大气污染的环境修复技术

1、JIAOTONGIIMVEHSITY境修复原理与技术大气污染概述植物修复技术微生物修复技术无机矿物材料修复技术9.1.1大气污染现状定义:在一定范围的大气中，出现了原来没有的微量物质，其数量和持续时间，都有可能对人、动物、植物及物品、材料产生不利影响和危害。当大气中污染物质的浓度达到有害程度，以至破坏生态系统和人类正常生存和发展的条件，对人或物造成危害的现象叫做大气污染。来源：I自然源:如植物腐烂、森林火灾、火山爆发等，多为一时性的；II人为源:如工业企业（表9-1）交通运输、生活炉灶和采暖锅炉等，是造成现在大气情况日益恶化的主要原因。表9.1-1大气污染物的主要工业来源污染物主要来源烟尘及生

2、产性粉尘火力发电厂、钢铁厂、有色金属冶炼厂、化工厂、锅炉厂等一氧化碳焦化厂炼铁厂、化工厂、煤气发生站、石灰窑、砖瓦窑、汽车废气等二氧化硫火力发电厂、石油化工厂、有色金属冶炼厂、使用硫化物的企业、如造纸厂、丝纟巢厂等氮氧化物氮肥厂、硝酸厂、硫酸厂（铅室法）、染料厂、炸药制造厂、汽车废气等桂类石油化工厂、汽车废气等硫化氢化学纤维厂、石油加工厂、制药厂以及生产各种硫化物、杀虫剂、二硫化碳等二硫化碳化学纤维厂、橡胶硫化厂、生产二硫化碳的工厂等氟化氢制铝厂、磷肥厂、冰晶厂等氯化氢氯碱厂、镁厂等氯气各种氯化物制造厂、大型化工厂的制氯和漂白粉车间、生产合成盐酸、滴滴涕的工厂铅印刷厂、蓄电池厂、有色金属冶炼厂

3、、汽车废气等汞仪器仪表厂、灯泡厂、汞电解法氯碱厂、氯乙烯中间体厂、农药厂等硫酸厂、农药厂（含碎杀虫剂）等镉炼锌厂等9.1.2大气污染物的分类生物性污染物:物理性污染物:主要是指粉尘(TSP,PM10,PM2.5,PM1)空气中一些原有的微生物(如真菌、杆菌等)化学性污染物:COrCO,N0 x,S0 x,PAHs等V污染的大气环境中通常有多种污染物复合或混合，并且污染物具有长距离迁移和干湿沉降等特性。空气的污染对城市居民的健康，城市景观和区域气候都有着很严重的破坏作用。因此对污染进行修复净化显得十分必要。主要的修复技术有以下三种：植物修复技术微生物修复技术无机矿物材料修复技术空气污染的植物修复

4、是一种以太阳能为动力，利用绿色植物及其相关的生物区对环境污染物质进行分解、去除、屏障或脱毒的方法。植物吸附与吸收修复植物转化修复植物同化和超同化修复(1)滞尘作用植物对于污染物的吸附与吸收主要发生在地上部分的表面及叶片的气孔，将其扣留在叶片的表面；A种物理性过程；A与植物表面的结构如叶片形态、粗糙程度、叶片生长角度和表面的分泌物有关；A町以有效地吸附空气中的浮尘、雾滴等悬浮物及其吸附着的污染物(表921)。表9.2“各种树木叶片的滞尘*/(g/m2)树种滞尘量树种滞尘量树种滞尘量刺楸14.53楝子5.89泡桐3.53榆树12.27臭椿5.88五角枫3.45朴树9.37枸树5.87乌柏3.39木

5、槿8.13三角枫5.52樱花2.75广玉壬7.1夹竹桃5.39腊梅2.42重阳木6.81桑树5.28加拿大白杨2.06女贞6.63丝绵木4.77黄金树2.05大叶黄杨6.63紫薇4.42桂花2.02刺槐6.37悬铃木3.73梔子1.47空气中的病原体一般都附着在尘埃或飞沫上随气流移动,绿色植物的滞尘作用可以减小其传播范围；植物的分泌物（柠檬油、松脂、肉桂油、丁香粉等）具有杀菌作用（表9.2-2）o表922杀菌能力强的树种和杀死原生动物所需时间/Min树种吋间树种时间树种时间黑胡桃0.08-0.25柠檬5柳杉8柠檬桜1.5茉莉5稠李10悬铃木3薛荔5枳壳10紫薇5夏叶械6雪松10桧柏属5柏木7橙

