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1第三章工业废气生物处理技术随着我国工业现代化进程，电子、橡胶、塑料、印刷、化工、建材等行业的迅速发展，行业生产过程中排入大气环境中的有机污染物(如苯系物、醛酮类、醇类等芳香族化合物)也在迅速增加。工业有机废气污泥已直接对人们的建康造成危害，传统的物理化学方法已经完全不能满足人们对空气净化的要求。微生物法净化方法应用于废水处理领域已有100多年的历史，而利用微生物治理大气污染的历史则很短。美国“利用微生物处理废气”于1957年获得专利；从20世纪70年代起荷兰和德国科学家将其应用于有机废气净化领域，并且获得了良好的净化效果；之后废气生物处理的研究与应用才引起各国的重视。到80年代，德国、日本、荷兰等国已有一定数量工业规模的种类生物净化装置投入运行。对低质量浓度(≤5mg/m3)、生物降解性好的气态污染物，生物处理的效率可达到90%以上，显得更加经济有效。与传统的厌氧污染治理技术相比，利用微生物法治理大气污染具有处理效果好，设备简单，能耗低，不消耗有用的原料，投资及运行费用低，易于管理，安全可靠，无二次污染等优点。生物技术与传统方法的经济性比较方法投资费用/美元运转费用燃料和药剂消耗/美元能耗/W燃烧法化学吸附法活性炭吸附法生物法13060208158-约0～01-0.62一、有机废气的微生物处理技术有机废气的微生物处理技术属于一种环保友好技术，微生物法更适于处理低质量浓度的有机气态污染物，在欧洲，燃料费用较高，对于恶臭的控制规范也十分严格，因此微生物法广泛用于去除恶臭气体。1.原理微生物处理技术的实质是利用有孔的、潮湿的介质上聚集的活性微生物的生命活动，将中的有害物质转变成为简单的无机物(如CO2和水)或组成自身细胞。与废水生物处理不同，废气的生物净化过程中，气态污染物首先从气相转移到液相或固相表面的液膜中，然后才能被液相或固相表面的微生物吸附并降解。一般认为微生物法净化有机废气需经历三个步骤：①有机废气成分首先与水接触并溶于水中；②溶解于液相中的有机成分在浓度差的推动下，进一步扩散至介质周围的生物膜，进而被其中的微生物捕捉并吸收；③进入微生物体内的有机污染物在其自身的代谢过程中作为能源和营养物质被分解，经生物化学反应最终转化为无害的化合物。2.分类根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和生物过滤法两类。生物洗涤法是利用由微生物、营养物和水组成的微生物吸收液处理废气，适于吸收可溶性气态物。吸收了废气的微生物混合液再进行好氧处理，去除液体中吸收的污染物，经处理后的吸收液可重复使用。典3型的生物洗涤形式有喷淋塔、鼓泡塔和穿孔板塔等生物洗涤器。生物过滤法是利用含有微生物的固体颗粒吸收废气中的污染物，然后微生物再将其转化无害物质。其典型的形式有土壤、堆肥等材料构成的生物滤床。2.1生物过滤法生物过滤法最早出现在德国。1959年在德国的一个污水处理厂建立了一个填充土壤的生物过滤床，用于控制污水输送管散发的臭味。20世纪60年代，人们开始采用生物过滤法处理气态污染物；废气处理工艺利用含有微生物的固体颗粒吸收废气中的污染物，然后微生物再将其转化为无害物质。常用的工艺设备包括土壤滤池、堆肥滤池和微生物过滤箱。在生物滤池中，有孔的介质通过进气的湿度调节器和偶尔的喷淋而保持潮湿。迄今在德国和荷兰有500多座大规模的生物过滤处理装置，生物反应器的面积一般在10-2000m2之间，废气处理流量达到1000-150000m3/h。