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1、第八章 废气生物处理技术,废气主要来源,燃料燃烧 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,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： 理化法：目前主要采用的方法，如掩蔽、吸附、燃烧、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。 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
2、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。,一、废气生物处理的特点,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 air pollutants，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，
3、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。,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。 BTEX是石油中常见的苯(benzene)，甲苯(toluene)、乙基苯(ethylbenzene)、三个三甲基苯的异构体(xylene-volatile aromatic compounds) 的合称。,适宜处理的污染气体应具有的特点：,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、生物法处理废气的机理,有机废气生
4、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三个阶段： 1、溶解过程 2、吸附过程 3、生物降解过程,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。,吸附过程,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
5、。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。,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,有机废气的的生物处理原理 有机废气的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（CO2，水等）
6、及细胞组成物质。 与废水生物处理过程的最大区别 废气中的有机物质首先要经历由气相转移到液相（或者固体表面生物层）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。,三、废气生物处理的方法和工艺,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) 生物滤池(biofilters)，采用是固态介质。 3. 生物滴滤池(biotrickling filters),按微生物在废气处理过程中存在的形式不同可将处理工艺分为附着生长系统和悬浮生长系统。 附着生长系统中微生物是附着在固体介质上
7、，废气通过固定床时被吸附、吸收，最终被微生物所降解，典型的方式是生物过滤法。 悬浮生长系统中微生物存在于液体中，废气通过传质进入液相中，从而被微生物降解，典型的方式是生物吸收法。 同时具有两种生长系统特性的典型的方式是生物滴滤法。,3.1 生物洗涤法,生物洗涤法也叫生物吸收法。 生物洗涤装置一般由洗涤器（吸收器）和生物反应器（再生池）两部分设置。 洗涤器内有惰性填料，再生池为活性污泥生物反应器，两者容积比为1.5-2.0。,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
8、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。,主要原理： 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。,吸收洗涤过程和生物氧化再生过程在两个独立的反应器单元中进行，易于实现分别控制，达到各自的最佳运行条件。 生物洗涤法适用于处理大气量的废气，操作条件易控制，占地面积较小，压力损失较小，在实
9、际中应用范围较大，在工业废气、动物脂肪加工厂、印刷厂、污水处理厂均有应用。,生物洗涤装置,3.2 生物滤池法,生物滤池法是生物膜法的一种，是目前研究的最多、工艺最为成熟、在实际中最常用的脱臭方法。 1959年，联邦德国最早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年代开始实际应用于气态污染物的处理，研究比较深入的国家有德国、美国、荷兰。,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、堆肥和活性炭等，这些材料为微生物的附着和生长提供表面。 具有一定温度的有机废气进入生物滤池，通过约0.5-1m厚的生物活性填料层，有机物从气相转移到生物层，
10、进而被氧化分解。 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。,处理流程： 废气进入到生物滤池，微生物把致臭污染物降解成无臭的化合物。 首先气体进入到位于生物滤池底部的空气分布系统，然后缓慢地通过活性生物滤床，净化后的空气以扩散气流的形式离开滤床表面进入到大气中。 生物滤池中的高效生物填料具有良好的结构稳定性和透气性能，可以保证经过长时间的运行压力损失基本保持不变。,生物滤池装置,主要特点： 异味处理效果好，不产生二次污染； 生物滤池缓冲容量大，耐冲击负荷的能力强； 可全自动控制； 主要缺
11、点是占地面积较大，但可以通过放置在屋顶或其他构筑物上来节省空间。,根据滤池中滤料的不同，生物滤池可分为：土壤滤池、堆肥滤池和箱式滤池。 土壤滤池：滤料是土壤。孔隙率为40%-50%，比表面积为1-100m2/g，土壤中有机物含量为1%-5%，主要分布在无机物表面上。 影响土壤滤池去除效率的主要因素：温度、湿度、pH、营养成分等。 主要优点：投资小、无二次污染、脱臭率高、抗冲击能力较强、使用年限长。,堆肥滤池： 滤料是堆肥，如城市垃圾、畜粪、污水处理厂污泥、树皮、泥炭、木屑、草等。 孔隙率50%-80%，比表面积1-100m2/g，含有50%-80%的腐殖化有机质。,针对有机堆肥臭气去除的生物滤
12、池,箱式滤池： 为封闭式装置，主要分为箱体、滤床和喷水器3部分。 滤床由多种有机物混合制成的颗粒状载体构成，微生物部分附着在载体表面，部分悬浮于床层水体中。 废气通过箱式生物滤池，一部分污染物被载体吸附，一部分污染物被水吸收，由微生物对污染物进行降解，净化过程可按需要进行控制。 主要应用于化工厂、食品厂、酿酒厂、塑料工业、污水泵站等废气净化与脱臭，效果较好。,影响生物滤池性能的因素,1、填料选择 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。 土壤 腐殖土为好，其它土质需
13、要改良，有效厚度不应小于50cm，土壤水分4070， 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、填料湿度 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。 4060为适宜的含水量。 通常预处理需要加湿，防止滤料变干。,3温度,废气生物处理多用中温条件(2535)，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，
14、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（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2.62.8，最低为pH1.0，最高为pH4.06.0。,3.3 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
15、。,生物滴滤池利用通过滤层后的废液回流进行循环喷淋； 填料布局吸水性，填料间空隙大，如粗碎石、塑料蜂窝状填料、陶瓷、木炭等惰性材料。 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。,生物滴滤池具有以下特点：,内装有惰性填料, 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，可承受比生物过滤器更大的处理负荷，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
16、，操作条件可灵活控制。 安装有温度控制装置，通过温度控制系统发信号给热风机，使其达到微生物适宜温度为止，一般为25左右。,三种废气生物处理工艺的比较,四、废气生物处理技术的现状和展望,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。 废气动态负荷的研究； 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； 应用范围的进一步拓展。,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。 目前较著名的是生物膜理论，但该理论的提出是建立在以生物滤池为研究基础上的，对生物吸收法和生物滴滤池净化处理有机废气过程机理的描述不适合。 这主要是由于生物滤池中存在相对较稳定的液膜、而生物吸收法和生物滴滤池由于循环液的流动性，无法产生类似的稳定液膜。,2填料特性研究 对于生物滤池和生物
