主题研究废气的生物处理

1、固体废弃物和废气的生物处理固废、废气污染的来源和种类固废污染的来源和种类1、定义人类一切活动过程产生的、且对所有者已不再具有使用价值而被废气的固态或半固态物质，统称为固体废弃物。2、分类多种分类方法，最常用的是：1）城市垃圾是指来自居民的生活消费、商业活动、市政建设和维护、机关办公等过程中产生的固体废物，包括生活垃圾、城建渣土、商业固体废物、粪便等。2）工业固体废物是指在工业、交通等生产活动中产生的废渣、粉尘、碎屑、污泥，以及在采矿过程中产生的废石、尾砂等。3）农业垃圾主要包括作物秸秆、树木茎叶等，主要含有纤维素和半纤维素。3、危害固体废物对环境的危害主要表现在以下方面：1）侵占土地固体废物不

2、加利用时，需占地堆放，堆积量越大，占地越多。据估算，每堆积1万吨废物，占地约需1亩。根据对北京市高空远红外探测的结果显示，北京市区几乎被环状的垃圾堆群所包围。2）污染土壤废物堆放和没有采取适当防渗措施的垃圾填埋，经过风化、雨雪淋溶、地表径流的侵蚀，其中的有害成分很容易产生高温和有毒液体并渗入土壤，杀灭土壤中的微生物，破坏微生物与周围环境构成的生态系统，甚至导致草木不生。其有害成分若渗流入水体，则可能进一步危害人的健康。例如，在20世纪80年代，我国内蒙古包头市的某矿尾砂堆积如山，造成尾砂坝下游的大片土地被污染，一个乡的居民被迫搬迁。3）污染水体固体废物若随天然降水或地表径流进入河流、湖泊，或随

3、风飘迁落入水体，则使地面水受到污染；若随渗沥水进入土壤，则使地下水受到污染；若直接排入河流、湖泊或海洋，则会造成更大的水体污染不仅减少水体面积，而且还妨害水生生物的生存和水资源的利用。 例如，德国莱茵河地区的地下水因受废渣渗沥水污染，导致当地自来水厂有的关闭，有的减产。4）污染大气固体废物一般通过如下途径污染大气：（1） 堆积、运输过程中，以细粒状存在的废渣和垃圾，在大风吹动下会产生有害的气体和粉尘随风扩散。（2） 一些有机固体废物在适宜的温度和湿度下会被微生物分解，释放出有害气体；（3） 固体废物本身以及在对其处理（如焚烧）时散发的毒气和臭气等。5） 影响环境卫生城市的生活垃圾、粪便等若清运

4、不及时，就会产生堆存，严重影响人们居住环境的卫生状况，对人们的健康构成潜在的威胁。废气污染的来源和种类1、分类天然污染物人为污染物：来源于燃料燃烧、大规模的工矿企业的废气和汽车尾气、污水处理厂和垃圾处理厂产生的臭气等。8.2固废的生物处理堆肥法概述1、定义堆肥法：就是利用传统的积肥方法，把污染土壤与有机废物等混合起来，在有控制的条件下，使有机废弃物在微生物（主要为细菌）作用下，发生降解，并同时使有机物发生生物稳定作用的过程。2、堆肥的优点 有机废物分解并达到稳定化 易腐败的有机废物和有毒废物被转化为比较稳定的物质，体积大大缩小(4060干有机质被分解) ，便于处置和运输。有毒化学品(如农药)

5、形成腐殖质，消除毒性。 杀灭有害生物 堆制过程释放大量热能，堆温较高。据测定，6070维持3d，可使脊髓灰质炎病毒、病原细菌和蛔虫卵失活。 堆温5060，持续67d，即可杀灭病原和虫卵。 堆肥是植物良好的肥料和土壤改良剂 堆肥的类型按需氧条件：好氧堆肥法和厌氧堆肥法1、好氧堆肥法1）基本原理 好氧堆肥化是在通风条件下，有游离氧存在时，好氧微生物通过自身的分解代谢和合成代谢过程，将一部分有机物分解氧化成简单的无机物，从中获得微生物新陈代谢所需要的能量，同时将一部分的有机物转化合成新的细胞物质使微生物生长繁殖，产生更多的生物体的过程。2）特点（1）好氧堆肥堆温高，一般在55以上，可维持7-11天，

