生物法處理有機廢氣超詳細

1、生物法處理有機廢氣（超詳細）作者:日期:生物法處理廢氣廢氣的生物處理是利用微生物的生命過程把廢氣中的氣態(tài)污染物分解轉(zhuǎn)化成少或甚至無害物質(zhì)。自然界中存在各種各樣的微生物，幾乎所有無機的和有機的污染物都能轉(zhuǎn) 化。生物處理不需要再生和其他高級處理過程，與其他凈化法相比，具有設備簡單、能耗低、安全可靠、無二次污染等優(yōu)點，但不能回收利用污染物質(zhì)。1.2. 3. 1基本原理在適宜的環(huán)境條件下，微生物不斷吸收營養(yǎng)物質(zhì)， 并按照自己的代謝方式進行新 陳代謝 活動。廢氣中生物處理正是利用微生物新陳代謝過程中需要營養(yǎng)物質(zhì)這一特點，把廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化成簡單的無機物如二氧化碳、水，以及細胞物質(zhì)等。1.2.3 .

2、2微生物降解污染物的過程由于微生物將廢氣中的有害物質(zhì)進行轉(zhuǎn)化的過程在氣相中難以進行，所以廢氣中氣態(tài)污染物首先要經(jīng)氣相轉(zhuǎn)移到液相或固體表面的液膜中的傳質(zhì)過程，然后污染物才在液相或固體表面被微生物吸附降解。按照O t t e n g raf提出的生物膜理論，生物法凈化處理工業(yè)廢氣一般要經(jīng)歷以下四 個步驟（圖1-1）。1）廢氣中的污染物首先同水接觸并溶解于水中（由氣膜擴散進入液膜）；2）溶解于液膜中的污染物在濃度差的推動下進一步擴散到生物膜，進而被其中的微生物捕獲并吸收；3）微生物將污染物轉(zhuǎn)化為生物量、新陳代謝副產(chǎn)品或者CO 2、水等；4）生化反應產(chǎn)物002從生物膜表面脫附并反擴散進入氣相本體，而1

3、 12。則被保持在生物膜內(nèi)。氣態(tài)污染物的生物處理過程也是人類對自然過程的強化和工程控制，其過程的速率 取決于：氣相向液固相的傳質(zhì)速率（與污染物的理化性質(zhì)和反應器的結(jié)構(gòu)等因素有關）；能起降解作用的活性生物質(zhì)量；生物降解速率 （與污染物的種類、生物生長環(huán)境條 件、控制作用有關）。表1 -1列出了各種氣態(tài)污染物的生物降解效果填料 固液混合層 圖1-1生物法凈化工業(yè)廢氣的傳質(zhì)降解模型 表1-1微生物對各種氣態(tài)污染物的生物降解效果化合物HI生物降解 效果甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、丁醇、四氫吠喃、甲醛、乙醛、丁醛、三甲胺非常好苯、丙酮、乙酸乙酯、苯酚、二甲基硫、曝吩、甲基硫醇、二硫化碳、酰胺類、口比咤、乙

4、睛、異睛類、氯酚好甲烷、戊烷、環(huán)己烷、乙醴、二氯甲烷較差1,1 ,1-三氯甲烷無乙煥，異丁烯酸甲酯、異富酸酯、三氯乙烯、四氯乙烯不明1.2. 3 .3廢氣生物處理的微生物菌。按照獲取營養(yǎng)的方式不同，用于污染物生物降解的微生物有兩大類：自養(yǎng)菌和異養(yǎng) 自養(yǎng)菌可以在無有機碳和氧的條件下，以光和氨、硫化氫、硫和鐵離子等的氧化獲得必要的能量，而生長所需的碳則由二氧化碳通過卡爾文循環(huán)提供，因此它特別適合于無機物的轉(zhuǎn)化。由于自養(yǎng)菌的能量轉(zhuǎn)換過程緩慢，導致其生長速率也非常慢，其生物負荷 不可能很大，因此對無機氣態(tài)污染物采用生物處理方法比較困難，僅有少數(shù)工藝找到 了適當種類的細菌，如采用硝化、反硝化及硫酸菌等去

5、除濃度不太高的臭味氣體硫化氫、氨等。異養(yǎng)菌則是通過有機化合物的氧化來獲取營養(yǎng)物和能量，適合進行有機物的轉(zhuǎn)化，在適當?shù)臏囟取⑺釅A度和有氧的條件下，該類微生物能較快地完成污染物的降解。事實 上，國內(nèi)外廣泛應用的是異養(yǎng)菌降解有機物如乙醇、硫醇、酚、甲酚、口那朵、脂肪酸、 乙醛、胺等。特定的微生物群落具有特定的污染物處理對象。 在某些情況下，起凈化作用的多種微生 物在相同條件下均可正常繁殖。因此，在一個裝置內(nèi)可同時處理含多種污染物 的氣體。在廢氣生物處理的系統(tǒng)中，微生物是工作的主體，只有了解和掌握微生物的基本生 理特 性，篩選、培育出優(yōu)勢高效菌種，才能獲得較好的凈化效果。以一種物質(zhì)作為目標污染物的微生

6、物菌種一般是通過污泥馴化或培養(yǎng)的方法來進行(表1-2)。表1- 2用于大氣污染控制的一些微生物菌屬種類微生物目標污染物舉例假單胞菌屬(Ps e udomona s)小分子蝶類乙烷諾卡式菌屬N Noca r d ia )小分子芳香族化合物二甲苯、苯乙烯黃桿菌屬(F 1 avobacterium)氯代化合物氯甲烷、五氯苯酹放線菌屬(Actinomyces )芳香族化合物甲苯真菌(Fu n g i)聚合高分子聚乙烯氧化亞鐵硫桿菌(T .fer r o o x i d a ns)無機硫化物二氧化硫、硫化氫氧化硫硫桿菌(T. th i ooxid a ns)有機硫化物硫醇(R S H)而對于含有復雜的、

