微生物脫氮ppt課件

.,1,第九章大氣污染的環(huán)境修復(fù)技術(shù),.,2,目錄,植物修復(fù)技術(shù),9.1,微生物修復(fù)技術(shù),9.2,無機(jī)礦物材料修復(fù)技術(shù),9.3,大氣污染概述,9.4,.,3,9.1大氣污染概述,9.1.1大氣污染現(xiàn)狀,定義:在一定范圍的大氣中，出現(xiàn)了原來沒有的微量物質(zhì)，其數(shù)量和持續(xù)時(shí)間，都有可能對(duì)人、動(dòng)物、植物及物品、材料產(chǎn)生不利影響和危害。當(dāng)大氣中污染物質(zhì)的濃度達(dá)到有害程度，以至破壞生態(tài)系統(tǒng)和人類正常生存和發(fā)展的條件，對(duì)人或物造成危害的現(xiàn)象叫做大氣污染。來源:自然源:如植物腐爛、森林火災(zāi)、火山爆發(fā)等，多為一時(shí)性的;人為源:如工業(yè)企業(yè)(表9-1)、交通運(yùn)輸、生活爐灶和采暖鍋爐等，是造成現(xiàn)在大氣情況日益惡化的主要原因。,.,4,表9.1-1大氣污染物的主要工業(yè)來源,.,5,.,6,9.1.2大氣污染物的分類,生物性污染物:空氣中一些原有的微生物(如真菌、桿菌等)和某些病原微生物,物理性污染物:主要是指粉塵(TSP，PM10，PM2.5，PM1),化學(xué)性污染物:CO2,CO,NOx,SOx,PAHs等,.,7,9.1.3大氣污染的修復(fù)凈化技術(shù),污染的大氣環(huán)境中通常有多種污染物復(fù)合或混合，并且污染物具有長(zhǎng)距離遷移和干濕沉降等特性?？諝獾奈廴緦?duì)城市居民的健康，城市景觀和區(qū)域氣候都有著很嚴(yán)重的破壞作用。因此對(duì)污染進(jìn)行修復(fù)凈化顯得十分必要。主要的修復(fù)技術(shù)有以下三種:植物修復(fù)技術(shù)微生物修復(fù)技術(shù)無機(jī)礦物材料修復(fù)技術(shù),.,8,植物吸附與吸收修復(fù),植物降解修復(fù),植物轉(zhuǎn)化修復(fù),植物同化和超同化修復(fù),空氣污染的植物修復(fù)是一種以太陽能為動(dòng)力，利用綠色植物及其相關(guān)的生物區(qū)對(duì)環(huán)境污染物質(zhì)進(jìn)行分解、去除、屏障或脫毒的方法。,9.2植物修復(fù),.,9,9.2.1植物吸附與吸收修復(fù),(1)滯塵作用,植物對(duì)于污染物的吸附與吸收主要發(fā)生在地上部分的表面及葉片的氣孔，將其扣留在葉片的表面;一種物理性過程;與植物表面的結(jié)構(gòu)如葉片形態(tài)、粗糙程度、葉片生長(zhǎng)角度和表面的分泌物有關(guān);可以有效地吸附空氣中的浮塵、霧滴等懸浮物及其吸附著的污染物(表9.2-1)。,.,10,表9.2-1各種樹木葉片的滯塵量/(g/m2),.,11,(2)對(duì)病原體的作用,空氣中的病原體一般都附著在塵埃或飛沫上隨氣流移動(dòng)，綠色植物的滯塵作用可以減小其傳播范圍;植物的分泌物(檸檬油、松脂、肉桂油、丁香粉等)具有殺菌作用(表9.2-2)。,表9.2-2殺菌能力強(qiáng)的樹種和殺死原生動(dòng)物所需時(shí)間/Min,.,12,(3)對(duì)重金屬的作用,綠化樹種對(duì)顆粒物中的重金屬也有較好的吸收和吸附作用，不同的污染金屬的種類和不同的樹種之間具有明顯的差異(表9.2-3、9.2-4)。,表9.2-3主要綠化樹種吸收鉛能力比較(kg/hm2葉量),.,13,表9.2-4主要綠化樹種吸收鎘能力比較(kg/hm2葉量),.,14,表9.2-5太原市各采樣區(qū)國(guó)槐枝條含鉛量,根據(jù)植物體內(nèi)重金屬的含量，還可以監(jiān)測(cè)環(huán)境污染(如表9.2-5)。