1、第三章 工業廢氣生物處理技術隨著我國工業現代化進程，電子、橡膠、塑料、印刷、化工、建材等行業的迅速發展，行業生產過程中排入大氣環境中的有機污染物(如苯系物、醛酮類、醇類等芳香族化合物)也在迅速增加。工業有機廢氣污泥已直接對人們的建康造成危害，傳統的物理化學方法已經完全不能滿足人們對空氣凈化的要求。微生物法凈化方法應用于廢水處理領域已有100多年的歷史，而利用微生物治理大氣污染的歷史則很短。美國“利用微生物處理廢氣”于1957年獲得專利；從20世紀70年代起荷蘭和德國科學家將其應用于有機廢氣凈化領域，并且獲得了良好的凈化效果；之后廢氣生物處理的研究與應用才引起各國的重視。到80年代，德國、日本、

2、荷蘭等國已有一定數量工業規模的種類生物凈化裝置投入運行。對低質量濃度(5mg/m3)、生物降解性好的氣態污染物，生物處理的效率可達到90%以上，顯得更加經濟有效。與傳統的厭氧污染治理技術相比，利用微生物法治理大氣污染具有處理效果好，設備簡單，能耗低，不消耗有用的原料，投資及運行費用低，易于管理，安全可靠，無二次污染等優點。生物技術與傳統方法的經濟性比較方 法投資費用/美元運 轉 費 用 燃料和藥劑消耗/美元 能 耗/W燃燒法化學吸附法活性炭吸附法生物約001-0.6一、 有機廢氣的微生物處理技術 有機廢氣的微生物處理技術屬于一種環保友好技術，微生物法更適于處理低質量濃

3、度的有機氣態污染物，在歐洲，燃料費用較高，對于惡臭的控制規范也十分嚴格，因此微生物法廣泛用于去除惡臭氣體。1. 原理微生物處理技術的實質是利用有孔的、潮濕的介質上聚集的活性微生物的生命活動，將中的有害物質轉變成為簡單的無機物(如CO2和水)或組成自身細胞。與廢水生物處理不同，廢氣的生物凈化過程中，氣態污染物首先從氣相轉移到液相或固相表面的液膜中，然后才能被液相或固相表面的微生物吸附并降解。一般認為微生物法凈化有機廢氣需經歷三個步驟： 有機廢氣成分首先與水接觸并溶于水中； 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并吸收； 進入微生物體內的有機污

4、染物在其自身的代謝過程中作為能源和營養物質被分解，經生物化學反應最終轉化為無害的化合物。2. 分類 根據微生物在工業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和生物過濾法兩類。生物洗滌法是利用由微生物、營養物和水組成的微生物吸收液處理廢氣，適于吸收可溶性氣態物。吸收了廢氣的微生物混合液再進行好氧處理，去除液體中吸收的污染物，經處理后的吸收液可重復使用。典型的生物洗滌形式有噴淋塔、鼓泡塔和穿孔板塔等生物洗滌器。生物過濾法是利用含有微生物的固體顆粒吸收廢氣中的污染物，然后微生物再將其轉化無害物質。其典型的形式有土壤、堆肥等材料構成的生物濾床。 2.1 生物過濾法 鼓風機除塵控制室調節溫

5、度排水過濾氣體分配系噴淋生物過濾法最早出現在德國。1959年在德國的一個污水處理廠建立了一個填充土壤的生物過濾床，用于控制污水輸送管散發的臭味。20世紀60年代，人們開始采用生物過濾法處理氣態污染物；廢氣處理工藝利用含有微生物的固體顆粒吸收廢氣中的污染物，然后微生物再將其轉化為無害物質。常用的工藝設備包括土壤濾池、堆肥濾池和微生物過濾箱。在生物濾池中，有孔的介質通過進氣的濕度調節器和偶爾的噴淋而保持潮濕。迄今在德國和荷蘭有500多座大規模的生物過濾處理裝置，生物反應器的面積一般在10-2000m2之間，廢氣處理流量達到1000-150000m3/h。廢氣生物過濾反應裝置示意圖廢氣首先經過預處理

