第八章—生物法净化气态污染物-大气污染控制工程课件.ppt

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1、大气污染控制工程大气污染控制工程第八章 生物法净化气态污染物第八章 生物法净化气态污染物 废气的生物处理是利用微生物的生命过程把废气中的气态污染物分解转化成少害甚至无害的物质。自然界中存在各种各样的微生物，因而几乎所有无机的和有机的污染物都能被转化。生物处理不需要再生和其它高级处理过程，与其它净化法相比，具有设备简单、能耗低、安全可靠、无二次污染等优点，尤其在处理低浓度（3mg/L）、生物降解性能好的气态污染物时更显其经济性。第八章 生物法净化气态污染物本章学习内容：废气生物处理原理 影响生物净化废气的主要因素 生物法净化废气的工艺及设计 生物净化法的应用第一节 废气生物处理原理基本原理废气生

2、物处理的微生物 生物净化反应器 净化步骤：净化步骤：废气中的污染物首先同水接触并溶解于水中（即由气膜扩散进入液膜）；溶解于液膜中的污染物在浓度差的推动下进一 步扩散到生物膜，进而被其中的微生物捕获并吸收；微生物将污染物转化为生物量、新陈代谢副产 物或者二氧化碳和水；生化反应产物CO2从生物膜表面脱附并反扩散进入气相本体,而H2O 则被保持在生物膜内。一、基本原理生物法净化工业废气的传质降解模型一、基本原理净化速率影响因素：净化速率影响因素：气相向液固相的传质速率（与污染物的理化性质和反应器的结构等因素有关）；能起降解作用的活性生物质量；生物降解速率（与污染物的种类、生物生长环境条件、抑制作用等

3、有关）。一、基本原理二、废气生物处理的微生物微生物种类：自养菌和异养菌自养菌：在无有机碳和氧的条件下，以光和氨、硫化氢、硫和铁离子等的氧化获得必要的能量，由二氧化碳通过卡尔文循环提供生长所需的碳。适合于无机物的转化。缺点：能量转换过程缓慢；生长速率也非常慢；生物负荷不可能很大应用：用硝化、反硝化及硫化细菌等去除浓度不太高的臭味气体硫化氢、氨。异养菌：通过有机化合物的氧化来获取营养物和能量。适合进行有机物的转化。在适当的温度、酸碱度和有氧的条件下，该类微生物能较快地完成污染物的降解。应用：降解有机物如乙醇、硫醇、酚、甲酚、吲哚、脂肪酸、乙醛、胺等。二、废气生物处理的微生物微生物种类目标污染物例子

4、假单胞菌属(Pseudomonas)小分子烃类乙烷诺卡氏菌属(Nocardia)小分子芳香族化合物二甲苯、苯乙烯黄杆菌属(Flavobacterium)氯代化合物氯甲烷、五氯苯酚放线菌(Actinomyces)芳香族化合物甲苯真菌(Fungi)聚合高分子聚乙烯氧化亚铁硫杆菌(T.ferrooxidans)无机硫化物二氧化硫、硫化氢氧化硫硫杆菌(T.thiooxidans)有机硫化物硫醇(RSH)用于大气污染控制的一些微生物菌属二、废气生物处理的微生物生物洗涤器利用由微生物、营养物和水组成的微生物吸收液处理废气。适合于吸收可溶性气态污染物。典型的形式有喷淋塔、鼓泡塔及穿孔板塔等生物洗涤器。三、生

5、物净化反应器生物洗涤器生物过滤器用含有微生物的固体颗粒吸收废气中的污染物，然后微生物再将其转化为无害物质。典型的有土壤、堆肥等作为滤质，近来又有采用工程材料如活性炭、陶瓷或塑料等为滤料的方法。三、生物净化反应器生物过滤器工艺系统类别优点缺点备注生物洗涤器悬 浮 生 长系统 操作控制弹性强；传质好；适合于高浓度污染气体的净化；操作稳定性好；便于进行过程模拟；便于投加营养物质。投资费用高；运行费用高；过剩生物质量可能较大；需处理废水；吸收设备可能会堵塞；系统压降较大，菌种易随连续相流失；只适合处理可溶性污染物。对较难溶气体可采用鼓泡塔、多孔板式塔等气液接触时间长的吸收设备。生物过滤器附 着 生 长

