環(huán)境生物技術25-大氣污染的生物修復司

1、1引 言l大氣污染的防治是一個龐大的系統工程，基本大氣污染的防治是一個龐大的系統工程，基本的思想是采用法律、行政、經濟和工程技術相的思想是采用法律、行政、經濟和工程技術相結合的措施進行綜合防治。從整個區(qū)域大氣污結合的措施進行綜合防治。從整個區(qū)域大氣污染狀況出發(fā)，統一規(guī)劃、合理布局，綜合應用染狀況出發(fā)，統一規(guī)劃、合理布局，綜合應用各種各種防治污染防治污染的措施，充分利用環(huán)境的自凈能的措施，充分利用環(huán)境的自凈能力，從而有效控制大氣污染。力，從而有效控制大氣污染。最后，最后，應用技術應用技術措施控制措施控制大氣污染，主要包括以下幾個方面：大氣污染，主要包括以下幾個方面：2l（1）改善能源結構）改善能

2、源結構，積極開發(fā)新能源和可再生能源，如太陽能、風，積極開發(fā)新能源和可再生能源，如太陽能、風能、生物質能、海洋能、小水電及地熱能等。能、生物質能、海洋能、小水電及地熱能等。l（2）提高能源的利用率）提高能源的利用率，對燃料進行預處理，推廣清潔煤技術。，對燃料進行預處理，推廣清潔煤技術。圖圖4.8 燃煤蒸汽電廠的大氣污染控制系統燃煤蒸汽電廠的大氣污染控制系統l（3）實行清潔生產，推廣循環(huán)經濟）實行清潔生產，推廣循環(huán)經濟。包括改革生產工藝，優(yōu)先采用。包括改革生產工藝，優(yōu)先采用無污染或少污染的工藝路線、原料路線和設備；加強企業(yè)管理開展綜無污染或少污染的工藝路線、原料路線和設備；加強企業(yè)管理開展綜合利用

3、，企業(yè)內部或各企業(yè)間相互利用原材料和廢棄物實現廢物資源合利用，企業(yè)內部或各企業(yè)間相互利用原材料和廢棄物實現廢物資源化、產品化，減少污染物的排放?；?、產品化，減少污染物的排放。l（4）對煙氣進行凈化處理）對煙氣進行凈化處理。 3燃煤蒸汽電廠的大氣污染控制系統 4l大氣污染已是一種非常廣泛的污染，遍布大氣污染已是一種非常廣泛的污染，遍布我們生活的各個角落，大氣污染物按其存我們生活的各個角落，大氣污染物按其存在狀態(tài)分為在狀態(tài)分為顆粒污染物顆粒污染物和和氣態(tài)污染物氣態(tài)污染物，對，對于這些污染物我們采用何種處理技術和方于這些污染物我們采用何種處理技術和方法進行處理？其原理如何？法進行處理？其原理如何？工

4、業(yè)廢氣污染的生物治理技術工業(yè)廢氣污染的生物治理技術v廢氣主要來源廢氣主要來源l燃料燃燒燃料燃燒 l工業(yè)生產活動，例如化工、冶金、生物制品、工業(yè)生產活動，例如化工、冶金、生物制品、屠宰、污水處理及垃圾處理等工廠所產生的廢屠宰、污水處理及垃圾處理等工廠所產生的廢氣。氣。l農業(yè)生產活動農業(yè)生產活動l交通污染源交通污染源 v廢氣的處理廢氣的處理 l廢氣處理是環(huán)境污染控制的一個重要方面。廢氣處理方法：廢氣處理方法： 理化法：目前主要采用的方法，如掩蔽、吸附、理化法：目前主要采用的方法，如掩蔽、吸附、燃燒、氧化等。工藝或設備較復雜，運行費用燃燒、氧化等。工藝或設備較復雜，運行費用較高；用于處理某些惡臭廢氣

