【主題研究】廢氣的生物處理3

1、專題研究 工業(yè)廢氣的生物治理技術廢氣主要來源l 燃料燃燒 l 工業(yè)生產(chǎn)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(chǎn)生的廢氣。l 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動l 交通污染源 廢氣的處理 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 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，運行費用較高；用于處理某些惡臭廢氣時，效果不甚理想。 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。 廢氣的微生物處理于1957年在美國獲得專利，但到1970年代才開始引起重視，直到1980年代才在德國、日本、荷蘭等國家有相當數(shù)量工業(yè)規(guī)模的各類生物凈化裝置投入運

2、行。 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90以上。 廢氣生物處理的特點1、適應范圍廣l 揮發(fā)性有機化合物 (volatile organic compounds，VOCs)以及其它有毒或有臭味的氣體，如NH3和H2S等。l 化工、制藥、電鍍、噴漆、印刷等行業(yè)產(chǎn)生的有害污染物(hazardous air pollutants，HAPs)以及廢水處理廠、堆肥廠、垃圾填埋廠產(chǎn)生惡臭(odor)等。 2. 去除效率高 u 一般的空氣污染物去除效率超過90。3. 投資少，運行費用低 u 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，如次氯酸鹽、過氧化氫、二氧化氯等。4、

3、污染少 u 生物處理的產(chǎn)物是生物量，很容易處理。5、耗能低u 生物反應在常溫常壓下進行，能量來自微生物利用VOCs成分本身產(chǎn)生的能量。適宜處理的污染氣體應具有的特點：1. 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。2. 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。 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(jīng)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

4、在于：廢氣中的有機物質首先要經(jīng)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(jīng)歷以下三個階段： l 溶解過程 l 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，完成由氣膜擴散進入液膜的過程。吸著過程l 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，被微生物吸附、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成分。生物降解過程u 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

5、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。 廢氣生物處理的基本形式u 根據(jù)介質性質不同，分為：1. 生物洗滌(bioscrubbing) 生物洗滌器(bioscrubber)內是液態(tài)介質。 2. 生物過濾 (biofiltration) 生物過濾采用是固態(tài)介質 生物濾池(biofilters) 生物滴濾池(biotrickling filters)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兩部分組成，吸收器和生物反應器分開設置。l 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

6、過程進行很快，水在吸收設備中的停留時間僅約幾秒鐘；l 生物反應的凈化過程較慢，吸收了揮發(fā)性氣體的廢水在反應器中一般需要停留十幾小時。l 生物反應器中可進行好氧處理，活性污泥法和生物膜法。 l 生物懸浮液(循環(huán)液)自吸收塔頂部噴淋而下使廢氣中的污染物和氧轉入液相(水相)。吸收了廢氣中有機組分的生物懸浮液進入再生反應器(活性污泥池)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活性污泥懸液除去。l 一般,當活性污泥濃度控制在5000-10000mg/L,氣速小于200m/h，去除較理想生物滴濾池l 在生物滴濾池內充滿了惰性填料, 微生物在填料表面附著生長并形成生物膜。l 生

7、物膜中微生物以有機廢氣為碳源和能源, 以在循環(huán)液中的營養(yǎng)物質為氮源, 進行生命活動。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二氧化碳,并為微生物提供能量; 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命物質。 l 廢氣經(jīng)過預處理室去除顆粒物和增濕后進入濾床底部。l 濾料使用惰性材料，如陶瓷、塑料或碎石。生物滴濾池具有以下特點：l 內裝有惰性填料,它只起生物載體作用，其孔隙率高、阻力小、使用壽命長,不需頻繁更換；l 設有循環(huán)液裝置，可調節(jié)濕度和pH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

8、抗沖擊負荷能力強,填料不易堵塞、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物的正常生長溫度時，控制系統(tǒng)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20OC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25OC左右。生物濾池（微生物過濾工藝）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其轉化為無害物質具有一定溫度的有機廢氣進人生物濾池，通過約o51m厚的生物活性填料層，有機物從氣相轉

