廢氣生物相關(guān)處理

無(wú)機(jī)廢氣生物處理技術(shù)二氧化碳微生物固定固定二氧化碳的微生物一般分為兩類(lèi)，光能自養(yǎng)型和化能異樣型。光能自養(yǎng)型微生物包括微藻類(lèi)、藍(lán)細(xì)菌和光合細(xì)菌,含有葉綠素,以光為能源、CO2

為碳源合成菌體物質(zhì)或代謝產(chǎn)物;化能自養(yǎng)型微生物以CO2

為碳源,能源主要有H2、H2S、NH4+、NO2-、Fe2+等。微藻(包括藍(lán)細(xì)菌)和氫細(xì)菌具有生長(zhǎng)速度快、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外現(xiàn)已大規(guī)模生產(chǎn)的微藻主要有:柵列藻、小球藻、鹽藻○和螺旋藻等.二氧化碳微生物固定Ⅰ，固定二氧化碳的微生物能源好氧/厭氧微生物光能好氧藻類(lèi)，藍(lán)細(xì)菌厭氧光和細(xì)菌化學(xué)能好氧氫化菌，硝化細(xì)菌，硫化細(xì)菌，鐵細(xì)菌厭氧甲烷菌，醋酸菌還原三羧酸循環(huán)2甘氨酸途徑4乙酰輔酶A途徑3卡爾文循環(huán)31Ⅱ，二氧化碳固定的途徑單細(xì)胞蛋白乙酸生物降解塑料—聚3-羥基丁酸酯多糖可再生能源—藻類(lèi)產(chǎn)氫甲烷Ⅲ，生物固定二氧化碳的應(yīng)用藻類(lèi)吸收二氧化碳微藻CO2固定技術(shù)具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益有望成為工業(yè)藻種的有葡萄藻，小球藻和鹽藻小球藻(Chlorella)是一類(lèi)光能自養(yǎng)型單細(xì)胞生物，能有效的利用光能將水、二氧化

碳、無(wú)機(jī)鹽轉(zhuǎn)化為有機(jī)能源，是地球有機(jī)

資源的初級(jí)生產(chǎn)力。小球藻為單細(xì)胞藻類(lèi)，常單生，也常有多數(shù)細(xì)胞聚于一起；細(xì)胞多為球形、橢圓形；每個(gè)細(xì)胞內(nèi)有1

個(gè)周生、杯狀或片狀的葉綠體，具有1

個(gè)蛋白核；細(xì)胞壁通常很??；每個(gè)細(xì)胞可以產(chǎn)生2、4、8

或16個(gè)似親孢子，進(jìn)行無(wú)性繁殖，似親孢子成熟，母細(xì)胞破裂，孢子逸出，長(zhǎng)大后即成為新個(gè)體；還未發(fā)現(xiàn)小球藻的游動(dòng)細(xì)胞和有性生殖。該屬分布于全世界，多生活于較小的淺水，各種容器、潮濕土壤、巖石和樹(shù)皮上，也有一些海產(chǎn)種類(lèi)。易于人工大量培養(yǎng)。一般的小球藻在10~36℃溫度范圍內(nèi)都能比較迅速的繁殖，最適宜溫度在25℃左右。在適溫條件下生長(zhǎng)的最適光照強(qiáng)度在10000

lux

左右。適宜的pH

約為6~8。小球藻在含有機(jī)質(zhì)（特別是氮肥）多的水中生長(zhǎng)很繁茂顯微鏡下小球藻二氧化碳：研究表明通入的二氧化碳的含量增大，小球藻的生產(chǎn)量增大光照強(qiáng)度：小球藻在25℃時(shí)候生長(zhǎng)較好，倍增時(shí)間短，生物量多，穩(wěn)定期長(zhǎng)，這樣也更有利于CO2的吸收，30℃以上對(duì)于小球藻生長(zhǎng)已經(jīng)屬于不適宜的環(huán)境。40℃時(shí)小球藻生長(zhǎng)明顯降低pH

值為5.5為小球藻生長(zhǎng)的較佳環(huán)境，小球藻生長(zhǎng)環(huán)境偏酸性，而pH

值的繼續(xù)下降，到pH為4

時(shí)，小球藻的生長(zhǎng)明顯受到抑制，生長(zhǎng)非常緩慢，并且在接種4

天后基本全部死亡，光強(qiáng)過(guò)低不能滿足小球藻生長(zhǎng)的需要，從而成為限制CO2脫除因素；而如果光強(qiáng)超過(guò)小球藻的光飽和點(diǎn)，強(qiáng)光導(dǎo)致的氧化光解會(huì)損傷小球藻細(xì)胞，從而制對(duì)CO2脫除。在光強(qiáng)控制在3500lux