6、极限可达80以上，亦称高温堆肥法。（2）好氧堆肥法具有堆肥周期短、无害化程度高、卫生条件好、易于机械化操作等优点，在有关污泥、城市垃圾、畜禽粪便和农业秸秆等堆肥中被广泛采用。3）微生物学过程 好氧堆肥的微生物学过程可大致分为三个阶段：（1）产热阶段（中温阶段，升温阶段）：l 时间：堆肥初期（通常在1-3天）l 温度：此阶段温度在室温至45范围内l 过程：肥堆中嗜温性微生物利用可溶性和易降解性有机物作为营养和能量来源，迅速增殖，并释放出热能，使肥堆温度不断上升。l 微生物：以中温、需氧型微生物为主，类型较多，主要是细菌、真菌和放线菌。其中细菌主要利用水溶性单糖等，放线菌和真菌对于分解纤维素和半纤

7、维素物质具有特殊的功能。 （2）高温阶段：l 时间：通常从堆积发酵开始后2-3天，1周内堆温可达到最高值（80）。l 温度：当肥堆温度上升到50以上时，即进入高温阶段。 l 过程复杂有机物开始强烈分解 à 堆温升高，导致大量微生物死亡 à产生的热量减少，堆温自动下降。当堆温降至70以下时，处于休眠状态的嗜热性微生物又重新活动，继续分解难分解的有机物，热量又增加，堆温就处于一个自然调节的、延续较久的高温期。l 微生物：嗜温性微生物受到抑制，嗜热性微生物逐渐取而代之。在50左右进行活动的主要是嗜热性真菌和放线菌；温度上升到60时，仅有嗜热性放线菌和细菌活动；温度上升到70以上时

8、，大多数嗜热性微生物已不适宜，微生物大量死亡或进入休眠状态。l 作用：A分解一阶段残留的和新形成的可溶性有机物，及半纤维素、纤维素、蛋白质等复杂有机物也开始强烈分解。B高温对于堆肥的快速腐熟起到重要作用，在此阶段中堆肥内开始了腐殖质的形成过程，并开始出现能溶解于弱碱的黑色物质。C 高温能有效杀灭有机废弃物中病原物，按我国高温堆肥卫生标准（GB7959-87），要求堆肥最高温度达5055以上，持续5-7d。 55，3060min是许多常见的病原物致死温度和时间。（3）降温和腐熟阶段l 作用：在高温阶段末期，部分较难分解的有机物和新形成的腐殖质l 过程：此时微生物活性下降，发热量减少，温度下降 &

9、#224; 嗜温性微生物再占优势，对残留较难分解的有机物作进一步分解，腐殖质不断增多且趋于稳定化，此时堆肥进入腐熟阶段。降温后，需氧量大量减少，肥堆空隙增大，氧扩散能力增强，此时只需自然通风。在强制通风堆肥中常见的后熟处理，即是将通气堆翻堆一次后，停止通气，让其腐熟。还可取到保氮的作用l 微生物：嗜温性微生物（3）好氧堆肥过程中的微生物相变化l 城市生活垃圾（植物残体为主要原料）：细菌、真菌 à 纤维分解菌 à 放线菌 à 能分解木质素的菌类。l 污水处理厂剩余污泥：细菌特别是厌氧菌和脱氮菌相当多à厌氧菌大量减少，氨化细菌和脱氮菌明显增加。 （4） 影响

10、好氧堆肥的因素 垃圾原料的营养配比C/N =（2530）：1，发酵效果好；C/N <（2530）：1，易造成氮转化为氨而损失；C/N >（2530）：1，减慢堆肥化速度，降低堆肥质量。C/P = （75150）：1，为宜。 湿度含水量 = 40% 60%；含水量 < 40% 60%，有机物不易分解；含水量 > 40% 60%，部分垃圾将产生厌氧发酵而延长有机物分解的时间。 通风为保证充足的氧气供应，通常采用机械翻堆通风或直接用空压机通入空气。但过量通气会导致水分大量散失，温度降低。 发酵温度应维持在5070之间。 pH值维持在5.58.5之间。初期：发酵产酸，pH值下降