废气首先经过预处理，包括去除颗粒物和调温调湿，然后经过气体分布器进入生物过滤器。生物过滤器中填充了有生物活性的介质(通常为天然有机材料，如堆肥、泥煤、骨壳、木片、树皮和泥土等)，有时也混用活性炭和聚苯乙烯颗粒。填料表面生长着各种微生物，当废气进入滤床时，废气中的污染物从气相主体扩散到介质外层的水膜而被介质吸收，同时氧气也由气相进入水膜，最终介质表面所附着的微生物消耗氧气而把污染物分解/转化为二氧化碳、水和无机盐。①鼓风机②除尘③控制室④调节温度⑤排水⑥过滤⑦气体分配系⑧喷淋①②③④⑤⑥⑦⑧废气生物过滤反应装置示意图4生物滤池分为土壤滤池、堆肥滤池和微生物过滤箱。土壤滤池处理废气具有以下优点：①投资小，为活性碳吸附法投资的1/10—1/5。②无二次污染，微生物对污染物的氧化作用完全，无污染物的积累或向其他介质转移。③有较强的抗冲击能力。遇到冲击负荷时，微生物的种类和数量能随废气中的有机物迅速变化。堆肥滤池的工作原理基本与土壤滤池相同，不同之处在于：①土壤滤池的孔径较小，渗透性较差；所以在处理相同量的废气时，土壤滤池占地面积较大。②土壤滤池对处理无机气体所形成的酸性有一定的中和能力，尤其在用石灰预处理后其中和能力更强；堆肥滤池不能用石灰处理(易使其变成致密床层，降低处理效果)。③堆肥滤池中微生物比土壤滤池要多，对废气污染物去除率较高，且接触时间约为土壤滤池的1/4—1/2，其更适于处理含生物易降解污染物、废气量较大的场合。土壤或堆肥生物滤池生物滴滤池(微生物过滤箱)生物滴滤池的填料5④堆肥滤池使用一段时间后会出现结块趋势，因而需要周期性搅动以防结块。且堆肥为疏水性，需防止干燥(否则再湿润较困难)；土壤为亲水性，一般不会产生结块干燥现象。⑤土壤滤池的使用年限较堆肥滤池要长(堆肥本身可生物降解)。生物过滤法可去除废气中的异味、挥发性物质和有害物质。如应用于控制/去除城市污水处理设施中的臭味，化工过程中的生产废气，受污染土壤和地下水中的挥发性物质，室内空气中低浓度物质等。生物过滤器在运行中也会碰到一些问题，如填料降解需要更新，酸化导致pH升高，负荷过高发生堵塞，废气湿度过低使得填料干化…。改进的方式有多点进气，生物滴滤反应器，膜生物反应器等。2.2生物洗涤法生物悬浮液自吸收室顶部喷淋而下，混合有机气体的空气从底部进入，污染物质向悬浮液转移，吸收了有机气体的悬浮液进入再生反应器，由生物降解去除。该法处理有机气体的效率取决于污泥浓度，pH值，溶解氧，营养盐的投加量及投加时间等。生物洗涤法工艺中气、液两相的接触方法除采用液相喷淋外，还可采用气相鼓泡；气相阻力较大可采用液相喷淋法，反之液相阻力较大时则采用鼓泡法。与鼓泡法相比，喷淋法处理能力大，可达到60m3/(m2.min)，从而大大减少了处理设备的体积，占地面积也少；对脱除复合型臭气效果显著，脱臭效率可达99%；而且能脱除很难治理的焦臭，但设备维修管理较为复杂。生物处理方法适宜处理多种挥发性有机物(VOCs)和许多工业废气中的无机蒸汽物质，这些物质中含有氮、氯或(可产生少量酸的)硫化物。6生物处理方法也有不适宜的地方，如含有油或油脂的灰尘和空气可能会阻塞滤床，使得生物法得不到很好的处理效果。二、烟气微生物脱硫脱硝技术在我国，大气污染以煤烟型污染为主。酸雨是硫酸型的，造成酸雨的主要原因是二氧化硫的排放，人类活动排入大气的二氧化硫中80%以上来自化石燃料的燃烧。控制二氧化硫排放方法主要有采用低硫燃料和清洁能源替代、燃料脱硫、燃烧过程中脱硫和末端尾气脱硫。其中利用微生物技术净化二氧化硫的技术。工艺包括煤炭生物脱硫和微生物烟气脱硫2.1煤炭微生物脱硫煤中的无机硫大部分以黄铁矿(FeS2)的形式存在，在微生物的作用下，煤中的无机硫被氧化、溶解，最终生成硫酸和Fe2+而被去除。