左右，反應(yīng)器對(duì)CO2去除率出現(xiàn)峰值在實(shí)驗(yàn)條件下，鼓出的氣泡越細(xì)小，與藻液的接觸越充分，脫除效果就會(huì)越好。因此改進(jìn)鼓泡器，使鼓出氣泡更細(xì)小，也是提高反應(yīng)器脫除能力的有效手段。每一種藻都有一個(gè)最佳生長(zhǎng)氮磷比，當(dāng)環(huán)境中的氮磷比低于這個(gè)值時(shí)，藻的生長(zhǎng)會(huì)受到氮的抑制，相反則受磷的抑制。一般藻類(lèi)對(duì)氮磷比的要求在15：1

左右，但水體的pH

值和溫度等條件會(huì)影響氨的氣提和磷的沉淀，開(kāi)放式光生物反應(yīng)器即開(kāi)放池培養(yǎng)系統(tǒng)，最突出的優(yōu)點(diǎn)是構(gòu)建簡(jiǎn)單、成本低廉及操作簡(jiǎn)便，培養(yǎng)技術(shù)經(jīng)過(guò)廣泛深入的試驗(yàn)，已普遍應(yīng)用于商業(yè)化微藻大規(guī)模培養(yǎng)中。但開(kāi)放式培養(yǎng)過(guò)程受光照、溫度等自然環(huán)境影響較大，并且易被真菌、原生動(dòng)物和其他藻種污染，同時(shí)水分蒸發(fā)嚴(yán)重，二氧化碳供給不足，這些因素都將導(dǎo)致藻細(xì)胞培養(yǎng)密度偏低、采收成本較高。密閉式光生物反應(yīng)器即通常所指的光生物反應(yīng)器，是用透明材料組建的一類(lèi)生物反應(yīng)器，除了它們能采集光能外，其它諸多方面與傳統(tǒng)的微生物發(fā)酵用生物反應(yīng)器相似。密閉式光合生物反應(yīng)器培養(yǎng)條件穩(wěn)定，可無(wú)菌操作，容易進(jìn)行高密度培養(yǎng)，已成為今后的發(fā)展方向。小球藻光生物反應(yīng)器光生物反應(yīng)器是指能用于光合微生物及具有光合能力的組織或細(xì)胞培養(yǎng)的一類(lèi)裝置，與一般的生物反應(yīng)器有相似的結(jié)構(gòu)，有光、溫度、溶解氧、CO2、pH和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)等培養(yǎng)條件的調(diào)節(jié)與控制系統(tǒng)。開(kāi)放式生物反應(yīng)器封閉式生物反應(yīng)器工業(yè)化前景實(shí)際工業(yè)應(yīng)用中，二氧化碳濃度較小，就不足以供應(yīng)藻類(lèi)繁殖的需要；二氧化碳濃度太大也會(huì)抑制藻類(lèi)的生長(zhǎng)。因此，二氧化碳濃度是藻類(lèi)養(yǎng)殖的一個(gè)很重要的影響參數(shù)。當(dāng)氣速太小時(shí)，氧氣解析的就比較慢，會(huì)抑制藻類(lèi)的繁殖；而氣速太大時(shí)，比較容易把藻類(lèi)沖散，不利于藻類(lèi)的繁殖。液體流速較小時(shí)，吸收二氧化碳較少，適宜的液體流速可以增加二氧化碳在液體中的溶解度實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)考慮到一下幾個(gè)問(wèn)題：第一，要保證培養(yǎng)塔能夠有效、長(zhǎng)期的利用，防止被外界因素破壞，以致影響到藻類(lèi)固定CO2氣體的效果。第二，選用藻類(lèi)需要根據(jù)實(shí)際煙氣來(lái)決定，螺旋藻不適宜在5%以上濃度的CO2氣體中生長(zhǎng)。第三，藻類(lèi)固定CO2后，排放問(wèn)題要認(rèn)真解決，否則會(huì)造成藻類(lèi)大范圍繁殖，影響周?chē)乃h(huán)境。這方面，可以考慮與化工的生物質(zhì)水解或熱解相結(jié)合，制取生物質(zhì)油，這樣還可以獲得一定的經(jīng)濟(jì)效益，達(dá)到節(jié)能環(huán)保與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的完美效果。硫化氫的生物處理硫化氫為無(wú)色劇毒的氣體，嗅閾值為4.1×10-10，低濃度的H2S即具有強(qiáng)烈的惡臭氣味。目前已知能氧化硫化物的微生物主要為:絲