,.,15,(4)對(duì)氣態(tài)污染物的作用,植物還可以吸收空氣中的氣態(tài)污染物，包括SO2、Cl2、HF等;主要是通過氣孔吸收，并經(jīng)由植物維管系統(tǒng)進(jìn)行運(yùn)輸和分布;影響因素:污染物在水中溶解性、光照條件等。,吸硫量:根據(jù)各樹種間吸硫量的差異，按45距離截取，可將綠化樹種劃分為3類:類吸硫量高(吸硫量90，修復(fù)能力強(qiáng));類吸硫量中等(吸硫量在4590，修復(fù)能力中等);類吸硫量低(吸硫量45，修復(fù)能力弱)(表9.2-6)。,.,16,表9.2-6主要綠化樹種吸收凈化SO2能力比較,.,17,揮發(fā)或半揮發(fā)性的有機(jī)污染物植物可以通過其吸收作用有效的降低空氣中苯三氯乙烯、甲苯和PAHs等揮發(fā)或半揮發(fā)性的有機(jī)污染物;影響因素:污染物本身的物理化學(xué)性質(zhì)(包括分子量溶解性蒸氣壓和辛醇-水分配系數(shù)等)和氣候條件等。其它大多數(shù)植物都能吸收臭氧，其中銀杏、柳杉、樟樹、青岡櫟、夾竹桃、刺槐等10余種樹木凈化臭氧的作用較大。吸滯大氣氯污染能力強(qiáng)的有樹種有榆樹、京桃、楓楊、皂角、衛(wèi)矛、美青楊、桂香柳；吸滯大氣氟污染能力強(qiáng)的有:榆樹、花曲柳、刺槐、旱柳等。,.,18,9.2.2植物降解修復(fù),主要針對(duì)大氣中有機(jī)物污染，利用植物含有一系列代謝異生素的專性同功酶及相應(yīng)的基因來完成對(duì)有機(jī)污染物的分解。參與植物代謝異生素的酶主要包括細(xì)胞色素P450、過氧化物酶、加氧酶、谷胱甘肽S-轉(zhuǎn)移酶、羧酸酯酶、O-糖苷轉(zhuǎn)移酶、N-糖苷轉(zhuǎn)移酶、O-丙二酸單酰轉(zhuǎn)移酶和N-丙二酸單酰轉(zhuǎn)移酶等。能直接降解有機(jī)物的酶類主要有脫鹵酶、硝基還原酶、過氧化物酶、漆酶和腈水解酶等。植物從外界吸收各種物質(zhì)的同時(shí)，也不斷地分泌各種物質(zhì)，這其中包括一些能夠降解有機(jī)污染物的酶類轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以有效的提高植物的降解作用。如將人的細(xì)胞色素P4502E1基因轉(zhuǎn)入煙草后，轉(zhuǎn)基因植株氧化代謝三氯乙烯(TCE)和二溴乙烯（EDB）的能力提高了約640倍。,.,19,9.2.3植物轉(zhuǎn)化修復(fù),植物轉(zhuǎn)化修復(fù)是利用植物的生理過程將污染物由一種形態(tài)轉(zhuǎn)化為另一種形態(tài)的過程，需要有植物體內(nèi)多種酶類的參與。,光合作用:CO2O2反硝化作用:O3:通過植物體內(nèi)的一系列的酶如超氧化物岐化酶SOD、過氧化物酶、過氧化氫酶等和一些非酶抗氧化劑如維生素C、維生素E、谷胱甘肽等進(jìn)行轉(zhuǎn)化清除;有機(jī)污染物:經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)化后隔離在植物細(xì)胞的液泡中或與不溶性細(xì)胞結(jié)構(gòu)如木質(zhì)素相結(jié)合。,.,20,9.2.4植物同化和超同化修復(fù),同化:植物通過氣孔將CO2、SO2等污染氣體吸入體內(nèi)，參與代謝，最終以有機(jī)物的形式儲(chǔ)存在氨基酸和蛋白質(zhì)中;超同化:將含有植物所需營(yíng)養(yǎng)元素的大氣污染物如氮氧化合物、硫氧化合物等，作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)源高效吸收與同化。