大氣染的生物處理技術(shù)

1、founded in 18951第第7講講 大氣污染的生物處理技術(shù)大氣污染的生物處理技術(shù)founded in 18952/22概述概述 隨著有機(jī)合成工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，進(jìn)隨著有機(jī)合成工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，進(jìn)入大氣的有機(jī)化合物越來(lái)越多，這類物質(zhì)往往帶有入大氣的有機(jī)化合物越來(lái)越多，這類物質(zhì)往往帶有惡臭惡臭，不僅對(duì)感官有刺激作用，而且不少有機(jī)化合，不僅對(duì)感官有刺激作用，而且不少有機(jī)化合物具有一定毒性，產(chǎn)生物具有一定毒性，產(chǎn)生“致癌、致畸、致突變致癌、致畸、致突變”效效應(yīng)，對(duì)人體和環(huán)境產(chǎn)生很大的危害應(yīng)，對(duì)人體和環(huán)境產(chǎn)生很大的危害 生物處理技術(shù)效果好，投資及運(yùn)行費(fèi)用低，安全性生物處理技

2、術(shù)效果好，投資及運(yùn)行費(fèi)用低，安全性好，無(wú)二次污染，易于管理，在處理低濃度、生物好，無(wú)二次污染，易于管理，在處理低濃度、生物降解性好的有機(jī)廢氣時(shí)具有優(yōu)越性降解性好的有機(jī)廢氣時(shí)具有優(yōu)越性 founded in 18953/221 生物法凈化有機(jī)廢氣的原理生物法凈化有機(jī)廢氣的原理 利用微生物以廢氣中的有機(jī)組分作為其生命活動(dòng)的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(wú)機(jī)能源或其他養(yǎng)分，經(jīng)代謝降解，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物及細(xì)胞組成物質(zhì)物及細(xì)胞組成物質(zhì) 微生物凈化有機(jī)廢氣模式圖微生物凈化有機(jī)廢氣模式圖 founded in 18954/22 與廢水生物處理過(guò)程的最大

3、區(qū)別是：廢氣中的有機(jī)與廢水生物處理過(guò)程的最大區(qū)別是：廢氣中的有機(jī)物質(zhì)首先要經(jīng)歷由物質(zhì)首先要經(jīng)歷由氣相轉(zhuǎn)移到液相氣相轉(zhuǎn)移到液相（或固體表面液（或固體表面液膜）中的膜）中的傳質(zhì)傳質(zhì)過(guò)程，然后在過(guò)程，然后在液相液相（或固體表面生物（或固體表面生物層）被微生物層）被微生物吸附降解吸附降解 由于氣液相間有機(jī)物濃度梯度、有機(jī)物水溶性以及微生物由于氣液相間有機(jī)物濃度梯度、有機(jī)物水溶性以及微生物的吸附作用，有機(jī)物從廢氣中轉(zhuǎn)移到液相（或固體表面液的吸附作用，有機(jī)物從廢氣中轉(zhuǎn)移到液相（或固體表面液膜）中，進(jìn)而被微生物捕獲、吸收膜）中，進(jìn)而被微生物捕獲、吸收 微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化分解和同化合成，產(chǎn)生的代謝產(chǎn)微生物

4、對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化分解和同化合成，產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物一部分溶入液相，一部分作為細(xì)胞物質(zhì)或細(xì)胞代謝能源，物一部分溶入液相，一部分作為細(xì)胞物質(zhì)或細(xì)胞代謝能源，還有一部分（如還有一部分（如co2）則進(jìn)入到空氣中。廢氣中的有機(jī)物）則進(jìn)入到空氣中。廢氣中的有機(jī)物通過(guò)上述過(guò)程不斷減少，從而得到凈化通過(guò)上述過(guò)程不斷減少，從而得到凈化 founded in 18955/222 有機(jī)廢氣生物處理的工藝與應(yīng)用有機(jī)廢氣生物處理的工藝與應(yīng)用 根據(jù)微生物在有機(jī)廢氣處理過(guò)程中存在的形式，可根據(jù)微生物在有機(jī)廢氣處理過(guò)程中存在的形式，可將處理方法分為生物吸收法（懸浮態(tài)）和生物過(guò)濾將處理方法分為生物吸收法（懸浮態(tài)）和生物過(guò)濾法（固著

