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1、废气微生物处理 废气的微生物处理是利用微生物的生物化学作用，使污染分解，转化为无害或少害的物质。 目前，微生物处理大气污染主要用来净化有机污染物。同传统的大气污染治理技术相比， 微生物法具有处理效果好、投资及运用费用低、易于管理等优点，逐渐应用于大气污染治 理中。 大气污染防治 源头防治 末端治理 污染修复 源头治理-酸雨 煤炭脱硫l N0x 的微生物净化技术 11 微生物净化 N0x 废气的原理 NOx 是无机气体，其构成中不含碳元素，因此，适宜的脱氦菌在有外加碳源的情况下，利 用 NOx 作为氮源，将 NOx 还原成最基本的无害的 N ，而脱氮菌本身获得生长繁殖的过程。 其中 NO：先溶于
2、水中形成 NO3-及 NOr 再被生物还原为 N， ，而 N0 则是被吸附在微生物表面 后直接被生物还原为 N2o 12 微生物净化 NOx 废气工艺流程 121 悬浮生长系统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，其形式有喷淋塔、鼓泡塔等生物洗涤器(图 1)122 附着生长系统 微生物则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。其形式有土壤、堆肥等材料构成的生物滤床。(图 2)。13 N0x 的微生物净化技术的优缺点用微生物进行废气脱硝是近年来国际上开始的基础性研究工作，该法能有效
3、地脱除废气中 的 NOx，具有工艺简单、能耗和处理费用低、效率高、无二次污染、易管理等优点。但要 实现工业应用还存在一些问题：(1)微生物的生长速度相对较慢，要处理大流量的烟气，还 需对菌种作进一步的筛选；(2)微生物的生长需适宜的环境；(3)微生物的生长会造成塔内 填料的堵塞。而且微生物处理废气法尚处于试验阶段，无成熟工艺。 2 微生物烟气脱硫技术 21 微生物烟气脱硫原理 烟气中的 SO：一方面以物理吸附、化学反应的形式转变为 H：SO ，另一方面在微生物的作 用下促使上述反应加快。吸收液中的微生物使 Fe 和 Fe 相互转化，使反应迅速发生。Fe 是较强的氧化剂，其浓度越高，脱硫的度就越
4、快。同时反应生成的 Fe 又可作为营养源被 微生物利用生成 Fe ，再次加快 SO，的吸收。 22 微生物烟气脱硫工艺流程 用含有脱硫菌的溶液作循环吸收液，以粉煤灰中 Fe：O 被离子化后产生的铁离子作催化剂 和反应介质，建立两个生化反应器：一个为吸收塔，用含微生物的吸收液作喷淋水，与进 入反应器内的烟道气发生生化反应；另一个为 3 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 s0 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 堵塞喷嘴 (图 3)。23 微生物烟气脱硫技术的优缺点 微生物
5、烟气脱硫技术优点：不需高温、高压、催化剂，均为常温常压下操作，操作费用低， 设备要求简单，营养要求低，无二次污染。缺点：没有比较成熟的工艺，菌种的驯化 时间较长。 3 微生物除臭技术 31 微生物除臭机理 微生物除臭分为 3 个过程：首先将部分臭气由气相转变为液相的传质过程。接着，溶于水 中的臭气通过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物吸收。不溶于水的臭气先附着在微生物体 外，由微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质，再渗入细胞。最后臭气进入细胞后，在体 内作为营养物质为微生物所分解、利用，使臭气得以消除。 32 微生物过滤法除臭工艺流程 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
