污染气体生物处理市公开课一等奖百校联赛特等奖课件.pptx

第四章第四章 污染气体生物处理污染气体生物处理第1页v废气主要起源废气主要起源人类生产及生活中燃料燃烧人类生产及生活中燃料燃烧 生产活动，比如化工、冶金、生物制品、生产活动，比如化工、冶金、生物制品、屠宰、污水处理及垃圾处理等工厂所产生屠宰、污水处理及垃圾处理等工厂所产生废气。废气。第2页v废气处理废气处理 废气处理是环境污染控制一个主要方面。废气处理方法：废气处理方法：理化法：当前主要采取方法，如燃烧、理化法：当前主要采取方法，如燃烧、吸吸附、吸收和还原等。工艺或设备较复杂，运附、吸收和还原等。工艺或设备较复杂，运行费用较高；用于处理一些恶臭废气时，效行费用较高；用于处理一些恶臭废气时，效果不甚理想。果不甚理想。生物法：含有处理效率较高、适应性较广、生物法：含有处理效率较高、适应性较广、工艺较简单以及费用较省等优点。工艺较简单以及费用较省等优点。第3页废气微生物处理于废气微生物处理于1957年在美国取得专利，年在美国取得专利，但到但到1970年代才开始引发重视，直到年代才开始引发重视，直到1980年代才在德国、日本、荷兰等国家有相当年代才在德国、日本、荷兰等国家有相当数量工业规模各类生物净化装置投入运行。数量工业规模各类生物净化装置投入运行。废气生物反应器处理对许多普通性空气污废气生物反应器处理对许多普通性空气污染物去除率可到达染物去除率可到达90以上。以上。第一节 废气生物反应器处理 第4页一、废气生物处理特点1.废气或尾气废气或尾气(waste gas，off-gas)在生物反在生物反应器内进行。应器内进行。挥发性有机化合物挥发性有机化合物 (volatile organic compounds，VOCs)以及其它有毒或有臭以及其它有毒或有臭味气体，如味气体，如NH3和和H2S等。等。化工、制药、电镀、喷漆、印刷等行业产化工、制药、电镀、喷漆、印刷等行业产生有害污染物生有害污染物(hazardous air pollutants，HAPs)以及废水处理厂、堆肥厂、垃圾填以及废水处理厂、堆肥厂、垃圾填埋厂产生恶臭埋厂产生恶臭(odor)等。等。第5页2.去除效率高去除效率高 u普通空气污染物去除效率超出普通空气污染物去除效率超出90。3.投资少，运行费用低投资少，运行费用低 u不需要投入额外化学品不需要投入额外化学品;u化学法则需加催化剂和氧化剂等，如次氯化学法则需加催化剂和氧化剂等，如次氯酸盐、过氧化氢、二氧化氯等。酸盐、过氧化氢、二氧化氯等。第6页4.污染少污染少 u生物处理产物是生物量，很轻易处理。生物处理产物是生物量，很轻易处理。耗能低耗能低u生物反应在常温常压下进行，能量来自微生物反应在常温常压下进行，能量来自微生物利用生物利用VOCs成份本身产生能量。成份本身产生能量。u生物处理法消耗动力只是污染气体进入生物处理法消耗动力只是污染气体进入 处理系统时所消耗能量处理系统时所消耗能量(正压送风或负压正压送风或负压引风引风)。第7页1.水溶性强水溶性强 u兼含有蒸汽压低、亨利定律常数低特兼含有蒸汽压低、亨利定律常数低特点，向介质表面微生物膜扩散速率高；点，向介质表面微生物膜扩散速率高；u主要有没有机物如主要有没有机物如H2S和和NH3等、醇等、醇类、醛类、酮类以及简单芳烃类、醛类、酮类以及简单芳烃(如如BTEX)等有机物。等有机物。v适宜处理污染气体应含有特点：第8页2.易降解易降解 u分子被吸附在生物膜上必需被降解，分子被吸附在生物膜上必需被降解，不然将造成污染物浓度增高，毒害生不然将造成污染物浓度增高，毒害生物膜或影响传质，降低生物滤器效率，物膜或影响传质，降低生物滤器效率，或使处理完全失败。或使处理完全失败。