、揮發(fā)性物質(zhì)的性質(zhì)及濃度。技術(shù)開發(fā)主要強化傳質(zhì)和控制有利于轉(zhuǎn)化的反應(yīng)過程。生物法凈化氣態(tài)污染物傳遞過程①有機物同水接觸并溶解于水中；②在濃度差的推動作用下擴散到生物膜，被微生物捕獲&吸收；③微生物利用有機物

生物法凈化氣態(tài)污染物用通常的吸收和吸附方法進行廢氣的非生物處理已被證明是一個非常復雜的過程，特別是由于其中的液體和固體需要再生。這種再生過程可以由微生物來實現(xiàn)，所以，廢氣的生物處理不需要常用方法那樣的復雜設(shè)備，費用也低。生物法凈化氣態(tài)污染物二、廢氣生物處理的微生物兩大類：自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌。①自養(yǎng)菌特別適用于無機物的轉(zhuǎn)化。但是，由于能量轉(zhuǎn)換過程緩慢，這些細菌生長的速度非常慢，因此，工業(yè)應(yīng)用有一定的困難。②異養(yǎng)菌很適宜于有機物的轉(zhuǎn)化。生物法凈化氣態(tài)污染物生物反應(yīng)器處理廢氣一般經(jīng)歷以下三個階段：溶解過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，完成由氣膜擴散進入液膜的過程。生物法凈化氣態(tài)污染物吸著過程有機污染物組分溶解于液膜后，在濃度差的推動下進一步擴散到生物膜，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原，繼而再用以溶解新的廢氣成分。生物法凈化氣態(tài)污染物生物降解過程進入微生物細胞的污染物作為微生物生命活動的能源或養(yǎng)分被分解和利用，從而使污染物得以去除。烴類和其它有機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。生物法凈化氣態(tài)污染物主要影響因素1、濕度生物濾池中，填料/生物固體水分的最佳含量為40%--60%。濕度太高時，水分充滿濾料的孔隙，減少了氣體停留時間，增加阻力；氣液界面減少，降低了氧的傳遞。太低時，濾層老化，微生物活性降低，填料干燥、開裂，氣體短流。間歇噴灑保濕度或在進氣中噴水。2、溫度：微生物的代謝，溶解度生物法凈化氣態(tài)污染物主要影響因素3、pH

生物反應(yīng)器水相pH6-9，降解含氯、氮、硫的化合物時，會有酸的積累?？稍谝合嘀屑訅A或加緩沖物質(zhì)調(diào)節(jié)。4、其他因素污泥濃度、溶解氧、營養(yǎng)鹽等。生物法凈化氣態(tài)污染物

三、生物凈化反應(yīng)器根據(jù)介質(zhì)性質(zhì)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(biotricklingfilters)生物法凈化氣態(tài)污染物三、生物凈化反應(yīng)器生物過濾法生物吸收法生物滴濾法生物法凈化氣態(tài)污染物1.生物過濾法原理：氣體經(jīng)過去塵增濕或降溫等預(yù)處理工藝后,從濾床底部由下向上穿過填料層，污染物從氣相轉(zhuǎn)移到生物膜表面，被微生物吸收轉(zhuǎn)化分解，得到凈化。生物法凈化氣態(tài)污染物因素：濾料應(yīng)考慮的因素主要包括多孔、適宜微生物生長、對水分的保持能力較強等,通常選用堆肥、土壤、泥炭、活性炭等濕度控制不當時過濾床容易干燥、開裂,造成氣流短路pH值調(diào)節(jié)不當時容易造成微生物數(shù)量下降.控制pH值的方法是在裝填填料時投配適當固體緩沖劑,緩沖劑耗盡后需要更新,或者對濾料進行再生.生物法凈化氣態(tài)污染物濕度調(diào)節(jié)布氣管道水泵生物法凈化氣態(tài)污染物生物濾池具體由濾料床層（生物活性填充物）、砂礫層和多孔布氣管等組成。多孔布氣管安裝在砂礫層中，在池底有排水管排出多余的積水。按照所用固體濾料的不同，生物濾池分為土壤濾池、堆肥濾池及生物過濾箱。生物法凈化氣態(tài)污染物1、土壤濾池構(gòu)造：氣體分配層下層由粗石子、細石子或輕質(zhì)陶粒骨料組成，上部由黃砂或細粒骨料組成，土壤濾層可按黏土、含有機質(zhì)沃土、細沙土和粗砂按一定比例混配。生物法凈化氣態(tài)污染物生物法凈化氣態(tài)污染物特點：土壤對廢氣中無機氣體（SO2、NOX、H2S等）有較強的截留和表面催化氧化能力，其產(chǎn)物會使土壤床酸化，因此，可投加石灰中和。優(yōu)點：①投資少；②無二次污染；③抗沖擊能力強。缺點：占地面積大。生物法凈化氣態(tài)污染物2、堆肥濾池將堆肥（如畜糞、城市垃圾、污水處理廠的污泥等有機廢棄物）經(jīng)好氧發(fā)酵、熱處理后，蓋在廢氣發(fā)生源上，使污染物分解而達到凈化的目的。結(jié)構(gòu)：與土壤床相似。生物法凈化氣態(tài)污染物針對有機堆肥臭氣去除的生物濾池生物法凈化氣態(tài)污染物特點：與土壤床相比：①處理相同量廢氣時，占地面積少；②去除率高，反應(yīng)時間短（土壤床1/4~1/2，約20s），適用于廢氣量大的場合；③有結(jié)塊趨勢，需周期性攪動；④有使用年限。工藝成熟，在歐洲已有500多座投入實際應(yīng)用中。生物法凈化氣態(tài)污染物3、微生物過濾箱封閉式裝置，由箱體、生物活性床層、噴水器等組成。微生物一部分附著于載體表面，一部分懸浮于床層水體中。