6、进入生物过滤器。 生物过滤器中填充有生物活性的介质，一般为天然有机材料，如堆肥(图 4)，有 时候也混用活性炭和聚苯乙烯颗粒。填料均含有一定的水分，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、水和无机盐类。微生物所需的营养物质则由介质自身供给或外加。33 微生物除臭技术的优缺点 微生物除臭技术优点：净化效率较高，投资运行费用低，污染物不会被转移到其它地方， 无二次污染，易管理。 缺点：一般细菌活性温度范围在 1040oC，在寒冷地区该法受到一定的
7、限制。 、 、二氧化硫污染控制最主要的二氧化硫污染排放来自燃料的燃烧。因此可以对燃前、燃时和燃后三个阶段采用针对性措施降低二氧化硫的排放。其他污染源的二氧化硫排放也有相似的处理技术。燃料脱硫 我国主要的含硫燃料是煤和重油，脱除其中的硫元素是降低二氧化硫排放的有效途径。煤中的硫可以通过选煤工艺与灰分同时去除，我国成熟应用的选煤工艺包括重力分选、浮法分选、磁力分选等。一些新的煤炭加工利用方法也具有良好的脱硫效果，如煤气化和煤液化等。重油中的硫通常可以用催化加氢的工艺脱除，常见的催化剂是钼、钴和镍等金属的氧化物。低硫燃烧 常见的低硫燃煤技术是流化床燃烧，与层燃方式不同，它是通过上升气流将煤粉悬浮于炉
8、体内的立体空间中燃烧，同时向炉内加入固硫剂，使其与二氧化硫反应生成硫酸盐或亚硫酸盐而实现净化。固硫剂可以与煤粉混合加入炉中，也可以单独加入，由于流化的燃烧方式可以使固硫剂在炉内停留较长时间，因此能够取得良好的脱硫效果。最常见的固硫剂是石灰石和白云石。流化床脱硫的效果受固硫剂比例、成分、粒径及燃烧温度的影响。此技术已成功应用，但反应生成的大量硫酸钙如果得不到有效的利用或处理，将产生二次污染，这也是目前国际上此项技术应用遇到的普遍问题，有待于进一步解决。废气脱硫对于矿石冶炼和造纸等工艺过程产生的废气，由于二氧化硫的浓度较高，具有回收利用价值，可以将其用于硫酸等的生产。经过多级催化处理，可以将废气中
9、99.7%的二氧化硫转化为硫酸。燃烧煤炭和油料所产生二氧化硫浓度很低，多采用吸收法进行处理。根据处理工艺中的脱硫剂是否为溶液，可以将此类脱硫工艺分为湿法和干法。目前应用最广泛的是湿法处理工艺，其脱硫剂多采用石灰和石灰石等，它们可以与二氧化硫反应，以硫酸盐和亚硫酸盐的形式将其固定下来以实现净化的目的。这种方法的处理效率很高，可以达到95%。脱硫过程生成的硫酸钙和亚硫酸钙必须要妥善处置以免产生二次污染。其他的废气脱硫技术，如海水法、半湿半干法、氨法和干法喷钙法等，由于脱硫效率、工艺条件或运转成本等方面的限制，应用范围非常有限。氮氧化物污染控制大部分的氮氧化物排放污染是在燃料高温燃烧时生成的，其余的
10、来自硝酸生产和硝化等工艺过程。其控制技术主要包括以下方面。低氮燃烧 燃烧过程中氮氧化物排放的条件包括温度、气体组分和停留时间等。可以通过适当降低锅炉内的氧气浓度减少氮氧化物排放，氧气浓度低限水平以不造成一氧化碳的排放增加为宜。对于天然气锅炉，控制助燃空气预热温度也可以使氮氧化物排放下降。将燃烧产生的废气冷却后再送回炉内燃烧，同时降低了氧气的浓度和燃烧温度，也有良好的减排效果，但废气循环率不能太高，以25%40%为宜。还可以通过分阶段组织燃烧，避免高温和富氧的条件同时出现，从而实现氮氧化物低浓度排放。废气脱氮 对排放废气进行处理，减少氮氧化物排放的技术又称为废气脱硝。最成熟的废气脱氮技术是选择性
