生物法净化有机废气.docx

《有机废气治理技术》课程论文

环境工程08-2班

姓名：刘永胜

学号：07083211

生物法净化有机废气
摘要：有机废气的概念及治理技术的分类，主要介绍生物法处理有机废气的原理及其工艺。
关键词 ： 挥发性有机废气 生物法 生物过滤 生物洗涤 生物滴滤
挥发性有机化合物（Volatile Orgnaic Compounds,简称VOCS）是一大类有机污染物,通常是指在常温下饱和蒸气压约大于70Pa,常压下沸点小于260℃的有机化合物。从环境监测的角度来讲,它指以氢火焰离子检测器测出的非甲烷烃类检出物的总称,主要包括氧烃类、烃类、氮烃、卤代烃类及硫烃类化合物等。除此之外,VOCS还有以下几种定义：①指任何能参加气相光化学反应的有机化合物；②一般压力条件下,沸点（或初馏点）低于或等于250℃的任何有机化合物；③世界卫生组织（WHO，1989）,对总挥发性有机化合物（TVOC）的定义是:熔点低于室温,沸点范围在50～260℃之间的挥发性有机化合物的总称。
由于人们环保意识的增强以及对环境质量要求的提高，提出了各种办法来减少挥发性有机废气在人类生存环境中的浓度，分别为催化氧化燃烧（Catalytic Oxidization），热力燃烧（Thermal Oxidization），生物法（Bio-Treatment），化学氧化法（Chemical Oxidization)，电晕法（Corona technology ），冷凝（Condenstion），吸附（Adsorption）， 吸收（Absorption），膜分离法（Separation Membrane）。各种方法有各自的优点和缺点，在众多的方法中，我认为生物法是最好的，因为我国国民经济处在迅速发展的时期，针对工业上气量大、浓度低，且污染物大都无回收价值的VOCs废气治理而言，生物法与其他方法相比，无论从经济角度，还是从技术角度上来讲，都有不可比拟的优越性和重要性。它工艺简单、操作方便、运行稳定、处理效果好、无二次污染，特别是费用低、能耗少是实施可持续发展的一项有利技术措施。因此，生物法备受人们的青睐，吸引着世界各国许多环保人士致力于该方法的研究，以开发更有效的生物处理技术。先将各种治理有机废气的方法作简要的介绍，再详细阐述生物法在治理中的重要作用。
(一)热力燃烧（Thermal Oxidization）
燃烧法是利用有机气相污染物易燃烧性质进行处理的一种方法。其中，直接燃烧法，又称火焰燃烧法，它是把可燃的有机气相污染物当作燃料来燃烧的一种方法。该法适合处理高浓度有机气相污染物，燃烧温度控制在 650℃以上，去除效率达 95％以上。
（二）催化氧化燃烧（Catalytic Oxidization）
催化氧化燃烧是一种类似热氧化的方式来处理有机气相污染物的，它净化有机物是用铂、钯等贵金属催化剂及过渡金属氧化物催化剂来代替火焰，操作温度较热氧化低一半，通常为250℃~500℃。
（三）化学氧化法（Chemical Oxidization)
臭氧氧化法
紫外光催化氧化法（Ultraviolet ）
（1）紫外光+O2
紫外光氧化去除气态有机物是利用紫外光和活性氧来破坏气态的VOCs，如通过调频紫外光的光催化作用与臭氧或过氧化氢等氧化剂一同破坏挥发性有机化合物。通常，大多数的VOCs只会被紫外线激活，销毁则主要是由氧化剂来完成的。
(2)紫外光+TiO2
特定波长的光照射纳米TiO2 半导体材料 ,可以激发出“电子-空穴”对(一种高能粒子) ,这种“电子-空穴” 和周围的水、氧气发生反应后 ,就产生了具有极强氧化能力的自由基活性物质 ,可将气体中的甲醛、苯、氨气、硫化氢等有害污染物氧化、分解成 CO2、H2O 等无毒无味的物质。故不存在吸附饱和和二次污染问题。
（四）电晕法（Corona technology ）
电晕法处理VOCs的原理是通过高压脉电晕，在常温下产生大量的高能电子或高能电子激发产生的O、OH、N等活性粒子，并且还可以产生臭氧，各种活性粒子和臭氧会与VOCs发生化学反应，破坏VOCs分子中的C—C、C—O或C—H等化学键，由于O、OH基及臭氧具有强氧化能力，结果使C、H分解氧化产生CO2和H2O。
（五）冷凝（Condenstion）
冷凝是对废气进行冷却或加压使其中待去除的物质达到过饱和状态而冷凝从气体中分离出来，冷凝的效率由于受到冷却程度和加压程度的限制，一般不会太高，因此往往作为预处理和前级净化手段，其排气还需进一步处理后才能排放。
（六）吸附（Adsorption）
在吸附法中，其主要利用吸附剂的表面物理吸附作用将VOCs从气体中分离出来。吸附剂在使用和再生的过程中会不断的损失其吸附容量，因此在使用一定时间后需全部更换。
（七）吸收（Absorption）
吸收是通过让含VOCs的污染气体与液体溶剂接触而达到使污染物从气相转移到液相的一种操作过程。过程是在填料塔、板式塔或喷雾塔等吸收装置中完成的。
（八）膜分离法（Separation Membrane）
膜分离技术是一种新的高效分离方法。采用对有机物具有选择性渗透的高分子膜，在一定压力下，VOCs气体进入膜分离系统，膜选择性地让VOCs气体通过而被富集，脱除了VOCs的气体达标排放。
（九）生物法（Bio-Treatment）
生物净化技术的实质是附着在滤料介质中的微生物在适宜的环境条件下，利用废气中的有机成分作为碳源和能源，维持其生命活动,并将有机物分解为二氧化碳、水、无机盐和生物质等无害的物质。
生物法是一种经济有效环境友好的VOCs治理方法，主要适用于低浓度有机废气的治理。在生物法处理挥发性有机物方面，已成功的开发了生物过滤器、生物洗涤塔、生物滴滤器等系统。
1.生物法处理VOCs原理
生物法处理VOCs废气机理如图所示，VOCs废气的生物净化是微生物通过代谢活动，将废气中的VOCs转化为简单的无机物（CO2和H2O等）及细胞组成物质的过程。
废气的生物净化过程和废水的生物净化过程的最大区别在于：气态污染物首先要经历由气相转移到液相或固体表面的液膜中的传质过程，然后污染物才在液相或固相表面被微生物降解。