9、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料(如土壤、堆肥、活性炭等)。生物濾池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。l 土壤濾池l 堆肥濾池l 微生物過濾箱影響生物濾池性能的因素1、填料選擇 堆肥 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、疏松，空隙率40，濾料須保持濕潤，濾層含水量不低于40，但不能有積水。濾層保持適當?shù)臏囟取?土壤 腐殖土為好，其它土質需要改良，有效厚度不應小于50cm，土壤水分4070， 草炭 其通氣性能良好，適于微生物生

10、長，除臭效果比用土壤好。2、填料濕度l 微生物生命活動的必要成分；l 吸收廢氣的溶劑。 采用土壤或堆肥等固態(tài)處理系統(tǒng)時，適宜的水分含量可保證氧與水分的供給。 4060為適宜的含水量。 通常預處理需要加濕，防止濾料變干。3溫 度l 廢氣生物處理多用中溫條件(2535)，少用高溫。l 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需采取降溫措施。4氧氣l 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很大，微生物數(shù)量、基質濃度和溫度等因素也會影響供氧。l 少數(shù)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(tǒng)的氧氣。 5、酸堿度l

11、 以中性或微堿性（7-8）為宜。l 廢氣生物處理中的細菌多數(shù)適應于中性至微堿性環(huán)境，只有少數(shù)種類對酸堿度要求比較特殊，l 例如氧化硫硫桿菌最適pH為2.62.8，最低為pH1.0，最高為pH4.06.0。 廢氣生物處理技術的現(xiàn)狀和展望l 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、廣泛，需要進一步探討和研究。l 廢氣動態(tài)負荷的研究l 反應動力學模式的研究l 填料特性的研究l 設備的研究開發(fā)l 微生物菌種的改造l 應用范圍的進一步拓展l 1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內在

12、依據(jù)，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。盡管oMe“8raf等提出了較著名的生物膜理論，但該理論的提出是建立在以生物濾池為研究基礎上的，對生物吸收法和牛物滴濾池凈化處理有機廢氣過程機理的描述不適合。在實際研究中發(fā)現(xiàn)，許多實驗數(shù)據(jù)小能與ottengraf理論模型相吻合，一些現(xiàn)象也難以用上述理論作出解釋。l 這主要是由于生物濾他中存在相對較穩(wěn)定的液膜、而生物吸收法和生物滴濾池小由于循環(huán)液的流動性，無法產(chǎn)生類似的穩(wěn)定液膜。l 2填料特性研究l 對于生物濾池和生物滴濾池來說，深入研究填料的一些特性是非常必要的。填料的比表面積、孔隙率與單位體積填充量不僅與生物量有關，還直接影響著整

13、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)污染物降解要經(jīng)歷一個氣相到液因相傳質過程，污染物在兩相中的分配系數(shù)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(shù)有較大的影響，Hodge等用生物濾池處理乙醇蒸氣時發(fā)現(xiàn)，顆粒活性炭作填料時乙醇的分配系數(shù)是以堆肥作填科時的2一3倍。l 3動態(tài)負荷研究l 目前，絕大多數(shù)研究報道中采用的是單一組分(或幾個簡單組分組合)氣體作為實驗對象，氣體負荷的變化也是非常有順序的、平穩(wěn)的，氣速也是很“溫柔”的。而對于非常態(tài)負荷氣流、多組分復雜混合氣的研究較少，事實上，這種動態(tài)負荷的研究是非常有實際意義的，特別是可以解決一系列實際運用中遇到的問題。處

