【主题研究】废气的生物处理10

1、废气生物净化技术简介废气生物净化是采用微生物降解废气中的污染物质. 固定在生物净化器填料上的生物膜能使废气中的有机物质(VOC 等)降解, 生物膜中的微生物一方面以废气中的污染物为养料, 进行生长繁殖；另一方面将废气中污染物降解为CO2 和H2O ，达到净化废气的目的。生物膜中的微生物自身生长繁殖能力强, 长时间不需要更换, 不需要添加任何化学物质, 不存在二次污染, 投资及运转成本低。因此，本产品市场潜力巨大，市场前景广阔。1. 技术负责人及技术骨干基本情况技术负责人：卢自金，德国柏林工业大学, 环境与生物工程, 博士, 加拿大多伦多大学博士后卢自金：男，出生于1962年，德国柏林工业大学环

2、境工程博士, 加拿大多伦多大学博士后，加拿大政府认可的注册高级环境工程师。技术专长：环境与生物工程，用生物法处理废气与废水项目的研究、开发、工程应用与管理。本人具有丰富的国际, 国内环境与生物工程的经验. 从事过德国, 加拿大, 美国及我国的环境工程项目的研究、开发、工程应用与管理达20多年。. 2. 废气生物处理技术发展现状本项目国内外发展现状、存在的主要问题及近期发展趋势简述：早在1920年，在德国，人们就对废水处理厂的废气进行过一些处理，当时将恶臭气体通过装有泥土的过滤器， 发现气体经过泥土过滤器后， 臭气的臭味可以得到降低。 当时，人们认为是泥土吸附了气体中的臭味。60 年代，在欧美的

3、一些研究表明废气中臭味的物质主要是由于微生物降解气体中的污染物，而泥土吸附作用并非主导作用， 后来泥土过滤器成功用于清洁一些废气。如今对挥发性有机物质(VOC)气体，泥土过滤器的效率很低，容易形成较大的压差。在70 年代后，废气生物过滤在欧洲，特别是德国，开始比较广泛地应用于一些低浓度的工业废气，特别是有机废气。目前国内对有机废气的研究主要集中在对于一些单一化合物的处理，受研究设备和实验手段的限制，这些研究还有局限。而对有机废气排放的治理，还没有一种有效的处理方法。现有的方法中，多数只是采用抽风机将废气抽排到室外，有少数采用活性炭物理吸附过滤，但都存在成本高、使用寿命短、不可再生且设备操作费用

4、高等缺点, 无法推广普及。所以在工业有机废气的控制方面，我国尚处于起步阶段。随着我国政府部门对大气污染现象的重视及执法力度的加大，需要开发和引用各种高新技术加强对废气污染的治理。本项目所提供的生物净化技术，可以用于处理污水处理厂废气, 垃圾场废气, 喷漆废气, 以及工业生产加工过程中，如：化工、橡胶, 塑料, 造纸、食品、喷漆等行业所排放出的有毒有臭废气的处理，同时，也能对各种有机废气进行处理，其市场非常广阔。本产品的产业化必将引导生物过滤技术应用领域的新趋势。3. 项目总体技术概述3.1. 基本原理采用生物工程,基因工程培育各种特殊的复合微生物, 将其固定到生物填料上形成高效生物膜. 当有机

5、废气通过专管集中导入本产品的高效生物膜填料时, 生物膜能极快地扑捉及降解废气中有机恶臭物质. 生物净化器内的生物膜一方面以废气中的污染物为养料, 进行生长繁殖，另一方面将废气中的有味的挥发性有机物质 (VOC)作生物分解及脱臭处理，降解成为无毒无味的二氧化碳(CO2)和水（H2O）后再排出，达到净化废气的目的。3.2. 项目主要研究开发内容本技术产品-有机废气的高效生物净化器，就是针对工业生产中产生的有毒有害气体，特别是各行各业在生产过程中产生的有机废气进行处理的技术及产品。本项目现到目前为止，技术稳定成熟，具体完成的研究工作如下： 1、完成了多种复合菌种的选育与培养工作，针对不同种类的废气将