11、催化还原技术，它采用氨气作还原剂，通过催化剂作用，使其不与氧气而只与氮氧化物反应，将其还原为氮气和水，净化效率可以达到60%90%。催化剂主要是钒、钨、钛化合物，成本较高。我国目前正在逐步推广这项技术的应用。还有一种不使用催化剂的选择性还原技术，也使用氨气类还原剂，在特定的高温区域将氮氧化物还原净化，但由于反应温度太高(约1000)且净化效率偏低(30%60%)，应用较少。对于生产工艺过程产生的氮氧化物废气还可以通过吸收和吸附的方法进行处理。挥发性有机物(VOCs)污染控制燃烧法 燃烧法是通过氧化反应将VOCs转化为二氧化碳和水而去除。高浓度VOCs废气，其燃烧释放的热量能维持火焰的持续，可以
12、通过直接燃烧的方式处理。从废物利用的角度出发，也可以将此类废气通入锅炉中作为燃料气使用。对于低浓度VOCs废气，自身能量不能维持燃烧，必须加入其他燃料共同燃烧，以达到氧化VOCs污染物所需的温度。催化燃烧法是较为先进的VOCs处理工艺，它实际上是催化氧化反应，没有火焰产生。这种方法可以大大降低VOCs反应所需要的温度，减少辅助能源的消耗，适合于各种浓度VOCs废气的净化。催化剂多为贵金属或过滤金属氧化物，涂敷在蜂窝陶瓷或金属载体上以增大与废气的接触面积，提高净化效果。吸收法 对于一些高浓度VOCs废气，如果其温度较低且压力较高，可采用某些溶剂吸收其中的VOCs，使其得到净化。吸收剂必须是难挥发
13、的物质。吸收剂与其吸附的VOCs可以通过升温和减压的方法进行分离，某些有价值的VOCs得以回收，溶剂也可以返回吸收工艺中循环使用。冷凝法 对VOCs废气进行降温处理，达到一定的冷凝温度时，VOCs会以液态从废气中冷凝析出，实现净化目的。冷却的介质一般是液态，冷却液以喷淋等形式与废气直接接触降温的称为接触冷凝，冷却液在容器中循环，通过容器表面对废气进行降温的称为表面冷凝。通常接触冷凝效果更好，但冷却液必须进一步处理，增加了技术环节。一、大气及其无害化仪本来不是一种污染物, 因为空气中有大量存在, 只不过因种种原因使大气中仪浓度增加, 目前大气含量比年前已高出, 其浓度快速增长, 预计到世纪年代将
14、使地球平均温度升高一 。因此, 浓度增高就成为全球温室效应的主因。分析其来源无外乎两方面一是自然过程的引发, 如火山爆发及生命残体的分解,每年使大气中增加约刃亿吨二是人类的活动如汽车、工厂的排气以及焚烧等的引发, 每年排出有亿吨。对全球而言, 人类的活动包括其自身呼吸导致大气浓度增加是极小的。就局部而言, 突然性急剧增加浓度将会造成不同程度的危害, 但也不是绝对的, 有专家认为, 大气中仪浓度日益增加也许使作物长得更好,有可能使作物产量增加一巧, 甚至更多些, 关键还取决于作物能否获得其它生长所必需的如光、水和氮。就宏观总体而言,人类的活动不能主宰地球包括海洋系统的“ 新陈代谢” 。就局部而言
15、, 控制的排放量是必要的。可惜, 一些发达国家在这方面的负面贡献有余, 如美国向大气排放的压年人均吨, 高于世界人均吨的排放量, 尽管它与整个世界仪排放量之比是微不足道的, 但其区域性浓度增加, 至少对高级生命体是有害的。目前最重要的问题是, 如何充分利用, 把它作为一类资源进行开发利用, 除了地球上整个植被可大量地有效吸收之外, 还有几条途径如光合细菌、单胞藻类、酶法及化学合成等在人工控制下利用合成人类所必需的有机化合物, 仅对化学合成而言, 开发新产品是有潜力的。利用与氨生产尿素每年可达万吨, 利用作为生产水杨酸的原料, 每年可生产阿斯匹林药物万吨利用仇生产聚碳酸醋及利用与氢反应生产甲酸等等, 都可实现产业化, 规模生产这些有价值产品。特别值得注意的是, 某些自养型微生物包括原核和真核单胞藻类扩大培养, 并将其固定化于生物反应装置中进行培养如小球藻等, 实现产业化生产, 将源源不断地有效利用认碳源, 是最经济地开辟有机合成、索取其他有效成分和洁净氢能的重要途径, 并展现其潜在的资源性。