5、時，效果不甚理較高；用于處理某些惡臭廢氣時，效果不甚理想。想。生物法：具有處理效率較高、適應性較廣、工生物法：具有處理效率較高、適應性較廣、工藝較簡單以及費用較省等優(yōu)點。藝較簡單以及費用較省等優(yōu)點。l廢氣的微生物處理于廢氣的微生物處理于1957年在美國獲得年在美國獲得專利，但到專利，但到1970年代才開始引起重視，年代才開始引起重視，直到直到1980年代才在德國、日本、荷蘭等年代才在德國、日本、荷蘭等國家有相當數量工業(yè)規(guī)模的各類生物凈化國家有相當數量工業(yè)規(guī)模的各類生物凈化裝置投入運行。裝置投入運行。l廢氣生物反應器處理對許多一般性的空氣廢氣生物反應器處理對許多一般性的空氣污染物的去除率可達到污

6、染物的去除率可達到90以上。以上。 一、廢氣生物處理的特點l適應范圍廣適應范圍廣l揮發(fā)性有機化合物揮發(fā)性有機化合物 (volatile organic compounds，VOCs)以及其它有毒或有以及其它有毒或有臭味的氣體，如臭味的氣體，如NH3和和H2S等。等。l化工、制藥、電鍍、噴漆、印刷等行業(yè)化工、制藥、電鍍、噴漆、印刷等行業(yè)產生的有害污染物產生的有害污染物(hazardous air pollutants，HAPs)以及廢水處理廠、堆以及廢水處理廠、堆肥廠、垃圾填埋廠產生惡臭肥廠、垃圾填埋廠產生惡臭(odor)等。等。 l去除效率高去除效率高 u一般的空氣污染物去除效率超過一般的空氣

7、污染物去除效率超過90。l投資少，運行費用低投資少，運行費用低 u不需要投入額外的化學品不需要投入額外的化學品;u化學法則需加催化劑和氧化劑等，如次化學法則需加催化劑和氧化劑等，如次氯酸鹽、過氧化氫、二氧化氯等。氯酸鹽、過氧化氫、二氧化氯等。4、污染少、污染少 u生物處理的產物是生物量，很容易處理。生物處理的產物是生物量，很容易處理。5、耗能低、耗能低u生物反應在常溫常壓下進行，能量來自生物反應在常溫常壓下進行，能量來自微生物利用微生物利用VOCs成分本身產生的能量。成分本身產生的能量。l水溶性強水溶性強 u主要有無機物如H2S和NH3等、醇類、醛類、酮類以及簡單芳烴(如BTEX)等有機物。v

8、適宜處理的污染氣體應具有的特點：適宜處理的污染氣體應具有的特點：l易降解易降解 u分子被吸附在生物膜上必需被降解，否則將導致污染物濃度增高，毒害生物膜或影響傳質，降低生物濾器效率，或使處理完全失敗。 二、生物法處理廢氣的機理l有機廢氣生物凈化是利用微生物以廢氣中的有機組分作為其生命活動的能源或其他養(yǎng)分，經代謝降解，轉化為簡單的無機物(C02、水等)及細胞組成物質。l與廢水生物處理過程最大區(qū)別在于：廢氣中的有機物質首先要經歷由氣相轉移到液相(或固體表面液膜)中的傳質過程，然后由液相(或固體表面液膜)被微生物吸附降解。l生物反應器處理廢氣一般經歷以下三個階生物反應器處理廢氣一般經歷以下三個階段：段

9、： l溶解過程溶解過程 1.廢氣與水或固相表面的水膜接觸，污染物廢氣與水或固相表面的水膜接觸，污染物溶于水中成為液相中的分子或離子，完成溶于水中成為液相中的分子或離子，完成由氣膜擴散進入液膜的過程。由氣膜擴散進入液膜的過程。吸附過程吸附過程l有機污染物組分溶解于液膜后，在濃度差的推有機污染物組分溶解于液膜后，在濃度差的推動下進一步擴散到生物膜，被動下進一步擴散到生物膜，被微生物吸附、吸微生物吸附、吸收收，污染物從水中轉入微生物體內。作為吸收，污染物從水中轉入微生物體內。作為吸收劑的水被再生復原，繼而再用以溶解新的廢氣劑的水被再生復原，繼而再用以溶解新的廢氣成分。成分。生物降解過程生物降解過程u