11、到4.55；一次发酵后：aa分解产生氨，pH值上升至8.08.5；二次发酵中：氨被氧化成硝酸，pH值下降至7.5左右。（5）堆肥工艺好氧堆肥工艺目前常用的堆肥工艺有静态堆肥、高温动态二次堆肥、立仓式堆肥、滚筒式堆肥 静态堆肥（一次性发酵工艺）l 又称为常规堆制工艺l 我国长期使用的一种有机肥堆制法；l 原料预处理，调整含水量和C/N；l 堆置方法一般堆宽和堆高各2.0m，长度视材料而定。堆前压实地面，铺9-10cm厚的干细土或泥炭（以吸收肥液）。开始先铺第一类材料，厚约20cm，然后加适量水；再加第二类材料和水，如此反复，堆积至所需高度，上用泥肥封顶。较少翻动，一般在第2、7、12天各翻动一次

12、，35d后每周翻动一次，发酵周期为50d左右，自然通风。优点：工艺简单，设备少，处理成本低。缺点：占用土地多，工艺时间长，易滋生蝇蛆（qu），产生恶臭。（露lu天堆置） 高温动态二次堆肥工艺动态发酵阶段：前57d，机械搅拌，充入充足空气，好氧菌在高温下快速分解有机物，发酵7d绝大部分致病菌死亡。静态二次发酵：使有机质进一步降解至稳定，2025d达到腐熟。 立仓式堆肥工艺l 主要设施：立式发酵仓，仓高10-15m，分5-6层，主要用于城市垃圾处理。l 过程一次发酵：分选à 破碎 à 将待处理物（被污染的土壤）运输至仓顶第一格à 在重力和栅（zha）板的控制下下降到下

13、一格à 每天一格，一周全部下降到底部。（发酵仓内通入空气，从顶部补充水分）二次发酵：进入二次发酵车间继续发酵至腐熟稳定。l 优缺点：占地少、升温快、垃圾分解彻底、运行费用低，但是水分分布不均。 滚筒式堆肥工艺（达诺生物稳定法）l 主要设备：达诺式滚筒，直径2-4m，长度15-30吗，滚筒转速0.4-2r/min。l 经处理后的有机废物进入达诺式滚筒à 滚筒不断转动，使筒内有机废物进行一系列的物理和生物作用，即一边混合摩擦（生热），一边发酵 à 被送入滚筒后，随滚筒的旋转翻动并向滚筒尾部(出料部位)移动，在此过程中完成有机质的降解、升温、杀菌等，筒内温度60以上。l

14、 物料在反应器内停留3-5d，出料后的初产物再静态堆制5-6d，达到腐熟稳定。2）厌氧堆肥法（1）定义在不通气的条件下，将有机废弃物进行厌氧发酵，制成有机肥料，使固体废弃物无害化的过程。（2）发酵过程 酸性发酵阶段产酸细菌分解有机物 à 产生有机酸、醇、二氧化碳、氨、硫化氢，致使pH下降 产气发酵阶段产甲烷细菌分解有机酸、醇 à 产生甲烷和二氧化碳，pH上升。（3）特点堆肥方式与好氧堆肥法相同，但堆内不设通气系统，堆温低，腐熟及无害化所需时间较长。然而，厌氧堆肥法简便、省工，在不急需用肥或劳力紧张的情况下可以采用。一般厌氧堆肥要求封堆后一个月左右翻堆一次，以利于微生物活动使

15、堆料腐熟。3）堆肥的优点 有机废物分解并达到稳定化 易腐败的有机废物和有毒废物被转化为比较稳定的物质，体积大大缩小(4060干有机质被分解) ，便于处置和运输。有毒化学品(如农药) 形成腐殖质，消除毒性。 杀灭有害生物 堆制过程释放大量热能，堆温较高。据测定，6070维持3d，可使脊髓灰质炎病毒、病原细菌和蛔虫卵失活。 堆温5060，持续67d，即可杀灭病原和虫卵。 堆肥是植物良好的肥料和土壤改良剂 4）存在的问题 需要前期的分选和破碎等预处理； 堆肥的资源化作用有限只利用了废物中的有机成分； 周期较长，占地面积较大，卫生条件差。卫生填埋概述1、特点1）在堆肥法基础上发展起来2）具有投资少，容

16、量大，见效快的优点2、种类厌氧：操作简单，施工费用低，可回收甲烷气体好氧 分解速度快，垃圾稳定化时间短，但工艺要求较复杂，费用较高半好氧3、填埋方法分区填埋：特定区域 à 垃圾铺散为40-75cm的薄层，压实 à 覆盖20-30cm的土层 à 构成填埋单元 à 同样高度的一系列相互衔接的填埋单元 à 填埋层 à 最上层覆盖90-120cm的土壤，压实 à 构成卫生填埋场 8.2.2.2 填埋的微生物学过程1、好氧分解阶段 1）随着垃圾填埋，垃圾孔隙中存在着大量空气也同样被埋入其中，因此开始阶段垃圾只是好氧分解。2）此阶段时间

