废气的生物处理工艺及其发展分析研究 环境工程专业

废气的生物处理工艺及其发展分析研究环境工程专业摘要：随着人口、工农业生产和科学技术的飞速发展，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，有害空气污染物质和工厂臭气造成的环境污染问题越来越受到人们的重视。生物法废气净化技术利用微生物的代谢作用，具有适应性强，投资、运行费用低，二次污染小等优点。它已逐步成为世界上工业废气净化领域的前沿热点技术。关键词：废气、生物吸收法、生物滤池、生物滴滤池引言随着人口、工农业生产和科学技术的飞速发展，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，有害空气污染物质和工厂臭气造成的环境污染问题越来越受到人们的重视。化工厂、制药厂、冶炼厂等在生产过程中排放的各种有机、无机废气，不仅对人体感官有刺激作用，而且不少有机化合物有毒性，严重危害了人类的健康和生态环境。我国目前只对高浓度工业有机废气采取了净化处理如吸收法、吸附法和催化燃烧法等方法，低浓度（5mg/m3）工业有机废气的净化处理难度很大，是世界上工业废气净化研究的一个难题[1]。生物法废气净化技术就是为解决这类既无回收价值，又扰民并污染环境的低浓度工业有机废气净化处理的难题开发的，属目前世界上工业废气净化领域的前沿热点技术[2]。原理[3]废气生物净化过程实质上是利用微生物的生命活动将废气中的有害物质转化为简单的无机物(CO2和H2O)及细胞质等。生物处理过程一般经历了如下几个过程：(1)废气成分首先同水接触并溶于水中，由气相转移到液相；(2)污染物被生物膜吸附，有机成分被微生物吸收；(3)微生物将污染物转化为无害的化合物。微生物对各类污染物均有较强、较快的适应性，并可将其作为代谢底物降解、转化。同常规的有机废气处理技术相比，生物技术具有效果好、投资及运行费用低、安全性好、无二次污染、易于管理等优点，尤其在处理低浓度(小于3mg/l)、生物降解性好的有机废气时更显其优越性。主要理论依据目前，主要存在两种理论来解释这种传质过程，一种是公认的影响较大的荷兰学者Ottehraf依据吸收操作的双膜理论而提出的生物膜理论；一种是Pederson、孙佩石[1]等依据吸附理论而提出的吸附—生物膜理论。图1生物化学法净化有机废气过程示意图[4]主要分类根据微生物在有机废气处理过程中存在的形式，可将处理方法分为生物吸收法(悬浮态)和生物过滤法(固着态)两类。生物吸收法(又称生物洗涤法)即微生物；及其营养物配料存在于液体中，气体中的有机物通过与悬浮液接触后转移到液体中而被微生物降解。生物过滤法则是微生物附着生长于固体介质(填料)上，废气通过由介质构成的固定床层(填料层)时被吸附或吸收，最终被微生物降解，较典型的有生物滤池和生物滴滤池两种形式[5]。生物吸收法生物吸收法是通过悬浮液先将气态污染物吸收其中，再对悬浮液进行生物处理。因采用活性污泥的方法，其去除率除了与污泥的MLSS浓度、PH值、溶解氧等因素有关，还与污泥的驯化、营养盐的添加量、添加时间有关。此法比较适宜气量小、浓度大的气态污染物。喷淋塔吸收法是生物吸收法中很重要的一种[6]。喷淋塔吸收法是由一个吸收塔和一个再生他构成，如图2。从活性污泥池中抽出的生物悬浮液自吸收塔顶部喷淋而下，与下部向上的废气逆向接触，使废气中的污染物和氧转入液相，实现质量传递。吸收了废气的生物悬浮液被送回再生反应器(活性污泥池)，利用曝气设备送太空气充氧再生。被吸收的气态污染物通过微生物氧化作用，最终被再生池中的活性污泥悬浮液从液相中除去。喷淋塔法具有工作效率高、设备占地小。系统耐冲击负荷强等特点。一般运行时污泥浓度可控制在5000~10000mg/L、气量＜20m3/h。德国在此基础上开发出二级喷淋脱臭装置，其效率极高，运行费用极低。图2喷淋吸收塔法设备示意图生物吸收法中，气相阻力较大可用喷淋法，若液相阻力较大时可用曝气法。曝气法与污水处理厂的生物曝气类似，只是用废气替代空气注入活性污泥池，设备通常是曝气管，风速为0.1~1mm/s。实验证明，连续向曝气池通人废气，三天左右活性污泥可被驯化。日本某污水处理厂用含有废气的空气作为曝气空气送入曝气池，同时进行废水、废气的处理，其效率达到99％[7]。生物滤池[5]废气流经生物滤床(见图3)中的活性滤层，有机物被滤料上的湿润水膜吸收，通过滤料上生活的微生物的代谢作用而降解。图3生物滤床示意图图4多层布置的生物滤床生物滤床主要由进气系统、布气承托层、生物滤层和维护装置组成。在生物滤床处理废气过程中，微生物的活性和数量对处理效果具有决定意义，它们取决于如下因素：进气流量、温度和湿度；废气中物质组成；浓度的稳定性和水溶性；氧气和营养物的供给；滤床的布置和温度、湿度保持；滤料的选择；滤床中的pH控制等。滤料影响微生物的生长，从而直接影响净化效果。