6、5白皮松8(3)对重金属的作用i绿化树种对颗粒物中的重金属也有较好的吸收和吸附作用，不同的污染金属的种类和不同的树种之间具有明显的差异(表9,2-3.9.2-4)o表923主要绿化树种吸收铅能力比较(kg/hm2叶量)樹科年吸滞铅劇導级樹科年吸滞铅量尊级树秤年吸滞铅址等级mininiiininn锦鸡儿0.33H枸杞0.27n臭椿0.2咧j叶绣线菊0J7EI东北赤杨Cl14n红瑞木1111in水蜡0.10M49473ooO槐李亂斋.卿兀杏TH十艮花冷榆山第679S923-8785718巧1510665.4.4.4树訓树树树杨角躺桑呛榆旱梓枫皂鞋表924主要绿化树种吸收镉能力比较（kg/hm2叶量

7、）树秤年吸滞铅竝等级擀科年吸滞铅竝等级树秤年吸滯铅並等级0.017n0.0128n0.0107n0.0099HI0.0D53m香0.0629n0.026n0.017n0.00nW金黄杨赤社花STS1砒81rj433木此红9rd0.2OIMO411rm6ZC27.OD郴叶绣线菊0.0266nLliiia0.0161n苗杨oS4:16Offw树W規李杨廉旱榆梓刺禰枫II根据植物体内重金属的含量，还可以监测环境污染（如表9.2-5）o表9.2-5太原市各釆样区国槐枝条含铅量采样点车流量（辆/h）枝含铅量(pg/g)1994枝含铅量(pg/g)1996火车站街46096.89汽车站街38616.28.

8、25五一广场35616.157.49新建路口33674.76.25大南门31664.66.03青年路口22224.555.92桥东路21454.55.4清洁区-0.502反硝化作用：NO/（NO）反硝化细菌、nNO；（NO；）04N20O3：通过植物体内的一系列的酶如超氧化物岐化酶SOD、过氧化物酶、过氧化氢酶等和一些非酶抗氧化剂如维生素C、维生素E、谷胱甘肽等进行转化清除；有机污染物：经过一定的转化后隔离在植物细胞的液泡中或与不溶性细胞结构如木质素相结合。924植物同化和超同化修复同化:植物通过气孔将CC2、SO2等污染气体吸入体内，参与代谢，最终以有机物的形式储存在氨基酸和蛋白质中；超同化

9、:将含有植物所需营养元素的大气污染物如氮氧化合物、硫氧化合物等，作为营养物质源高效吸收与同化。I筛选技术:如筛选一些“嗜NO?植物”或者对SC2、HF等污染物净化作用明显的超同化植物(表9.2-7);II转基因技术:如将亚硝酸盐代谢过程中所需的硝酸盐还原酶(NR)、亚硝酸盐还原酶(NIR)和谷氨酰胺合成酶(GS)转入植物体中。植物园BG五星WX东村DC种类Sjxcics(gkgkg-1)S(gk)F(mgkg4)Sgkg-1)F(mgkg4)红花木fangiieiiainsignia喜提榕Firuxreltffua仪花Lvsulicerfujfitisieia竹节树CarcJiuibrcich

10、Mlaf#网榕Ficusrnicrcfcfirpavar.fiiTiien.w铁等青flexrcAu/uki小叶榕Ficurrdcrifc.cirpa晃伞枫Hetempantixjraran密花树尺叫)加neriifbiui红花油茶CarneiliasemLiermfa大头去：dfwim茶花CcunelluLjm)onica海阳木連Manlieiiahainanensb白蛙木Arlui/irpushyptirgyreusFicwitmnuhiUiferreaOrrrumiapxruudcitracuchinenndceihviica小叶胭脂.!jrtcnarpU55tyrcnijuliwi火焰

11、木SpujhivleuCujjpanu1/ifa灰木理hu毕垃笛liatiuca吊M树Kiffeliaafrienna毛黄肉Hi4ciinfinepiLosa1笔札Tuicheria黄花夹竹桃TJveluiperuxuuia刺果番荔肢4niMJUkmurimin山黄麻TremaururnkJis光叶ill飙Synlacosicfficif(flia碍舛木SeheffleMortthyliu用叶按Euccdrptwiurt)phyila抿柴.4puraadiuct7530.895.813i0.773.7450.5611.784266.0501.565.8850.985.290O764.3950.