10、進入微生物細胞的污染物作為微生物生命活動的能源或養(yǎng)分被分解和利用，從而使污染物得以去除。u烴類和其它有機物成分被氧化分解為CO2和H2O，含硫還原性成分被氧化為S、SO42-，含氮成分被氧化分解成NH3，NO2-和NO3-等。 三、廢氣生物處理的基本形式三、廢氣生物處理的基本形式u根據介質性質不同，分為：根據介質性質不同，分為：l生物洗滌生物洗滌(bioscrubbing)生物洗滌器生物洗滌器(bioscrubber)內是液態(tài)介質。內是液態(tài)介質。 l生物過濾生物過濾 (biofiltration)生物過濾采用是固態(tài)介質生物過濾采用是固態(tài)介質l生物濾池生物濾池(biofilters)l生物滴濾池

11、生物滴濾池(biotrickling filters)1微生物吸收工藝（微生物洗滌）微生物吸收工藝（微生物洗滌）l生物洗滌裝置一般由洗滌器和生物反應器生物洗滌裝置一般由洗滌器和生物反應器兩部分組成，吸收器和生物反應器分開設兩部分組成，吸收器和生物反應器分開設置。置。l吸收主要是物理溶解過程，采用的吸收設吸收主要是物理溶解過程，采用的吸收設備有噴淋塔、篩板塔、鼓泡塔等，吸收過備有噴淋塔、篩板塔、鼓泡塔等，吸收過程進行很快，水在吸收設備中的停留時間程進行很快，水在吸收設備中的停留時間僅約幾秒鐘；僅約幾秒鐘；l生物懸浮液生物懸浮液(循環(huán)液循環(huán)液)自吸收塔頂部噴淋而下使自吸收塔頂部噴淋而下使廢氣中的污

12、染物和氧轉入液相廢氣中的污染物和氧轉入液相(水相水相)。吸收了廢。吸收了廢氣中有機組分的生物懸浮液進入再生反應器氣中有機組分的生物懸浮液進入再生反應器(活活性污泥池性污泥池)中，通入空氣充氧再生。被吸收的有中，通入空氣充氧再生。被吸收的有機物通過微生物的氧化作用最終被再生池中機物通過微生物的氧化作用最終被再生池中活性污泥懸液除去?；钚晕勰鄳乙撼ァ一般一般,當活性污泥濃度控制在當活性污泥濃度控制在5000-10000mg/L,氣速小于氣速小于200m/h，去除較理想，去除較理想生物洗滌裝置生物洗滌裝置 2生物滴濾池生物滴濾池l在生物滴濾池內充滿了惰性填在生物滴濾池內充滿了惰性填料料, 微生物

13、在填料表面附著生長微生物在填料表面附著生長并形成生物膜。并形成生物膜。l生物膜中微生物以有機廢氣為生物膜中微生物以有機廢氣為碳源和能源碳源和能源, 以在循環(huán)液中的營以在循環(huán)液中的營養(yǎng)物質為氮源養(yǎng)物質為氮源, 進行生命活動。進行生命活動。一部分有機廢氣通過微生物的一部分有機廢氣通過微生物的分解代謝被轉化為無害的水和分解代謝被轉化為無害的水和二氧化碳二氧化碳,并為微生物提供能量并為微生物提供能量; 另一部分有機污染物通過合成另一部分有機污染物通過合成代謝被轉化為微生物自身的生代謝被轉化為微生物自身的生命物質。命物質。 l廢氣經過預處理室去除顆粒物和增濕后進入濾床底部。廢氣經過預處理室去除顆粒物和增

14、濕后進入濾床底部。l濾料使用惰性材料，如陶瓷、塑料或碎石。濾料使用惰性材料，如陶瓷、塑料或碎石。生物滴濾池具有以下特點：l內裝有惰性填料內裝有惰性填料,它只起生物載體作用，其孔隙率高、它只起生物載體作用，其孔隙率高、阻力小、使用壽命長阻力小、使用壽命長,不需頻繁更換；不需頻繁更換；l設有循環(huán)液裝置，可調節(jié)濕度和設有循環(huán)液裝置，可調節(jié)濕度和pH值，供給營養(yǎng)和微值，供給營養(yǎng)和微量元素，生物相靜止而液相流動，因而填料上可生存世量元素，生物相靜止而液相流動，因而填料上可生存世代周期長、降解特殊氣體的菌群，可承受比生物過濾器代周期長、降解特殊氣體的菌群，可承受比生物過濾器更大的處理負荷，且抗沖擊負荷能力