狀硫細(xì)菌、光合硫細(xì)菌和無(wú)色硫細(xì)菌，大部分屬于化能自養(yǎng)型。微生物氧化H2S的反應(yīng)式如下:2H2S+O2→2H2O+2S+能量2S+3O2+2H2O→2H2SO4+能量生活在含硫化物的水中，能在有氧環(huán)境中把水溶液中的H2S氧化為單質(zhì)硫，并從中獲得生長(zhǎng)和活動(dòng)所需的能量，生成的單質(zhì)硫則以硫粒的形式沉積在細(xì)胞體內(nèi)，單質(zhì)硫不可以進(jìn)一步被氧化為硫酸鹽:貝氏硫菌是一種可滑行的絲狀細(xì)菌，發(fā)硫菌則固著生一長(zhǎng)。由于這類(lèi)細(xì)菌將產(chǎn)生的單質(zhì)硫貯存在細(xì)胞體內(nèi)，給分離和提純帶來(lái)困難，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較少。絲狀硫細(xì)菌貝氏硫菌：可滑行的絲狀細(xì)菌發(fā)硫菌：固著生長(zhǎng)生活在含硫化物的水中，有氧環(huán)境下將H2S 氧化為單質(zhì)硫，并從中獲得生長(zhǎng)和活動(dòng)所 需的能量，生成的單質(zhì)硫則以硫粒的形式 沉積在細(xì)胞體內(nèi)，單質(zhì)硫不可以進(jìn)一步被 氧化為硫酸鹽這類(lèi)細(xì)菌將產(chǎn)生的單質(zhì)硫貯存在細(xì)胞體內(nèi)， 給分離和提純帶來(lái)困難，在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用 較少光合硫細(xì)菌光合硫細(xì)菌是一類(lèi)光能營(yíng)養(yǎng)細(xì)菌，它以硫化物或硫代硫酸鹽作為電子供體，從光源中獲得能量，依靠體內(nèi)特殊光合色素，同化CO2進(jìn)行光合作用。其反應(yīng)式如下:CO2+2H2S→(CH2O)+H2O+2S絕大部分光合硫細(xì)菌是胞外排硫，但是應(yīng)用實(shí)例還是很少，因?yàn)椋孩俟夂狭蚣?xì)菌生長(zhǎng)和活動(dòng)需要光照，給反應(yīng)器的設(shè)計(jì)帶來(lái)困難，并增加了運(yùn)行費(fèi)用；②有些菌種也在體內(nèi)貯硫；③光合硫細(xì)菌氧化硫化物的過(guò)程與CO2的固定和細(xì)胞物質(zhì)的生長(zhǎng)相關(guān)聯(lián)，其氧化速率和能力受到細(xì)菌細(xì)胞物質(zhì)的生長(zhǎng)速率和總量的限制；④光合硫細(xì)菌每產(chǎn)生1g細(xì)胞物質(zhì)僅可將1~2g硫化物氧化生成單質(zhì)硫，這個(gè)數(shù)值越低，去除同樣多硫化物，產(chǎn)生的生物污泥就越多。無(wú)色硫菌屬多數(shù)無(wú)色硫細(xì)菌以O(shè)2(或NO

-)作為電子受3體，且體外排硫，無(wú)色硫細(xì)菌在營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)受限制而有足夠硫化物時(shí)，可在幾乎無(wú)明顯生長(zhǎng)的條件下，高效地將硫化物甚至胞外的單質(zhì)硫氧化。與光合硫細(xì)菌相比，無(wú)色硫細(xì)菌的氧化能力很高，每增長(zhǎng)1g細(xì)菌細(xì)胞至少可產(chǎn)生

20g單質(zhì)硫?？梢?jiàn)，無(wú)色硫細(xì)菌適合于生物脫硫工藝。楊義飛等針對(duì)目前國(guó)內(nèi)生物除臭研究通常直接采用活性污泥掛膜后馴化期較長(zhǎng)的問(wèn)題，利用異養(yǎng)細(xì)菌黃單胞菌H10