6、系统处理能力大；工艺简单；操作简便；能耗低；投资少；运行费用低；对水溶性低的污染物有一定去除效率；适合于去除恶臭类污染物。污染气体的体积负荷低；只适合于低浓度气体的处理；工艺过程无法控制；滤料中易形成气体短路；滤床有一定的寿命期限；过剩生物质无法去除。菌种繁殖代谢快，不会随流动相流失，从而大大提高去除效率。生物滴滤器附 着 生 长系统 处理能力大；工艺简单；操作简便；能耗低；投资少；运行费用低；适合于中等浓度污染气体的净化；可控制pH；能投加营养物质。有限的工艺控制手段；可能形成气流短路；滤床会由于过剩生物质较难去除而堵塞失效。菌种易随流动相流失。三种类型的气态污染物生物净化装置优缺点比较三种

7、类型的气态污染物生物净化装置优缺点比较三、生物净化反应器第二节 影响生物净化废气的主要因素填料温度 pH 溶解氧 湿度 一、填料理想填料的性质：最佳的微生物生长环境较大的比表面积一定的结构强度高水分持留能力高孔隙率较低的体密度，减小填料压实的可能性材料优点缺点土壤一项成熟的技术，适合于处理有恶臭的或低浓度的气体，花费低低的缓冲量，低吸附能力，低生物降解率，营养物的供应有限泥炭和堆肥一种可用于商业的技术，适合于处理低浓度的有机废气，低成本低的缓冲量，低生物降解率，营养物的供应有限粒状活性炭高的吸附性能，好的生物量吸着力，可以处理高浓度的有机废气，高的生物降解能力成本高，因为吸附能力高所以很难清洗

8、粒状陶瓷易清洗，比活性炭的成本低，高生物降解率比土壤和泥炭堆肥贵塑料易清洗，材料易得，价格便宜无吸附能力，比焦炭贵，生物降解率低焦炭价格便宜，材料易得，吸水性好，吸附力强生物降解率较低不同填料的优缺点比较一、填料温度是微生物的重要环境因素。二、温度根据对温度的依赖，微生物可分为：低温性（40）微生物假单细胞菌环状弧菌硫氰氧化杆菌硫杆菌放线菌S2温度25353035273325302030pH6.57.57.08.06.87.65.57.57.08.0最适pH7.07.57.07.07.0几种微生物适应的温度和pH三、pH大多数细菌、藻类和原生物对pH的适应范围在410之间，最佳pH为6.57.

9、5。在污染物生物处理过程中，一些有机物的降解会产生酸性物质，使生物处理器的pH环境发生变化。一般地,采取在处理器中添加石灰、大理石、贝壳等来增加缓冲能力，调节pH。四、溶解氧根据微生物的呼吸与氧的关系，微生物可分为：好氧微生物：需要供给充足的氧。在呼吸中氧作为最终电子受体；在甾醇类和不饱和脂肪酸的生物合成中需要氧。兼性厌氧（或兼性好氧）微生物：既可在无氧条件也可在有氧条件下生存。厌氧微生物：只有在无氧条件下才能生存。五、湿度在生物过滤处理废气中，湿度是一个重要的环境因素。控制氧的水平生命活动的需要影响湿度变化的主要因素：湿度、未饱和的进气、生物氧化、与周围进行热交换等 一、生物洗涤法1.1.生

10、物洗涤工艺生物洗涤工艺构成：吸收器和生化反应器吸收过程很快，生化反应过程较慢 提高氧的供给，加快生化过程速率生物洗涤法处理工业废气流程一、生物洗涤法（1）活性污泥法 利用污水处理厂剩余的活性污泥配制混合液，作为吸收剂处理废气。吸收设备可用喷淋塔、板式塔或鼓泡反应器等。该方法对脱除复合型臭气效果很好，脱臭效率可达99，而且能脱除很难治理的焦臭（2）微生物悬浮液法 用由微生物、营养物和水组成吸收剂处理废气，该方法的原理、设备和操作条件与活性污泥法基本相同，由于吸收液接近清液，设备堵塞可能性更少，适合于吸收可溶性气态污染物。假定废液均匀流过反应池，则在稳定情况下：将上式整理积分可得：用上式可计算反应

11、池体积，式中k可通过试验求得。一、生物洗涤法如果连续通空气供氧，就会造成返混。这种情况下可通过物料衡算计算：反应池长度一、生物洗涤法二、生物过滤法1.1.生物过滤工艺生物过滤工艺构成：滤料床层；沙砾层 多孔布气管分类：土壤滤池堆肥滤池生物过滤箱生物滴滤池生物过滤处理系统土壤滤池土壤滤池 构造：气体分配层下层由粗石子、细石子或轻质陶粒骨料组成，上部由黄砂或细粒骨料组成 土壤滤池结构示意图土壤滤池结构示意图 二、生物过滤法利用土壤中的胶状颗粒的吸附作用，将废气中的气态污染物转移到土壤中；土壤中的微生物再将污染物转化成无害物。堆肥滤池堆肥滤池 堆肥滤池二、生物过滤法以生活垃圾、污水厂的污泥、畜产品加

