废气生物处理技术课件

1、7 污染气体的生物处理第一节 废气的生物反应器处理 第二节 恶臭的原位处理废气主要来源人类生产及生活中的燃料燃烧 ；生产活动，例如化工、冶金、生物制品、屠宰、污水处理及垃圾处理等工厂所产生的废气。 废气的处理 废气处理是环境污染控制的一个重要方面。废气处理方法：理化法：目前主要采用的方法，如燃烧、 吸附、吸收和还原等。工艺或设备较复杂，运行费用较高；用于处理某些恶臭废气时，效果不甚理想。生物法：具有处理效率较高、适应性较广、工艺较简单以及费用较省等优点。一、废气生物处理的特点第一节 废气的生物反应器处理 二、废气生物处理的基本形式 三、生物法处理废气的机理 四、处理废气的微生物 五、废气生物处

2、理的基本条件废气的微生物处理于1957年在美国获得专利，但到1970年代才开始引起重视，直到1980年代才在德国、日本、荷兰等国家有相当数量工业规模的各类生物净化装置投入运行。废气生物反应器处理对许多一般性的空气污染物的去除率可达到90以上。 第一节 废气的生物反应器处理 Biological waste gas treatment systems rely on the activity of microorganisms, which are able to degrade organic contaminants from the air stream. The microorganis

3、ms feed on odorous substances and oxidise them, at best to CO2 and H2O or other odourless products. Thus, biological systems sustainably reduce odorous emissions and do not shift the problem to other media like scrubbing liquids or adsorbents, which remain as problematic residues. Furthermore, if at

4、 all, few chemical agents have to be added and energy costs are relatively low, as they are operated at atmospheric pressure and ambient temperatures. Accordingly, investment and operational costs for biological waste gas treatment systems are comparably low .一、废气生物处理的特点废气或尾气(waste gas，off-gas)在生物反应

5、器内进行。挥发性有机化合物 (volatile organic compounds，VOCs)以及其它有毒或有臭味的气体，如NH3和H2S等。化工、制药、电镀、喷漆、印刷等行业产生的有害污染物(hazardous air pollutants，HAPs)以及废水处理厂、堆肥厂、垃圾填埋厂产生恶臭(odor)等。 投资少，运行费用低 不需要投入额外的化学品;化学法则需加催化剂和氧化剂等，如次氯酸盐、过氧化氢、二氧化氯等。去除效率高 一般的空气污染物去除效率超过90。污染少 生物处理的产物是生物量，很容易处理。5. 耗能低生物反应在常温常压下进行，能量来自微生物利用VOCs成分本身产生的能量。生物

6、处理法消耗的动力只是污染气体进入处理系统时所消耗的能量(正压送风或负压引风)。表1 臭气浓度控制参考值序号控制项目一级标准二级标准1氨1.54.02硫化氢0.060.323甲硫醇0.0070.024甲硫醚0.070.555臭气浓度（倍数）20606甲烷气（厂区最高浓度）557氯气0.40.6我国规定的恶臭污染物排放标准 (GBl4554-93)表2 臭气强度表示方法水溶性强 兼具有蒸汽压低、亨利定律常数低的特点，向介质表面微生物膜扩散速率高；主要有无机物如H2S和NH3等、醇类、醛类、酮类以及简单芳烃(如BTEX)等有机物。适宜处理的污染气体应具有的特点：易降解 分子被吸附在生物膜上必需被降解

7、，否则将导致污染物浓度增高，毒害生物膜或影响传质，降低生物滤器效率，或使处理完全失败。 除臭系统组成图 二、废气生物处理的基本形式根据介质性质不同，分为：生物洗涤(bioscrubbing)生物洗涤器(bioscrubber)内是液态介质。 生物滤过(biofiltration)生物滤过采用是固态介质* 生物滤池(biofilters)* 生物滴滤池(biotrickling filters)技术名称化合物浓度化合物溶解度生物滤器低低生物滴滤低中低高生物净化器低中中高表3 工艺类型比较 Biofilters can be described as biochemical fixed bed r

8、eactors where the waste gas is treated while passing a biofilter bed. Microorganisms settle on its surface and form a biofilm in which the airborne substances are absorbed. An important criterion for biofilter media is to provide optimum environments for the microorganisms, thus an essential propert

