环境工程微生物学-污染气体的生物处理

1、 人类生产及生活中的燃料燃烧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、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屠宰、污水处理及垃圾处理等工厂所产生的废气。的废气。 废气处理是环境污染控制的一个重要方面。废气处理方法：废气处理方法：理化法：目前主要采用的方法，如燃烧、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，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，运行费用较高；用于处理某些恶臭废气时，效果不甚理想。效果不甚理想。生物法：具有处理效率较高、适应性较广、生物法：具有处理效率较高

2、、适应性较广、工艺较简单以及费用较省等优点。工艺较简单以及费用较省等优点。 废气的微生物处理废气的微生物处理19571957年在美国获得专利，年在美国获得专利，19701970年代引起重视，年代引起重视，19801980年代德国、日本、荷兰等国工业规模各类年代德国、日本、荷兰等国工业规模各类生物净化装置投入运行。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污染物的去除率可达到9090以上。以上。 1. 废气或尾气废气或尾气(waste gas，off-gas)在生物反应在生物反应器内进行。器内进行。挥发性有机化合物挥发性有

3、机化合物 (volatile organic compounds，VOCs)以及其它有毒或有臭味以及其它有毒或有臭味的气体，如的气体，如NH3和和H2S等。等。化工、制药等行业产生的有害污染物化工、制药等行业产生的有害污染物(hazardous air pollutants，HAPs)以及堆肥以及堆肥厂、垃圾填埋厂产生恶臭厂、垃圾填埋厂产生恶臭(odor)等。等。 2. 去除效率高去除效率高 u空气污染物去除效率超过空气污染物去除效率超过90。3. 投资少，运行费用低投资少，运行费用低 u不需要投入额外的化学品不需要投入额外的化学品;u化学法需加催化剂和氧化剂等，如次氯酸化学法需加催化剂和氧化

4、剂等，如次氯酸盐、过氧化氢、二氧化氯等。盐、过氧化氢、二氧化氯等。4. 污染少污染少 u产物为生物量，易处理。产物为生物量，易处理。 耗能低耗能低u常温常压下进行，微生物利用常温常压下进行，微生物利用VOCs产生产生能量。能量。u消耗的动力只是污染气体进入处理系统时消耗的动力只是污染气体进入处理系统时所消耗的能量所消耗的能量(正压送风或负压引风正压送风或负压引风)。1. 水溶性强水溶性强 u向介质表面微生物膜扩散速率高；向介质表面微生物膜扩散速率高；u主要有无机物如主要有无机物如H2S和和NH3等、醇类、等、醇类、醛类、酮类以及简单芳烃醛类、酮类以及简单芳烃(如如BTEX)等有机物。等有机物。

5、v适宜处理的污染气体应具有的特点：2. 易降解易降解 u 容易降解，否则将导致污染物浓度增容易降解，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。物滤器效率，或使处理完全失败。 二、废气生物处理的基本形式二、废气生物处理的基本形式u 根据介质性质不同，分为：根据介质性质不同，分为：1. 生物洗涤生物洗涤(bioscrubbing)生物洗涤器生物洗涤器(bioscrubber)内是液态介质内是液态介质 2. 生物滤过生物滤过(biofiltration)生物滤过采用是固态介质生物滤过采用是固态介质生物滤池生物滤池(biofil

6、ters)生物滴滤池生物滴滤池(biotrickling filters) 生物滤池内的固态介质是一些天然材料，生物滤池内的固态介质是一些天然材料，常用的固体颗粒有土壤和堆肥，这些材常用的固体颗粒有土壤和堆肥，这些材料为微生物的附着和生长提供表面，微料为微生物的附着和生长提供表面，微生物可以吸收废气中的污染物将其转化生物可以吸收废气中的污染物将其转化为无害物质。为无害物质。 微生物滤池适用于微生物滤池适用于处理肉类加工厂、处理肉类加工厂、养殖场、污水处理厂和堆肥厂养殖场、污水处理厂和堆肥厂等处产等处产生的废气。生的废气。 特点是浓度不高，带有强烈臭味。特点是浓度不高，带有强烈臭味。 堆肥堆肥

