.,1,第九章大氣污染的環(huán)境修復技術(shù),.,2,目錄,植物修復技術(shù),9.1,微生物修復技術(shù),9.2,無機礦物材料修復技術(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)時間，都有可能對人、動物、植物及物品、材料產(chǎn)生不利影響和危害。當大氣中污染物質(zhì)的濃度達到有害程度，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、火山爆發(fā)等，多為一時性的;人為源:如工業(yè)企業(yè)(表9-1)、交通運輸、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),化學性污染物:CO2,CO,NOx,SOx,PAHs等,.,7,9.1.3大氣污染的修復凈化技術(shù),污染的大氣環(huán)境中通常有多種污染物復合或混合，并且污染物具有長距離遷移和干濕沉降等特性?？諝獾奈廴緦Τ鞘芯用竦慕】?，城市景觀和區(qū)域氣候都有著很嚴重的破壞作用。因此對污染進行修復凈化顯得十分必要。主要的修復技術(shù)有以下三種:植物修復技術(shù)微生物修復技術(shù)無機礦物材料修復技術(shù),.,8,植物吸附與吸收修復,植物降解修復,植物轉(zhuǎn)化修復,植物同化和超同化修復,空氣污染的植物修復是一種以太陽能為動力，利用綠色植物及其相關(guān)的生物區(qū)對環(huán)境污染物質(zhì)進行分解、去除、屏障或脫毒的方法。,9.2植物修復,.,9,9.2.1植物吸附與吸收修復,(1)滯塵作用,植物對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，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殺菌能力強的樹種和殺死原生動物所需時間/Min,.,12,(3)對重金屬的作用,綠化樹種對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)測環(huán)境污染(如表9.2-5)。,.,15,(4)對氣態(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)進行運輸和分布;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，修復能力強);類吸硫量中等(吸硫量在4590，修復能力中等);類吸硫量低(吸硫量45，修復能力弱)(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)性的有機污染物;影響因素:污染物本身的物理化學性質(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的有:榆樹、花曲柳、刺槐、旱柳等。,.,18,9.2.2植物降解修復,主要針對大氣中有機物污染，利用植物含有一系列代謝異生素的專性同功酶及相應的基因來完成對有機污染物的分解。參與植物代謝異生素的酶主要包括細胞色素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，也不斷地分泌各種物質(zhì)，這其中包括一些能夠降解有機污染物的酶類轉(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,植物轉(zhuǎn)化修復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、谷胱甘肽等進行轉(zhuǎn)化清除;有機污染物:經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)化后隔離在植物細胞的液泡中或與不溶性細胞結(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,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，最終以有機物的形式儲存在氨基酸和蛋白質(zhì)中;超同化:將含有植物所需營養(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不同試驗點植物葉片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于修復城市大氣污染有著非常重要的作用。表9.2-8總結(jié)了不同綠化植物對大氣污染物的修復能力。盡管如此，植物修復技術(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技術(shù)目前所存在的一些問題。,.,23,.,24,表9.2-8不同樹種對大氣污染的修復作用,.,25,表9.2-9各種植物修復技術(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具備以下優(yōu)點：綠色凈化，清潔并儲存可利用的太陽能;經(jīng)濟有效，具有潛在的環(huán)境價值;美化環(huán)境，普遍接受;適用植物修復的污染物范圍較廣。同時植物修復技術(shù)也存在其缺點:植物修復的本身耗時長;污染物可通過食用含污染物植物的昆蟲和動物進入食物鏈;有毒污染物可能在植物體內(nèi)轉(zhuǎn)化為毒性更強的物質(zhì);植物修復能力受水力控制。,大氣污染植物修復的優(yōu)缺點,.,27,9.3微生物修復,氣態(tài)污染物的微生物修復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無機廢氣的生物修復(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:懸浮生長系統(tǒng):微生物及其營養(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,附著生長系統(tǒng):廢氣在增濕后進入生物濾床，通過濾層時，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:改進燃燒過程以控制NOx的排放;二是發(fā)展脫硫脫氮一體化技術(shù)。,優(yōu)缺點:懸浮生長和附著生長兩套系統(tǒng)在脫氮方面各有優(yōu)缺點，前者相當來說微生物的環(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，因此凈化效率相當較低。,.,33,原理:有機廢氣生物修復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(zhuǎn)化為簡單的無機物(CO2、水等)及細胞組成物質(zhì)。生物反應器處理的一般步驟:廢氣中的有機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；溶于水中的有機物被微生物吸收，吸收劑被再生復原，繼而再用以溶解新的有機物；被微生物細胞所吸收的有機物，在微生物的代謝過程中被降解、轉(zhuǎn)換成為微生物生長所需的養(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有機廢氣的微生物修復,.,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、營養(yǎng)鹽的投加量及投加時間有關(guān);活性污泥濃度:500010000ml/L，氣速20m3/h時，裝置的負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）、砂礫層和多孔布氣管等組成。多孔布氣管安裝在砂礫層中，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、細石子或輕質(zhì)陶粒骨料組成，上部由沙或細粒骨料組成，總厚度為400500mm。土壤濾層可按黏土12、含有機質(zhì)沃土15.3、細砂土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值以及土壤中得營養(yǎng)成分;優(yōu)點:投資小、無二次污染、有較強的抗沖擊能力;缺點: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、動物飼養(yǎng)場和堆肥場等產(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，但在應用上有以下不同點：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，土壤床占地的面積較大。土壤床對處理無機氣體如SO2、NOX、NH3和H2S所形成的酸性有一定的中和能力，如果經(jīng)石灰預處理，其中和能力更強。堆肥床不能用石灰處理，否則會變成致密床層，降低處理效果。堆肥床中的微生物較土壤中多，對廢氣去除率較高，且接觸時間只有土壤床的1/41/2，約20s，所以適用于處理含易生物降解污染物、廢氣量大的場合。對于生物降解較慢的氣體，需要較長的反應時間。如果在廢氣量不大的情況下，用土壤層較合適。堆肥床使用一定時間后，有結(jié)塊的趨勢因此需周期性地進行攪動，防止結(jié)塊。堆肥為疏水性，需防止干燥，否則再濕潤比較困難。土壤為親水性，一般不會發(fā)生上述現(xiàn)象。在服務年限方面，土壤床比堆肥床長，土壤床處理揮發(fā)性有機廢氣，其使用時間幾乎趨于無限長；而對有機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的聚合反應廢氣，在高負荷下硫化氫的去除率可達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?；亓魉缮锏螢V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等營養(yǎng)元素。由于生物滴濾池中存在一個連續(xù)流動的水相，因此整個傳質(zhì)過程涉及氣、液、固三相。但從整體上講，仍然是一個傳質(zhì)與生化反應的串聯(lián)過程。如果設(shè)計合理，生物膜反應器具有微生物濃度高、凈化反應速度快、停留時間短等優(yōu)點，可以使反應裝置小型化，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,有機廢氣生物修復方法的比較(表9.3-1):,表9.3-1有機廢棄生物修復方法的比較,.,43,9.4天然無機礦物材料修復,9.4.1天然無機礦物的基本性能,礦物表面效應,孔道效應,結(jié)構(gòu)效應,離子交換效應,結(jié)晶效應,溶解效應,水合效應,氧化還原效應,半導體效應,納米效應,礦物生物交互效應,.,44,9.4.2天然無機礦物材料的修復技術(shù),原理:利用天然礦物對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現(xiàn)對污染物的凈化