12、866.3560.715.6750.614.3200.725.6050.788.3431.29526S0615.3050.514.6620.535.5320.794.1150.486.0780.774.0250.596.521O.&76.9290.965.360W.815.0830.624.050.557.7210.836.6590.926.95O.&16.3640.775.1850.714.0860.6130.713.56106.219.3242.55.6876.213.S86.918.3836.2+4.7811116.8756.516.3864.55.23M)8.8128.39307.92

13、2.31640348.5937.74.6750.52113.42124311.2568.5+7.1342.514.9846.214.7614.87114.4112.5855.115.1256.516.8968.1113.894335.3289.211732+2.345.3671.719.141477.797.523S.213.4750314.15313.5122.3828.2463.861567.31113.69.87411.7517.4142.915.5740.828.574+1.2612.3881618.3290.9510.5321.535.4050.847.1560.971283l.43

14、6.0360.846.9490.767.550*0.818.233+1.038.46811.398.63910.949.0891.63it.410l.7713611.118.3961.088.128+12714.9S61.1716.8691.2322.7882.381731+1.5418.8171.6319.6921.7117.4182.541645.0。134.52085.6+323.7653.9189.5192154188.495.81446.9*145.3961.0129.4914.3195.3962.6192.1171471165.71080.475.7188.912&2+321.21

15、164.388.71658.51125.979.52144.71203.51722.74145.31510.91115.3670.8183.22020.31191.483432.0827.658t2.582L113123720.4111.8719.8712.761729321215.340+1.5415.32811.6714.7831.8113.1561.7612.9021.8312.132L4311.754151*312.25331.71386.24211.6*276.5cJ/4667.6*267.92169.71187.63019127.7f2185.61201.84433.71258.7

16、3591.U298.4表9.2-7不同试验点植物叶片S和F含量植物不但能改变城市的景观状况，而且选择合适的树种对于修复城市大气污染有着非常重要的作用。表928总结了不同绿化植物对大气污染物的修复能力。尽管如此，植物修复技术还存在着一定的问题。表929总结的则市各种植物修复技术目前所存在的一些问题。主要污染物修复能力灌木.草本等较强物理性颗粒中等毛白杨.臭椿、悬铃木、雪松.广玉兰.女贞.泡桐、紫薇、核桃、板栗国槐、旱柳、白蜡、紫荆较强女贞.构树、棕桐、沙枣、苦棟.石榴、樟树、小叶榕、垂柳、臭椿、加拿大杨、花曲柳、刺槐、旱柳、枣树.水曲柳.新疆杨.水榆桑树、合欢、榆树、朴树、紫藤、紫穗槐、梧桐、国

17、槐、泡桐.白蜡、玉兰.广玉兰.栾树丁香、大叶黄杨.榆叶梅.侧柏紫丁香、大叶黄杨、月季小叶黄杨、竹节草、绊根草、松叶牡丹、风尾兰、夹竹桃、丁香.玫瑰、冬青卫茅竹子、榆叶梅、竹节草敏感复叶械、梨、苹果.桃树.核桃.油松.黑松.沙松、雪松.白皮松.樟子松.落叶松.水杉、银杏、棕欄、槟榔.悬铃木.马尾松.赤畅.白杨.枫杨、梅花向日葵、紫花苜蓿.月季.暴马丁香.连翘强较强敏感棕桐、木槿、构树.女贞、罗汉松.加拿大杨.紫荆、紫薇、山杏.家榆、紫槻、水榆.白桦臭椿.朴树.小叶女贞、桑树.梧桐、玉兰.枫树、龙柏.花曲柳、桂香柳、皂角、枣树.枫杨垂柳、银杏、水杉.银白杨、复叶械、油松、悬铃木.雪松.柳杉.黑松、

18、广玉兰.桧柏、茶条械.沙松.旱柳.云杉、辽东栋、麻栋.赤杨小叶黄杨.夹竹桃.冬青卫茅.风尾兰.紫藤、竹节草、绊根草、松叶牡丹.暴马丁香.樱桃大叶黄杨、文冠果、连翘、石榴万寿菊、木棉、假连翘、向日葵、黄菠萝、丁香vira寸巧耳主要污染物舉:ry9hS；4JJ1,$修复能力rrtTtt汁十,灌木灌木、草本等强女贞、棕楓、小叶女贞.朴树、桑树.构树、小叶黄杨.夂青卫茅.风尾兰.美入蕉.梧桐.泡桐.白皮松.桧柏、侧柏.臭椿.银杏、枣树、山杏、大叶杨、白榆竹节草.绊根草.松叶牡丹.无花果HF较强木槿、辛树、苦棟、合欢、白蜡、旱柳、广玉沢玉兰.刺槐.国槐.杜仲.臭椿.旱柳、茶条械.复叶械.加拿大杨.皂角.