15、強更大的處理負荷，且抗沖擊負荷能力強,填料不易堵塞、填料不易堵塞、壓降??；壓降??； l污染物的吸收和生物降解在同一反應器內進行，設備簡污染物的吸收和生物降解在同一反應器內進行，設備簡單，操作條件可靈活控制。單，操作條件可靈活控制。l安裝有溫度控制裝置，當內部氣體溫度顯示下降至微生安裝有溫度控制裝置，當內部氣體溫度顯示下降至微生物的正常生長溫度時，控制系統發(fā)信號給熱風機，使其物的正常生長溫度時，控制系統發(fā)信號給熱風機，使其工作以提高池內的溫度。當氣體低于工作以提高池內的溫度。當氣體低于20OC時，熱風機時，熱風機開始運轉，直至溫度達到微生物適宜溫度為止，一般為開始運轉，直至溫度達到微生物適宜溫度

16、為止，一般為25OC左右。左右。3 3生物濾池（微生物過濾工藝）生物濾池（微生物過濾工藝）l生物濾池內的固態(tài)介質是一些有生物活性生物濾池內的固態(tài)介質是一些有生物活性的天然材料，常用的固體顆粒有土壤和堆的天然材料，常用的固體顆粒有土壤和堆肥，這些材料為微生物的附著和生長提供肥，這些材料為微生物的附著和生長提供表面，微生物可以吸收廢氣中的污染物將表面，微生物可以吸收廢氣中的污染物將其轉化為無害物質。其轉化為無害物質。l具有一定溫度的有機廢氣進人生物濾池，具有一定溫度的有機廢氣進人生物濾池，通過約通過約0.51m厚的生物活性填料層，有厚的生物活性填料層，有機物從氣相轉移到生物層，進而被氧化分機物從氣

17、相轉移到生物層，進而被氧化分解。生物濾池的填料層是具有吸附件的濾解。生物濾池的填料層是具有吸附件的濾料料(如土壤、堆肥、活性炭等如土壤、堆肥、活性炭等)。生物濾池。生物濾池因其較好的通氣性和適度的通水和持水性，因其較好的通氣性和適度的通水和持水性，以及豐富的微生物群落，能有效地去除烷以及豐富的微生物群落，能有效地去除烷烴類化合物，如丙烷、異丁烷酯類及乙烴類化合物，如丙烷、異丁烷酯類及乙醇等生物易降解物質的效果更佳。醇等生物易降解物質的效果更佳。l土壤濾池土壤濾池l堆肥濾池堆肥濾池l微生物過濾箱微生物過濾箱影響生物濾池性能的因素1、填料選擇、填料選擇l堆肥堆肥 原料常用污水處理廠污泥、有機垃圾和

18、原料常用污水處理廠污泥、有機垃圾和畜糞以及植物凋落物。須篩選，濾層要均勻、畜糞以及植物凋落物。須篩選，濾層要均勻、疏松，空隙率疏松，空隙率40，濾料須保持濕潤，濾層，濾料須保持濕潤，濾層含水量不低于含水量不低于40，但不能有積水。濾層保，但不能有積水。濾層保持適當的溫度。持適當的溫度。l土壤土壤 腐殖土為好，其它土質需要改良，有效腐殖土為好，其它土質需要改良，有效厚度不應小于厚度不應小于50cm，土壤水分，土壤水分4070，l草炭草炭 其通氣性能良好，適于微生物生長，除其通氣性能良好，適于微生物生長，除臭效果比用土壤好。臭效果比用土壤好。影響生物濾池性能的因素2、填料濕度、填料濕度l微生物生命