第9页 二、废气生物处理基本形式二、废气生物处理基本形式u依据介质性质不一样，分为：依据介质性质不一样，分为：1.生物洗涤生物洗涤(bioscrubbing)生物洗涤器生物洗涤器(bioscrubber)内是液态介质。内是液态介质。2.生物滤过生物滤过(biofiltration)生物滤过采取是固态介质生物滤过采取是固态介质生物滤池生物滤池(biofilters)生物滴滤池生物滴滤池(biotrickling filters)第10页 1 1生物滤池生物滤池生物滤池内固态介质是一些天然材料，生物滤池内固态介质是一些天然材料，惯用固体颗粒有土壤和堆肥，这些材惯用固体颗粒有土壤和堆肥，这些材料为微生物附着和生长提供表面，微料为微生物附着和生长提供表面，微生物能够吸收废气中污染物将其转化生物能够吸收废气中污染物将其转化为无害物质。为无害物质。第11页微生物滤池适合用于微生物滤池适合用于处理肉类加工厂、处理肉类加工厂、动物喂养场、污水处理厂和堆肥厂动物喂养场、污水处理厂和堆肥厂等等处产生废气。处产生废气。这类废气主要特点是浓度不高，但带这类废气主要特点是浓度不高，但带有强烈臭味。有强烈臭味。第12页第13页第14页z滤料选择堆肥堆肥 原料惯用污水处理厂污泥、有机垃圾和畜原料惯用污水处理厂污泥、有机垃圾和畜粪以及植物凋谢物。粪以及植物凋谢物。须筛选，滤层要均匀、疏松，空隙率须筛选，滤层要均匀、疏松，空隙率40，滤，滤料须保持湿润，滤层含水量不低于料须保持湿润，滤层含水量不低于40，但不能，但不能有积水。滤层保持适当温度。有积水。滤层保持适当温度。土壤土壤 腐殖土为好，其它土质需要改良，有效厚腐殖土为好，其它土质需要改良，有效厚度不应小于度不应小于50cm，土壤水分土壤水分4070，草炭草炭 其通气性能良好，适于微生物生长，除臭其通气性能良好，适于微生物生长，除臭效果比用土壤好。效果比用土壤好。第15页第16页2生物滴滤池生物滴滤池生物滴滤池主要由箱体、生物活性床层、生物滴滤池主要由箱体、生物活性床层、喷水器等组成。喷水器等组成。废气经过预处理室去除颗粒物和增湿后进废气经过预处理室去除颗粒物和增湿后进入滤床底部。入滤床底部。滤料使用人工材料，如陶瓷、塑料或金属滤料使用人工材料，如陶瓷、塑料或金属等，使用颗粒状或有空隙材料，床层厚度等，使用颗粒状或有空隙材料，床层厚度普通在普通在0.51.0m，依需要而定。，依需要而定。第17页u优点：优点：滤料重量轻、空隙大、表面积大、废滤料重量轻、空隙大、表面积大、废气和介质接触时间短气和介质接触时间短(几秒钟几秒钟)，处理，处理效率高，同时滤料不需更换。效率高，同时滤料不需更换。处理浓度处理浓度100mg/m35g/m3，流量，流量550000m3/h。第18页第19页第20页u应用l微生物过滤床已成功地用于化工厂、食品微生物过滤床已成功地用于化工厂、食品厂、污水泵站等方面废气净化和脱臭。厂、污水泵站等方面废气净化和脱臭。l污染物包含硫化氢、二硫化碳、苯乙烯、污染物包含硫化氢、二硫化碳、苯乙烯、甲苯、丙烷、异丁烷、苯酚、乙醇、四氢甲苯、丙烷、异丁烷、苯酚、乙醇、四氢呋喃、环已酮、甲基乙基甲酮等。呋喃、环已酮、甲基乙基甲酮等。第21页 3生物洗涤l生物洗涤装置普通由洗涤器和生物反应器生物洗涤装置普通由洗涤器和生物反应器两部分组成，吸收器和生物反应器分开设两部分组成，吸收器和生物反应器分开设置。置。l吸收主要是物理溶解过程，采取吸收设备吸收主要是物理溶解过程，采取吸收设备有喷淋塔、筛板塔、鼓泡塔等，吸收过程有喷淋塔、筛板塔、鼓泡塔等，吸收过程进行很快，水在吸收设备中停留时间仅约进行很快，水在吸收设备中停留时间仅约几秒钟；几秒钟；第22页l l生物反应净化过程较慢，吸收了挥发性气生物反应净化过程较慢，吸收了挥发性气体废水在反应器中普通需要停留几分钟至体废水在反应器中普通需要停留几分钟至十几小时。