第十章废气的生物处理

第十章 废气的生物治理技术废气是指人类在生产和生活过程中排出的有毒有害的气体。特别是化工厂、钢铁厂、制药厂，以及炼焦厂和炼油厂等，排放的

废气气味大，严重污染环境和影响人体健康PM2.5指直径小于等于2.5微米的颗粒物，是造成灰霾天气的“元凶”之一。PM2.5：不及发丝的1/20甚至能渗入血液。含多种有毒有害物质，由于个头太小，能穿过鼻腔中的鼻纤毛，直接进入肺部，甚至渗进血液，从而引发包括心脏病、动脉硬化、肺部硬化、肺癌、哮喘等各种疾病。例：中国工程院院士钟南山指出，因吸入污染物过多，广州人一旦超过50岁，肺部就变成了黑色广州、深圳、上海、南京、苏州、天津等大城市的灰霾天数已占全年的30％至50％新标准将PM2.5年和24小时平均浓度限值分别定为0.035毫克/立方米和0.075毫克/立方米，与世卫组织（WHO）过渡期第1

阶段目标值相同。世卫组织给出的PM2.5指导值为年平均浓度0.01毫克/立方米、24小时平均浓度

0.025毫克/立方米，但该标准出台后，很多发展中国家很难达到这一指导值。·废气主要来源工业生产活动，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的废气。农业生产活动交通污染源（06年3100万，08年6400万，…工信部预计2020年2亿辆）·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：①理化法：目前主要采用的方法，如掩蔽、吸附、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。②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。1.

适应范围广挥发性有机化合物 (volatile

organic

compounds，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(hazardous

airpollutants，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。·适宜处理的污染气体应具有的特点：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(如BTEX)等有机物。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。有机废气生物净化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(C02、水等)及细胞组成物质。与废水生物处理过程最大区别在于：废气中的有机物质首先要经历由气相转移到液相(或固体表面液膜)中的传质过程，然后由液相(或固体表面液膜)被微生物吸附降解。生物反应器处理废气一般经历以下三个阶段：1.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。2.

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。3.

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、SO4

，2-含氮成分被氧化分解成NH3，NO2

和NO3

等。-

-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①

生物滤池(biofilters)②

生物滴滤池(biotrickling

filters)生物洗涤装置一般由洗涤器和生物反应器两部分组成，吸收器和生物反应器分开设置。吸收主要是物理溶解过程，采用的吸收设备有喷淋塔、筛板塔、鼓泡塔等，吸收过程进行很快，水在吸收设备中的停留时间仅约几秒钟；生物反应的净化过程较慢，吸收了挥发性气体的废水在反应器中一般需要停留十几小时。生物反应器中可进行好氧处理，活性污泥法和生物膜法。生物悬浮液(循环液)自吸收塔顶部喷淋而下．使废气中的污染物和氧转入液相(水相)。吸收了废气中有机组分的生物悬浮液进入再生反应器(活性污泥池)中，通入空气充氧再生。被吸收的有机物通过微生物的氧化作用．最终被再生池中

活性污泥悬液除去。一般,当活性污泥浓度控制在5000-10000mg/L,气速小于200m/h，去除较理想生物洗涤装置2．生物滴滤池在生物滴滤池内充满了惰性填料,微生物在填料表面附着生长并形成生物膜。生物膜中微生物以有机废气为碳源和能源,以在循环液中的营养物质为氮源,进行生命活动。一部分有机废气通过微生物的分解代谢被转化为无害的水和二氧化碳,并为微生物提供能量;另一部分有机污染物通过合成代谢被转化为微生物自身的生命物质。废气经过预处理室去除颗粒物和增湿后进入滤床底部。滤料使用惰性材料，如陶瓷、塑料或碎石。内装有惰性填料,它只起生物载体作用，其孔隙率高、阻力小、使用寿命长,不需频繁更换；设有循环液装置，可调节湿度和pH值，供给营养和微量元素，生物相静止而液相流动，因而填料上可生存世代周期长、降解特殊气体的菌群，可承受更大的处理负荷，且抗冲击负荷能力强,填料不易堵塞、压降小；污染物的吸收和生物降解在同一反应器内进行，设备简单，操作条件可灵活控制。安装有温度控制装置，当内部气体温度显示下降至微生物的正常生长温度时，控制系统发信号给热风机，使其工作以提高池内的温度。当气体低于20OC时，热风机开始运转，直至温度达到微生物适宜温度为止，一般为25OC左右。3．生物滤池（微生物过滤工艺）生物滤池内的固态介质是一些有生物活性的天然材料，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，微生物可以吸收废气中的污染物将其转化为无害物质。具有一定温度的有机废气进人生物滤池，通过约o．5—1m厚的生物活性填料层，

