10th污染气体的生物处理课件

污染气体的生物处理废气主要来源•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、屠宰、污水处理及垃圾处理等工厂所产生的废气。•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％•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。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，如燃烧、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，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。第一节废气的生物反应器处理一、废气生物处理的特点1.废气或尾气(wastegas，off-gas)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(hazardousairpollutants，HAPs)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VOCs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、亨利定律常数低的特点，向介质表面微生物膜扩散速率高；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。适宜处理的污染气体应具有的特点：2.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。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。•微生物滤池适用于处理肉类加工厂、动物饲养场、污水处理厂和堆肥厂等处产生的废气。•这类废气的主要特点是浓度不高，但带有强烈的臭味。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。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10-3降低至510-5，并且抗冲击负荷。生物洗涤装置清华大学-郝吉安院士课题组•氯苯降解率90%以上三、生物法处理废气的机理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，这一过程是物理过程，符合亨利定律。在等温等压下，某种气体在溶液中的溶解度与液面上该气体的平衡压力成正比。这就是亨利定律2.吸着过程溶于水中的污染物被微生物吸附、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、SO42-，含氮成分被氧化分解成NH3，NO2-和NO3-等。污染物转移的三种可能情况(1)气流→吸附在有机介质上→在水相解析膨解→生物降解(2)气流→在生物膜上直接吸附→生物降解(3)气流→在水相中溶解→生物降解四、处理废气的微生物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；四、处理废气的微生物③一些难降解的成分要由几种微生物联合作用才能被完全降解；含氯有机化合物先经厌氧微生物还原脱氯，再被好氧微生物彻底分解；④工艺需要，尽管废气成分能够被单一微生物分解，但还需利用其它微生物，在硫化氢氧化中，为了使自养型脱氮硫杆菌(Thiobacillusdenitrificans)凝絮持留于反应器内，需与活性污泥中的异养型微生物—起共培养。五、废气生物处理的基本条件主要有水分，养分、温度、氧气(有氧或无氧)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，最低为pH1.0，最高为pH4.0~6.0。不同废气成分的生物降解能力工艺生物滤床生物洗涤反应器处理效率80%处理效率50%～80%处理效率50%处理效率50%废气成分苯：甲苯混合二甲苯醇：甲醇丁醇醛：甲醛羧酸：丁酸胺：三甲基胺糠醛气味无机物：氨酮：丙酮芳香烃：苯乙烯酰胺吡啶酯：乙酸乙酯酚：苯酚氯化苯酚硫醚：二甲基硫醚硫氰化物硫酚硫醇：甲硫醇无机物：H2S饱和烃：甲烷戊烷环烃：环己烷醚：乙醚卤化物：二氯甲烷三氯乙烷四氯乙烷硝基化合物二氧杂环乙烷醇:甲醇乙醇异丙醇乙二醇苯酚乙二醇醚酯：乙酸甲酯酮：丙酮醛：甲醛有毒和较难生物降解的有机物应用生物滤床处理废气实例企业类别废气流量/（m3·h-1)a.建设形式，面积b.滤料（下层，上层）c.体积负荷废气组分进气浓度排放浓度处理效率木材加工油漆车间40000a.2个平面滤床，320m2b.树根，腐殖树皮c.33m3/(m3·h)TOC苯乙烯气味550～650mg/m3200～250mg/m3～800GE/m330～100mg/m32～50mg/m360GE/m385%～95%80%～99%92%制药厂2000a.4层滤床，240m2b.树根，腐殖树皮c.24m3/(m3·h)TOC气味2000mg/m31000GE/m31mg/m3约100GE/m399%90%塑料加工/油漆车间400a.中试设备，1.8m2b.腐殖树皮c.100～250m3/(m3·h)TOC气味600mg/m3800GE/m340mg/m3约90GE/m393%89%堆肥发酵车间38000a.3个平面滤床，980m2b.树根，腐殖树皮c.30m3/(m3·h)气味300000GE/m33000GE/m399%畜禽加工16000a.双层滤床，240m2b.树根/锯末，腐殖树皮c.68m3/(m3·h)气味60000GE/m3约100GE/m399%食品加工/废水处理3000a.平面滤床，40m2b.植物堆肥c.75m3/(m3·h)气味35000GE/m3约100GE/m399%气味单位GE/（m3过滤体积·h）应用生物洗提工艺处理废气实例企业类别废气流量/（m3·h-1）a.建设形式b.活性污泥/固定床反应器废气组分进气浓度排放浓度处理效率金属加工/油漆车间55000a.2级逆流洗滤b.2个活性污泥反应器TOC气味约300mg/m31500GE/m3约20mg/m3300～800GE/m393%50%～80%塑料加工/油漆车间1000a.2级逆流洗滤(中试装置)b.淹没式生物滤池TOC气味丙酮乙醇约650mg/m3约800GE/m3约340mg/m3约230mg/m3约120mg/m3约500GE/m3约70mg/m3约7mg/m381%37%79%97%发酵反应器1100a.交叉流洗滤b.固定床反应器TOC气味42mg/m34400GE/m3未检出1500GE/m399%65%应用实例——微生物脱硫微生物脱硫技术是国外近几年开发的一种新技术，国内在这方面的实验研究也取得了一定进展。该法常用的微生物是硫杆菌属中的氧化亚铁硫杆菌，这是一种典型的化能自养细菌．它可利用一种或多种还原态或部分还原态的硫化物为能源，并且还具有通过氧化Fe2+为Fe3+和不溶性金属硫化物而获得能量的能力，碳源为CO2，适宜pH值为2．0一2．2。由于该法具有成本低，耗能少，易操作等优点．因而在含硫工业废水(如NaSCN)和含H2S工业废气的处理中得到广泛应用。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(odorpollutants)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。第二节恶臭的原位处理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-