十几小时。l l生物反应器中可进行好氧处理，活性污泥生物反应器中可进行好氧处理，活性污泥法和生物膜法。法和生物膜法。第23页第24页生物洗涤装置生物洗涤装置 第25页l l循环废水利用循环废水利用能够直接进入吸收器重复使用；能够直接进入吸收器重复使用；经过泥水分离后再重复使用。经过泥水分离后再重复使用。第26页uu吸收液组成吸收液组成：微生物、营养物和水微生物、营养物和水；uu适合处理水溶性强气态污染物，如醇类、适合处理水溶性强气态污染物，如醇类、酯类、醛类和酮类等。酯类、醛类和酮类等。污水处理厂剩下活性污泥污水处理厂剩下活性污泥配制混合液作为配制混合液作为吸收剂可用于处理复合型臭气，尤其能脱吸收剂可用于处理复合型臭气，尤其能脱除极难治理焦臭。除极难治理焦臭。uu德国开发一套二级洗涤装置，臭气浓度由德国开发一套二级洗涤装置，臭气浓度由1.1 10-3降低至降低至5 10-5，而且抗冲击负荷。，而且抗冲击负荷。第27页 三、生物法处理废气机理l生物反应器处理废气普通经历以下三个生物反应器处理废气普通经历以下三个阶段：阶段：1.溶解过程溶解过程 l废气与水或固相表面水膜接触，污染物废气与水或固相表面水膜接触，污染物溶于水中成为液相中分子或离子，这一溶于水中成为液相中分子或离子，这一过程是物理过程，符合亨利定律。过程是物理过程，符合亨利定律。第28页2.吸着过程l溶于水中污染物被溶于水中污染物被微生物吸附、吸收微生物吸附、吸收，污，污染物从水中转入微生物体内。作为吸收剂染物从水中转入微生物体内。作为吸收剂水被再生复原，继而再用以溶解新废气成水被再生复原，继而再用以溶解新废气成份。份。第29页3.生物降解过程u进入微生物细胞污染物作为微生物生命活进入微生物细胞污染物作为微生物生命活动能源或养分被动能源或养分被分解和利用分解和利用，从而使污染，从而使污染物得以去除。物得以去除。u烃类和其它有机物成份被氧化分解为烃类和其它有机物成份被氧化分解为CO2和和H2O，含硫还原性成份被氧化为，含硫还原性成份被氧化为S、SO42-，含氮成份被氧化分解成含氮成份被氧化分解成NH3，NO2-和和NO3-等。等。第30页第31页第32页第33页u污染物转移三种可能情况(1)(1)气流气流吸附在有机介质上吸附在有机介质上在水相解析在水相解析膨解膨解生物降解生物降解(2)(2)气流气流在生物膜上直接吸附在生物膜上直接吸附生物降解生物降解(3)(3)气流气流在水相中溶解在水相中溶解生物降解生物降解第34页 四、处理废气微生物l多为混合微生物，因为：多为混合微生物，因为：含有各种成份含有各种成份混合废气混合废气，需要各种微生物，需要各种微生物分别降解；分别降解；有成份需要几个微生物相继作用才能分解有成份需要几个微生物相继作用才能分解转化为无害物质，转化为无害物质，l氨先经硝化细菌再经反硝化作用细菌才能氨先经硝化细菌再经反硝化作用细菌才能成为分子态氮；成为分子态氮；第35页 四、处理废气微生物一些难降解成份要由几个微生物联合作用才能一些难降解成份要由几个微生物联合作用才能被完全降解；被完全降解；l卤代有机化合物先经厌氧微生物还原脱卤，再卤代有机化合物先经厌氧微生物还原脱卤，再被好氧微生物彻底分解；被好氧微生物彻底分解；工艺需要，尽管废气成份能够被单一微生物分工艺需要，尽管废气成份能够被单一微生物分解，但还需利用其它微生物，解，但还需利用其它微生物，l在硫化氢氧化中，为了使自养型脱氮硫杆菌在硫化氢氧化中，为了使自养型脱氮硫杆菌(Thiobacillus denitrificans)凝絮持留于反应凝絮持留于反应器内，需与活性污泥中异养型微生物器内，需与活性污泥中异养型微生物起共培起共培养。