17、的长短取决于分解速度，可以由几天到几个月。好氧分解将填埋层中氧耗尽以后进入第二阶段。2、厌氧分解不产甲烷阶段 1）特点微生物利用硝酸根和硫酸根作为氧源，产生硫化物、氮气和二氧化碳，硫酸盐还原菌和反硝化细菌的繁殖速度大于产甲烷细菌，因此在这一阶段不产生甲烷。2）当还原状态达到一定程度以后，才能产甲烷，还原状态的建立与环境因素有关，潮湿而温暖的填埋坑能迅速完成这一阶段而进入下一阶段。3、厌氧分解产甲烷阶段 此阶段甲烷气的产量逐渐增加，当坑内温度达到55左右时，便进入稳定产气阶段。4、稳定产气阶段 此阶段稳定地产生二氧化碳和甲烷，这一阶段可以维持10-20年或者更久。填埋场渗沥水1、渗沥水1）定义

18、垃圾分解过程中产生的液体以及渗出的地下水和渗入的地表水，统称为填埋场渗沥水。2）渗沥水的来源（1）大气降雨和径流（径流是指降雨及冰雪融水在重力作用下沿地表或地下流动的水流。）（2）垃圾中原来含有的水（3）在垃圾填埋后由于微生物的分解作用而产生的水3）渗沥水的性质主要取决于所埋垃圾的种类。4）渗沥水的数量取决于填埋场渗沥水的来源、填埋场的面积、垃圾状况和下层土壤等等。2、渗沥水的防护措施1）为了防止渗沥水对地下水的污染，需在填埋场底部构筑不透水的防水层、集水管、集水井等设施将产生的渗沥水不断收集排出。2）对新产生的渗沥水，最好的处理方法为厌氧、好氧生物处理；而对已稳定的填埋场渗沥水，最好采用物理

19、化学处理方法。3）在旱季或干旱地区还可采用渗沥水再循环的方法，用于喷洒灌溉、地面流水灌溉等，使渗沥水被蒸发或被植物吸收。渗沥水再循环的优点在于能加速垃圾稳定作用和省略水处理系统。填埋场气体收集1、气体来源微生物的厌氧发酵，产生甲烷、二氧化碳、氨、一氧化碳、氢气、硫化氢、氮气等气体。2、处理措施1）填埋场的产气量和成分与被分解的固体废物的种类有关，并随填埋年限而变化。2）填埋场气体一般含有4050的二氧化碳和3040的甲烷，以及其他各种气体。因此，填埋场的气体经过处理以后可以作为能源加于利用。VOC废气生物处理技术 处理方法 浓度/（g TOC · mN3）>10 51 15 &

20、lt;1 排气量/（1000mN 3·h-1）50100 550 <5 投资费用?/（m3·h-1） 运行费用?/（1000m3·h-1） 吸附-溶剂 + + + + + + + 4080 1.52.8 吸收-溶剂 + + + 0 + + + 3045 0.851.50 预热式-热力焚烧 + + + 0 + + + 15.017.5 1.52.6 预热式-催化焚烧 - 0 + 0 - + + 1520 0.752.60 蓄热式-热力焚烧 - + + 0 + + + 1635 0.42.4 蓄热式-催化焚烧 - 0 + + + + + 1430 0.52.8

21、生物滤床法 - - 0 + + + + 9.515.0 0.151.12 生物洗滤法 - - + + + + + 9.520.0 0.300.88 备注：+，+，0，- 符号表示处理技术对应不同处理状况下的经济技术适用性 + 很适用 ，+ 适用，0 不太适用，-不适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

22、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

23、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)，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

24、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。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

25、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

26、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，

27、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

28、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

29、化合物而言，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

30、水处理厂位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3.1m×9.1m，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/(m3·h)。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

31、理。活性炭的更新和再生需要一个月的时间，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

32、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

33、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

34、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

35、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。

36、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

37、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

38、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

39、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，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Lawrencevil

40、le，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3.1m×9.1m，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/(m3·h)。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

41、，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。生物法处理工业有机废气的技术探讨近年来，随着工业的飞速发展，冶炼厂、印刷厂和化工厂等化工企业生产过程中排放大