有机物从气相转移到生物层，进而被氧化分解。生物滤池的填料层是具有吸附件的滤料(如土壤、堆肥、活性炭等)。生物滤池因其较好的通气性和适度的通水和持水性，以及丰富的微生物群落，能有效地去除烷烃类化合物，如丙烷、异丁烷．酯类及乙醇等．生物易降解物质的效果更佳。土壤滤池堆肥滤池微生物过滤箱1、填料选择与湿度①

堆肥

原料常用污水处理厂污泥、有机垃圾和畜粪以及植物凋落物。须筛选，滤层要均匀、疏松，空隙率>40％，滤料须保持湿润，滤层含水量不低于40％，但不能有积水。滤层保持适当的温度。②

土壤

腐殖土为好，其它土质需要改良，有效厚度不应小于50cm，土壤水分40％~70％，③

草炭

其通气性能良好，适于微生物生长，除臭效果比用土壤好。废气生物处理多用中温条件(25～35℃)，少用高温。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

需采取降温措施。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很大，微生物数量、基质浓度和温度等因素也会影响供氧。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的氧气。以中性或微碱性（7-8）为宜。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特殊，例如氧化硫硫杆菌最适pH为2.6~2.8，最低为pH1.0，最高为pH4.0~6.0。针对有机堆肥臭气去除的生物滤池现状有机废气生物处理是一项新的技术，由于生物反应器涉及到气、液、固相传质及生化降解过程，影响因素多而复杂，有关的理论研究及实际应用还不够深入、广泛，需要进一步探讨和研究。反应动力学模式的研究填料特性的研究设备的研究开发

微生物菌种的改造1．反应动力学模式研究通过反应机理的研究，提出

决定反应速度的内在依据，以

便有效地控制和调节反应速度，最终提高污染物的净化效率。2．填料特性研究对于生物滤池和生物滴滤池来说，深入研究填料的一些特性是非常必要的。填料的比表面积、孔隙率与单位体积填充量不仅与生物量有关，还直接影响着整个填充床的压降及填充床是否易堵塞等。更重要的一点是，气态污染物降解要经历一个气相到液—因相传质过程，污染物在两相中的分配系数是整个装置可行性的一个决定因素。有资料表明，填料对分配系数有较大的影响，Hodge等用生物滤池处理乙醇蒸气时发现，颗粒活性炭作填料时乙醇的分配系数是以堆肥作填科时的2一3倍。多为混合微生物，因为：①含有多种成分的混合废气，需要多种微生物分别降解；②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，氨先经硝化细菌再经反硝化作用细菌才能成为分子态氮；第二节恶臭的原位处理一、恶臭污染物和污染源恶臭污染物(odor

pollutants)指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生化环境的气体物质。畜禽场是重要的污染源O"Neil和Phillips从养猪场中分离鉴定到160种化合物，主要成分有氨、胺、含硫化合物、挥发性脂肪酸、

吲哚类、粪臭类、酚类、醇类和羰

基类化合物。我国规定的恶臭污染物(GBl4554-93)恶臭物质的发臭原因与分子结构有关：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异臭的硫醚。若再改变某些化合物分子结构中S的位置，其臭味的性质也会改变。各种化合物分子结构中的硫(=S)、巯基(-

SH和硫氰基(-SCN)是形成恶臭的原子团，通称“发臭团”。有些有机物如苯酚