养。第36页紫红红球菌紫红红球菌(Rhodococcus rhodochrous)第37页Rhodococcus rhodochrous CF 222第38页 五、废气生物处理基本条件l主要有水分，养分、温度、氧气主要有水分，养分、温度、氧气(有氧或有氧或无氧无氧)以及酸碱度等。以及酸碱度等。1水水 分分l微生物生命活动必要成份；微生物生命活动必要成份；l吸收废气溶剂。吸收废气溶剂。l采取土壤或堆肥等固态处理系统时，适宜采取土壤或堆肥等固态处理系统时，适宜水分含量可确保氧与水分供给。水分含量可确保氧与水分供给。l5070为适宜含水量。为适宜含水量。l通常预处理需要加湿，预防滤料变干。通常预处理需要加湿，预防滤料变干。第39页2养 分l废气可为微生物提供一定养分，废气可为微生物提供一定养分，VOCs能能够提供碳源和能源，不过需要适当补足其够提供碳源和能源，不过需要适当补足其它养分。它养分。l不一样处理工艺对养分控制有差异，比如不一样处理工艺对养分控制有差异，比如生物滴滤池补充营养盐十分主要，不过堆生物滴滤池补充营养盐十分主要，不过堆肥生物滤池补给营养盐次数能够降低，一肥生物滤池补给营养盐次数能够降低，一年补给二次即可。年补给二次即可。第40页3温 度l废气生物处理多用中温条件废气生物处理多用中温条件(2535)，少用高温。少用高温。l土壤或堆肥处理废气时通常采取自然温度，土壤或堆肥处理废气时通常采取自然温度，假如微生物分解基质放热造成温度过高则假如微生物分解基质放热造成温度过高则需采取降温办法。需采取降温办法。第41页4氧气l废气处理多用异养型好氧微生物废气处理多用异养型好氧微生物；l氧供给量与供给方式对处理效率影响很大，氧供给量与供给方式对处理效率影响很大，微生物数量、基质浓度和温度等原因也会微生物数量、基质浓度和温度等原因也会影响供氧。影响供氧。l少数厌氧条件，比如着色菌处理硫化氢，少数厌氧条件，比如着色菌处理硫化氢，则需控制无氧条件，以氨气取代反应系统则需控制无氧条件，以氨气取代反应系统氧气。氧气。第42页5、酸碱度l以中性或微碱性为宜。以中性或微碱性为宜。l废气生物处理中细菌多数适应于中性至微碱废气生物处理中细菌多数适应于中性至微碱性环境，只有少数种类对酸碱度要求比较特性环境，只有少数种类对酸碱度要求比较特殊，殊，l比如氧化硫硫杆菌最适比如氧化硫硫杆菌最适pH为为2.62.8，最，最低为低为pH1.0，最高为，最高为pH4.06.0。第43页第二节第二节 恶臭原位处理恶臭原位处理一、恶臭污染物和污染源一、恶臭污染物和污染源 l恶臭污染物恶臭污染物(odor pollutants)指一切指一切刺激嗅觉器官引发人们不愉快及损害刺激嗅觉器官引发人们不愉快及损害生化环境气体物质。生化环境气体物质。第44页第二节第二节 恶臭原位处理恶臭原位处理l畜禽场是主要污染源畜禽场是主要污染源lONeil和和Phillips从养猪场中分离判从养猪场中分离判定到定到160种化合物，主要成份有种化合物，主要成份有氨、氨、胺、含硫化合物、挥发性脂肪酸、胺、含硫化合物、挥发性脂肪酸、吲哚类、粪臭类、酚类、醇类和羰吲哚类、粪臭类、酚类、醇类和羰基类化合物。基类化合物。第45页我国要求恶臭污染物我国要求恶臭污染物(GBl4554-93)l l氨、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、氨、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚、二硫化碳、苯乙烯二甲二硫醚、二硫化碳、苯乙烯。