第九章有机废气生物处理技术解析

有机废气生物处理技术大气污染一、大气污染定义由于人类活动或自然过程引起某些物质介入大气中，呈现出足够的浓度和达到了足够的时间，而危害了人体的舒适、健康及福利。back飘尘10µm可长时间漂浮于大气降尘﹥10µm在较短时间内沉降到地面总悬浮微粒（TSP)100µm的所有固体颗粒∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽∽粉尘(dust)1µm200µm先悬浮后沉降烟(fume)0.01µm1µm漂浮于大气雾(fog)100µm悬浮于大气的小水滴飞灰（flyash)特指燃料燃烧产生的较细的灰份黑烟（smoke)特指燃料燃烧产生的可见的气溶胶二、主要污染物1、颗粒污染物分类——颗粒污染物是指固体粒子、液体粒子或它们在气体介质中的悬浮体，又称为气溶胶状态污染物类别来源危害迁移硫氧化物矿物燃烧火山活动酸雨H2SO4或硫酸盐，干、湿沉降碳氧化物不完全燃烧机动车排气破坏血红蛋白生物吸附光合作用氮氧化物燃烧过程细菌作用造成光化学烟雾温室效应破坏臭氧层HNO3或硝酸盐，干、湿沉降在大气中光离解碳氢化合物汽车尾气有机物蒸发温室效应产生光化学烟雾发生电化学反应卤素化合物合成化学品温室效应、破坏臭氧层人体氟危害在大气中破坏臭氧层2、气态污染物分类刺激眼睛，破坏中枢神经，破坏植物生长影响呼吸系统功能危害O3、PAN、醛、酮硫酸雾、硫酸盐成分阳光照射下，NOX、CmHn与氧化剂共同反应生成的兰色烟雾SO2与水雾、重金属飘尘、NOX共同反应产生光化学烟雾硫酸烟雾类别续表•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。有机废气的生物处理一、生物法净化有机废气的原理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及细胞组成物质。与废水生物处理的最大区别在于：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；然后在液相或(固体表面生物层)被微生物吸附降解。由于气液相间有机物浓度梯度、有机物水溶性以及微生物的吸附作用，有机物从废气中转移到液相（或固体表面液膜）中，进而被微生物捕获、吸收。在此条件下，微生物对有机物进行氧化分解和同化合成，产生的代谢产物一部分溶入液相，一部分作为细胞物质或细胞代谢能源，还有一部分则进入到空气中。废气中的有机物通过上述过程不断减少，从而得到净化。微生物净化有机废气模式图水吸收微生物降解有机成分无机成分有机废气净化后气体二、废气生物处理的特点1.废气或尾气在生物反应器内进行•挥发性有机化合物(volatileorganiccompounds，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以及废水处理厂、堆肥厂、垃圾填埋厂产生恶臭(odor)等。2.去除效率高一般的空气污染物去除效率超过90％。3.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挥发性有机化合物成分本身产生的能量。生物处理法消耗的动力只是污染气体进入处理系统时所消耗的能量(正压送风或负压引风)。1.水溶性强兼具有蒸汽压低特点，向介质表面微生物膜扩散速率高；主要包括无机物如H2S和NH3等、醇类、醛类、酮类以及简单芳烃(如BTEX)等有机物。适宜处理的污染气体应具有的特点：2.易生物降解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。3.没有毒性或对微生物生长有抑制作用的三、废气生物处理的基本条件•主要有水分、养分、温度、氧气以及酸碱度等。1．水分•微生物生命活动的必要成分；•吸收废气的溶剂。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给。50％~70％为适宜的含水量。通常预处理需要加湿，防止滤料变干。2．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，但是需要适当补足其它养分。•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。3．温度•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。4．氧气•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。5、酸碱度•以中性或微碱性为宜。–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pH为1.0，最高pH为4.0~6.0。二、废气生物处理的基本形式根据介质性质不同，分为：1.生物洗涤(bioscrubbing)生物洗涤器(bioscrubber)内是液态介质。2.生物滤过(biofiltration)生物滤过采用是固态介质①生物滤池(biofilters)②生物滴滤池(biotricklingfilters)1．生物滤池•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。滤料的选择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。2．生物滴滤池•生物滴滤池主要由箱体、生物活性床层、喷水器等组成。•废气经过预处理室去除颗粒物和增湿后进入滤床底部。•滤料使用人工材料，如陶瓷、塑料或金属等，使用颗粒状或有空隙的材料，床层厚度一般在0.5~1.0m，•依需要而定。优点：•滤料重量轻、空隙大、表面积大、废气和介质接触时间短(几秒钟)，处理效率高，同时滤料不需更换。•处理的浓度100mg/m3~5g/m3，流量5~50000m3/h。应用•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。•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、四氢呋喃、环已酮、甲基乙基甲酮等。3．生物洗涤•生物洗涤装置一般由吸收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几分钟至十几小时。•生物反应器中可进行好氧处理：活性污泥法和生物膜法。生物洗涤装置•循环废水的利用①可以直接进入吸收器重复使用；②经过泥水分离后再重复使用。吸收液组成：①微生物、营养物和水；适合处理水溶性强的气态污染物，如醇类、酯类、醛类和酮类等。②污水处理厂剩余活性污泥配制混合液作为吸收剂可用于处理复合型臭气，特别能脱除很难治理的焦臭。德国开发一套二级洗涤装置，臭气浓度由1.1103mg/L降低至5101mg/L。三种生物处理有机废气技术方法的比较生物技术优点缺点生物洗涤床中等投资能处理含颗粒的废气相对小的占地面积能适应各种负荷技术非常成熟运行费用昂贵大量沉淀时性能下降复杂的化学进料系统不能去除大部分的VOCS生物过滤床简单、成本低投资和运行费用低有效去除低浓度有较强的抗冲击负荷能力占地面积大每隔1-2.5年需要更换填料不适用高浓度的废气有时湿度和PH难以控制颗粒物质会堵塞滤床生物滴滤床简单、成本低中等投资、运行费用低去除效率高有效去除酸的污染物建造和操作比生物过滤床复杂营养物添加过量会产生大量微生物造成堵塞适宜处理产酸或碱的有害物质