第8章 生物法净化气态污染物

第八章

生物法净化气态污染物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，如掩蔽、吸附、燃烧、氧化等。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。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。一、废气生物处理的特点适应范围广挥发性有机化合物(volatileorganiccompounds，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(hazardousairpollutants，HAPs)以及废水处理厂、堆肥厂、垃圾填埋厂产生恶臭(odor)等。去除效率高一般的空气污染物去除效率超过90％。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。4、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。一、原理与微生物相一、基本原理液相或固相介质二氧化碳、水等气体有机物微生物降解转移乙醇、硫醇酚、甲酚、吲哚脂肪酸、乙醛、酮、二硫化碳氨和胺悬浮生长系统附着生长系统二、微生物相挥发性有机污染物---异养型微生物无机污染物---自养型微生物水溶性强主要有无机物如H2S和NH3等、醇类、醛类、酮类以及简单芳烃等有机物。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，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。一、废气生物处理的原理生物处理的前体条件：溶于水的，可以生物降解的，对微生物生长没有抑制作用的。污染物气体与水接触,由气相转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体内，当溶液流经填料表面时，溶解在水中的气态污染物被栖息在填料上的生物所吸附，由液相转移到生物相，此阶段遵循一般生物化学反应速度。传质速率取决于填料表面的物理性质、挥发性物质的性质及浓度。技术开发主要强化传质和控制有利于转化的反应过程。传递过程①有机物同水接触并溶解于水中；②在浓度差的推动作用下扩散到生物膜，被微生物捕获&吸收；③微生物利用有机物

用通常的吸收和吸附方法进行废气的非生物处理已被证明是一个非常复杂的过程，特别是由于其中的液体和固体需要再生。这种再生过程可以由微生物来实现，所以，废气的生物处理不需要常用方法那样的复杂设备，费用也低。二、废气生物处理的微生物两大类：自养菌和异养菌。①自养菌特别适用于无机物的转化。但是，由于能量转换过程缓慢，这些细菌生长的速度非常慢，因此，工业应用有一定的困难。②异养菌很适宜于有机物的转化。生物反应器处理废气一般经历以下三个阶段：溶解过程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，完成由气膜扩散进入液膜的过程。吸着过程有机污染物组分溶解于液膜后，在浓度差的推动下进一步扩散到生物膜，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，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。主要影响因素1、湿度生物滤池中，填料/生物固体水分的最佳含量为40%--60%。湿度太高时，水分充满滤料的孔隙，减少了气体停留时间，增加阻力；气液界面减少，降低了氧的传递。太低时，滤层老化，微生物活性降低，填料干燥、开裂，气体短流。间歇喷洒保湿度或在进气中喷水。2、温度：微生物的代谢，溶解度主要影响因素3、pH

生物反应器水相pH6-9，降解含氯、氮、硫的化合物时，会有酸的积累。可在液相中加碱或加缓冲物质调节。4、其他因素污泥浓度、溶解氧、营养盐等。

三、生物净化反应器根据介质性质不同，分为：生物洗涤(bioscrubbing)生物洗涤器(bioscrubber)内是液态介质。生物过滤(biofiltration)生物过滤采用是固态介质生物滤池(biofilters)生物滴滤池(biotricklingfilters)三、生物净化反应器生物过滤法生物吸收法生物滴滤法1.生物过滤法原理：气体经过去尘增湿或降温等预处理工艺后,从滤床底部由下向上穿过填料层，污染物从气相转移到生物膜表面，被微生物吸收转化分解，得到净化。因素：滤料应考虑的因素主要包括多孔、适宜微生物生长、对水分的保持能力较强等,通常选用堆肥、土壤、泥炭、活性炭等湿度控制不当时过滤床容易干燥、开裂,造成气流短路pH值调节不当时容易造成微生物数量下降.控制pH值的方法是在装填填料时投配适当固体缓冲剂,缓冲剂耗尽后需要更新,或者对滤料进行再生.水泵湿度调节布气管道生物滤池具体由滤料床层（生物活性填充物）、砂砾层和多孔布气管等组成。多孔布气管安装在砂砾层中，在池底有排水管排出多余的积水。按照所用固体滤料的不同，生物滤池分为土壤滤池、堆肥滤池及生物过滤箱。1、土壤滤池构造：气体分配层下层由粗石子、细石子或轻质陶粒骨料组成，上部由黄砂或细粒骨料组成，土壤滤层可按黏土、含有机质沃土、细沙土和粗砂按一定比例混配。特点：土壤对废气中无机气体（SO2、NOX、H2S等）有较强的截留和表面催化氧化能力，其产物会使土壤床酸化，因此，可投加石灰中和。优点：①投资少；②无二次污染；③抗冲击能力强。缺点：占地面积大。2、堆肥滤池将堆肥（如畜粪、城市垃圾、污水处理厂的污泥等有机废弃物）经好氧发酵、热处理后，盖在废气发生源上，使污染物分解而达到净化的目的。结构：与土壤床相似。针对有机堆肥臭气去除的生物滤池特点：与土壤床相比：①处理相同量废气时，占地面积少；②去除率高，反应时间短（土壤床1/4~1/2，约20s），适用于废气量大的场合；③有结块趋势，需周期性搅动；④有使用年限。工艺成熟，在欧洲已有500多座投入实际应用中。3、微生物过滤箱封闭式装置，由箱体、生物活性床层、喷水器等组成。微生物一部分附着于载体表面，一部分悬浮于床层水体中。

应用：比其他气态有机污染物控制技术低。德国和荷兰已有500多座生物滤池投入应用,它们中的大多数用于家禽和食品加工工业。近几年已逐渐用于化学工业产生的难降解恶臭物质的处理。采用该法处理H2S气体、甲醛和氨、有机污染物、脂肪类碳氢化合物等都取得了显著的效果。微生物吸收法（MicroorganismAbsorption）

也叫生物洗涤法一般由废气吸收段和悬浮液再生段两部分组成，废气由吸收设备下部进入，向上流动与吸收设备顶部喷淋而下的生物悬浮液在填料层接触，使废气中的污染物和氧转入液相并被微生物所吸收。生物悬浮液(循环