滤料选择必须考虑滤料的孔隙率、孔径分布、比表面积、亲水性、自身气味、pH等参数。在工程实践中，一般可选择有机滤料或无机滤料。无机滤料选择比表面积大，有一定强度的无机填料，如加气混凝土、多孔陶粒、熔岩颗粒或矿渣等。有机滤料主要有腐殖树皮、植物根须、枝杈、锯末、泥炭等及其混合物。由于有机滤料廉价易得，获得广泛的应用。有机滤料滤层一般高度在0.5~1.2m。运行3~5年后，由于密实度增大造成阻力增大，应进行更换；更换滤料时，宜分次进行，以保持滤料中微生物种群的稳定。生物滴滤池[8]生物滴滤池与生物滤池相似，但所用载体不再是土壤、木屑、泥煤，而是采用粉碎石。塑料颗粒、陶瓷、碳素纤维等，并且最主要的区别是在填料的上方喷淋循环液，运行前期，循环水中只有微生物，但运转后不久，填料上就可附着一层几毫米厚的生物膜，循环水不但提供了液相，而且可以加入出调节剂或营养盐，见图5。图5.生物滴滤池设备示意图由于填料多采用立体多面结构，填料的比表面积大大提高，一般为100~300m2/m3，显著加大了气相与液相的接触面积，提高了传质效率；同时，气体通过空间加大，减小了设备压降，降低了运行成本；并且减少了由于生物膜疏松引起的空间堵塞的几率。影响生物滴滤池的主要因素有：填料的填充高度、人口气体浓度、气体流量、循环液喷淋量、温度、出值与传统的生物滤他相比，生物滴滤池的反应条件易于控制；单位体积填料中微生物浓度高，更适合于卤代烃、含流、含氮等在降解过程中产酸、产能的气态污染物处理；以及高负荷的废气处理。现存问题[9][10][11]生物处理废气在日本、欧洲和美国已广泛应用，设备及工艺比较成熟，而我国这方面研究还不够，还存在一些问题，主要是：特定有机物降解的细菌种类和接种方法有待研究。设备的研究开发，包括过程参数自动控制系统、布水、布气系统、填料等标准的确立。废气中的颗粒物在滤床中积累过多，易造成滤床堵塞，阻力增大。发展趋势[12]目前生物法处理废气还只适用于低浓度的简单废气，应将生物处理废气的应用范围更广泛。与现代高科技相结合，将微生物通过驯化，优化生存期条件，提高单位体积的生物降解速度。选择适当的填料，提高填料的表面性质及其使用寿命。将神经网络系统应用于生物法处理废气，实现自动控制，提高对各运行参数的控制能力，可降低维护费用和故障发生的概率。总结生物净化气态污染物的记载可追溯到对年代，最早主要应用于空气除臭。60年代开始，许多发达国家对此开展了广泛研究，美、德等国取得了显著成就。既年代，发达国家已将生物净化气态污染物的技术广泛应用于冶金、炼油、化工、畜牧、污水处理厂等工业生产。迄今，在德国和荷兰有500多座大规模的废气生物过滤装置，生物过滤反应器的面积一般在10~2000m3之间，废气处理量1000~150000m3/h。我国自90年代起开始这方面的研究，一切处于起步阶段，自有技术的应用就更少[13]。随着经济的发展和人民生活水平的提高，废气对环境的影响必将受到国家的重视。化工、采矿、冶金、炼油、畜禽、垃圾等具有挥发、散发有机、有毒、臭味的工业生产所产生的气态污染物已成为环境污染的主要因素。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），生物处理方法利用的是微生物的代谢作用，因此具有适应性强，投资、运行费用低，二次污染小等优点，是一种自然的污染治理技术。在人们环保意识不断增强的今天，生物法所具有的这些优点将会使它在废气处理方面发挥越来越重要的作用。展望未来，这一领域必将会有巨大的市场和美好的前景。参考文献：[1]孙佩石,生化法净化低浓度挥发性有机废气的动力学模式研究[J],上海环境科学,1997,16(8),13-14[2]魏在山,生化法净化工业有机废气的研究[J],环境科学动态,2001,1:15-17[3]白书立等,生物法在废气净化过程中的技术进展,中国知网40/kns50/scdbsearch/scdetail.aspx?QueryID=2&CurRec=1[4]苑宏英等,工业废气的生物处理方法,中国知网40/kns50/scdbsearch/scdetail.aspx?QueryID=18&CurRec=1[5]郑兴等,挥发性有机化合物废气的生物处理技术及其工程应用,环境污染与防治/upload/rudearticle/2005/200581710245.doc[6]刘小兵等,环境生物技术在“三废”治理中的应用,中国知网40/kns50/scdbsearch/scdetail.aspx?QueryID=33&CurRec=1[7]高水明,污水处理厂气态污染物的生物净化技术,北京排水/website/waterPub/cmsinfo/ABC00000000000010474.html[8]贺延龄等,环境微生物学,中国轻工业出版社,北京,2001[9]何志桥,王家德,陈建孟,生物法NOx废气的研究进展,[J]环境污染治理技术与设备,2002,(3)9:59-62[10]