生物法凈化氣態(tài)污染物應(yīng)用：比其他氣態(tài)有機污染物控制技術(shù)低。德國和荷蘭已有500多座生物濾池投入應(yīng)用,它們中的大多數(shù)用于家禽和食品加工工業(yè)。近幾年已逐漸用于化學工業(yè)產(chǎn)生的難降解惡臭物質(zhì)的處理。采用該法處理H2S氣體、甲醛和氨、有機污染物、脂肪類碳氫化合物等都取得了顯著的效果。生物法凈化氣態(tài)污染物微生物吸收法（MicroorganismAbsorption）

也叫生物洗滌法一般由廢氣吸收段和懸浮液再生段兩部分組成，廢氣由吸收設(shè)備下部進入，向上流動與吸收設(shè)備頂部噴淋而下的生物懸浮液在填料層接觸，使廢氣中的污染物和氧轉(zhuǎn)入液相并被微生物所吸收。生物法凈化氣態(tài)污染物生物懸浮液(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)。吸收了廢氣中有機組分的生物懸浮液進入再生反應(yīng)器(活性污泥池)中，通入空氣充氧再生。被吸收的有機物通過微生物的氧化作用．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，去除較理想生物法凈化氣態(tài)污染物生物洗滌裝置生物法凈化氣態(tài)污染物2.微生物吸收法（MicroorganismAbsorption）也叫生物洗滌法原理：利用微生物、營養(yǎng)物和水組成的混合液吸收廢氣中可溶性的氣態(tài)污染物，吸收了廢氣的微生物混合液再進行好氧處理，降解污染物，經(jīng)處理后的微生物吸收液再循環(huán)使用。適合于處理可溶性的氣態(tài)污染物。工藝和裝置：廢氣吸收段和懸浮液再生段兩部分組成。由吸收設(shè)備（物理溶解過程）和再生反應(yīng)器（生物處理過程）兩部分組成。停留時間不同。兩個獨立單元中進行。生物法凈化氣態(tài)污染物

微生物吸收法工藝流程懸浮液再生反應(yīng)池吸收室生物法凈化氣態(tài)污染物吸收設(shè)備采用噴淋塔或鼓泡塔。一般來說,氣相阻力較大時采用噴啉法,液相阻力較大時采用鼓泡法。噴淋法廢氣自反應(yīng)器下部進入，微生物懸浮液（循環(huán)液）自吸收器頂部噴淋而下，廢氣與生物懸浮液在吸收器內(nèi)充分接觸，便于廢氣中的污染物轉(zhuǎn)入液相。廢氣凈化后從反應(yīng)器上部排出。吸收了廢氣污染成分的懸浮液流入再生反應(yīng)器，在好氧條件下經(jīng)微生物的氧化用，轉(zhuǎn)變成簡單的物質(zhì)。鼓泡法將廢氣作為曝氣空氣送入吸收室。生物法凈化氣態(tài)污染物吸收是一個物理過程；通常這個過程較快，水的停留時間大約僅有幾秒鐘。水的再生是一個生物過程；通常較慢，停留時間從幾分鐘至十幾個小時。