6、采用不同的复合菌种; 2、完成了不同复合菌种的固定化以及填料生物膜的制备的研究, 已经掌握了复合菌种填料生物膜的制备工艺及技术;3. 对不同填料进行了比较, 同时对填料的使用寿命, 处理效率, 气流阻力进行了研究;4. 完成了生物净化过程中各参数的优化以及各参数对处理效率的试验. 这些工作包括:l pH 对苯类化合物生物净化效率的影响l 停留时间对废气净化效率的影响l 废气中疏水性有机物质如芳环, 油漆溶剂中多环芳烴浓度对处理效果的影响l 不同温度对处理效果影响l 高温处理有机气体(温度可达700C)的研究l 挥发性有机化合物的动力学和模拟l 接种作用与技术的发展5、完成对混合气体进行处理的研

7、究，目前国内尚无先例；6、完成了生物净化器连续工作状态的研究；7、完成了净化器间隙性工作状态的研究。3.3. 关键技术：1、 复合生物菌种的培养与选育技术，因为废气是由多种有机污染物组成, 所以需要多种复合菌种来完成其降解, 将其分解转变为无毒无臭的物质（如水、二氧化碳）；2、 生物净化技术；3、 细胞接种技术；4、 高效生物膜的研制技术；5、 微生物菌种培养技术;6、 高温菌种的筛选与培养技术: 因为很多废气的温度较高, 为了适应这一条件, 本公司已试验筛选出高温菌种 (温度高达600C), 来处理一些高温有机废气. 图1. 产品结构功能图3.4. 主要技术与性能指标技术原则1.严格执行环境

8、保护的各项规定，确保废气经处理后排放能达到环保有关排放标准。2.选用投资省、成熟可靠、易于管理和运行费用低的工艺路线。3.选择防腐性能好的材料和高质量的设备，确保生产运行的可靠性、减少维修工作量。4.采用自动控制技术和安全保护措施，实现自动化控制操作和安全生产。项目实现的质量标准类型、标准名称喷漆废气排放的有关标准大气污染物综合排放标准(GBl6297)第二时段； 广东省大气污染物综合排放限值(DB44272001)-“工业废气大气污染物排放标准”第二时段；恶臭污染物排放标准(GBl4554)。 3.5. 本项目在克服现存主要问题方面与国内、国外同类产品现行指标的比较：本项目产品经过多年的研究

9、，现已技术成熟，其技术指标完全达到和高于国外产品同等水平。本项目产品的技术水平为国内首创，达到国际先进水平。技术成熟性：本项目产品是在广泛吸收国内外先进理论和技术的基础上，经过长时间反复试验和创新摸索，创建了该产品生产的工艺与技术，产品各项工艺与技术都已经成熟，确保产品效果稳定，技术指标优良，技术达到国际领先,国内首创。因此，该项目在技术上已非常成熟。表1: 本项目主要技术与性能指标项 目传统方法本项目主要技术与性能指标废气处理效率、VOCs去除率2050%90%废气在过滤器中停留时间2090 秒5 10 秒处理负荷，以总有机碳TOC计 （g/(mhr)）60处理废气温度（C）- 99% 甲硫

10、醇: 15-30 mg/m3 95% 二甲基硫: 10 -25 mg/m3 90% 挥发性有机物: 50 100 mg/m3 90%工程完成于己于1997. 多年来运行稳定良好.5、德国阿汉城市污水厂污泥除水干化场臭气 废气量: 11900 m3 / h 进气: H2S: 50 mg/m3 去除率: 99% 甲硫醇: 16 mg/m3 95%挥发性有机物: 50 100 mg/m3 90%工程完成于己于1998. 运行稳定良好.6. 加拿大 Canada Composting Inc. Newmarket, Ontario处理垃圾回收及处理站臭气气量: 61200 m3 / h H2S: 25