14、理廢氣的微生物l 多為混合微生物，因為：含有多種成分的混合廢氣，需要多種微生物分別降解；有的成分需要幾種微生物的相繼作用才能分解轉化為無害物質，u 氨先經(jīng)硝化細菌再經(jīng)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聯(lián)合作用才能被完全降解；l 鹵代有機化合物先經(jīng)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解，但還需利用其它微生物，l 在硫化氫氧化中，為了使自養(yǎng)型脫氮硫桿菌(Thiobacillus denitrificans)凝絮持留于反應器內，需與活性污泥中的異養(yǎng)型微生物起共培養(yǎng)。 惡臭的原位處理一、惡臭污染物和污染源 l 惡臭污染物(od

15、or pollutants)指一切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。l 畜禽場是重要的污染源l ONeil和Phillips從養(yǎng)豬場中分離鑒定到160種化合物，主要成分有氨、胺、含硫化合物、揮發(fā)性脂肪酸、吲哚類、糞臭類、酚類、醇類和羰基類化合物。 我國規(guī)定的惡臭污染物 (GBl4554-93)l 氨、三甲胺、硫化氫、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚、二硫化碳、苯乙烯。 l 惡臭物質的發(fā)臭原因與分子結構有關：l 如兩個烷基同硫結合時，就會變成二甲基硫醚和甲基乙基硫醚等帶有異臭的硫醚。若再改變某些化合物分子結構中S的位置，其臭味的性質也會改變。 l 各種化合物分子結構中的硫(=S)、巰

16、基(-SH和硫氰基(-SCN)是形成惡臭的原子團，通稱“發(fā)臭團”。l 有些有機物如苯酚、甲醛、丙酮等，其分子結構含有羥基、醛基、羰基和羧基，也散發(fā)各種臭味，起發(fā)臭團的作用。 惡臭的控制 焚燒，如對垃圾和食品加工廠的殘渣等可燃性物質焚燒；氧化，氧化劑有臭氧、氯氣和高錳酸鉀等；吸附，吸附劑有活性炭、硅膠、活性氧化鋁等；酸堿處理，稀酸處理堿性惡臭物質(如三甲胺)，稀堿處理酸性惡臭物質(如硫化氫)：生物氧化，利用生物酶的催化氧化作用；掩蔽，不便處理的低濃度臭氣施放有香氣的物質來掩蔽臭氣，如果濃度太高則不起作用。 惡臭的原位微生物處理l 產(chǎn)生惡臭的微生物多是一些動物腸道細菌，包括埃希氏菌屬、擬桿菌屬、檸

17、檬酸桿菌屬、假單胞菌屬和變形菌屬。 l 微生物除臭機理： 將惡臭物質轉化為非惡臭物質； 利用惡臭物質為細胞物質。原位微生物處理優(yōu)良菌種應具備的特征(1)有分解含硫或含氨和有機酸等惡臭化合物的能力：(2)不產(chǎn)生含硫、含氨和有機酸等惡臭化合物；(3)能夠在不適宜的環(huán)境下存活并在適宜環(huán)境下快速繁殖；(4)能夠產(chǎn)生抗生素等抑菌物質抑制和殺死有害微生物。 除臭微生物種類l 細菌：芽孢桿菌、鏈霉菌和光合細菌等;l 真菌：青霉、曲霉、木霉和酵母菌。z 微生物制劑的使用： 直接噴撒到堆肥、家畜場； 添加到飼料中在動物腸道就發(fā)揮作用。 廢氣生物凈化技術簡介廢氣生物凈化是采用微生物降解廢氣中的污染物質. 固定在生

18、物凈化器填料上的生物膜能使廢氣中的有機物質(VOC 等)降解, 生物膜中的微生物一方面以廢氣中的污染物為養(yǎng)料, 進行生長繁殖；另一方面將廢氣中污染物降解為CO2 和H2O ，達到凈化廢氣的目的。生物膜中的微生物自身生長繁殖能力強, 長時間不需要更換, 不需要添加任何化學物質, 不存在二次污染, 投資及運轉成本低。因此，本產(chǎn)品市場潛力巨大，市場前景廣闊。1. 技術負責人及技術骨干基本情況技術負責人：盧自金，德國柏林工業(yè)大學, 環(huán)境與生物工程, 博士, 加拿大多倫多大學博士后盧自金：男，出生于1962年，德國柏林工業(yè)大學環(huán)境工程博士, 加拿大多倫多大學博士后，加拿大政府認可的注冊高級環(huán)境工程師。技