,篩選技術(shù):如篩選一些“嗜NO2植物”或者對(duì)SO2、HF等污染物凈化作用明顯的超同化植物(表9.2-7);轉(zhuǎn)基因技術(shù):如將亞硝酸鹽代謝過程中所需的硝酸鹽還原酶(NR)、亞硝酸鹽還原酶(NIR)和谷氨酰胺合成酶（GS）轉(zhuǎn)入植物體中。,.,21,表9.2-7不同試驗(yàn)點(diǎn)植物葉片S和F含量,.,22,9.2.5總結(jié),植物不但能改變城市的景觀狀況，而且選擇合適的樹種對(duì)于修復(fù)城市大氣污染有著非常重要的作用。表9.2-8總結(jié)了不同綠化植物對(duì)大氣污染物的修復(fù)能力。盡管如此，植物修復(fù)技術(shù)還存在著一定的問題。表9.2-9總結(jié)的則市各種植物修復(fù)技術(shù)目前所存在的一些問題。,.,23,.,24,表9.2-8不同樹種對(duì)大氣污染的修復(fù)作用,.,25,表9.2-9各種植物修復(fù)技術(shù)存在的問題,.,26,與其他治理大氣污染的方法比較，大氣污染的植物修復(fù)具備以下優(yōu)點(diǎn)：綠色凈化，清潔并儲(chǔ)存可利用的太陽能;經(jīng)濟(jì)有效，具有潛在的環(huán)境價(jià)值;美化環(huán)境，普遍接受;適用植物修復(fù)的污染物范圍較廣。同時(shí)植物修復(fù)技術(shù)也存在其缺點(diǎn):植物修復(fù)的本身耗時(shí)長(zhǎng);污染物可通過食用含污染物植物的昆蟲和動(dòng)物進(jìn)入食物鏈;有毒污染物可能在植物體內(nèi)轉(zhuǎn)化為毒性更強(qiáng)的物質(zhì);植物修復(fù)能力受水力控制。,大氣污染植物修復(fù)的優(yōu)缺點(diǎn),.,27,9.3微生物修復(fù),氣態(tài)污染物的微生物修復(fù)就是利用微生物將廢氣中的污染物轉(zhuǎn)化為低害甚至無害物質(zhì)的處理方法。,9.3.1無機(jī)廢氣的生物修復(fù)(1)微生物脫硫原理:菌種:目前主要是硫桿菌屬、硫化葉菌、大腸桿菌和假單細(xì)胞菌屬,.,28,煤炭的脫硫工藝:早期的研究主要利用下氧化亞鐵硫桿菌(Thiobacillusferrooxidans)在幾天時(shí)間里將黃鐵礦氧化分解成鐵離子和硫酸，硫酸溶于水中而排出;浮選法和微生物處理相結(jié)合含硫(H2S)廢氣的脫硫工藝(圖9.3-1):,吸收塔,分離器,生物反應(yīng)器,低硫氣,酸性氣,硫,空氣,圖9.3-1含硫廢氣的脫硫工藝,.,29,(2)微生物脫氮:,凈化原理:適宜的脫氮菌在有外加碳源的情況下，利用NOx作為氮源，將NOx還原為最基本無害的N2，而脫氮菌本身獲得生長(zhǎng)繁殖。,脫氮菌及菌種培養(yǎng):無色桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、桿菌屬、色桿菌屬、棒桿菌屬等,.,30,微生物的存在形式:懸浮生長(zhǎng)系統(tǒng):微生物及其營(yíng)養(yǎng)物配料存在于液相中，氣體中的污染物通過與懸浮液接觸后轉(zhuǎn)移到液相中而被微生物所凈化，其形式有噴淋塔、鼓泡塔等生物洗滌器(圖9.3-2、9.3-3);,圖9.3-2噴淋塔,圖9.3-3鼓泡塔,.,31,附著生長(zhǎng)系統(tǒng):廢氣在增濕后進(jìn)入生物濾床，通過濾層時(shí)，污染物從氣相轉(zhuǎn)移到生物膜表面并被微生物凈化(圖9.3-4)。,圖9.3-4生物濾床,.,32,發(fā)展趨勢(shì):改進(jìn)燃燒過程以控制NOx的排放;二是發(fā)展脫硫脫氮一體化技術(shù)。