11、-100 mg/m3 去除率: 99%甲硫醇: 25-40 mg/m3 93%二甲基硫: 10 -25 mg/m3 90%工程投入运行2001 年 8月, 一直运行稳定良好. 除臭效率非常明显. 7、联邦制药（成都）有限公司污水处理站恶臭废气治理工程联邦制药（成都）有限公司污水处理站恶臭废气治理工程检测结果监测项目废气硫化氢、氨、甲硫醇、甲硫醚（排放浓度、速率）监测部门四川省环境监测中心站检测结论 硫化氢、氨、甲硫醇和甲硫醚排放速率值均符合GB14554-1993恶臭污染物排放标准表2的要求；硫化氢、氨、甲硫醇和甲硫醚的净化效率为98.6%、97.2%、92.0%和83.2% 。检测日期200

12、4年10月22日6. 行业及市场概述本项目产品-有机废气的高效生物净化器，就是针对工业生产中产生的有毒有害气体，特别是各行各业在生产过程中产生的有机废气进行处理的技术及产品。环境保护行业是国家大力支持的行业,处于刚刚起步和发展阶段,市场容量巨大,前景非常好。工业废气的生物处理方法随着公众环保意识的不断提高和执行环保排放标准愈来愈严格，有害空气污染物质(HAPs)和工厂臭气造成的环境污染问题越来越受到人们的重视。处理废气有多种方法，其中生物法是一种有效的、费用较低的、没有二次污染的方法。笔者对生物法和其他的处理废气方法进行对比，重点介绍生物滤池和生物滴滤池处理废气系统的特点、原理和应用实例。1工

13、业废气的物理化学处理方法污染物质可以通过热处理、活性炭吸附或化学洗涤从工业废气中去除。热处理包括直接燃烧和催化氧化。当有机污染物质的浓度高时，热处理的方法是有效的。然而，当有机物的浓度低时，热处理的费用将很高，原因是需要的燃料较多；活性炭吸附中，有机污染化合物被吸附到炭表面，从而产生清洁空气。每单位质量的炭的吸附数量同空气中污染物质的浓度有关，浓度低时吸附率低。因此，当污染物的浓度降低时，吸附每单位质量的污染物所需的炭量将变得很大；洗涤作用对于去除许多有毒气体和其它高溶解度的化合物有效，但是运行费用高。2工业废气的生物处理方法工业废气的生化处理系统属于一种环保友好技术。相对于上述的处理方法，生

14、物法更加适用于处理低浓度的有毒空气污染物质(HAPs)，且具有投资运行费用省、维护管理简单、不产生二次污染等特点。在欧洲，燃料费用较高，关于恶臭的规范也很严格，所以广泛采用生物法去除恶臭气体。生物法的实质是利用有孔的、潮湿的介质上聚集的活性微生物的生命活动，将废气中的有害物质转变为简单的无机物(如CO2和H2O)或组成自身细胞。一般认为生物法净化有机废气需经历三个步骤：有机废气成分首先同水接触并溶于水中(即由气相扩散进入液相)；溶解于液相中的有机成分在浓度差的推动下，进一步扩散至介质周围的生物膜(如图1所示)，进而被其中的微生物捕捉并吸收；进入微生物体内的有机污染物在其自身的代谢过程中作为能源

15、和营养物质被分解，经生物化学反应最终转化为无害的化合物(如CO2和H2O)。这一过程见图1。两种最常用的生物处理系统是生物滤池和生物滴滤池:生物滤池中，有孔的介质通过进气的湿度调节器和偶尔的喷淋而保持潮湿(如图2所示)；生物滴滤池中，水流稳定地、持续地循环穿过滤床，对处理后的空气进行持续收集(见图3)。2.1生物滤池系统生物滤池的最初形式是通过挖掘沟渠，在沟中放置空气布水系统，再用渗透性土壤填埋沟渠建成的。但是土粒之间的小孔尺寸会带来堵塞问题，只有少量的这样的系统存在着。现在大多数的生物滤池用木片或肥料填充。如图2所示，废气通过配水系统进入滤池底部，然后穿过有孔的嵌在砾石中的塑料管排出。放置在