6、，包括去除顆粒物和調溫調濕，然后經過氣體分布器進入生物過濾器。生物過濾器中填充了有生物活性的介質(通常為天然有機材料，如堆肥、泥煤、骨殼、木片、樹皮和泥土等)，有時也混用活性炭和聚苯乙烯顆粒。填料表面生長著各種微生物，當廢氣進入濾床時，廢氣中的污染物從氣相主體擴散到介質外層的水膜而被介質吸收，同時氧氣也由氣相進入水膜，最終介質表面所附著的微生物消耗氧氣而把污染物分解/轉化為二氧化碳、水和無機鹽。生物滴濾池(微生物過濾箱)土壤或堆肥生物濾池生物濾池分為土壤濾池、堆肥濾池和微生物過濾箱。土壤濾池處理廢氣具有以下優點： 投資小，為活性碳吸附法投資的1/101/5 。 無二次污染，微生物對污染物的氧化

7、作用完全，無污染物的積累或向其他介質轉移。生物滴濾池的填料 有較強的抗沖擊能力。遇到沖擊負荷時，微生物的種類和數量能隨廢氣中的有機物迅速變化。 堆肥濾池的工作原理基本與土壤濾池相同，不同之處在于： 土壤濾池的孔徑較小，滲透性較差；所以在處理相同量的廢氣時，土壤濾池占地面積較大。 土壤濾池對處理無機氣體所形成的酸性有一定的中和能力，尤其在用石灰預處理后其中和能力更強；堆肥濾池不能用石灰處理(易使其變成致密床層，降低處理效果)。 堆肥濾池中微生物比土壤濾池要多，對廢氣污染物去除率較高，且接觸時間約為土壤濾池的1/41/2，其更適于處理含生物易降解污染物、廢氣量較大的場合。 堆肥濾池使用一段時間后會

8、出現結塊趨勢，因而需要周期性攪動以防結塊。且堆肥為疏水性，需防止干燥(否則再濕潤較困難)；土壤為親水性，一般不會產生結塊干燥現象。 土壤濾池的使用年限較堆肥濾池要長(堆肥本身可生物降解)。生物過濾法可去除廢氣中的異味、揮發性物質和有害物質。如應用于控制/去除城市污水處理設施中的臭味，化工過程中的生產廢氣，受污染土壤和地下水中的揮發性物質，室內空氣中低濃度物質等。生物過濾器在運行中也會碰到一些問題，如填料降解需要更新，酸化導致pH升高，負荷過高發生堵塞，廢氣濕度過低使得填料干化。改進的方式有多點進氣，生物滴濾反應器，膜生物反應器等。2.2 生物洗滌法生物懸浮液自吸收室頂部噴淋而下，混合有機氣體的

9、空氣從底部進入，污染物質向懸浮液轉移，吸收了有機氣體的懸浮液進入再生反應器，由生物降解去除。該法處理有機氣體的效率取決于污泥濃度，p H值，溶解氧，營養鹽的投加量及投加時間等。生物洗滌法工藝中氣、液兩相的接觸方法除采用液相噴淋外，還可采用氣相鼓泡；氣相阻力較大可采用液相噴淋法，反之液相阻力較大時則采用鼓泡法。與鼓泡法相比，噴淋法處理能力大，可達到60m3/(m2.min)，從而大大減少了處理設備的體積，占地面積也少；對脫除復合型臭氣效果顯著，脫臭效率可達99%；而且能脫除很難治理的焦臭，但設備維修管理較為復雜。生物處理方法適宜處理多種揮發性有機物(VOCs)和許多工業廢氣中的無機蒸汽物質，這些

10、物質中含有氮、氯或(可產生少量酸的)硫化物。生物處理方法也有不適宜的地方，如含有油或油脂的灰塵和空氣可能會阻塞濾床，使得生物法得不到很好的處理效果。 二、煙氣微生物脫硫脫硝技術 在我國，大氣污染以煤煙型污染為主。酸雨是硫酸型的，造成酸雨的主要原因是二氧化硫的排放，人類活動排入大氣的二氧化硫中80%以上來自化石燃料的燃燒。控制二氧化硫排放方法主要有采用低硫燃料和清潔能源替代、燃料脫硫、燃燒過程中脫硫和末端尾氣脫硫。其中利用微生物技術凈化二氧化硫的技術。工藝包括煤炭生物脫硫和微生物煙氣脫硫 2.1 煤炭微生物脫硫煤中的無機硫大部分以黃鐵礦(FeS2)的形式存在，在微生物的作用下，煤中的無機硫被氧化