19、術專長：環(huán)境與生物工程，用生物法處理廢氣與廢水項目的研究、開發(fā)、工程應用與管理。本人具有豐富的國際, 國內環(huán)境與生物工程的經(jīng)驗. 從事過德國, 加拿大, 美國及我國的環(huán)境工程項目的研究、開發(fā)、工程應用與管理達20多年。. 2. 廢氣生物處理技術發(fā)展現(xiàn)狀本項目國內外發(fā)展現(xiàn)狀、存在的主要問題及近期發(fā)展趨勢簡述：早在1920年，在德國，人們就對廢水處理廠的廢氣進行過一些處理，當時將惡臭氣體通過裝有泥土的過濾器， 發(fā)現(xiàn)氣體經(jīng)過泥土過濾器后， 臭氣的臭味可以得到降低。 當時，人們認為是泥土吸附了氣體中的臭味。60 年代，在歐美的一些研究表明廢氣中臭味的物質主要是由于微生物降解氣體中的污染物，而泥土吸附作

20、用并非主導作用， 后來泥土過濾器成功用于清潔一些廢氣。如今對揮發(fā)性有機物質(VOC)氣體，泥土過濾器的效率很低，容易形成較大的壓差。在70 年代后，廢氣生物過濾在歐洲，特別是德國，開始比較廣泛地應用于一些低濃度的工業(yè)廢氣，特別是有機廢氣。目前國內對有機廢氣的研究主要集中在對于一些單一化合物的處理，受研究設備和實驗手段的限制，這些研究還有局限。而對有機廢氣排放的治理，還沒有一種有效的處理方法。現(xiàn)有的方法中，多數(shù)只是采用抽風機將廢氣抽排到室外，有少數(shù)采用活性炭物理吸附過濾，但都存在成本高、使用壽命短、不可再生且設備操作費用高等缺點, 無法推廣普及。所以在工業(yè)有機廢氣的控制方面，我國尚處于起步階段。

21、隨著我國政府部門對大氣污染現(xiàn)象的重視及執(zhí)法力度的加大，需要開發(fā)和引用各種高新技術加強對廢氣污染的治理。本項目所提供的生物凈化技術，可以用于處理污水處理廠廢氣, 垃圾場廢氣, 噴漆廢氣, 以及工業(yè)生產(chǎn)加工過程中，如：化工、橡膠, 塑料, 造紙、食品、噴漆等行業(yè)所排放出的有毒有臭廢氣的處理，同時，也能對各種有機廢氣進行處理，其市場非常廣闊。本產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化必將引導生物過濾技術應用領域的新趨勢。3. 項目總體技術概述3.1. 基本原理采用生物工程,基因工程培育各種特殊的復合微生物, 將其固定到生物填料上形成高效生物膜. 當有機廢氣通過專管集中導入本產(chǎn)品的高效生物膜填料時, 生物膜能極快地撲捉及降解廢氣

22、中有機惡臭物質. 生物凈化器內的生物膜一方面以廢氣中的污染物為養(yǎng)料, 進行生長繁殖，另一方面將廢氣中的有味的揮發(fā)性有機物質 (VOC)作生物分解及脫臭處理，降解成為無毒無味的二氧化碳(CO2)和水（H2O）后再排出，達到凈化廢氣的目的。3.2. 項目主要研究開發(fā)內容本技術產(chǎn)品-有機廢氣的高效生物凈化器，就是針對工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的有毒有害氣體，特別是各行各業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有機廢氣進行處理的技術及產(chǎn)品。本項目現(xiàn)到目前為止，技術穩(wěn)定成熟，具體完成的研究工作如下： 1、完成了多種復合菌種的選育與培養(yǎng)工作，針對不同種類的廢氣將采用不同的復合菌種; 2、完成了不同復合菌種的固定化以及填料生物膜的制備的研