16、砾石层上的填料通常为一层，大约为1m厚，如果再厚的话，将要使填料受到压挤而变形。采用喷淋系统来保持填料潮湿，当下雨和喷淋量大的时候，用排放系统来排出多余的水。这种生物滤池在运行之前，要求对填料进行筛滤来控制孔隙尺寸，这样可以保证填料具有较大的孔隙并减少水头损失。用肥料做填料时，填料上活性环境使多种的微生物立即开始起作用，降解的过程中填料提供营养物质。较低的水头损失和理想的活性环境意味着生物滤池可以做得小一些。然而，肥料做填料也有缺陷。当肥料软化时容易产生水平和垂直压缩作用。水平压缩使滤床内部产生裂缝，也有可能使滤床离开容器壁；而垂直压缩使填料孔隙堵塞，从而增大了水头损失。当废气经过填料到达裂缝

17、和开口处，处理过程就失败了。如果增湿和喷淋系统运行不好，由于干化作用也可能使填料发生收缩。此外，干肥料通常是疏水性的，这将使填料再次湿化很困难。为了解决肥料软化时的问题，人们开始采用混合无机填料。Monsanto使用获得专利的聚苯乙烯水珠和有机材料作为填料。也有人采用火山岩、砾石等具有较大孔隙的材料作为填料，还有些生物滤池用大孔的聚氨酯泡沫塑料做填料。用均一的无机填料不仅可以解决填料压缩问题，而且还可以降低水头损失。无机填料提供的是无营养物或接种的环境，其所需的较低的水力负荷使干燥更加容易。采用无机混合填料的生物滤池必须小心地对其进行管理，提供适当的填料接种环境，小心地控制水的流量，营养物的添

18、加要有规律性。总之，如果这些问题能够解决的话，无机填料可以提供最大的降解率，也可以使生物滤池做得更小。实际运行中，采用可编程的逻辑编辑器对生物滤池的运行进行监控，以便调整运行参数，反常条件下可以关掉系统。用木片或肥料做填料的生物滤池同无机混合填料生物滤池相比，其运行和管理费用较低，但是处理效果比后者差，因此，可以根据当地实际情况做出选择。2.2生物滴滤池系统生物滴滤池不同于生物滤池，它要求水流连续地通过有孔的填料，这样可以有效地防止填料干燥，精确地控制营养物浓度与pH值。另外，由于生物滴滤池底部要建有水池来实现水的循环运行，所以总体积比生物滤池大。这就意味着:将有大量的污染物质溶解于液相中，从

19、而提高了比去除率。因此，生物滴滤池的反应器的尺寸可以比生物滤池的小。但是，生物滴滤池的机械复杂性高，从而使投资和运行费用增加。由于这些原因，所以生物滴滤池最适于那些污染物质浓度高导致生物滤池堵塞、有必要控制pH值和使用空间有限的地方。2.3工业废气生物处理法的应用生物处理方法也有不适宜的地方。例如，携带油或油脂的灰尘和空气因为可能会阻塞滤床，从而应用生物法得不到很好的处理。另外，由于生物滤床的尺寸有限，降解缓慢的化合物(如特定的氯代烃)也不适于进行生物处理。低浓度的化合物很难得到降解，原因是少量的水对空气的分隔作用使水中污染物的浓度降低，从而降低降解速率。然而，这些情况对于那些较难溶化合物而言

