大氣污染的生物處理技術(shù)解析

大氣污染的生物處理技術(shù)解析第1頁/共23頁概述隨著有機合成工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，進(jìn)入大氣的有機化合物越來越多，這類物質(zhì)往往帶有惡臭，不僅對感官有刺激作用，而且不少有機化合物具有一定毒性，產(chǎn)生“致癌、致畸、致突變”效應(yīng)，對人體和環(huán)境產(chǎn)生很大的危害。生物處理技術(shù)效果好，投資及運行費用低，安全性好，無二次污染，易于管理，在處理低濃度、生物降解性好的有機廢氣時具有優(yōu)越性。第2頁/共23頁1生物法凈化有機廢氣的原理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(zhuǎn)化為簡單的無機物及細(xì)胞組成物質(zhì)。微生物凈化有機廢氣模式圖第3頁/共23頁與廢水生物處理過程的最大區(qū)別是：廢氣中的有機物質(zhì)首先要經(jīng)歷由氣相轉(zhuǎn)移到液相（或固體表面液膜）中的傳質(zhì)過程，然后在液相（或固體表面生物層）被微生物吸附降解。

由于氣液相間有機物濃度梯度、有機物水溶性以及微生物的吸附作用，有機物從廢氣中轉(zhuǎn)移到液相（或固體表面液膜）中，進(jìn)而被微生物捕獲、吸收；微生物對有機物進(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，還有一部分（如CO2）則進(jìn)入到空氣中。廢氣中的有機物通過上述過程不斷減少，從而得到凈化。第4頁/共23頁2有機廢氣生物處理的工藝與應(yīng)用根據(jù)微生物在有機廢氣處理過程中存在的形式，可將處理方法分為生物吸收法（懸浮態(tài)）和生物過濾法（固著態(tài)）兩類。生物吸收法即微生物及其營養(yǎng)物配料存在于液體中，氣體中的有機物通過與懸浮液接觸后轉(zhuǎn)移到液體中而被微生物降解；生物過濾法是微生物附著生長于固體介質(zhì)（填料）上，廢氣通過由介質(zhì)構(gòu)成的固定床層（填料層）時被吸附或吸收，最終被微生物降解，典型的有生物濾池和生物滴濾池兩種形式。第5頁/共23頁生物吸收法由一個吸收室和一個再生池構(gòu)成。除液相噴淋法，還可采用氣相鼓泡。一般若氣相阻力較大可用噴淋法，液相阻力較大則用鼓泡法。第6頁/共23頁生物濾池生物濾池（biofilter）的填料層是具有吸附性的濾料（如土壤、堆肥、活性炭等）。因其較好的通氣性和適度的通水和持水性，以及豐富的微生物群落，能有效的去除烷烴類化合物，對酯及乙醇降解效果更佳。生物濾池處理有機廢氣工藝流程第7頁/共23頁生物膜理論第8頁/共23頁生物滴濾池Biotricklingfilter，與生物濾池的最大區(qū)別是在填料上方噴淋循環(huán)液，設(shè)備內(nèi)除傳質(zhì)過程外還存在很強的生物降解作用。反應(yīng)條件較易控制，溫度調(diào)節(jié)需外加強制措施。在處理鹵代烴、含硫、含氯等產(chǎn)酸代謝產(chǎn)物及產(chǎn)能較大的污染物更有效。第9頁/共23頁3二氧化碳的微生物固定CO2占溫室效應(yīng)氣體總效應(yīng)的49%。

CO2是重要的碳資源。

目前CO2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CO2固定需依賴微生物。植物的CO2固定作用占據(jù)優(yōu)勢。人為的CO2固定更多借助自養(yǎng)微生物實現(xiàn)。第10頁/共23頁固定CO2的微生物光能自養(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、CO2為碳源；后者以CO2為碳源，能源有H2、H2S、S2O32-、NH4+、NO2-、Fe2+等。第11頁/共23頁固定CO2的氫氧化細(xì)菌氫氧化細(xì)菌是生長速度最快的自養(yǎng)菌，倍受重視。在固碳的同時還可以生產(chǎn)糖或聚合物材料。第12頁/共23頁微生物固定CO2的生化機制卡爾文循環(huán)（Calvincycle）：CO2的固定，固定的CO2的還原，CO2受體的再生。一般光合作用和藍(lán)細(xì)菌都是以卡爾文循環(huán)固定CO2。

第13頁/共23頁還原三羧酸循環(huán)：每循環(huán)一次，便有4分子CO2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原三羧酸循環(huán)固定CO2。第14頁/共23頁乙酰輔酶A途徑：甲烷菌、厭氧乙酸菌等厭氧細(xì)菌一般以乙酰輔酶A途徑固定CO2。

第15頁/共23頁甘氨酸途徑：厭氧乙酸菌從CO2合成乙酸的生化機制除上述的乙酰輔酶A途徑外，還包括甘氨酸途徑。一些極端微生物還有固定CO2的有機酸途徑。第16頁/共23頁微生物固定CO2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)許多代謝產(chǎn)物如有機酸、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CO2生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白，可作為食品及醫(yī)藥用品。利用CO2和H2合成乙酸。生產(chǎn)生物降解塑料聚β-羥基丁酸酯（PHB）。生產(chǎn)多糖。利用藻類產(chǎn)烴。產(chǎn)甲烷。第17頁/共23頁微生物固定CO2的研究方向利用基因工程技術(shù)構(gòu)建高效固定CO2的菌株。開發(fā)具有高光密度的光生物反應(yīng)器。高效且經(jīng)濟的制氫技術(shù)。進(jìn)一步深入研究不同種類微生物固定CO2的機理，為CO2固定反應(yīng)的調(diào)控提供理論依據(jù)。第18頁/共23頁4生物法凈化有機廢氣的現(xiàn)狀及需解決的問題國外從20世紀(jì)80年代開始，采用生物法凈化有機廢氣，應(yīng)用于堆肥場和動物脂肪加工廠的有機廢氣脫臭處理。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。生物滴濾池適合負(fù)荷較高以及污染物降解后會產(chǎn)生酸性物質(zhì)的廢氣處理。有機廢氣生物處理是一項新的技術(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。第19頁/共23頁反應(yīng)動力學(xué)模式研究通過反應(yīng)機理的研究，提出決定反應(yīng)速度的內(nèi)在依據(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。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)液的流動性，無法產(chǎn)生類似的穩(wěn)定液膜。第20頁/共23頁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。比表面積、孔隙率與單位體積填充量與生物量有關(guān)，還直接影響著整個填充床的壓降及填充床是否易堵塞。氣態(tài)污染物降解需要經(jīng)歷氣-液-固相傳質(zhì)，污染物在兩相間的分配系數(shù)是整個裝置可行性的一個決定因素，填料對分配系數(shù)有較大影響。第21頁/共