9、y is the ability to store water. Additional criteria are a low pressure drop to assure an even air distribution and a large specific surface for the mass transfer and the microorganisms to settle on. BiofiltersOne of the key parameters of biofiltration is the moisture content of the biofilter materi

10、al. The optimal range for biologically active organic media is between 40% and 60%. To avoid drying of the filter media, the waste gas should be saturated with water vapour. Usually the air is humidified using wet scrubbers or even bioscrubbers. Both the dry air streams and a high microbial activity

11、 can cause drying of the biofilter material. That is why even if the waste gas initially is saturated with water, the biofilter media may still dry out. An additional irrigation system for the filter may be installed to ensure the optimal moisture content. Anyway, adding too much water should be avo

12、ided as it results in clogging and consequently in an increasing pressure drop, a limitation of the mass transfer, and possibly in anaerobic zones. Biofilter beds are up to 2 m deep. 1生物滤池Frequently used biofilter media are compost, peat, root wood, bark, wood chips (normally used as bulking agent)

13、and different kinds of combination.优点： 充填有机材料，利用介质表面的可溶化学物质和微生物净化气体，反应器内部条件佳，合理维护，去除滤可达95或以上。缺点： 水浸导致处理效率降低。 Traditionally, biofilters were used to treat off-gases from sewage treatment plants, composting facilities and rendering plants, which mainly contain biological intermediate degradation produ

14、cts. In recent years, further applications have been opened to this technology including in food and tobacco producing and processing industries, as well as the treatment of waste gases containing industrial solvents and other volatile organic compounds . Problematic substances regarding biofiltrati

15、on are sulphurous and nitrogenous organic or inorganic compounds, as they cause acidification of the biofilter media due to their oxidisation products, sulphuric and nitric acid. For these applications, a combination with other treatment processes should be considered. Applicable filter loads usuall

16、y range between 40 and 150 m3 m-3 biofilter material per hour (up to 500 m3 m-3 h-1 ).滤料的选择堆肥 原料常用污水处理厂污泥、有机垃圾和畜粪以及植物凋落物。须筛选，滤层要均匀、疏松，空隙率40，滤料须保持湿润，滤层含水量不低于40，但不能有积水。滤层保持适当的温度。 土壤 腐殖土为好，其它土质需要改良，有效厚度不应小于50cm，土壤水分4070。 草炭 其通气性能良好，适于微生物生长，除臭效果比用土壤好。设备实图：In bioscrubbers and biotrickling filters, the mi

17、croorganisms generally are suspended in a scrubbing liquid but may additionally be immobilised on packing material. The most important component of these devices is the absorption column where the mass transfer between gaseous and aqueous phase takes place, and thus the airborne substances are made

18、available to the microorganisms. Usually packing materials are installed to enhance the contact surface of both phases. In most applications the gaseous and the aqueous phases are distributed in counter flow to each other. However, if no packing materials are installed, cross-flow systems often are

19、used. 2生物滴滤池滤料使用惰性材料，如炉渣、矿渣、陶瓷、塑料或金属等，使用颗粒状或有空隙的材料，耐受强挤压，使填料之间提供充分的空隙和高的比表面积。床层厚度一般在0.51.0m，依需要而定。水不断循环通过，从上往下滴流，多数情况在上升气体和下降水之间形成一个逆流，因此，提高了气体的溶解效率。 处理的浓度100mg/m35g/m3，流量550000m3/h。 优点： 滤料重量轻、空隙大、表面积大、废气和介质接触时间短(几秒钟)，处理效率高，同时滤料不需更换。 监控简单，与生物滤池相比，处理负荷更高，效率相当，占地面积更小。缺点： 较高的投资和运行成本。 应用微生物滴滤床已成功地用于化工厂、

20、食品厂、污水泵站等方面的废气净化和脱臭。污染物包括硫化氢、二硫化碳、苯乙烯、甲苯、丙烷、异丁烷、苯酚、乙醇、四氢呋喃、环已酮、甲基乙基甲酮等。 3生物洗涤生物洗涤装置一般由洗涤器和生物反应器两部分组成，吸收器和生物反应器分开设置。 更准确地说，是一个通过气味成分的高效溶解而去除气味的方法。吸收主要是物理溶解过程，采用的吸收设备有喷淋塔、筛板塔、鼓泡塔等，吸收过程进行很快，水在吸收设备中的停留时间仅约几秒钟；* 生物滤池、生物滴滤池利用液体为媒介，将气态污染物转入生物相，进而无机化；* 生物洗涤则将气态污染物转移入水相，把气态污染物的净化转化为水中污染物的净化。非常适合于亲水性化合物，如丙酮或甲