42、量有机废气。这些气体从组成来看，含有酯类、醛酮、芳香烃类和酚等有机化合物。这些物质绝大多数严重危害人类的身体健康，而且污染环境，违背了可持续发展的战屡目标。工业有机废气污染物的控制问题业已引起了广大科学工作者们的高度重视，并就相关课题开展了大量工作1。多年来，处理有机废气的常规方法主要有吸附法，吸收法，冷凝法，催化氧化和焚烧法等。这些传统的处理手段虽然已经得到了广泛的应用，但自身仍有很多的局限性。国外自80年代以来，开始用生物技术对工业废气进行处理，技术清洁，操作简便，在常温常压下就可以进行反应，尤其在低浓度、高流量的废气净化上收到了良好的效果。1 生物法处理技术当前概况1.1 处理原理对于生

43、物法净化废气的机理研究至今没有一个统一的理论，荷兰学者Ottengraf S P P依据吸附操作的双膜理论提出的生物膜学说在全球范围内有较大的影响力，为多数人所接受和认可2。该法实质上是通过微生物的代谢活动将复杂的有机物转变为简单、无毒的无机物和其它细胞质。经历的步骤如下：1）有机物首先由气膜扩散至液膜，跟水相进行接触，并溶解于其中。2）液膜和生物膜之间存在浓度差，在此推动力的作用下，有机物扩散至生物膜，进而被微生物捕获并加以吸收。3）微生物自身进行代写活动，可以将进入的有机污染物当做营养物质和能量来源进行分解，经过复杂的生化反应。有机物最终变为无害的CO2和H2O等无机物。1.2 处理工艺目

44、前生物处理方法主要有：生物过滤法，生物吸收法和生物滴滤法等3。1.2.1 生物过滤法该法是最早被研究和使用的一项生物处理技术，最早是用来处理硫化氢等恶臭性气体，现在应用范围扩展到易于被生物降解的挥发性有机气体。净化过程中，有机废气经预处理后进入生物过滤装置。装置中的填料是具有吸附性的滤料，多为木屑、堆肥、土壤和比表面积、孔隙率大的活性炭混合而成。填料上附着生长着丰富的微生物，通过它们的新陈代谢活动，各类有机废气会被分解为CO2，H2O，NO3-和SO4-，从而得到有效净化的目的。生物过滤法只有一个反应器，液相、生物相都是不流动的，气液接触面积大，使用的滤池投资少而且运用费用低，对于苯系物和醛酮

45、等挥发性物质有很好的去除效果。1.2.2 生物吸收法反应工艺由两部分组成，废气吸收和微生物氧化反应。有机废气先从反应器的下部进入，向上流动的过程中与填料层中的水相进行接触，实现质量传递过程；水夹带着被溶解的废气进入生物反应器，其中的悬浮液生长着大量微生物，利用它的代谢活动将污染物去除。该法的优点在于反应条件容易控制，但是需要额外添加养料，而且设备多，投资高。此外，生物反应器需要增设曝气装置，并且控制温度、PH等条件，确保微生物工作时候的最佳状态。1.2.3 生物滴滤法该法集生物吸收和生物过滤于一体。污染物的吸收和降解同时发生在一个反应器内。容器中的填料一般是碎石、陶瓷、聚丙烯小球、颗粒活性炭等

46、比表面积大的物质，起到微生物生长载体的作用。事先将营养液喷洒到填料表面，流出塔底并回收利用。废气从反应器底部进入，流经填料。填料上微生物的生物膜可以充当生物滤池，对气相和液相中的物质进行氧化作用。采用生物滴滤法可以通过更换回流液体去除微生物的代谢产物，具有很大的缓冲能力。特别适合降解之后产生酸性代谢产物的物质，例如卤代烃、含S、N的有机物等。1.3 一些新型的生物处理技术随着废气处理技术的深入研究，加之实际污染废气中，气体的溶解性及可生物降解性差异很大，一些新型的生物处理方法，复合式生物反应器、二段式生物反应器和低PH值生物滤池等，渐渐受到人们的关注，并受到良好的效果4。复合式反应器中富含的微