用于煤中无机硫脱除的微生物种类很多，其中主要的是氧化亚铁硫杆菌和硫化叶菌。无机硫脱除反应过程是，首先开采出来的原煤会与空气发生氧化反应，2FeS2+7O2+2H2O→2FeSO4+2H2SO4氧化亚铁硫杆菌能将FeSO4氧化成Fe2（SO4）3，硫酸铁与黄铁矿继续反应生成更多的硫酸，硫酸又可使黄铁矿中的硫得到进一步转化而脱除：FeS2+7Fe2(SO4)3+8H2O→15FeSO4+8H2SO4煤中的有机硫主要以噻吩基(C4H4S-)、硫基(-S-)和多硫基(-S-)x形式存在，其中二苯并噻吩(DBT)是煤中含量较高的有机硫。在微生物酶的作用下，使C-S键断裂。DBT分解有两条途径：一是通过微生物的作用环羟化使碳环开环，结构变化，把不溶水的DBT转换成可溶性噻吩衍生物；二是通过微生物的直接作用，将DBT中的硫元素变成硫酸而从煤中脱硫。参与作用的微生物主要有拟单球菌、恶臭假单胞菌、不动杆菌、根瘤菌、大肠杆菌等。2.2微生物烟气脱硫7●原理：烟气中的SO2一方面以物理吸附、化学反应的形式转变为H2SO4，另一方面在微生物的作用下促使反应①加快。吸收液中的微生物使Fe2+和Fe3+相互转化，使反应②迅速发生。2SO2+O2+2H2O2H2SO4①Fe2(S04)3+SO2+2H2O2FeSO4+2H2SO4②●工艺：微生物烟气脱硫工艺流程如图示：利用含有脱硫菌的溶液作为循环吸收液，以粉煤灰中Fe2O3被离子化后产生的铁离子作为催化剂和反应介质，建立两个生化反应器：一个为吸收塔，利用含有微生物的吸收液做喷淋水，与进入反应器的烟道气发生生化反应；另一个为三层滤料生物滤池，在粒状填料表面，微生物经驯化、培育和挂膜后形成一层生物膜，与吸收塔出来的气水混合物进一步发生反应，使烟气中剩余的SO2很快被脱除，同时生物滤膜料对循环吸收液起净化作用，防止喷淋水堵塞喷咀。Fe离子，微生物微生物生化反应器1生化反应器2含硫烟气灰泥循环吸收液脱硫气反冲洗水气82.3微生物烟气脱硝技术NOx是大气污染的主要污染物之一，NOx主要来自化石燃料燃烧和硝酸、电镀等工业排放的废气以及汽车排放的尾气。目前脱除NOx的技术主要包括选择性催化还原技术、选择性非催化还原技术、液膜法和生物处理法。方法优点缺点适用气体选择性催化还原技术可获得高达95%以上的净化效率易发生催化剂中毒现象，工作温度较高(300℃以上)适用于含灰量低的高温气体选择性非催化还原技术费用低，能耗少，适用性广净化率一般在30%左右，操作较困难燃煤烟气液膜法运行稳定，设备使用寿命长，可同时脱硫选择性低NOx体积百分比为0.05%-1.01%9NOx废气净化技术比较●原理：微生物处理NOx与处理有机挥发物及臭气有较大的不同，NOx是无机气体。适宜的脱氮菌在有外加碳源的情况下系统，利用NOx作为氮源，将NOx还原成最基本的无害的N2，而脱氮菌本身获得生长繁殖。●工艺：含NOx废气的生物处理方法可分为悬浮生长系统和附着生长系统两种。---悬浮生长系统，即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被微生物所净化，具体形式有喷淋塔、鼓泡塔等生物洗涤器。---附着生长系统，微生物附着生长于固体介质上，气体中的污染物通过介质构成的固定床层时被吸收、吸附，最终被微生物所净化；其具体形式有土壤、堆肥等材料构成的生物滤床。废气在增湿后进入生物滤床，通过滤层时，污染物从气相中转移到生物膜表面并被微生物所净化。生物处理法净化效率较高，投资运行费用低，无二次污染，易管理尚处于试验阶段，无成熟工艺各种含NOx的气体