21、醇。生物反应的净化过程较慢，吸收了挥发性气体的废水在反应器中一般需要停留几分钟至十几小时。The superficial air velocity in a bioscrubber should be in the range of 0.52.5ms-1. Packed towers operate at liquid irrigation rates of about 2060 m3 m-2 h-1 of packing surface.生物洗涤装置 循环废水的利用可以直接进入吸收器重复使用；经过泥水分离后再重复使用。微生物、营养物和水； 适合处理水溶性强的气态污染物，如醇类、酯类、醛类和酮

22、类等。吸收液组成 ?污水处理厂剩余活性污泥配制混合液作为吸收剂可用于处理复合型臭气，特别能脱除很难治理的焦臭。To avoid clogging, the packed bed should have large pores and should be cleaned frequently.The scrubbing liquid is subsequently drawn off and continuously cycled. An activation tank may be implemented into this cycle to allow further regeneratio

23、n time. The degree of regeneration can be influenced by the size of the activation tank and consequently the retention time of the scrubbing liquid. It may be necessary to install an additional aeration system to provide a sufficient amount of oxygen. Furthermore, nutrients may beadded to the scrubb

24、ing liquid to provide lacking elements like phosphorous, nitrogen, potassium, etc., for the microorganisms. 三、生物法处理废气的机理废气与水或固相表面的水膜接触，污染物溶于水中成为液相中的分子或离子，这一过程是物理过程，符合亨利定律。 生物反应器处理废气一般经历以下三个阶段：1、溶解过程吸着过程溶于水中的污染物被微生物吸附、吸收，污染物从水中转入微生物体内。作为吸收剂的水被再生复原，继而再用以溶解新的废气成分。生物降解过程进入微生物细胞的污染物作为微生物生命活动的能源或养分被分解和利用，

25、从而使污染物得以去除。烃类和其它有机物成分被氧化分解为CO2和H2O含硫还原性成分被氧化为S、SO42-含氮成分被氧化分解成NH3，NO2-和NO3-等。 污染物转移的三种可能情况(1)气流吸附在有机介质上在水相解析膨解生物降解(2)气流在生物膜上直接吸附生物降解(3)气流在水相中溶解生物降解 四、处理废气的微生物多为混合微生物，因为：含有多种成分的混合废气，需要多种微生物分别降解；有的成分需要几种微生物的相继作用才能分解转化为无害物质；氨先经硝化细菌再经反硝化作用细菌才能成为分子态氮； 四、处理废气的微生物一些难降解的成分要由几种微生物联合作用才能被完全降解；卤代有机化合物先经厌氧微生物还原

26、脱卤，再被好氧微生物彻底分解； 四、处理废气的微生物工艺需要，尽管废气成分能够被单一微生物分解，但还需利用其它微生物。在硫化氢氧化中，为了使自养型脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)凝絮持留于反应器内，需与活性污泥中的异养型微生物一起共培养。 紫红红球菌(Rhodococcus rhodochrous)Rhodococcus rhodochrous CF 222 五、废气生物处理的基本条件微生物生命活动的必要成分；吸收废气的溶剂。采用土壤或堆肥等固态处理系统时，适宜的水分含量可保证氧与水分的供给。5070为适宜的含水量。通常预处理需要加湿，防止滤料变干。 主要有水

27、分，养分、温度、氧气(有氧或无氧)以及酸碱度等。1水 分2养 分废气可为微生物提供一定的养分，VOCs可以提供碳源和能源，但是需要适当补足其它养分。不同的处理工艺对养分控制有差异，例如生物滴滤池补充营养盐十分重要，但是堆肥生物滤池补给营养盐的次数可以减少，一年补给二次即可。3温 度废气生物处理多用中温条件(2535)，少用高温。土壤或堆肥处理废气时通常采用自然温度，如果微生物分解基质放热造成温度过高则需采取降温措施。4氧气废气处理多用异养型好氧微生物；氧的供给量与供给方式对处理效率的影响很大，微生物数量、基质浓度和温度等因素也会影响供氧。少数厌氧条件，例如着色菌处理硫化氢，则需控制无氧条件，以