47、生物与真菌微生物相互协同，可以很好地去除废气中的亲水性和疏水性污染物。二段式生物滤池。第一段采用惰性填料进行酸性气体处理；第二段采用碎木块作填料，是一种传统的开放式滤池，用来处理其他的一些挥发性物质。低PH值生物滤池通过酸性条件下硫杆菌微生物的培养可以很好地解决H2S等有机酸性气体。2 存在问题和展望生物法处理有机废气研究、应用都比较晚，工业化方面的许多问题需要进一步的探讨。1) 生物法仅局限于组成简单的有机废气，如何将这些方法应用到高浓度、组成复杂的废气有待研究。如果能有所突破，则完全又希望完全替代燃烧和活性炭吸附来治理化工行业的工业废气。2）目前处理的污染物多是易溶于水和易降解性物质，开发

48、出能够净化疏水性和难降解的有机废气工艺就显得尤为迫切。近年来，研究者采用双液相工艺，增加除了水相外的第二有机相，对于疏水性化合物的生物吸附能力提高了100-1000倍，3）对于生物反应速率的控制问题，缩短反应装置启动时间，可以通过筛选菌种，形成对有毒有机废气的高效降解。现在，通过筛选后的荧光假单胞菌,可使甲醛和丁酮等挥发性气体的去除率90%以上。4）改善过滤材料或填料的物理性能，使其可以更长时间地保持活性，节省投资成本和能耗。5）微生物营养物质的循环利用。TVOCs有机废气处理技术汇总吸附技术、催化燃烧技术和热力焚烧技术是传统的有机废气治理技术，也仍然是目前应用最广泛的VOCs实用治理技术。催

49、化燃烧技术催化燃烧装置（RCO）催化燃烧装置（RCO）：首先通过除尘阻火系统。然后进入换热器，再送到加热室，使气体达到燃烧反应温度，再通过催化床的作用，使有机废气分解成二氧化碳和 水，再进入换热器与低温气体进行热交换，使进入的气体温度升高达到反应温度。如达不到反应温度，加热系统科通过自控系统实现补偿加热。利用催化剂做中间 体，使有机气体在较低的温度下，变成无害的水和二氧化碳气体，即：产品性能特点： 操作方便，设备工作时，实现自动控制，安全可靠。设备启动，仅需1530分钟升温至起燃温度，能耗低。采用当今先进的贵金属钯、铂浸渍的蜂窝状陶瓷载体催化剂，比表面积大，阻力小，净化率高。余热可返回烘道，降

50、低原烘道中消耗功率；也可作其它方面的热源。使用寿命长，催化剂一般两年更换，并且载体可再生。应用范围1苯、醇、酮、醛、酯、酚、醚、烷等混合有机废气处理。2适用于化工、塑料、橡胶、制药、印刷、农药、制鞋等行业的有机废气净化。催化剂在催化燃烧系统中起着重要作用。用于有机废气净化的催化剂主要是金属和金属盐 ,金属包括贵金属和非贵金属。目前使用的金属催化剂主要是 Pt、 Pd,技术成熟 ,而且催化活性高 ,但价格比较昂贵而且在处理卤素有机物 ,含 N、 S、 P等元素时 ,有机物易发生氧化等作用使催化剂失活。非金属催化剂有过渡族元素钴、 稀土等。近年来催化剂的研制无论是国内还是国外进行得较多 ,而且多集

51、中于非贵金属催化剂并取能得了很多成果。例如 V2O5 +MOX (M:过渡族金属 ) +贵金属制成的催化剂用于治理甲硫醇废气 , Pt + Pd + Cu催人剂用于治理含氮有机醇废气。由于有机废气中常出现杂质 ,很容易引起催化剂中毒 ,导致催化剂中毒的毒物 (抑制剂主要有磷、 铅、 铋砷、 锡、 汞、 亚铁离子锌、 卤素等。催化剂载体起到节省催化剂 ,增大催化剂有效面积 ,使催化剂具有一定机械强度 ,减少烧结 ,提高催化活性和稳定性的作用。能作为载体的材料主要有&#

52、160;AL2O3、 铁钒、 石棉、 陶土、 活性炭、 金属等 ,最常用的是陶瓷载体一般制成网状、 球状、柱状、 峰窝状。另外近年来研究较多且成功的有丝光沸石等。蓄热式焚烧炉（RTO）RTO（Regenerative Thermal Oxidizer，蓄热室氧化器），其工作原理是在高温下（800左右）将有机废气氧化生成CO2和H2O，从而净化废气，并回收分解。安居乐RTO工艺示意图：产品性能特点：  可实现全自动化控制，操作简单，运行稳定，安全可靠性高。  VOC的分解效率99%以上； 