l恶臭物质发臭原因与分子结构相关：恶臭物质发臭原因与分子结构相关：l如两个烷基同硫结合时，就会变成二甲基硫如两个烷基同硫结合时，就会变成二甲基硫醚和甲基乙基硫醚等带有异臭硫醚。若再改醚和甲基乙基硫醚等带有异臭硫醚。若再改变一些化合物分子结构中变一些化合物分子结构中S位置，其臭味性质位置，其臭味性质也会改变。也会改变。第46页l l各种化合物分子结构中硫各种化合物分子结构中硫(=S)、巯基、巯基(-SH和硫氰基和硫氰基(-SCN)是形成恶臭原子团，是形成恶臭原子团，通称通称“发臭团发臭团”。l l有些有机物如苯酚、甲醛、丙酮等，其分有些有机物如苯酚、甲醛、丙酮等，其分子结构含有羟基、醛基、羰基和羧基，也子结构含有羟基、醛基、羰基和羧基，也散发各种臭味，起发臭团作用。散发各种臭味，起发臭团作用。第47页二、恶臭控制 焚烧，如对垃圾和食品加工厂残渣等可燃性物焚烧，如对垃圾和食品加工厂残渣等可燃性物质焚烧；质焚烧；氧化，氧化剂有臭氧、氯气和高锰酸钾等；氧化，氧化剂有臭氧、氯气和高锰酸钾等；吸附，吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝等；吸附，吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝等；酸碱处理，稀酸处理碱性恶臭物质酸碱处理，稀酸处理碱性恶臭物质(如三甲胺如三甲胺)，稀碱处理酸性恶臭物质，稀碱处理酸性恶臭物质(如硫化氢如硫化氢)：生物氧化，利用生物酶催化氧化作用；生物氧化，利用生物酶催化氧化作用；掩蔽，不便处理低浓度臭气施放有香气物质来掩蔽，不便处理低浓度臭气施放有香气物质来掩蔽臭气，假如浓度太高则不起作用。掩蔽臭气，假如浓度太高则不起作用。第48页畜禽喂养场恶臭控制畜禽喂养场恶臭控制 1日粮设计与恶臭控制日粮设计与恶臭控制 2饲料添加剂应用饲料添加剂应用l(1)酶制剂酶制剂 l(2)抗生素抗生素 l(3)益生菌益生菌(probiotics)l(4)酸化剂酸化剂 3除臭剂除臭剂(deodourant)使用使用l(1)化学除臭剂化学除臭剂(chemical deodoulant)l(2)生物除臭剂生物除臭剂(biological deodourant)第49页 三、恶臭原位微生物处理三、恶臭原位微生物处理l产生恶臭微生物多是一些动物肠道细菌，产生恶臭微生物多是一些动物肠道细菌，包含埃希氏菌属、拟杆菌属、柠檬酸杆包含埃希氏菌属、拟杆菌属、柠檬酸杆菌属、假单胞菌属和变形菌属。菌属、假单胞菌属和变形菌属。l l微生物除臭机理微生物除臭机理：将恶臭物质转化为非恶臭物质；将恶臭物质转化为非恶臭物质；利用恶臭物质为细胞物质。利用恶臭物质为细胞物质。第50页原位微生物处理优良菌种应具备特征原位微生物处理优良菌种应具备特征(1)有分解含硫或含氨和有机酸等恶臭化合有分解含硫或含氨和有机酸等恶臭化合物能力：物能力：(2)不产生含硫、含氨和有机酸等恶臭化合不产生含硫、含氨和有机酸等恶臭化合物；物；(3)能够在不宜环境下存活并在适宜环境下能够在不宜环境下存活并在适宜环境下快速繁殖；快速繁殖；(4)能够产生抗生素等抑菌物质抑制和杀死能够产生抗生素等抑菌物质抑制和杀死有害微生物。有害微生物。第51页Typical biofilter installation第52页除臭微生物种类l细菌：芽孢杆菌、链霉菌和光合细菌等细菌：芽孢杆菌、链霉菌和光合细菌等;l真菌：青霉、曲霉、木霉和酵母菌。真菌：青霉、曲霉、木霉和酵母菌。z微生物制剂使用微生物制剂使用：直接喷撒到堆肥、家畜场；直接喷撒到堆肥、家畜场；添加到饲料中在动物肠道就发挥作用添加到饲料中在动物肠道就发挥作用。第53页