28、氨气取代反应系统的氧气。 5、酸碱度以中性或微碱性为宜。废气生物处理中的细菌多数适应于中性至微碱性环境，只有少数种类对酸碱度要求比较特殊，例如氧化硫硫杆菌最适pH为2.62.8，最低为pH 1.0，最高为pH 4.06.0。 第二节 恶臭的原位处理一、恶臭污染物和污染源二、恶臭的控制 三、恶臭的原位微生物处理第二节 恶臭的原位处理 恶臭污染物(odor pollutants)指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生化环境的气体物质。一、恶臭污染物和污染源如：畜禽场是重要的污染源ONeil和Phillips从养猪场中分离鉴定到160种化合物，主要成分有氨、胺、含硫化合物、挥发性脂肪酸、吲哚类、粪

29、臭类、酚类、醇类和羰基类化合物。 如两个烷基同硫结合时，就会变成二甲基硫醚和甲基乙基硫醚等带有异臭的硫醚。若再改变某些化合物分子结构中S的位置，其臭味的性质也会改变。 恶臭物质的发臭原因与分子结构有关各种化合物分子结构中的硫(=S)、巯基(-SH)和硫氰基(-SCN)是形成恶臭的原子团，通称“发臭团”。有些有机物如苯酚、甲醛、丙酮等，其分子结构含有羟基、醛基、羰基和羧基，也散发各种臭味，起发臭团的作用。二、恶臭的控制 焚烧，如对垃圾和食品加工厂的残渣等可燃性物质焚烧；氧化，氧化剂有臭氧、氯气和高锰酸钾等；吸附，吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝等；酸碱处理，稀酸处理碱性恶臭物质(如三甲胺)，稀碱

30、处理酸性恶臭物质(如硫化氢)：生物氧化，利用生物酶的催化氧化作用；掩蔽，不便处理的低浓度臭气施放有香气的物质来掩蔽臭气，如果浓度太高则不起作用。 案例：畜禽饲养场恶臭的控制 1日粮设计与恶臭控制日粮配方设计的目标是：满足不同生理阶段牲畜的营养需要；确保牲畜机体的健康和产品品质；适口性好；生产效率高；成本低，经济合理；牲畜排泄物对环境影响最低。奶牛日粮配方设计中各种营养素考虑的优先次序为：纤维能量粗蛋白非降解蛋白常量矿物元素微量元素和维生素。(1)酶制剂 (2)抗生素 (3)益生菌(probiotics) (4)酸化剂 2饲料添加剂的应用(1)化学除臭剂(chemical deodoulant)

31、 3除臭剂(deodourant)的使用(2)生物除臭剂(biological deodourant) 三、恶臭的原位微生物处理产生恶臭的微生物多是一些动物肠道细菌，包括埃希氏菌属、拟杆菌属、柠檬酸杆菌属、假单胞菌属和变形菌属。 微生物除臭机理：将恶臭物质转化为非恶臭物质；利用恶臭物质为细胞物质。1、原位微生物处理优良菌种应具备的特征(4)能够产生抗生素等抑菌物质抑制和杀死有害微生物。 (1)具有分解含硫或含氨和有机酸等恶臭化合物的能力；(2)不产生含硫、含氨和有机酸等恶臭化合物；(3)能够在不适宜的环境下存活并在适宜环境下快速繁殖；Typical biofilter installation2、除臭微生物种类微生物制剂的使用：直接喷撒到堆肥、家畜场；添加到饲料中在动物肠道就发挥作用。 细菌：芽孢杆菌、链霉菌和光合细菌等;真菌：青霉、曲霉、木霉和酵母菌。市政污水处理厂废气生物处理案例介绍污水处理厂 各部分的气味值 处理厂工序部位气味值波动范围进水4525格栅8532136曝气沉砂池603090高负荷曝气池603384一般负荷曝气池5021101延时曝气法曝气池301043初沉池552984中间沉淀池302331二沉池301250初沉污泥提升85