19、紫规雪松.水杉、云杉.白皮松.沙松.落叶松、华山松、青杨、垂柳.旱柳.香椿.胡桃.银白杨.银杏-桃树.核桃.悬铃木小叶黄杨、石榴、丁香、紫丁香、卫矛、毛樱桃、接骨木敏感葡萄、杏树、黄杉、稠李、樟子松、油松、山桃、梨树、钻天杨、泡桐唐菖蒲、小苍兰、郁金香、苔蘇、烟草、芒果、四季海棠、榆叶梅。3较强洋白蜡树，颤杨、美国五针松、五角枫、臭椿、侧柏.银杏.圆柏.刺槐.国槐、钻天杨.红叶李苜蓿，烟草，葡萄、紫穗槐敏感美国白蜡敏感牵牛花、牡丹气态汞较强瓜子黄杨、广玉兰、海桐、蚊母、墨西哥落叶杉、棕桐菌类较强龙柏、芭蕉、圆柏、银杏、侧柏、松类、榆树、水杉、夹竹桃表928不同树种对大气污染的修复作用表929各

20、种植物修复技术存在的问修复技术存在的问题植物吸附和吸收修复植物如何从空气中吸收重金属的机理性认识还很有限如何防止植物体内的重金属和其它有毒有害污染物进入食物链植物降解修复在植物转基因工程方面还需要做很多基础性研究工作如何使污染物不在果实和种子中富集植物转化修复防治植物增毒作用的发生植物同化和超同化修复在超同化植物的培养中，发生基因漂移，岀现杂草化。转基因植物对生物多样性和生态坏境有影响大气污染植物修复的优缺点I与其他治理大气污染的方法比较，大气污染的植物修复具备以下优点：A绿色净化，清洁并储存町利用的太阳能；A经济有效，具有潜在的环境价值；A美化环境，普遍接受；A适用植物修复的污染物范围较广。

21、II同时植物修复技术也存在其缺点：A植物修复的本身耗时长；A污染物可通过食用含污染物植物的昆虫和动物进入食物链；A有毒污染物可能在植物体内转化为毒性更强的物质；A植物修复能力受水力控制。9.3微生物修复气态污染物的微生物修复就是利用微生物将废气中的污染物转化为低害甚至无害物质的处理方法。9.3.1无机废气的生物修复（1）微生物脱硫原理：12FeSO4+-O2+H2SO4细菌合适刃/值Fe2(SO4)3+H2OH2S+陀2(SO4)32FeSO4+H2SO4+S菌种:目前主要是硫杆菌属、硫化叶菌、大肠杆菌和假单细胞菌属煤炭的脱硫工艺：A早期的研究主要利用下氧化亚铁硫杆菌(Thiobacillus

22、ferrooxidans)在几天时间里将黄铁矿氧化分解成铁离子和硫酸，硫酸溶于水中而排出；A浮选法和微生物处理相结合含硫(HgS)废气的脱硫工艺(09.3-1):图931含硫废气的脱硫工艺(2)微生物脱氮:净化原理:适宜的脱氮菌在有外加碳源的情况下，利用NOx作为氮源，将NOx还原为最基本无害的N2,而脱氮菌本身获得生长繁殖。NO2溶于水NO/NO；细菌N2NO细菌他脱氮菌及菌种培养：无色杆菌属、产碱杆菌属、杆菌属、色杆菌属、棒杆菌属等微生物的存在形式:I悬浮生长系统:微生物及其营养物配料存在于液相中，气体中的污染物通过与悬浮液接触后转移到液相中而被微生物所净化，其形式有喷淋塔、鼓泡塔等生物洗

23、涤器（图9.32、9.3-3）;气体体I升气役图9.3-2喷淋塔图933鼓泡塔II附着生长系统：废气在增湿后进入生物滤床，通过滤层时，污染物从气相转移到生物膜表面并被微生物净化(图9.3-4)o诳气(O,)識嚴土布吒承托层图934生物滤床I【I优缺点:悬浮生长和附着生长两套系统在脱氮方面各有优缺点，前者相当来说微生物的环境条件及操作条件容易控制，但NOx中NO占据较大的比例，不易溶于水，因此净化效率相当较低。发展趋势：改进燃烧过程以控制NOx的排放；二是发展脱硫脱氮一体化技术。原理：有机废气生物修复是利用微生物以废气中的有机组分作为其生命活动的能源或其他养分，经代谢降解，转化为简单的无机物（C