5、態(tài)）兩類法（固著態(tài)）兩類 生物吸收法即微生物及其營(yíng)養(yǎng)物配料存在于液體中，氣體生物吸收法即微生物及其營(yíng)養(yǎng)物配料存在于液體中，氣體中的有機(jī)物通過(guò)與懸浮液接觸后轉(zhuǎn)移到液體中而被微生物中的有機(jī)物通過(guò)與懸浮液接觸后轉(zhuǎn)移到液體中而被微生物降解降解 生物過(guò)濾法是微生物附著生長(zhǎng)于固體介質(zhì)（填料）上，廢生物過(guò)濾法是微生物附著生長(zhǎng)于固體介質(zhì)（填料）上，廢氣通過(guò)由介質(zhì)構(gòu)成的固定床層（填料層）時(shí)被吸附或吸收，氣通過(guò)由介質(zhì)構(gòu)成的固定床層（填料層）時(shí)被吸附或吸收，最終被微生物降解，典型的有生物濾池和生物滴濾池兩種最終被微生物降解，典型的有生物濾池和生物滴濾池兩種形式形式 founded in 18956/22生物吸收法生

6、物吸收法 由一個(gè)吸收室和由一個(gè)吸收室和一個(gè)再生池構(gòu)成一個(gè)再生池構(gòu)成 除液相噴淋法，除液相噴淋法，還可采用氣相鼓還可采用氣相鼓泡。一般若氣相泡。一般若氣相阻力較大可用噴阻力較大可用噴淋法，液相阻力淋法，液相阻力較大則用鼓泡法較大則用鼓泡法 founded in 18957/22生物濾池生物濾池 生物濾池（生物濾池（biofilter）的填料層是具有吸附性的濾料（如土壤、）的填料層是具有吸附性的濾料（如土壤、堆肥、活性炭等）堆肥、活性炭等） 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，能有效的去除烷烴類化合物，對(duì)酯及乙醇降解效果物

7、群落，能有效的去除烷烴類化合物，對(duì)酯及乙醇降解效果更佳更佳 生物濾池處理有機(jī)廢氣工藝流程生物濾池處理有機(jī)廢氣工藝流程 founded in 18958/22生物膜理論生物膜理論founded in 18959/22生物滴濾池生物滴濾池 biotrickling filter，與生物，與生物濾池的最大區(qū)別是在填料濾池的最大區(qū)別是在填料上方噴淋循環(huán)液，設(shè)備內(nèi)上方噴淋循環(huán)液，設(shè)備內(nèi)除傳質(zhì)過(guò)程外還存在很強(qiáng)除傳質(zhì)過(guò)程外還存在很強(qiáng)的生物降解作用的生物降解作用 反應(yīng)條件較易控制，溫度反應(yīng)條件較易控制，溫度調(diào)節(jié)需外加強(qiáng)制措施調(diào)節(jié)需外加強(qiáng)制措施 在處理鹵代烴、含硫、含在處理鹵代烴、含硫、含氯等產(chǎn)酸代謝產(chǎn)物及產(chǎn)能

8、氯等產(chǎn)酸代謝產(chǎn)物及產(chǎn)能較大的污染物更有效較大的污染物更有效 founded in 189510/223 二氧化碳的微生物固定二氧化碳的微生物固定 co2占占溫室效應(yīng)溫室效應(yīng)氣體總效應(yīng)的氣體總效應(yīng)的49% co2是重要的是重要的碳資源碳資源 目前目前co2的固定方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法，的固定方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法，最終大多數(shù)方法的最終大多數(shù)方法的co2固定需依賴微生物固定需依賴微生物 植物的植物的co2固定作用占據(jù)優(yōu)勢(shì)固定作用占據(jù)優(yōu)勢(shì) 人為的人為的co2固定更多借助自養(yǎng)微生物實(shí)現(xiàn)固定更多借助自養(yǎng)微生物實(shí)現(xiàn) founded in 189511/22固定固定co2的微生物的微生物

