工业废气生物处理背景及进展

1、背景：产业革命以来， 由于近现代工业的迅猛发展， 对化石燃料的消耗不断增加， 燃烧过程所排出 的大量 SO2、NOX 及粉尘等污染物造成一系列生态环境问题， 并对人类的健康造成了直接威 胁。另一方面，随着有机合成工业和石油化学工业的迅速发展,进入大气的有机化合物越来越多， 这类物质往往带有恶臭， 不仅对人体各种感官有刺激作用， 而且不少有机化合物具有 一定毒性 ,产生“三致”效应 ,从而对人体和环境产生很大的危害。针对以上污染物，现有成 熟的烟气治理技术都有一定的弊端 : 基建投资大、运行费用高、耗能大、占地面积大、后续 产物处理不彻底容易造成二次污染等等。 从长远发展角度来考虑， 研发价格低

2、廉、 净化效率 高新技术、新装备已成为大气污染控制领域中前沿性的研究方向。微生物法净化烟气相比与传统处理技术，具有处理效果好、适应性强、投资及运行费用低、 安全性好、 无二次污染、 易于管理适应等优点，当前烟气净化发展的需求。 这些独有的优势 使它脱颖而出，成为当今人们研究烟气净化技术热点之一。国内外脱硫脱硝研究现状： 国外在生物净化烟气治理方面的研究较早， 所以成绩也相当突出， 尤其是在微生物脱硫方面 成果更为显著， 有的技术工艺已达到了实用水平， 在一定范围内得到了工业化推广应用。 微 生物脱硝方面比脱硫技术研究的稍晚，技术也差一些但也取得了不错的成绩。1988年国外Tulsa大学的DAS

3、U等人开始了微生物脱除 S02气体的研究工作，他们应用硫酸 盐还原菌(SRB对S02气体进行处理转化。此后美国Tulsa大学的P T. Selvaraj等几位学者也应用此类微生物菌对气相的S02进行脱除研究工作，他们应用硫酸盐还原菌将S02还原为H2S,之后再利用其它类的微生物菌将H2S氧化为单质S,完成了使有毒气体向着有重要价值的单质S的转化。1992年荷兰HTSE&E公司和PAQUE蛰司研发出了生物脱硫工艺 (BFGD), 并且他们次年对此工艺进行应用示范，将其应用于规模为S0MW 电厂的烟气治理，该示范工程一切运转良好并在此基础上， 此工艺被进一步放大在荷兰南部发电站建立了生物脱硫 中试

4、工程。从几周的运行处理可以得出结论 :此设备能够稳定地运行，几种生物共同作用最 终将SO2经过一系列的还原氧化等变化全部转化为单质So达到了非常理想的效果，取得了非常可喜的成效。而且此工艺装备基建和运行费用都远远低于湿法和干法脱硫设备的费用， 操作简单，基本无二次污染。口前，BFGD工艺对于中小型锅炉烟气治理已进入实用化的阶段，并在一定范围内得到了推广应用。从这些示范工程的运行状况以及气体转化的效率可以看出：生物脱硫工艺技术已达到了比较完善、成熟实用技术水平。1995年，荷兰Paque和Hoogoven、公司开发了 Biostar工艺，首次把微生物代谢功能和化学技术结合，用于烟气脱 硫。口前已

5、经发展中试阶段，并在一定范围内得到了工业化应用。此外，美国和日本的一些公司在生物治理废气方而也做了大量的研究工作， 也研发了类似的工艺技术， 处理废气中的 SO2或H2S都取得了不错的成效。美国爱达荷国家工程实验室也相继开发了利用脱氮菌还原 处理烟道气中的 NO工艺。该研究将含NO 100-400卩g/L的烟气通过一个堆肥填料塔，停留时间约为1 min，测得当NO进口浓度为250卩g/L时，NO的净化率为99 %。这是比较早的 利用生物进行烟气脱氮的研究，而且取得了比常规烟气脱氮还要好的效果1o我国在生物法净化烟气方而的研究起步较晚， 目前还处在实验研究阶段， 虽然如此国内一些 院校和科研院所

6、的众多学者在实验中开展了大量的研究工作，取得了较好的成绩， 掌握了大量的有重要价值的生物治理废气的技术参数，工艺方法等等。例如：王安等2采用氧化亚铁硫杆菌(T.ferrooxidans)对烟气中的SO2进行脱除研究。并且比较了微生物法和千代田法在 相同的操作条件下脱除二氧化硫效率， 结果表明， 在通气时间相同的情况下， 微生物法脱硫率远大于千代田法。张永奎等用分离所得的氧化亚铁硫杆菌(T. ferrooxidans)和Fe3+体系对含 有 SO2 气体的废气进行处理，研究结果表明，细菌菌液比稀硫酸吸收法的脱硫效率要高得多。周作明等3在实验室中采用络合吸收和生物还原法（BioDeNO）相结合对模