23、究, 已經(jīng)掌握了復合菌種填料生物膜的制備工藝及技術;3. 對不同填料進行了比較, 同時對填料的使用壽命, 處理效率, 氣流阻力進行了研究;4. 完成了生物凈化過程中各參數(shù)的優(yōu)化以及各參數(shù)對處理效率的試驗. 這些工作包括:l pH 對苯類化合物生物凈化效率的影響l 停留時間對廢氣凈化效率的影響l 廢氣中疏水性有機物質如芳環(huán), 油漆溶劑中多環(huán)芳烴濃度對處理效果的影響l 不同溫度對處理效果影響l 高溫處理有機氣體(溫度可達700C)的研究l 揮發(fā)性有機化合物的動力學和模擬l 接種作用與技術的發(fā)展5、完成對混合氣體進行處理的研究，目前國內尚無先例；6、完成了生物凈化器連續(xù)工作狀態(tài)的研究；7、完成了凈化

24、器間隙性工作狀態(tài)的研究。3.3. 關鍵技術：1、 復合生物菌種的培養(yǎng)與選育技術，因為廢氣是由多種有機污染物組成, 所以需要多種復合菌種來完成其降解, 將其分解轉變?yōu)闊o毒無臭的物質（如水、二氧化碳）；2、 生物凈化技術；3、 細胞接種技術；4、 高效生物膜的研制技術；5、 微生物菌種培養(yǎng)技術;6、 高溫菌種的篩選與培養(yǎng)技術: 因為很多廢氣的溫度較高, 為了適應這一條件, 本公司已試驗篩選出高溫菌種 (溫度高達600C), 來處理一些高溫有機廢氣. 圖1. 產(chǎn)品結構功能圖3.4. 主要技術與性能指標技術原則1.嚴格執(zhí)行環(huán)境保護的各項規(guī)定，確保廢氣經(jīng)處理后排放能達到環(huán)保有關排放標準。2.選用投資省、

25、成熟可靠、易于管理和運行費用低的工藝路線。3.選擇防腐性能好的材料和高質量的設備，確保生產(chǎn)運行的可靠性、減少維修工作量。4.采用自動控制技術和安全保護措施，實現(xiàn)自動化控制操作和安全生產(chǎn)。項目實現(xiàn)的質量標準類型、標準名稱噴漆廢氣排放的有關標準大氣污染物綜合排放標準(GBl6297)第二時段； 廣東省大氣污染物綜合排放限值(DB44272001)-“工業(yè)廢氣大氣污染物排放標準”第二時段；惡臭污染物排放標準(GBl4554)。 3.5. 本項目在克服現(xiàn)存主要問題方面與國內、國外同類產(chǎn)品現(xiàn)行指標的比較：本項目產(chǎn)品經(jīng)過多年的研究，現(xiàn)已技術成熟，其技術指標完全達到和高于國外產(chǎn)品同等水平。本項目產(chǎn)品的技術水

26、平為國內首創(chuàng)，達到國際先進水平。技術成熟性：本項目產(chǎn)品是在廣泛吸收國內外先進理論和技術的基礎上，經(jīng)過長時間反復試驗和創(chuàng)新摸索，創(chuàng)建了該產(chǎn)品生產(chǎn)的工藝與技術，產(chǎn)品各項工藝與技術都已經(jīng)成熟，確保產(chǎn)品效果穩(wěn)定，技術指標優(yōu)良，技術達到國際領先,國內首創(chuàng)。因此，該項目在技術上已非常成熟。表1: 本項目主要技術與性能指標項 目傳統(tǒng)方法本項目主要技術與性能指標廢氣處理效率、VOCs去除率2050%90%廢氣在過濾器中停留時間2090 秒5 10 秒處理負荷，以總有機碳TOC計 （g/(mhr)）60處理廢氣溫度（C）- 99% 甲硫醇: 15-30 mg/m3 95% 二甲基硫: 10 -25 mg/m3