11、、溶解，最終生成硫酸和Fe2+而被去除。用于煤中無機硫脫除的微生物種類很多，其中主要的是氧化亞鐵硫桿菌和硫化葉菌。無機硫脫除反應過程是，首先開采出來的原煤會與空氣發生氧化反應，2FeS2 + 7O2 + 2H2O 2FeSO4 + 2H2SO4 氧化亞鐵硫桿菌能將FeSO4 氧化成Fe2（SO4）3，硫酸鐵與黃鐵礦繼續反應生成更多的硫酸，硫酸又可使黃鐵礦中的硫得到進一步轉化而脫除：FeS2 + 7Fe2( SO4)3 + 8H2O 15FeSO4 + 8H2SO4 煤中的有機硫主要以噻吩基(C4H4S-)、硫基(-S-)和多硫基(-S-)x形式存在，其中二苯并噻吩(DBT)是煤中含量較高的有機

12、硫。在微生物酶的作用下，使C-S鍵斷裂。DBT分解有兩條途徑：一是通過微生物的作用環羥化使碳環開環，結構變化，把不溶水的DBT轉換成可溶性噻吩衍生物；二是通過微生物的直接作用，將DBT中的硫元素變成硫酸而從煤中脫硫。參與作用的微生物主要有擬單球菌、惡臭假單胞菌、不動桿菌、根瘤菌、大腸桿菌等。2.2 微生物煙氣脫硫原理： 煙氣中的SO2一方面以物理吸附、化學反應的形式轉變為H2SO4，另一方面在微生物的作用下促使反應加快。吸收液中的微生物使Fe2+和Fe3+相互轉化，使反應迅速發生。Fe離子，微生物 2SO2 + O2 + 2H2O 2H2SO4 微生物Fe2(S04) 3 + SO2 + 2H

13、2O 2FeSO4 + 2H2SO4 工藝：微生物煙氣脫硫工藝流程如圖示：脫硫氣含硫煙氣生化反應器1循環吸收液灰泥生化反應器2反沖洗水氣 利用含有脫硫菌的溶液作為循環吸收液，以粉煤灰中Fe2O3被離子化后產生的鐵離子作為催化劑和反應介質，建立兩個生化反應器：一個為吸收塔，利用含有微生物的吸收液做噴淋水，與進入反應器的煙道氣發生生化反應；另一個為三層濾料生物濾池，在粒狀填料表面，微生物經馴化、培育和掛膜后形成一層生物膜，與吸收塔出來的氣水混合物進一步發生反應，使煙氣中剩余的SO2很快被脫除，同時生物濾膜料對循環吸收液起凈化作用，防止噴淋水堵塞噴咀。2.3 微生物煙氣脫硝技術 NOx是大氣污染的主

14、要污染物之一，NOx主要來自化石燃料燃燒和硝酸、電鍍等工業排放的廢氣以及汽車排放的尾氣。目前脫除NOx的技術主要包括選擇性催化還原技術、選擇性非催化還原技術、液膜法和生物處理法。方 法優 點缺 點適用氣體選擇性催化還原技術可獲得高達95%以上的凈化效率易發生催化劑中毒現象，工作溫度較高(300以上)適用于含灰量低的高溫氣體選擇性非催化還原技術費用低，能耗少，適用性廣凈化率一般在30%左右，操作較困難燃煤煙氣液膜法運行穩定，設備使用壽命長，可同時脫硫選擇性低NOx體積百分比為0.05%-1.01%生物處理法凈化效率較高，投資運行費用低，無二次污染，易管理尚處于試驗階段，無成熟工藝各種含NOx的氣體NOx 廢氣凈化技術比較原理：微生物處理NOx與處理有機揮發物及臭氣有較大的不同，NOx是無機氣體。適宜的脫氮菌在有外加碳源的情況下系統 ，利用NOx作為氮源，將NOx還原成最基本的無害的N2，而脫氮菌本身獲得生長繁殖。工藝：含NO