7、拟烟气中的进行脱除NO,并重点研究了其吸收去除原理。络合吸收和生物还原法相结合处理废气是近些 年来研发出的一种烟气脱氮新方法。 同时国内的一些学者在生物法同时脱硫、 脱硝方而也做 了大量的实验研究工作,并取得了突破性的进展：谢志荣4等在实验室中以玻璃棒作为过滤塔, 以轻质陶粒作为载体用事先已选出的多种微生物 （脱硫菌和脱氮菌或能同时脱硫、 脱 氮菌所组成的混合菌种） 对其进行生物挂膜, 然后以化学实验制取的二氧化硫和氮氧化物作 为烟道废气, 在实验室中应用已挂膜成功的滴滤塔对二氧化硫和氮氧化物进行脱除,研究结果表明,生物法能有效同时去除烟气中的二氧化硫和氮氧化物,且净化效率分别可达99.9%和

8、 88.9%。由于微生物脱除硫 /氮都需要碳源,而燃煤烟气中就有二氧化碳,因此国内有些 学者在进行生物同时脱硫, 脱硝时试想以二氧化碳作为碳源来进行研究, 试图除去更多有害 气体达到一举多得。 这些成绩把应用生物治理烟气向前推进了一步, 无形中也引领学者用生 物脱除多种有毒气体, 有毒重金属等方向研究 ;为生物治理烟气向多重化、 多功能、 多效益、 全方位方而的发展打下了坚实基础。国内外去除有机废气的研究现状：我国对生物法处理有机废气的研究相对较晚,叶蔚君等7采用活性炭作为填料,当气体流量在 0.56m3/h ,入口氮氧化物质量浓度为 480 mg/m3 ,停留时间 18.4s 时,净化效率达

9、到 96.67%,李顺义等 8研究发现,在以玉米芯为填料的多层生物滤塔中,硫化氢进口质量浓 度低于 140 mg/m3 ,去除率在 90%以上, 在适宜的工艺条件下运行 3个月, 硫化氢净化效率 稳定在 90%以上。20 世纪 80 年代起, 德国和荷兰己经开始采用生物过滤法控制工业生产过程中产生的挥 发性有机物和有毒气体, Ryu 等研究了在生物滤床中生物量、 压降与反应器性能之间的关系。 Popat 等研究了在厌氧生物滴滤塔中三氯乙烯移除的限速步骤,并得出了操作条件的不同, 质量传递和动力学限制会发生在空气 /污染物中。从国内研究现状看, 现阶段对生物法处理有机废气的研究主要集中在实验阶段

10、,并维持反应器一定的稳态条件,但工业生产中污染物的种类、浓度、温度等条件不断变化,所以,在研 究阶段应更加注重实际，以便于生物法处理VOCs技术在工业中得到更普遍的应用。国外研究生物法处理 VOCs技术较早，并得到广泛的应用，现阶段国外的研究更加注重多因素考察 以及相关机理方面的内容研究 9。前景与展望：21 世纪将是发展、洁净、安全、环保和高效利用新能源时代,因此研发出去除烟气中 有害物质的无二次污染的有效方法对控制燃煤造成的大气污染问题具有非常重要的现实意 义,对人类社会经济的持续发展将产生深远影响。 由于微生物法所具有的鲜明特点是其它净 化烟气方法无可比拟的。 因此微生物净化技术具有广泛

11、的发展前景和市场空间, 会得到更广 泛的推广应用。 但微生物法同时脱硫、 脱硝技术还存在许多的难题, 因此我们对微生物法同 时脱硫、脱硝技术的研究仍然任重而道远。随着工业的快速发展，生物法处理VOCs技术以其能耗低、投资少、效率高等优点而得到广泛研究与应用，以便解决我国当前严重的环境问题，但生物法处理VOCs亦存在较多问题而限制了其在工业中的广泛应用。目前,生物处理技术在有机废气治理方而的应用还不成熟, 不同反应器所表现的去除效率差异较大。 同时,涉及到气、 液传质及生化降解影响因素较多,该技术的实际应用不够深入， 还需做好以下几个方而的工作： （ 1）培育针对性强的优势菌种， 研究微生物分解有机物的反应机理， 发现调控反应速率的关键步骤， 缩短处理装置的启动时