,優(yōu)缺點(diǎn):懸浮生長(zhǎng)和附著生長(zhǎng)兩套系統(tǒng)在脫氮方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，前者相當(dāng)來說微生物的環(huán)境條件及操作條件容易控制，但NOx中NO占據(jù)較大的比例，不易溶于水，因此凈化效率相當(dāng)較低。,.,33,原理:有機(jī)廢氣生物修復(fù)是利用微生物以廢氣中的有機(jī)組分作為其生命活動(dòng)的能源或其他養(yǎng)分，經(jīng)代謝降解，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無機(jī)物(CO2、水等)及細(xì)胞組成物質(zhì)。生物反應(yīng)器處理的一般步驟:廢氣中的有機(jī)物同水接觸并溶于水中，也就是說，使氣相中的分子轉(zhuǎn)移到水中；溶于水中的有機(jī)物被微生物吸收，吸收劑被再生復(fù)原，繼而再用以溶解新的有機(jī)物；被微生物細(xì)胞所吸收的有機(jī)物，在微生物的代謝過程中被降解、轉(zhuǎn)換成為微生物生長(zhǎng)所需的養(yǎng)分或CO2和H2O。基本條件:水分、養(yǎng)分、溫度、氧氣（有氧或無氧）以及酸堿度等。,9.3.2有機(jī)廢氣的微生物修復(fù),.,34,分類:據(jù)微生物在工業(yè)廢氣處理過程中存在的形式，可將其處理方法分為生物洗滌法（懸浮態(tài)）和生物過濾法（固著態(tài)）兩類。,生物洗滌法:主要的反應(yīng)器:噴淋塔、鼓泡塔和穿孔板塔。主要的處理工藝如圖9.3-5所示。其去除率除了與污泥的濃度、PH、溶解氧等因素有關(guān)外，還與污泥的馴化與否、營(yíng)養(yǎng)鹽的投加量及投加時(shí)間有關(guān);活性污泥濃度:500010000ml/L，氣速20m3/h時(shí)，裝置的負(fù)荷及去除效率均較理想。,.,35,圖9.3-5生物洗滌法處理工業(yè)廢氣裝置,.,36,生物過濾法生物濾池法主要有兩種:生物濾池法和生物滴濾法。生物濾池法生物濾池具體由濾料床層（生物活性填充物）、砂礫層和多孔布?xì)夤艿冉M成。多孔布?xì)夤馨惭b在砂礫層中，在池底有排水管排除多余的積水，如圖9.3-6。,圖9.3-6生物濾池法修復(fù)廢氣裝置,.,37,生物濾池分為土壤濾池和堆肥濾池以及微生物過濾箱。土壤濾池構(gòu)造:氣體分配層下層由粗石子、細(xì)石子或輕質(zhì)陶粒骨料組成，上部由沙或細(xì)粒骨料組成，總厚度為400500mm。土壤濾層可按黏土12、含有機(jī)質(zhì)沃土15.3、細(xì)砂土53.9和粗砂29.6的比例混配，厚度一般為0.51.0m;影響因素:溫度、濕度、PH值以及土壤中得營(yíng)養(yǎng)成分;優(yōu)點(diǎn):投資小、無二次污染、有較強(qiáng)的抗沖擊能力;缺點(diǎn):占地面積大。目前正在研究多層土壤床，這將是解決該問題的重要研究方向。應(yīng)用:化工、制藥和食品加工行業(yè)中廢氣處理及衛(wèi)生填埋廠、動(dòng)物飼養(yǎng)場(chǎng)和堆肥場(chǎng)等產(chǎn)生的廢氣，處理廢氣中低濃度的氨、硫化氫、甲硫醇、二甲基硫、乙醛、三甲胺等。,.,38,堆肥濾池工作原理與土壤床基本相同，但在應(yīng)用上有以下不同點(diǎn)：土壤床的孔隙較小，滲透性較差，所以在處理相同量的廢氣時(shí)，土壤床占地的面積較大。土壤床對(duì)處理無機(jī)氣體如SO2、NOX、NH3和H2S所形成的酸性有一定的中和能力，如果經(jīng)石灰預(yù)處理，其中和能力更強(qiáng)。