對(duì)H2S進(jìn)行脫臭的試驗(yàn)研究，試驗(yàn)結(jié)果顯示該菌種具有較高的H2S去除能力和較短的掛膜及馴化時(shí)間。選用異養(yǎng)細(xì)菌黃單胞菌H10原因：從微生物學(xué)角度：自養(yǎng)硫桿菌屬細(xì)菌對(duì)硫系惡臭物質(zhì)有較高利用率，但是自養(yǎng)菌世代周期長(zhǎng)、生長(zhǎng)緩慢，難以獲得較大的生物量，而在從馴化的河泥、煤土、土壤、活性污泥中分離鑒定自養(yǎng)硫桿菌的過(guò)程中，偶然在有機(jī)營(yíng)養(yǎng)培養(yǎng)基平板上進(jìn)行劃線，分離到一株異養(yǎng)菌：黃單胞菌H10，而異樣菌生長(zhǎng)迅速、易于培養(yǎng)與掛膜及工程應(yīng)用。因此決定采用這株異養(yǎng)菌進(jìn)行

H2S的生物脫臭性能研究楊義飛，姜安璽，土?xí)暂x等.利用異養(yǎng)菌脫除H2S惡臭的實(shí)驗(yàn)研究，哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào)，2002，35(l):73一77右圖為H2S生成裝置與處理流程。左半部分為H2S生成與尾氣處理裝置，右半部分為生物脫臭處理單元掛摸方式：菌接種至盛有4L新鮮培養(yǎng)基的容器中室溫培養(yǎng)3d，菌液明顯混濁，把菌液加入填料塔中浸泡1d。再將填料塔排空，加入新鮮營(yíng)養(yǎng)液進(jìn)行曝氣掛膜，營(yíng)養(yǎng)液3d更換一次，7d后掛膜基本成功，未經(jīng)任何馴化直接通入H2S氣體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。從通氣量，停留時(shí)間，噴淋水量對(duì)填料塔對(duì)臭氣去除效果研究：結(jié)論：試驗(yàn)表明，應(yīng)用該菌掛膜處理H2S惡臭氣體，可承受較高的H2S濃度，具有較好的去除性能，以出氣檢測(cè)不到H2S的存在為控制指標(biāo)，允許的最大進(jìn)氣容積負(fù)荷為2.897

H2S/L(填料)·d。應(yīng)用該菌掛膜的填料塔去除H2S的最佳停留時(shí)間為35s，最佳噴淋水量為1700L/(m3*d)。生物脫硫脫氮工藝及設(shè)備按微生物在裝置中的存在形式可分：生物過(guò)濾法生物吸收法生物滴濾法通常認(rèn)為,生物法凈化NOx

的過(guò)程與凈化其他揮發(fā)性有機(jī)氣體和臭氣一樣,NOx

由氣相轉(zhuǎn)移到液相或固相表面的液膜中,然后NOx

在液相或固相表面被微生物凈化氮氧化物的生物處理生物凈化氮氧化物原理：包括傳質(zhì)和生化反應(yīng)兩個(gè)過(guò)程。硝化機(jī)理1反硝化機(jī)理2NO3-在微生物硝酸鹽還原酶的作用下還原為NO2-,NO2-在亞硝酸鹽還原酶的作用下再還原為NO,最后NO

被吸附在微生物表面后,在氧化氮還原酶的作用下被還原為N2。其中數(shù)量最多的異養(yǎng)脫氮菌,包括無(wú)色桿菌屬、產(chǎn)堿桿菌屬、桿菌屬、色桿菌屬等。這些異養(yǎng)脫氮菌有些是專(zhuān)性好氧菌,有些是兼性厭氧菌,它們?cè)诤醚酢捬趸蛉毖鯒l件下,利用有機(jī)物進(jìn)行脫氮反硝化機(jī)理NO:一是溶解于水;二是被反硝化細(xì)菌吸附,然后在其氧化氮還原酶的作用下被還原為

N2。NO2

:先溶于水形成NO

-、NO

-及NO3

2NO

-→

NO

-→NO→N3

2

2脫氮微生物種類(lèi)：異養(yǎng)脫氮菌、專(zhuān)性自氧菌和兼性自養(yǎng)菌硝化細(xì)菌都是專(zhuān)性好氧自養(yǎng)型,以氧為最終電子受體,且大多數(shù)是嚴(yán)格化能無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)型,只能氧化無(wú)機(jī)物獲得能量