27、90% 揮發(fā)性有機物: 50 100 mg/m3 90%工程完成于己于1997. 多年來運行穩(wěn)定良好.5、德國阿漢城市污水廠污泥除水干化場臭氣 廢氣量: 11900 m3 / h 進氣: H2S: 50 mg/m3 去除率: 99% 甲硫醇: 16 mg/m3 95%揮發(fā)性有機物: 50 100 mg/m3 90%工程完成于己于1998. 運行穩(wěn)定良好.6. 加拿大 Canada Composting Inc. Newmarket, Ontario處理垃圾回收及處理站臭氣氣量: 61200 m3 / h H2S: 25-100 mg/m3 去除率: 99%甲硫醇: 25-40 mg/m3 93

28、%二甲基硫: 10 -25 mg/m3 90%工程投入運行2001 年 8月, 一直運行穩(wěn)定良好. 除臭效率非常明顯. 7、聯(lián)邦制藥（成都）有限公司污水處理站惡臭廢氣治理工程聯(lián)邦制藥（成都）有限公司污水處理站惡臭廢氣治理工程檢測結果監(jiān)測項目廢氣硫化氫、氨、甲硫醇、甲硫醚（排放濃度、速率）監(jiān)測部門四川省環(huán)境監(jiān)測中心站檢測結論 硫化氫、氨、甲硫醇和甲硫醚排放速率值均符合GB14554-1993惡臭污染物排放標準表2的要求；硫化氫、氨、甲硫醇和甲硫醚的凈化效率為98.6%、97.2%、92.0%和83.2% 。檢測日期2004年10月22日6. 行業(yè)及市場概述本項目產(chǎn)品-有機廢氣的高效生物凈化器，就

29、是針對工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的有毒有害氣體，特別是各行各業(yè)在生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的有機廢氣進行處理的技術及產(chǎn)品。環(huán)境保護行業(yè)是國家大力支持的行業(yè),處于剛剛起步和發(fā)展階段,市場容量巨大,前景非常好。生物法處理工業(yè)有機廢氣的技術探討由于微生物將廢氣中的有害物質進行轉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)氣相轉移到液相或固體表面的液膜中的傳質過程，然后污染物才在液 相或固體表面被微生物吸附降解.生物法凈化處理工業(yè)廢氣一般要經(jīng)歷以下四個步 驟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

30、收3) 微生物將污染物轉化為生物量、新陳代謝副產(chǎn)品或者C02、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H20則被保持在 生物膜內其過程的速率 取決于：氣相向液固相的傳質速率（與污染物的理化性質和反應器的結構等因素有關); 能起降解作用的活性生物質量；生物降解速率（與污染物的種類、生物生長環(huán)境條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) 菌。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 無機物的轉化。由于自養(yǎng)菌的能量轉換過程緩慢，導致其生長速率也非常慢，其生

31、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化, 在適當?shù)臏囟?、酸堿度和有氧的條件下，該類微生物能較快地完成污染物的降解。事實 上，國內外廣泛應用的是異養(yǎng)菌降解有機物如乙醇、硫醇、酚、甲酚、吲哚、脂肪酸、 乙醛、胺等特定的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，在一個裝置內可同時處理含多種污染物 的氣體。種類微生物 目標污染物 舉例 假