按照生物膜理论，有机废气的生物治理须经三个阶段，即气液转化阶段、生物吸附吸收阶段和生物降解阶段。
（1）气液转化阶段
废气中有机物同水接触并溶于液相中，经气液相传质，废气中的一些小分子转移到液相中，从气膜进入液膜。
（2）生物吸附吸收阶段
溶于液相中的污染物成分在浓度差的推动下，进一步扩散到生物膜，被微生物作为营养成分吸收和捕获。
（3）生物降解阶段
被微生物细胞吸收的有机物，在微生物代谢过程中被降解，转化为微生物生长所需要的养分或CO2和H2O；同时，生化反应的气态产物脱离生物膜，逆向扩散通过液膜和气膜最后进入大气被排放。
2.有机废气处理工艺
工艺：生物过滤、生物洗涤和生物滴滤
一般认为，处理亨利系数较低(Hc<0. 01)，易溶于水的污染物，倾向于采用生物洗涤法；亨利系数较高(Hc >1)，难溶于水的污染物适宜于用生物过滤法；溶解度介于两者之间的污染物质((0. 01处理后的气体在从生物过滤器的另一端排出。
生物洗涤法(Bioscrubber)
生物洗涤法的基本原理： 生物吸收法也叫生物洗涤法。它是利用由微生物、营养物和水组成的微生物吸收液处理有机废气,适合于去除可溶性有机废气。吸收了废气的微生物混合液再进行好氧处理，去除液体中吸收的污染物，经处理后的吸收液再重复使用。在生物洗涤法中，微生物及其营养物配料存在于液体中，气体污染物通过与悬浮液的接触转移到液体中，从而被微生物降解。
生物滴滤法(Biotrickling filter)
生物滴滤法的基本原理： 生物滴滤法处理VOCs的原理与生物过滤法基本相同,它是介于生物过滤法与生物洗涤法之间的一种生物处理技术。生物滴滤反应器中一般填充惰性填料,如陶瓷、碎石、珍珠岩、塑料材质填料等，在此系统中填料仅为微生物提供一定的附着表面。废气同生长在惰性填料上的生物膜（微生物）接触,从而被生物降解。
虽然生物法在处理挥发性有机废气方面有很多的优点和好处，但是它也有一些不足，生物法的缺点主要是所能承载的污染物负荷不能太高,因而一般占地较大。另外,对于气态污染物生物进化的机制了解还不充分,设计和运行基本还停留在经验和现场实验获取数据的水平,造成一些设备的运行效果不稳定。
随着科学技术水平的提高，我相信一定能够克服生物法的缺点和不足，并且可以设计更好的处理设施来处理挥发性有机废气，望我们的的生存环境越变越好。
参考文献：
1 王家德, 陈建孟等 有机废气的生物处理概述 上海环境科学,1998
2 何世龙 主编 《有机废气治理技术》课程讲义
3 孙佩石, 杨显万, 黄若华, 杨海燕。 生物膜填料塔净化有机废气研究. 中国环境科学, 1996
4 吴为中, 王占生。 水库水源水生物陶粒滤池预处理中试研究。 环境科学研究, 1999
5 何世龙 有机废气课件