20、，例如苯和甲苯，虽然溶解度较低，但相对其他处理方法，用生物处理方法可以得到稳定的处理。一般情况下，生物处理系统较其他的处理系统体积较大，不能安装在空间有限的地方。生物处理方法适宜处理多种挥发性有机物(VOCs)和许多工业废气中的无机蒸气物质。这些物质中含有氮、氯或可产生少量酸的硫化合物。例如，H2S通常是恶臭问题的来源，用生物滤池可以得到很好的处理，仅仅是产生少量的酸。在处理低浓度的易降解的污染物质方面，生物滤池和生物滴滤池是最成功的。在美国新泽西州的Lawrenceville，采用生物滴滤池处理挥发性有机物(VOCs)、有害空气污染物质(HAPs)和海边污水处理厂的恶臭排放物。此污水处理厂位

21、于加利福尼亚州的圣地亚哥市的海空基地，处理的废气来自工业废水、炼油厂的处理池。处理流程是:污染气体下向流，同循环的液体一起运行，经过两个生物滴滤池(填料是455kg的活性炭)处理后而排放。系统的设计参数是:空气进气流速3000m3/h；反应器面积为3.1m9.1m，完全由玻璃纤维合成树脂制成，滤床体积为31m3；气体停留时间为36s；平均有机负荷率大约是。2g/(m3h)。对于污染物质的去除，包括酚、亚甲基氯化物、丁酮、苯、甲苯、乙苯、二甲苯和硫化氢，总的去除率达到85%。水厂的气体污染物在采用生物滴滤池处理之前，是通过4个独立的250kg的活性炭吸附柱进行处理。活性炭的更新和再生需要一个月的

22、时间，每年需花费36000美元，而生物滴滤池的每年费用为5000美元。3结论相对于传统的处理废气的方法，如燃烧法、化学洗涤法、催化氧化法和吸附法，生物法的优点是:维护管理方便，费用较低，没有二次污染，对人类健康和生态的影响较少，适宜处理多种挥发性有机物(VOCs)和许多工业废气中的无机蒸气物质。生物法在工业的废气处理方面将发挥越来越重要的作用。工业废气的生物处理方法随着公众环保意识的不断提高和执行环保排放标准愈来愈严格，有害空气污染物质(HAPs)和工厂臭气造成的环境污染问题越来越受到人们的重视。处理废气有多种方法，其中生物法是一种有效的、费用较低的、没有二次污染的方法。笔者对生物法和其他的处

23、理废气方法进行对比，重点介绍生物滤池和生物滴滤池处理废气系统的特点、原理和应用实例。1工业废气的物理化学处理方法污染物质可以通过热处理、活性炭吸附或化学洗涤从工业废气中去除。热处理包括直接燃烧和催化氧化。当有机污染物质的浓度高时，热处理的方法是有效的。然而，当有机物的浓度低时，热处理的费用将很高，原因是需要的燃料较多；活性炭吸附中，有机污染化合物被吸附到炭表面，从而产生清洁空气。每单位质量的炭的吸附数量同空气中污染物质的浓度有关，浓度低时吸附率低。因此，当污染物的浓度降低时，吸附每单位质量的污染物所需的炭量将变得很大；洗涤作用对于去除许多有毒气体和其它高溶解度的化合物有效，但是运行费用高。2工

24、业废气的生物处理方法工业废气的生化处理系统属于一种环保友好技术。相对于上述的处理方法，生物法更加适用于处理低浓度的有毒空气污染物质(HAPs)，且具有投资运行费用省、维护管理简单、不产生二次污染等特点。在欧洲，燃料费用较高，关于恶臭的规范也很严格，所以广泛采用生物法去除恶臭气体。生物法的实质是利用有孔的、潮湿的介质上聚集的活性微生物的生命活动，将废气中的有害物质转变为简单的无机物(如CO2和H2O)或组成自身细胞。一般认为生物法净化有机废气需经历三个步骤：有机废气成分首先同水接触并溶于水中(即由气相扩散进入液相)；溶解于液相中的有机成分在浓度差的推动下，进一步扩散至介质周围的生物膜(如图1所示