9、 光能自養(yǎng)型和化能自養(yǎng)型，前者主要包括藻類和光光能自養(yǎng)型和化能自養(yǎng)型，前者主要包括藻類和光合細(xì)菌，含葉綠素，以光為能源、合細(xì)菌，含葉綠素，以光為能源、 co2為碳源；后為碳源；后者以者以co2為碳源，能源有為碳源，能源有h2、h2s、s2o32-、nh4+、no2-、fe2+等等 founded in 189512/22固定固定co2的氫氧化細(xì)菌的氫氧化細(xì)菌 氫氧化細(xì)菌是生長(zhǎng)速度最快的自養(yǎng)菌，倍受重視氫氧化細(xì)菌是生長(zhǎng)速度最快的自養(yǎng)菌，倍受重視 在固碳的同時(shí)還可以生產(chǎn)糖或聚合物材料在固碳的同時(shí)還可以生產(chǎn)糖或聚合物材料 founded in 189513/22微生物固定微生物固定co2的生化機(jī)制的

10、生化機(jī)制 卡爾文循環(huán)卡爾文循環(huán)（calvin cycle）：）： co2的固定，固定的固定，固定的的co2的還原，的還原， co2受體的再生受體的再生 一般光合作用和藍(lán)一般光合作用和藍(lán)細(xì)菌都是以卡爾文細(xì)菌都是以卡爾文循環(huán)固定循環(huán)固定co2 founded in 189514/22 還原三羧酸循環(huán)：每循環(huán)一次，便有還原三羧酸循環(huán)：每循環(huán)一次，便有4分子分子co2被固定被固定 嗜熱氫細(xì)菌、綠色硫磺細(xì)菌、嗜硫化硫酸綠硫菌以還嗜熱氫細(xì)菌、綠色硫磺細(xì)菌、嗜硫化硫酸綠硫菌以還原三羧酸循環(huán)固定原三羧酸循環(huán)固定co2 founded in 189515/22 乙酰輔酶乙酰輔酶a途徑：甲烷菌、厭氧乙酸菌等厭氧細(xì)

11、菌一途徑：甲烷菌、厭氧乙酸菌等厭氧細(xì)菌一般以乙酰輔酶般以乙酰輔酶a途徑固定途徑固定co2 founded in 189516/22 甘氨酸途徑：厭氧乙酸菌從甘氨酸途徑：厭氧乙酸菌從co2合成乙酸的生化機(jī)制合成乙酸的生化機(jī)制除上述的乙酰輔酶除上述的乙酰輔酶a途徑外，還包括甘氨酸途徑途徑外，還包括甘氨酸途徑 一些極端微生物還有固定一些極端微生物還有固定co2的有機(jī)酸途徑的有機(jī)酸途徑 founded in 189517/22微生物固定微生物固定co2的應(yīng)用的應(yīng)用 co2造成溫室效應(yīng)，微生物的固定可以減少其影響，并生產(chǎn)造成溫室效應(yīng)，微生物的固定可以減少其影響，并生產(chǎn)許多代謝產(chǎn)物如有機(jī)酸、多糖、甲烷、維

12、生素、氨基酸等許多代謝產(chǎn)物如有機(jī)酸、多糖、甲烷、維生素、氨基酸等 利用藻類及氫氧化細(xì)菌可以利用利用藻類及氫氧化細(xì)菌可以利用co2生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白，可作生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白，可作為食品及醫(yī)藥用品為食品及醫(yī)藥用品 利用利用co2和和h2合成乙酸合成乙酸 生產(chǎn)生物降解塑料聚生產(chǎn)生物降解塑料聚-羥基丁酸酯（羥基丁酸酯（phb） 生產(chǎn)多糖生產(chǎn)多糖 利用藻類產(chǎn)烴利用藻類產(chǎn)烴 產(chǎn)甲烷產(chǎn)甲烷 founded in 189518/22微生物固定微生物固定co2的研究方向的研究方向 利用基因工程技術(shù)構(gòu)建高效固定利用基因工程技術(shù)構(gòu)建高效固定co2的菌株的菌株 開(kāi)發(fā)具有高光密度的光生物反應(yīng)器開(kāi)發(fā)具有高光密度的光生物反應(yīng)器 高