堆肥床不能用石灰處理，否則會(huì)變成致密床層，降低處理效果。堆肥床中的微生物較土壤中多，對(duì)廢氣去除率較高，且接觸時(shí)間只有土壤床的1/41/2，約20s，所以適用于處理含易生物降解污染物、廢氣量大的場(chǎng)合。對(duì)于生物降解較慢的氣體，需要較長(zhǎng)的反應(yīng)時(shí)間。如果在廢氣量不大的情況下，用土壤層較合適。堆肥床使用一定時(shí)間后，有結(jié)塊的趨勢(shì)因此需周期性地進(jìn)行攪動(dòng)，防止結(jié)塊。堆肥為疏水性，需防止干燥，否則再濕潤(rùn)比較困難。土壤為親水性，一般不會(huì)發(fā)生上述現(xiàn)象。在服務(wù)年限方面，土壤床比堆肥床長(zhǎng)，土壤床處理揮發(fā)性有機(jī)廢氣，其使用時(shí)間幾乎趨于無限長(zhǎng)；而對(duì)有機(jī)廢氣地使用年限則取決于土壤的中和能力。,.,39,微生物過濾箱構(gòu)成:封閉式裝置，主要由箱體、生物活性床層、噴水器等組成。床層由多種有機(jī)物混和制成的顆粒狀載體構(gòu)成，厚度按需要確定，一般在0.51.0m。應(yīng)用:化工廠、食品廠、污水泵站等方面地廢氣凈化和脫臭。處理含硫化氫50mg/m3、二氧化硫150mg/m3的聚合反應(yīng)廢氣，在高負(fù)荷下硫化氫的去除率可達(dá)99。處理食品廠高濃度（600010000Nod/m3,Nod/m3為臭氣單位）惡臭廢氣，脫臭率可達(dá)95。此外，還用于去除廢氣中的四氫呋喃、環(huán)己酮、甲基乙基甲酮等有機(jī)溶劑蒸汽。,.,40,生物滴濾池處理工藝如圖9.3-7所示。,圖9.3-7生物滴濾法修復(fù)廢氣裝置,.,41,使用的填料不同。滴濾池使用的填料如粗碎石、塑料蜂窩狀填料、塑料波紋板填料等，不具吸附性，填料之間的空隙很大。回流水由生物滴濾池上部噴淋到填料床層上，并沿填料上的生物膜滴流而下。通過水回流可以控制滴濾池水相的pH，也可以在回流水中加入K2HPO4和NH4NO3等物質(zhì)，為微生物提供N、P等營(yíng)養(yǎng)元素。由于生物滴濾池中存在一個(gè)連續(xù)流動(dòng)的水相，因此整個(gè)傳質(zhì)過程涉及氣、液、固三相。但從整體上講，仍然是一個(gè)傳質(zhì)與生化反應(yīng)的串聯(lián)過程。如果設(shè)計(jì)合理，生物膜反應(yīng)器具有微生物濃度高、凈化反應(yīng)速度快、停留時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，可以使反應(yīng)裝置小型化，從而降低設(shè)備投資。,生物滴濾池和生物濾池主要不同之處：,.,42,有機(jī)廢氣生物修復(fù)方法的比較(表9.3-1):,表9.3-1有機(jī)廢棄生物修復(fù)方法的比較,.,43,9.4天然無機(jī)礦物材料修復(fù),9.4.1天然無機(jī)礦物的基本性能,礦物表面效應(yīng),孔道效應(yīng),結(jié)構(gòu)效應(yīng),離子交換效應(yīng),結(jié)晶效應(yīng),溶解效應(yīng),水合效應(yīng),氧化還原效應(yīng),半導(dǎo)體效應(yīng),納米效應(yīng),礦物生物交互效應(yīng),.,44,9.4.2天然無機(jī)礦物材料的修復(fù)技術(shù),原理:利用天然礦物對(duì)污染物的如礦物表面吸附性作用與礦物吸附劑、礦物孔道過濾性作用與礦物過濾劑和分子篩、礦物層間離子交換作用與礦物交換劑、礦物熱效脫硫除塵作用與礦物添加劑等凈化功能實(shí)現(xiàn)對(duì)污染物的凈化