25、)，进而被其中的微生物捕捉并吸收；进入微生物体内的有机污染物在其自身的代谢过程中作为能源和营养物质被分解，经生物化学反应最终转化为无害的化合物(如CO2和H2O)。这一过程见图1。两种最常用的生物处理系统是生物滤池和生物滴滤池:生物滤池中，有孔的介质通过进气的湿度调节器和偶尔的喷淋而保持潮湿(如图2所示)；生物滴滤池中，水流稳定地、持续地循环穿过滤床，对处理后的空气进行持续收集(见图3)。2.1生物滤池系统生物滤池的最初形式是通过挖掘沟渠，在沟中放置空气布水系统，再用渗透性土壤填埋沟渠建成的。但是土粒之间的小孔尺寸会带来堵塞问题，只有少量的这样的系统存在着。现在大多数的生物滤池用木片或肥料填充

26、。如图2所示，废气通过配水系统进入滤池底部，然后穿过有孔的嵌在砾石中的塑料管排出。放置在砾石层上的填料通常为一层，大约为1m厚，如果再厚的话，将要使填料受到压挤而变形。采用喷淋系统来保持填料潮湿，当下雨和喷淋量大的时候，用排放系统来排出多余的水。这种生物滤池在运行之前，要求对填料进行筛滤来控制孔隙尺寸，这样可以保证填料具有较大的孔隙并减少水头损失。用肥料做填料时，填料上活性环境使多种的微生物立即开始起作用，降解的过程中填料提供营养物质。较低的水头损失和理想的活性环境意味着生物滤池可以做得小一些。然而，肥料做填料也有缺陷。当肥料软化时容易产生水平和垂直压缩作用。水平压缩使滤床内部产生裂缝，也有可

27、能使滤床离开容器壁；而垂直压缩使填料孔隙堵塞，从而增大了水头损失。当废气经过填料到达裂缝和开口处，处理过程就失败了。如果增湿和喷淋系统运行不好，由于干化作用也可能使填料发生收缩。此外，干肥料通常是疏水性的，这将使填料再次湿化很困难。为了解决肥料软化时的问题，人们开始采用混合无机填料。Monsanto使用获得专利的聚苯乙烯水珠和有机材料作为填料。也有人采用火山岩、砾石等具有较大孔隙的材料作为填料，还有些生物滤池用大孔的聚氨酯泡沫塑料做填料。用均一的无机填料不仅可以解决填料压缩问题，而且还可以降低水头损失。无机填料提供的是无营养物或接种的环境，其所需的较低的水力负荷使干燥更加容易。采用无机混合填料

28、的生物滤池必须小心地对其进行管理，提供适当的填料接种环境，小心地控制水的流量，营养物的添加要有规律性。总之，如果这些问题能够解决的话，无机填料可以提供最大的降解率，也可以使生物滤池做得更小。实际运行中，采用可编程的逻辑编辑器对生物滤池的运行进行监控，以便调整运行参数，反常条件下可以关掉系统。用木片或肥料做填料的生物滤池同无机混合填料生物滤池相比，其运行和管理费用较低，但是处理效果比后者差，因此，可以根据当地实际情况做出选择。2.2生物滴滤池系统生物滴滤池不同于生物滤池，它要求水流连续地通过有孔的填料，这样可以有效地防止填料干燥，精确地控制营养物浓度与pH值。另外，由于生物滴滤池底部要建有水池来实现水的循环运行，所以总体积比生物滤池大。这就意味着:将有大量的污染物质溶解于液相中，从而提高了比去除率。因此，生物滴滤池的反应器的尺寸可以比生物滤池的小。但是，生物滴滤池的机械复杂性高，从而使投资和运行费用增加。由于这些原因，所以生物滴滤池最适于那些污染物质浓度高导致生物滤池堵塞、有必要控制pH值和使用空间有限的地方。2.3工业废气