13、效且經(jīng)濟(jì)的制氫技術(shù)高效且經(jīng)濟(jì)的制氫技術(shù) 進(jìn)一步深入研究不同種類微生物固定進(jìn)一步深入研究不同種類微生物固定co2的機(jī)理，為的機(jī)理，為co2固定反應(yīng)的調(diào)控提供理論依據(jù)固定反應(yīng)的調(diào)控提供理論依據(jù) founded in 189519/224 生物法凈化有機(jī)廢氣的現(xiàn)狀及需解決的問(wèn)題生物法凈化有機(jī)廢氣的現(xiàn)狀及需解決的問(wèn)題 國(guó)外從國(guó)外從20世紀(jì)世紀(jì)80年代開(kāi)始，采用生物法凈化有機(jī)廢氣，應(yīng)用年代開(kāi)始，采用生物法凈化有機(jī)廢氣，應(yīng)用于堆肥場(chǎng)和動(dòng)物脂肪加工廠的有機(jī)廢氣脫臭處理于堆肥場(chǎng)和動(dòng)物脂肪加工廠的有機(jī)廢氣脫臭處理 生物吸收法適宜于處理凈化氣量較小、濃度大、易溶且生物生物吸收法適宜于處理凈化氣量較小、濃度大、易溶

14、且生物代謝速率較低的廢氣代謝速率較低的廢氣 生物濾池適合氣量大、濃度低的廢氣生物濾池適合氣量大、濃度低的廢氣 生物滴濾池適合負(fù)荷較高以及污染物降解后會(huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)生物滴濾池適合負(fù)荷較高以及污染物降解后會(huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)的廢氣處理的廢氣處理 有機(jī)廢氣生物處理是一項(xiàng)新的技術(shù)，涉及多相傳質(zhì)及生化降有機(jī)廢氣生物處理是一項(xiàng)新的技術(shù)，涉及多相傳質(zhì)及生化降解，影響因素多且復(fù)雜，理論及應(yīng)用研究均有欠缺解，影響因素多且復(fù)雜，理論及應(yīng)用研究均有欠缺 founded in 189520/22反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模式研究反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模式研究 通過(guò)反應(yīng)機(jī)理的研究，提出決定反應(yīng)速度的內(nèi)在依通過(guò)反應(yīng)機(jī)理的研究，提出決定反應(yīng)速度的內(nèi)在依據(jù)，

15、以便有效地控制和調(diào)節(jié)反應(yīng)速度，最終提高污據(jù)，以便有效地控制和調(diào)節(jié)反應(yīng)速度，最終提高污染物的凈化效率染物的凈化效率 生物膜理論適合于生物濾池，但不適用于生物吸收生物膜理論適合于生物濾池，但不適用于生物吸收法和生物滴濾池：生物濾池中存在相對(duì)較穩(wěn)定的液法和生物滴濾池：生物濾池中存在相對(duì)較穩(wěn)定的液膜，而生物吸收法和生物滴濾池中由于循環(huán)液的流膜，而生物吸收法和生物滴濾池中由于循環(huán)液的流動(dòng)性，無(wú)法產(chǎn)生類似的穩(wěn)定液膜動(dòng)性，無(wú)法產(chǎn)生類似的穩(wěn)定液膜 founded in 189521/22填料特性研究填料特性研究 生物濾池和生物滴濾池的填料特性研究是必要的生物濾池和生物滴濾池的填料特性研究是必要的 比表面積、孔隙率與單位體積填充量比表面積、孔隙率與單位體積填充量與生物量有關(guān)，與生物量有關(guān)，還直接影響著整個(gè)填充床的壓降及填充床是否易堵還直接影響著整個(gè)填充床的壓降及填充床是否易堵塞塞 氣態(tài)污染物降解需要經(jīng)歷氣氣態(tài)污染物降解需要經(jīng)歷氣-液液-固相傳質(zhì)，污染物在固相傳質(zhì)，污染物在兩相間的分配系數(shù)是整個(gè)裝置可行性的一個(gè)決定因兩相間的分配系數(shù)是整個(gè)裝置可行性的一個(gè)決定因素，