7、筛选，滤层均匀、疏松，空隙率筛选，滤层均匀、疏松，空隙率40滤料保持湿润，滤层含水量不低于滤料保持湿润，滤层含水量不低于40，但不，但不能有积水。能有积水。滤层保持适当的温度。滤层保持适当的温度。 土壤土壤 腐殖土，厚度不小于腐殖土，厚度不小于50cm，土壤水分土壤水分4070， 草炭草炭 通气良好，除臭效果好。通气良好，除臭效果好。 生物滴滤池由箱体、生物活性床层、喷水器生物滴滤池由箱体、生物活性床层、喷水器等组成。等组成。 废气经预处理室去除颗粒物和增湿后进入滤废气经预处理室去除颗粒物和增湿后进入滤床底部。床底部。 滤料使用陶瓷、塑料等人工材料，颗粒状或滤料使用陶瓷、塑料等人工材料，颗粒状

8、或有空隙的材料，床层厚度有空隙的材料，床层厚度0.51.0m。u优点：优点： 滤料重量轻、空隙大、表面积大、废滤料重量轻、空隙大、表面积大、废气和介质接触时间短气和介质接触时间短(几秒钟几秒钟)，处理效，处理效率高，滤料不需更换。率高，滤料不需更换。 处理的浓度处理的浓度100mg/m35g/m3，流量，流量550000m3/h。 u应用l微生物过滤床已成功地用于化工厂、食品微生物过滤床已成功地用于化工厂、食品厂、污水泵站等方面的废气净化和脱臭。厂、污水泵站等方面的废气净化和脱臭。l污染物包括硫化氢、二硫化碳、苯乙烯、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、四氢甲苯

9、、丙烷、异丁烷、苯酚、乙醇、四氢呋喃、环已酮、甲基乙基甲酮等。呋喃、环已酮、甲基乙基甲酮等。 3生物洗涤l生物洗涤装置生物洗涤装置l洗涤器洗涤器l生物反应器生物反应器 两部分组成两部分组成l吸收设备有喷淋塔、筛板塔、鼓泡塔等，吸收设备有喷淋塔、筛板塔、鼓泡塔等，吸收过程很快，停留时间约几秒钟；吸收过程很快，停留时间约几秒钟； 三、生物法处理废气的机理l生物反应器处理过程：生物反应器处理过程： 1.溶解过程溶解过程 l废气与水膜接触，污染物溶于水，成为废气与水膜接触，污染物溶于水，成为液相分子或离子。液相分子或离子。2.吸着过程吸着过程l溶液中的污染物被溶液中的污染物被微生物吸附、吸收微生物吸附

10、、吸收l水再生复原，用以溶解新的废气成分水再生复原，用以溶解新的废气成分3. 生物降解u进入微生物细胞的污染物作为微生物生命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活动的能源或养分被分解和利用分解和利用，从而使，从而使污染物得以去除。污染物得以去除。u烃类和其它有机物氧化为烃类和其它有机物氧化为CO2和和H2O，u含硫还原性成分氧化为含硫还原性成分氧化为S、SO42-，u含氮成分氧化成含氮成分氧化成NH3，NO2-和和NO3-等。等。 四、处理废气的微生物l混合微生物混合微生物含有多种成分的含有多种成分的混合废气混合废气，需要多种微生，需要多种微生物分别降解；物分别降解；有的成分

11、需要几种微生物的相继作用才能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，分解转化为无害物质，u氨先经硝化细菌再经反硝化作用细菌才能氨先经硝化细菌再经反硝化作用细菌才能成为分子态氮；成为分子态氮； 四、处理废气的微生物难降解成分由多种微生物联合作用降解；难降解成分由多种微生物联合作用降解；l卤代有机化合物先经厌氧微生物还原脱卤，再被卤代有机化合物先经厌氧微生物还原脱卤，再被好氧微生物彻底分解；好氧微生物彻底分解；工艺需要，即使废气成分能被单一微生物分解，工艺需要，即使废气成分能被单一微生物分解，仍接种复合微生物仍接种复合微生物l硫化氢氧化中，为了使自养型脱氮硫杆菌硫化氢氧化中，为了使

12、自养型脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)凝絮持留于反应器内，凝絮持留于反应器内，需与活性污泥中的异养型微生物需与活性污泥中的异养型微生物起共培养。起共培养。 紫红红球菌紫红红球菌(Rhodococcus rhodochrous) 五、废气生物处理的基本条件l主要有水分，养分、温度、氧气主要有水分，养分、温度、氧气(有氧或有氧或无氧无氧)以及酸碱度等。以及酸碱度等。 1水水 分分l微生物生命活动的必要成分；微生物生命活动的必要成分；l吸收废气的溶剂。吸收废气的溶剂。采用土壤或堆肥等固态处理系统时，适宜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