7、多種污染成分的目標污染物，則必須用混合培養(yǎng)的方法，馴化、培育出分工、協(xié)作的微生物菌群來完成污染物的降解任務。1 . 2 .3.4影響生物凈化廢氣的主要因素 生物法主要依靠微生物的作用來去除氣體中的污染物 ，微生物的活性決定了反應器 的 性能。因此反應器的條件應適合微生物的生長 ，這些條件包括填料(介質(zhì))、濕度、pH、 溶解氧濃度、溫度和污染物的濃度等。(1)填料對所有類型的生物凈化器而言，理想的填料應是良好的傳質(zhì)和發(fā)生化學轉(zhuǎn)化的場所，具有以下性質(zhì)：1）最佳的微生物生長環(huán)境：營養(yǎng)物、濕度、pH和碳源的供應不受限制；2）較大的比表面積：接觸面積、吸附容量、單位體積的反應點更多；3） 一定的結(jié)構(gòu)強度

8、：防止填料壓實，否則會使壓降升高、氣體停留時間縮短；4）高水分持留能力：水分是維持微生物活性的關鍵因素 ；5）高孔隙率：使氣體有較長的停留時間；6）較低的體密度：減小填料壓實的可能性。常用的堆肥、泥煤等填料能基本符合以上要求 ，但是其中含有的有機物會逐漸降解，這 不僅使填料壓實，還要在一定時間后更換，即有壽命限制。將有機填料和惰性的填充 劑 混合，使用壽命可高達 5a,一般為2? 4a o為卞提高填料性能、降低壓降，一般要求6 0 %的填料直徑大于4mm（2）溫度溫度是影響微生物生長的重要因素。任何微生物只能在一定溫度范圍內(nèi)生存，在此溫度范圍內(nèi)微生物能大量生長繁殖。根據(jù)微生物對溫度的依賴，可以

9、將它們分為低溫性（25° Q,中溫性（25?40° C ）和高溫性（4 0 ° C）微生物。在適宜的溫度范圍內(nèi)，隨 著 溫度的升高，微生物的代謝速率和生長速率均可相應提高，但高于最高生長溫度后，微生物停止生長，甚至最終死亡。因此，需根據(jù)微生物種類選擇最適宜的溫度。通常， 用 于有機物和無機物降解的微生物均是中溫、高溫菌占優(yōu)勢。一般情況下，生物處理可 在25? 35° C進行，很多研究表明，35° C是很多好氧微生物的最佳溫度。溫度除了改變微生物的代謝速率外，還能影響污染物的物理狀態(tài)，使得一部分污染 物發(fā) 生固一液、氣一液相轉(zhuǎn)換，從而影響生物凈化

10、效果。如：溫度的提高，會降低污染物特別是有機污染物在水中的溶解以及在填料上的吸附 ，從而影響氣相中污染物的去除。 pH微生物的生命活動，物質(zhì)代謝都與pH有密切聯(lián)系，每種微生物都有不同的 pH要求。 大 多數(shù)細菌、藻類和原生動物對 pH的適宜范圍為4? 10,最佳p H為6 .5? 7.5。表1 - 3 列 出了幾種常用微生物的適宜溫度和p H范圍。表1 - 3幾種微生物適宜的溫度和pH微生物假單胞菌環(huán)狀菌屬硫氟氧化桿菌硫桿菌放線菌S2溫度/。25 ? 3530 ? 352 7 ?3 325 ?3 020 ? 30pH16.5? 7.57 .0? 8. 06. 8 ? 7.65.5 ? 7.57

11、.0 ? 8.0最適宜pH7. 07 .57.07 .07.0（4 ）溶解氧根據(jù)微生物的呼吸與氧的關系，微生物可分為好氧微生物、 兼性厭氧（或兼性好氧）微生 物和厭氧微生物。/好氧微生物需要供給充足的氧。氧對好氧微生物具有兩個作用：在呼吸中氧作為 最 終電子受體；在留醇類和不飽和脂肪酸的生物合成中需要氧。 充氧的效果與好氧微生 物的生長量呈正相關性，氧供應量的多少根據(jù)微生物的數(shù)量、 生理特性、基質(zhì)性質(zhì)及 濃 度綜合考慮。兼性微生物具有脫氫酶也具有氧化酶，既可在無氧條件也在有氧條件下存在。在好氧生 長時氧化酶活性強，細胞色素及電子傳遞體系的其他組分正常存在，而在無氧條件 下，細胞色素及電子傳遞體系的其他組分減少或全部喪失，氧化酶不活動，一旦通入氧 氣，這些組分的合成很快恢復。厭氧微生物只有在無氧條件下才能生存，它們進行發(fā)酵或無氧呼吸。因此在其進行生物 處理過程中要盡可能保持無氧狀態(tài)。濕度在生物過濾處理廢氣中，濕度是一個重要的環(huán)境因素。首先，它控制氧的水平，決定是好氧還是厭氧條件。如果濾料的微孔中8 0%>9 0%充滿水，則可能是厭氧條件。其 次, 大多數(shù)微生物的生命活動都需要水，而且只有溶解于水相中的污染物才可能被微生物所降解。如果填料的濕度太低，將使微生物失活，填料也會收縮破裂而產(chǎn)生氣流短流；如填 料 濕度太高，不僅會使氣