32、單胞菌屬（Pseudomonas) 小分子烴類 乙烷 諾卡式菌屬（Nocardia) 小分子芳香族化合物 二甲苯、苯乙烯 黃桿菌屬（Flavobacterium) 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（Fungi) 聚合高分子 聚乙烯 氧化亞鐵硫桿菌（T.ferrooxidans) 無機硫化物 二氧化硫、硫化氫 氧化硫硫桿菌（T.thiooxidans) 有機硫化物 硫醇（RSH)而對于含有復雜的、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影響生物凈化廢氣的主要因素:反應器的

33、條件應適合微生物的生長，這些條件包括填料（介質)、濕度、pH、 溶解氧濃度、溫度和污染物的濃度等。填料: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) 一定的結構強度：防止填料壓實，否則會使壓降升髙、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

34、混合，使用壽命可髙達5a, 般為24a。為卞提髙填料性能、降低壓降，一般要求60% 的填料直徑大于4mm溫度: 可以將它們分為低溫性 (40C)微生物。在適宜的溫度范圍內，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. 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2535C進行，很多研究表明，35C是很多好氧微生物的最佳溫度。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: 每種微生物都有不同的pH要求。 大多數(shù)細菌、藻類和原

35、生動物對pH的適宜范圍為410，最佳pH為6.57.5。表1-3列 出了幾種常用微生物的適宜溫度和pH范圍微生物 假單胞菌 環(huán)狀菌屬 硫氰氧化桿菌 硫桿菌 放線菌S2 。 溫度/ 25 35 30 35 27 33 25 30 20 30pH 6.5 7.5 7.0 8.0 6.8 7.6 5.5 7.5 7.0 8.0 最適pH 7.0 7.5 7.0 7.0 7.0氧氣 ： 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

36、性質及 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: 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80%90%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

37、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，不僅會使氣體通過濾床的壓降增高、停留時間降低，而且由于空氣水界面 的減少引起氧供應不足，形成厭氧區(qū)域從而產(chǎn)生臭味并使降解速率降低。許多實驗表明， 填料的濕度在40%60% (濕重）范圍內時，生物濾膜的性能較為穩(wěn)定。對于致密的、 排水困難的填料和憎水性揮發(fā)性有機物（VOCs)，最佳含水量在40%左右；對于密度較 小、多孔性的填料和親水性的VOCs，則最佳含水量在60%以上.二、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)污染物分解轉化成少或甚 至無害物質。自然界中存在各種各樣的

38、微生物，幾乎所有無機的和有機的污染物都能轉 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。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，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)物質這一特 點，把廢氣中的有害物質轉化成簡單的無機物如二氧化碳、水，以及細胞物質等。1.2.3.2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進行轉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)氣相轉移到液相或固體表面的液膜中的傳質過程，然后污染物

39、才在液 相或固體表面被微生物吸附降解。按照Ottengraf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)微生物將污染物轉化為生物量、新陳代謝副產(chǎn)品或者C02、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1120則被保持在 生物膜內。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速率（與污染物的理化性質和反應器的結構等因素有關

40、); 能起降解作用的活性生物質量；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生物降解效果甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、丁醇、四氫呋喃、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、噻吩、甲基硫醇、二硫化碳、 酰胺類、吡啶、乙腈、異腈類、氯酚好甲烷、戊烷、環(huán)己烷、乙醚、二氯甲烷較差1,1,1-三氯甲烷無乙炔，異丁烯酸甲酯、異氰酸酯、三氯乙烯、四氯乙烯不明1.2.3.3廢氣生物處理的微生物按照獲取營養(yǎng)的方式不

41、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) 菌。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 無機物的轉化。由于自養(yǎng)菌的能量轉換過程緩慢，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化, 在適當?shù)臏囟?、酸堿度和有氧的條件下，該類微生物能較快地完成污染物的降解。事

42、實 上，國內外廣泛應用的是異養(yǎng)菌降解有機物如乙醇、硫醇、酚、甲酚、吲哚、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。以一種物質作為目標 污染物的微生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（Pseudomonas)小分子烴類乙烷諾卡式菌屬（Noc