13、给。的水分含量可保证氧与水分的供给。5070为适宜的含水量。为适宜的含水量。通常预处理需要加湿，防止滤料变干。通常预处理需要加湿，防止滤料变干。2养 分l废气可为微生物提供一定的养分，废气可为微生物提供一定的养分，VOCs可以提供碳源和能源，但是需要适当补足可以提供碳源和能源，但是需要适当补足其它养分。其它养分。l不同的处理工艺对养分控制有差异，例如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，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。一年补给二次即可。3温 度l废气生物处理多用中温条

14、件废气生物处理多用中温条件(2535)，少用高温。少用高温。l土壤或堆肥处理废气时通常采用自然温度，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。需采取降温措施。4氧气l废气处理多用异养型好氧微生物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很大，微生物数量、基质浓度和温度等因素也会影响供氧。素也会影响供氧。l少数厌氧条件，例如着色菌处理硫化氢，少数厌氧条件，例如着色菌处理硫化氢，则需控制无氧条件，以氨气取代反应系统则需控

15、制无氧条件，以氨气取代反应系统的氧气。的氧气。 5、酸碱度l以中性或微碱性为宜。以中性或微碱性为宜。l废气生物处理中的细菌多数适应于中性至微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碱性环境，只有少数种类对酸碱度要求比较特殊，特殊，l例如氧化硫硫杆菌最适例如氧化硫硫杆菌最适pH为为2.62.8，最，最低为低为pH1.0，最高为，最高为pH4.06.0。 第二节第二节 恶臭的原位处理恶臭的原位处理一、恶臭污染物和污染源一、恶臭污染物和污染源 l恶臭污染物恶臭污染物(odor pollutants)指一切指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害刺激嗅觉器官引起人们不

16、愉快及损害生化环境的气体物质。生化环境的气体物质。第二节第二节 恶臭的原位处理恶臭的原位处理l畜禽场是重要的污染源畜禽场是重要的污染源l养猪场废气含养猪场废气含160种化合物，种化合物，l主要成分有主要成分有氨、胺、含硫化合物、氨、胺、含硫化合物、挥发性脂肪酸、吲哚类、粪臭类、挥发性脂肪酸、吲哚类、粪臭类、酚类、醇类和羰基类化合物。酚类、醇类和羰基类化合物。 我国规定的恶臭污染物我国规定的恶臭污染物 (GBl4554-93) l恶臭物质的发臭原因与分子结构有关：恶臭物质的发臭原因与分子结构有关：l如两个烷基同硫结合时，就会变成二甲基硫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

17、异臭的硫醚。若再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改变某些化合物分子结构中S的位置，其臭味的位置，其臭味的性质也会改变。的性质也会改变。 二、恶臭的控制 焚烧焚烧：如对垃圾和食品加工厂的残渣等可燃性物：如对垃圾和食品加工厂的残渣等可燃性物质焚烧；质焚烧；氧化氧化：氧化剂有臭氧、氯气和高锰酸钾等；：氧化剂有臭氧、氯气和高锰酸钾等；吸附吸附：吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝等；：吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝等；酸碱处理酸碱处理：稀酸处理碱性恶臭物质：稀酸处理碱性恶臭物质(如三甲胺如三甲胺)，稀碱处理酸性恶臭物质稀碱处理酸性恶臭物质(如硫化氢如硫化氢)：生物氧化生物氧

18、化：利用生物酶的催化氧化作用；：利用生物酶的催化氧化作用；掩蔽掩蔽：不便处理的低浓度臭气施放有香气的物质：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。来掩蔽臭气，如果浓度太高则不起作用。 畜禽饲养场恶臭的控制畜禽饲养场恶臭的控制 1日粮设计与恶臭控制日粮设计与恶臭控制 2饲料添加剂的应用饲料添加剂的应用l(1)酶制剂酶制剂 l(2)抗生素抗生素 l(3)益生菌益生菌(probiotics) l(4)酸化剂酸化剂 3除臭剂除臭剂(deodourant)的使用的使用l(1)化学除臭剂化学除臭剂(chemical deodoulant) l(2)生物除臭剂生物除臭剂(biological deodourant) 三、恶臭的原位微生物处理三、恶臭的原位微生物处理l产生恶臭的微生物多是一些动物肠道细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。酸杆菌属、假单胞菌属和变形菌属。 ：原位微生物处理优良菌种应具备的特征原位微生物处理优良菌种应具备的特征(1)有分解含硫或含氨和有机酸等恶臭化合物的有分解含硫或含氨和有机酸等恶臭化合物的能力：