19、活動的必要成分；微生物生命活動的必要成分；l吸收廢氣的溶劑。吸收廢氣的溶劑。采用土壤或堆肥等固態(tài)處理系統時，適采用土壤或堆肥等固態(tài)處理系統時，適宜的水分含量可保證氧與水分的供給。宜的水分含量可保證氧與水分的供給。4060為適宜的含水量。為適宜的含水量。通常預處理需要加濕，防止濾料變干。通常預處理需要加濕，防止濾料變干。影響生物濾池性能的因素l3溫溫 度度l廢氣生物處理多用中溫條件廢氣生物處理多用中溫條件(2535)，少用高溫。少用高溫。l土壤或堆肥處理廢氣時通常采用自然溫度，土壤或堆肥處理廢氣時通常采用自然溫度，如果微生物分解基質放熱造成溫度過高則如果微生物分解基質放熱造成溫度過高則需采取降溫

20、措施。需采取降溫措施。影響生物濾池性能的因素l4氧氣氧氣l廢氣處理多用異養(yǎng)型好氧微生物；廢氣處理多用異養(yǎng)型好氧微生物；氧的供給量與供給方式對處理效率的影響氧的供給量與供給方式對處理效率的影響很大，微生物數量、基質濃度和溫度等因很大，微生物數量、基質濃度和溫度等因素也會影響供氧。素也會影響供氧。l少數厭氧條件，例如著色菌處理硫化氫，少數厭氧條件，例如著色菌處理硫化氫，則需控制無氧條件，以氨氣取代反應系統則需控制無氧條件，以氨氣取代反應系統的氧氣。的氧氣。 影響生物濾池性能的因素l5、酸堿度、酸堿度l以中性或微堿性（以中性或微堿性（7-8）為宜。）為宜。l廢氣生物處理中的細菌多數適應于中性至微廢氣

21、生物處理中的細菌多數適應于中性至微堿性環(huán)境，只有少數種類對酸堿度要求比較堿性環(huán)境，只有少數種類對酸堿度要求比較特殊，特殊，l例如氧化硫硫桿菌最適例如氧化硫硫桿菌最適pH為為2.62.8，最，最低為低為pH1.0，最高為，最高為pH4.06.0。 針對有機堆肥臭氣去除的生物濾池針對有機堆肥臭氣去除的生物濾池四 廢氣生物處理技術的現狀和展望l有機廢氣生物處理是一項新的技術，由于生物有機廢氣生物處理是一項新的技術，由于生物反應器涉及到氣、液、固相傳質及生化降解過反應器涉及到氣、液、固相傳質及生化降解過程，影響因素多而復雜，有關的理論研究及實程，影響因素多而復雜，有關的理論研究及實際應用還不夠深入、廣

22、泛，需要進一步探討和際應用還不夠深入、廣泛，需要進一步探討和研究。研究。l廢氣動態(tài)負荷的研究廢氣動態(tài)負荷的研究l反應動力學模式的研究反應動力學模式的研究l填料特性的研究填料特性的研究l設備的研究開發(fā)設備的研究開發(fā)l微生物菌種的改造微生物菌種的改造l應用范圍的進一步拓展應用范圍的進一步拓展l1反應動力學模式研究反應動力學模式研究l 通過反應機理的研究，提出決定反應速度的通過反應機理的研究，提出決定反應速度的內在依據，以便有效地控制和調節(jié)反應速度，內在依據，以便有效地控制和調節(jié)反應速度，最終提高污染物的凈化效率。最終提高污染物的凈化效率。l這主要是由于生物濾他中存在相對較穩(wěn)定的液這主要是由于生物濾

23、他中存在相對較穩(wěn)定的液膜、而生物吸收法和生物滴濾池小由于循環(huán)液膜、而生物吸收法和生物滴濾池小由于循環(huán)液的流動性，無法產生類似的穩(wěn)定液膜。的流動性，無法產生類似的穩(wěn)定液膜。l2填料特性研究填料特性研究l 對于生物濾池和生物滴濾池來說，深入研究對于生物濾池和生物滴濾池來說，深入研究填料的一些特性是非常必要的。填料的一些特性是非常必要的。填料的比表面填料的比表面積、孔隙率與單位體積填充量積、孔隙率與單位體積填充量不僅與生物量有不僅與生物量有關，還直接影響著整個填充床的壓降及填充床關，還直接影響著整個填充床的壓降及填充床是否易堵塞等。更重要的一點是，氣態(tài)污染物是否易堵塞等。更重要的一點是，氣態(tài)污染物降