43、ardia)小分子芳香族化合物二甲苯、苯乙烯黃桿菌屬（Flavobacterium)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（Fungi)聚合高分子聚乙烯氧化亞鐵硫桿菌（T.ferrooxidans)無機硫化物二氧化硫、硫化氫氧化硫硫桿菌（T.thiooxidans)有機硫化物硫醇（RSH)而對于含有復雜的、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

44、適合微生物的生長，這些條件包括填料（介質)、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和發(fā)生化學轉化的場所， 具有以下性質：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) 一定的結構強度：防止填料壓實，否則會使壓降升髙、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

45、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，使用壽命可髙達5a, 般為24a。為卞提髙填料性能、降低壓降，一般要求60% 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生存，在此 溫度范圍內微生物能大量生長繁殖。根據(jù)微生物對溫度的依賴，可以將它們分為低溫性 (40C)微生物。在適宜的溫度范圍內，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

46、般情況下，生物處理可 在2535C進行，很多研究表明，35C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、氣一液相轉換，從而影響生物凈化效果。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。(3) pH微生物的生命活動，物質代謝都與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410，最佳pH為6.57.5。表1-3列 出了幾種常用微生物的適宜溫度和pH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)狀菌屬硫氰氧化

47、桿菌硫桿菌放線菌S2溫度/。25 3530 3527 3325 3020 30pH6.5 7.57.0 8.06.8 7.65.5 7.57.0 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、基質性質及 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

48、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)。(5)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80%90%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

49、料也會收縮破裂而產(chǎn)生氣流短流；如填 料濕度太高，不僅會使氣體通過濾床的壓降增高、停留時間降低，而且由于空氣水界面 的減少引起氧供應不足，形成厭氧區(qū)域從而產(chǎn)生臭味并使降解速率降低。許多實驗表明， 填料的濕度在40%60% (濕重）范圍內時，生物濾膜的性能較為穩(wěn)定。對于致密的、 排水困難的填料和憎水性揮發(fā)性有機物（VOCs)，最佳含水量在40%左右；對于密度較 小、多孔性的填料和親水性的VOCs，則最佳含水量在60%以上。1生物法的概念生物法凈化有機廢氣是在已成熟的采用微生物處理廢水的基礎上發(fā)展起來的，生物凈化實質上是一種氧化分解過程：附著在多孔、潮濕介質上的活性微生物以廢氣中有機組分作為其生命活

50、動的能源或養(yǎng)分，轉化為簡單的無機物（CO2、H20）或細胞組成物質。與廢水生物處理過程的最大區(qū)別在于：廢氣中的有機物質首先要經(jīng)過由氣相到液相（或固體表面液膜）的傳質過程，然后溶解于液相中的有機成分在濃度差的推動下，進一步擴散至介質周圍的生物膜，進而被其中的微生物捕捉吸收；在此條件下，進入微生物體內的污染物在其自身的代謝過程中作為能源和營養(yǎng)物質被分解，產(chǎn)生的代謝物一部分溶入液相，一部分作為細胞物質或細胞代謝能源，還有一部分，（如CO2）則析出到空氣中，廢氣中的有機物通過上述過程不斷減少，從而被凈化。2生物法處理有機廢氣機理對于生化法處理廢氣的機理研究盡管已做了不少的工作，當至今仍沒有統(tǒng)一理論。目前在世界上公認影響較大的是荷蘭學者，依據(jù)傳統(tǒng)的雙模理論提出額生物膜理論。另外一種是PEDERSEN、孫佩石等根據(jù)吸附理論提出的吸附-生物膜理論所為生物膜及是由微生物群體在固體載體表面構成的粘性膜結構。潤濕環(huán)境下，微生物以廢氣中有機物為能源，將其氧化分解過程中，得以生長、繁殖并形成具有一定厚度的膜。這種生物