——由于吸收和再生所需要的時間不同，水的再生就需要用專門的生物反應(yīng)器；如果時間相等的話，則可免掉生物反應(yīng)器。生物法凈化氣態(tài)污染物影響去除率的因素與污泥濃度、pH、溶解氧、污泥馴化與否、營養(yǎng)鹽的投加量和投加時間有關(guān)。生物法凈化氣態(tài)污染物3.生物滴濾法與生物濾池法的不同特點：填料不同：粗碎石、塑料蜂窩狀填料、塑料波紋板填料、陶瓷、木炭等。屬于惰性填料，不具吸水性?；亓魉M行循環(huán)噴淋：回流水由生物滴濾池上部噴到填料層上，并沿生物膜滴流而下。操作調(diào)件易于控制：pH、氮磷營養(yǎng)元素等也可通過回流水調(diào)節(jié)或添加。生物法凈化氣態(tài)污染物生物滴濾法循環(huán)液有機廢氣生物滴濾池與生物濾池相似。區(qū)別：①使用填料不同。填料間空隙很大。②在填料上方噴淋循環(huán)液。生物法凈化氣態(tài)污染物生物法凈化氣態(tài)污染物生物法凈化氣態(tài)污染物（2）影響反應(yīng)器性能的因素①填料選擇不僅是生物膜的支撐體，而且還能對微生物胞外酶和廢氣中的有機物進行吸附富集。

理想的填料應(yīng)具有以下性質(zhì)：

A、最佳微生物生長環(huán)境——營養(yǎng)物、濕度、pH和碳源的供應(yīng)不受限制；

B、較大的比表面積——接觸面積、吸附容量、單位體積的反應(yīng)點更多；

C、一定的結(jié)構(gòu)強度；

D、高水分持留能力——供微生物生長；

E、高孔隙率——使氣體有較長的停留時間；

F、較低的密度——減小填料壓實的可能性。生物法凈化氣態(tài)污染物②濕度低了——微生物失活；高了——氣體通過慮床的阻力增高；空氣與水間的界面減少引起供氧不足，形成厭氧區(qū)域；通常：40~60%生物法凈化氣態(tài)污染物③溫度無論自養(yǎng)微生物還是異養(yǎng)微生物，都是中文菌和高溫菌占優(yōu)勢。通常：25~35℃

溫度提高會降低揮發(fā)性有機物在水中的溶解和在填料上的吸附，從而影響去除。生物法凈化氣態(tài)污染物④pH

最佳值：7~8

當因

H2S和含硫有機物~H2SO4；

NH3和含氮有機物~HNO3；氯代有機物~HCl；高有機負荷~有機酸；

——添加石灰、石灰石和貝殼等來增加緩沖能力。生物法凈化氣態(tài)污染物發(fā)展趨勢①多點進氣沿生物過濾器高度方向分幾個點進氣；優(yōu)點：進氣更加均勻，防止下端堵塞，布氣不均。生物法凈化氣態(tài)污染物生物法工藝比較生物法凈化氣態(tài)污染物生物法工藝比較氣量大且VOCs濃度低的廢氣采用生物過濾池系統(tǒng)處理較好,生物吸收法適用于處理氣量較小、VOCs濃度較高且水溶性較大的有機廢氣,如屠宰場、食品加工廠、堆肥廠、污水處理廠等的脫臭處理。負荷較高且污染物降解后會產(chǎn)生酸性物質(zhì)的廢氣采用生物滴濾池系統(tǒng)處理較好。生物法凈化氣態(tài)污染物廢氣生物處理技術(shù)的現(xiàn)狀和展望有機廢氣生物處理是一項新的技術(shù)，由于生物反應(yīng)器涉及到氣、液、固相傳質(zhì)及生化降解過程，影響因素多而復雜，有關(guān)的理論研究及實際應(yīng)用還不夠深入、廣泛，需要進一步探討和研究。廢氣動態(tài)負荷的研究反應(yīng)動力學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)用范圍的進一步拓展生物法凈化氣態(tài)污染物1．填料特性研究對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)，還直接影響著整個填充床的壓降及填充床是否易堵塞等。更重要的一點是，氣態(tài)污染物降解要經(jīng)歷一個氣相到液—因相傳質(zhì)過程，污染物在兩相中的分配系數(shù)是整個裝置可行性的一個決定因素。有資料表明，