24、解要經歷一個氣相到液降解要經歷一個氣相到液因相傳質過程，污因相傳質過程，污染物在兩相中的分配系數是整個裝置可行性的染物在兩相中的分配系數是整個裝置可行性的一個決定因素。有資料表明，填料對分配系數一個決定因素。有資料表明，填料對分配系數有較大的影響，有較大的影響，Hodge等用生物濾池處理乙醇等用生物濾池處理乙醇蒸氣時發(fā)現，顆粒活性炭作填料時乙醇的分配蒸氣時發(fā)現，顆粒活性炭作填料時乙醇的分配系數是以堆肥作填科時的系數是以堆肥作填科時的2一一3倍。倍。l3動態(tài)負荷研究動態(tài)負荷研究l 目前，絕大多數研究報道中采用的是目前，絕大多數研究報道中采用的是單一組單一組分分(或幾個簡單組分組合或幾個簡單組分組

25、合)氣體作為實驗對象，氣氣體作為實驗對象，氣體負荷的變化也是體負荷的變化也是有順序的、平穩(wěn)的，有順序的、平穩(wěn)的，氣速也氣速也是很是很“溫柔溫柔”的。的。l而對于而對于非常態(tài)負荷非常態(tài)負荷氣流、氣流、多組分復雜混合氣多組分復雜混合氣的的研究較少，事實上，這種動態(tài)負荷的研究研究較少，事實上，這種動態(tài)負荷的研究是非是非常有實際意義常有實際意義的，特別是可以解決一系列實際的，特別是可以解決一系列實際運用中遇到的問題。運用中遇到的問題。 五、處理廢氣的微生物l多為混合微生物多為混合微生物，因為：，因為：含有多種成分的含有多種成分的混合廢氣混合廢氣，需要多種微生物分，需要多種微生物分別降解；別降解；有的成

26、分需要幾種微生物的有的成分需要幾種微生物的相繼作用相繼作用才能分解才能分解轉化為無害物質，轉化為無害物質， eg. 氨態(tài)氮先經硝化細菌再經反硝化作用細菌才能成為分子態(tài)氮；一些難降解的成分要由幾種微生物一些難降解的成分要由幾種微生物聯合作用聯合作用才才能被完全降解；能被完全降解； eg. 鹵代有機化合物先經厭氧微生物還原脫鹵，再被好氧微生物徹底分解；工藝需要，盡管廢氣成分能夠被單一微生物分工藝需要，盡管廢氣成分能夠被單一微生物分解，但還需利用其它微生物，解，但還需利用其它微生物， eg.在硫化氫氧化中，為了使自養(yǎng)型脫氮硫桿菌(Thiobacillus denitrificans)(專用無機N)凝

27、絮持留于反應器內，需與活性污泥中的異養(yǎng)型微生物起共培養(yǎng)。 降解鄰苯二酚；合成氰化物水合酶，聯合氰化物水解酶來降解氰化物。紫紅紅球菌紫紅紅球菌(Rhodococcus rhodochrous)Rhodococcus rhodochrous CF 222紫紅紅球菌紫紅紅球菌(Rhodococcus rhodochrous)第二節(jié)第二節(jié) 惡臭的原位處理惡臭的原位處理一、惡臭污染物和污染源一、惡臭污染物和污染源 l惡臭污染物惡臭污染物(odor pollutants)指一切指一切刺激嗅覺器官引起人們不愉快及損害刺激嗅覺器官引起人們不愉快及損害生化環(huán)境的氣體物質。生化環(huán)境的氣體物質。l畜禽場是重要的污染源畜禽場是重要的污染源lONeil和和Phillips從養(yǎng)豬場中分離鑒從養(yǎng)豬場中分離鑒定到定到160種化合物，主要成分有種化合物，主要成分有氨、氨、胺、含硫化合物、揮發(fā)性脂肪酸、胺、含硫化合物、揮發(fā)性脂肪酸