24、O2水等）及细胞组成物质。生物反应器处理的一般步骤：I废气中的有机物同水接触并溶于水中，也就是说，使气相中的分子转移到水中；II溶于水中的有机物被微生物吸收，吸收剂被再生复原，继而再用以溶解新的有机物；III被微生物细胞所吸收的有机物，在微生物的代谢过程中被降解、转换成为微生物生长所需的养分或CC）2和比0。基本条件:水分、养分、温度、氧气（有氧或无氧）以及酸碱度等。分类:据微生物在工业废气处理过程中存在的形式，可将其处理方法分为生物洗涤法（悬浮态）和生物过滤法（固着态）两类。I生物洗涤法：主要的反应器:喷淋塔、鼓泡塔和穿孔板塔。A主要的处理工艺如图9.35所示。其去除率除了与污泥的浓度、PH

25、、溶解氧等因素有关外，还与污泥的驯化与否、营养盐的投加量及投加时间有关；A活性污泥浓度:500010000ml/L,气速20m3/h时，装置的负荷及去除效率均较理想。逸出的空气及降解转化后的气相产物I丨丨门丨I黑气活性污泥池进气循环液循环液X生物悬浮液XX吸收室图935生物洗涤法处理工业废气装置坯境修复nII生物过滤法生物滤池法主要有两种:生物滤池法和生物滴滤法。i生物滤池法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，在池底有排水管排除多余的积水,如图9.3-6o图9.3-6生物滤池法修复废气装置生物滤池分为土壤滤池和堆肥滤池以及微生物过滤箱。

26、A.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，上部由沙或细粒骨料组成，总厚度为400500mmo土壤滤层可按黏土12%、含有机质沃土15.3%、细砂土53.9%和粗砂29.6%的比例混配，厚度一般为0.51.0m;影响因素:温度、湿度、PH值以及土壤中得营养成分；优点:投资小、无二次污染、有较强的抗冲击能力；缺点:占地面积大。目前正在研究多层土壤床，这将是解决该问题的重要研究方向。应用:化工、制药和食品加工行业中废气处理及卫生填埋厂、动物饲养场和堆肥场等产生的废气，处理废气中低浓度的氨、硫化氢、甲硫醇、二甲基硫、乙醛、三甲胺等。土壤床的孔隙较小，渗透性较差，所以在处理相同

27、量的废气时，土壤床占地的面积较大。土壤床对处理无机气体如SO?、NOx、NH3和H2S所形成的酸性有一定的中和能力，如果经石灰预处理，其中和能力更强。堆肥床不能用石灰处理，否则会变成致密床层，降低处理效果。堆肥床中的微生物较土壤中多，对废气去除率较高，且接触时间只有土壤床的1/4-1/2,约20s,所以适用于处理含易生物降解污染物、废气量大的场合。对于生物降解较慢的气体，需要较长的反应时间。如果在废气量不大的情况下，用土壤层较合适。堆肥床使用一定时间后，有结块的趋势因此需周期性地进行搅动，防止结块。堆肥为疏水性，需防止干燥，否则再湿润比较困难。土壤为亲水性，一般不会发生上述现象。在服务年限方面

28、，土壤床比堆肥床长，土壤床处理挥发性有机废气，其使用时间几乎趋于无限长；而对有机废气地使用年限则取决于土壤的中和能力。C.微生物过滤箱构成：封闭式装置，主要由箱体、生物活性床层、喷水器等组成。床层由多种有机物混和制成的颗粒状载体构成，厚度按需要确定，一般在05l0m。应用：化工厂、食品厂、污水泵站等方面地废气净化和脱臭。处理含硫化氢50mg/n?、二氧化硫150mg/m3的聚合反应废气，在高负荷下硫化氢的去除率可达99%。处理食品厂高浓度（6000lOOOONod/mSNod/m?为臭气单位）恶臭废气，脱臭率可达95%。此外，还用于去除废气中的四氢咲喃、环己酮、甲基乙基甲酮等有机溶剂蒸汽。ii

29、生物滴滤池处理工艺如图937所示。净气排出循环液储水槽有机废气pH调节剂二废液生物滴滤池图937生物滴滤法修复废气装置生物滴滤池和生物滤池主要不同之处:A使用的填料不同。滴滤池使用的填料如粗碎石、塑料蜂窝状填料、塑料波纹板填料等，不具吸附性，填料之间的空隙很大。回流水由生物滴滤池上部喷淋到填料床层上，并沿填料上的生物膜滴流而下。通过水回流可以控制滴滤池水相的pH,也可以在回流水中加入K2HPO4和NH4NO3等物质，为微生物提供N、P等营养元素。由于生物滴滤池中存在一个连续流动的水相，因此整个传质过程涉及气、液、固三相。但从整体上讲，仍然是一个传质与生化反应的串联过程。如果设计合理，生物膜反应器具有微生物浓度高、净化反应速度快、停留时间短等优点，可以使反应装置小型化，从而降低设备投资。表931有机废弃生物修复方法的比较装置类型工作介质冲洗系统基本