53、; 采用多项先进技术，使设备简化，易于维修，并降低了运行成本。  废气在炉内停留时间长,炉内无死区；  不产生NOX等二次污染。  操作费用低，超低燃料费。有机废气浓度在500PPM以上时，RTO装置基本不需添加辅助燃料。热氧化法可分为三种: 热力燃烧式、间壁式和蓄热式。它们的主要区别在于热量回收方式的不同。三种方法都可以和催化法结合起来以降低反应温度。a. 热力燃烧式热氧化器。热力燃烧式热氧化器一般指的是气体焚烧炉。它由助燃剂、混合区和燃烧室组成。助燃剂 (天然气、 石油等) 作为辅助燃料, 燃烧产生的热在混合区对 VOC 废气进行预热,燃烧室为预热后的废气提供

54、足够大的空间和足够长的时间以完成最终的氧化反应。在供氧充足的前提条件下, 氧化反应的程度(影响最终的VOC 去处率)取决于“三T条件” ：反应温度(Temperature)、驻留时间(Time)、湍流混合情况(Turbulence)。这 “三T条件”是互相联系的，在一定范围内改善一个条件可使另外两个条件降低。热力燃烧式热氧化器的一个最大缺点是辅助燃料价格太高, 致使装置的操作费用很高。b. 间壁式热氧化器。间壁式热氧化是指在热氧化装置中加入间壁式热交换器, 热交换器把从燃烧室排出的高温气体所带的热量传递给氧化装置进口处的低温气体, 预热后发生氧化反应。由于目前的间壁式热交换器最高可获得85%的

55、热回收率,所以极大地降低了辅助燃料的消耗。间壁式热交换器通常设计成管式、壳式或板式。由于通常的热氧化温度要保持在 8001000, 所以间壁式热交换器必须由耐热、耐腐蚀的不锈钢或合金材料制成。这就使得间壁式热交换器的造价很高, 这是间壁式热氧化器的一个缺点。同时材料的热应力也不易消除, 这是间壁式热氧化器的另一个缺点。c. 蓄热式热氧化器。蓄热式热氧化器(Regenerative Thermal Oxidizer , 以下简称RTO), 是在热氧化装置中加入蓄热式热交换器, 预热 VOC 废气,再进行氧化反应。随着蓄热材料的发展,目前蓄热式热交换器的热回收率已能达到95%以上, 而且占用空间越

56、来越小。这样辅助燃料的消耗很少(甚至不用辅助燃料,且当 VOC 的浓度达到一定值以上时, 还可从 RTO 输出热量)。同时, 由于目前的蓄热材料都选用陶瓷填料, 所以可处理腐蚀性或含有颗粒物的 VOC 废气。RTO装置又可分为阀门切换式和旋转式。阀门切换式RTO是最常见的一种 RTO。其由两个或多个陶瓷填充床, 通过阀门的切换, 改变气流的方向, 从而达到预热VOC 废气的目的。图 1 是典型的两床式RTO示意图及工作原理。两床式RTO主体结构由燃烧室、两个陶瓷填料蓄热床和两个切换阀组成。当 VOC 废气由引风机送入蓄热床1后, 该床放热, VOC 废气被加热, 在燃烧室氧化燃烧,气体通过蓄热

57、床2, 该床吸热, 燃烧后的洁净气被冷却, 通过切换阀后排放。在达到规定的切换时间后, 阀切换, VOC 废气从蓄热床 2 进入, 蓄热床 2放热, VOC废气被氧化燃烧, 气体通过蓄热床 1, 该床吸热, 燃烧后的洁净气被冷却, 通过切换阀后排放。如此周期性切换, 就可连续处理 VOC 废气。近年来, 国外又研制开发出旋转式RTO。该装置由一个燃烧室、一个圆柱形分成几瓣独立区域的陶瓷蓄热床和一个旋转式转向器组成。通过旋转式转向器的旋转, 就可改变陶瓷蓄热床不同区域的气流方向, 从而连续地预热 VOC 废气, 在燃烧室氧化燃烧后就可去除 VOC。相对于阀门切换式RTO,旋转式RTO由于只有一个活动部件(旋转式转向器) , 所以运行更可靠, 维护费用更低, 但缺点是旋转式转向器不易密封,泄露量大, 影响VOC的净化率。RTO