12、工或酿造下脚、农作物茎叶和禽畜粪便等有机废弃物为原料，经好氧发酵得到熟化堆肥，盖在废气发生源上，使污染物分解达到净化目的。生物过滤箱生物过滤箱废气通过床层，污染物部分被载体吸附，部分被水吸收，然后由微生物对污染物进行降解。由箱体、生物活性床层、喷水器等组成。床层由多种有机物混合制成的颗粒状载体构成，有较强的生物活性和耐用性。微生物一部分附着于载体表面，一部分悬浮于床层水体中。二、生物过滤法2.2.生物过滤设计计算生物过滤设计计算滤料表面污染物浓度分布生化反应速率方程：二、生物过滤法在稳定情况下：则：令：由相界面上的物料平衡关系可得：二、生物过滤法如果过程中的平衡关系符合亨利定律，则 于是 二、

13、生物过滤法 令：将上二式代入后在整个滤层积分，并令：则：二、生物过滤法过滤过程反应速率按指数关系变化：目前一般是通过试验确定kB值，肥料厂、肉类加工厂和烟草加工厂等废气生物处理装置 kB=0.050.2 s-1。二、生物过滤法参数参考值表面气流速率10100m3/(m2h)停留时间1560s填料高度0.51.0m压降5001000Pa相对湿度30%60%pH78生物过滤池经验设计参数二、生物过滤法第四节 生物净化法的应用生物吸收装备的应用生物过滤装置的应用生物滴滤装置的应用一、生物吸收装备的应用1.1.动物脂肪加工厂废气的生物处理动物脂肪加工厂废气的生物处理废气组成：由含有氨、胺、硫醇、脂肪酸

14、、乙醛和酮的空气组成。吸收器结构：第一级用弱酸性（pH5.5）吸收剂第二级用弱碱性(pH9)吸收剂 吸收剂为微生物悬浮液 动物脂肪加工厂废气生物吸收系统一、生物吸收装备的应用2.2.轻金属铸造厂废气的生物处理轻金属铸造厂废气的生物处理废气组成：含有胺、酚和乙醛等污染物。吸收器结构：两个并联的吸收器、生物反应器及辅助设备组成。第一级用弱酸性吸收剂吸收粉尘和碱性污染物 第二级气体与生物悬浮液接触 吸收剂为微生物悬浮液 一、生物吸收装备的应用轻金属铸造厂废气生物吸收系统1-新鲜水 2-营养物 3-生物反应器 4-第一级泵 5-第二级泵 6-吸收液贮槽一、生物吸收装备的应用技术数据动物脂肪加工厂轻金属

15、铸造厂气体流量/(mN3h-1)40000260000气体最高温度/K308308输入气体浓度200020000Nod60100mL/m3(以丙烷计)净化后气体浓度50 Nod 6mgm-3（以酚计）气体平均停留时间/s49气液比/mN3(气)m-3(液)346.8气体压降/Pa1200400600能耗/(kJm-3)5.767.20原料消耗/(kgh-1)NaOH(纯)0.1；H2SO4(纯)2.0设备材料聚乙烯和聚氯乙烯聚乙烯和聚氯乙烯生物反应器主要技术数据注：注：Nod是臭味单位。一、生物吸收装备的应用二、生物过滤装置的应用1.1.堆肥场和动物脂肪加工厂的废气处理堆肥场和动物脂肪加工厂的

16、废气处理废气组成：废气中所含臭味物质主要是乙醇、丁二酮、苎烯、丙酮、戊二胺、腐胺、氨、硫醇、硫化氢、脂肪酸、醛及其它碳氢化物。装置结构：滤料采用堆肥，滤层厚度不应小于1000mm，气体分配层厚度约300mm。技术数据堆肥场动物脂肪加工厂动物饲养场过滤材料固体废弃物堆肥固体废弃物堆肥纤维状泥炭和柴草输入气体量/(m3h-1)160002500011000过滤面积/26428839滤层厚度/m110.5滤料堆积密度/(kgm-3)700700380空隙率/%406040607590气体在滤层中平均停留时间/s24175过滤负荷/(m3m-2h-1)6088282气体通过滤层的压降/Pa160018

17、00160018004070滤层湿度/%406040602575三种生物滤池的主要技术数据二、生物过滤装置的应用技术数据堆肥场动物脂肪加工厂动物饲养场输入气体浓度/mg(碳)mN-323045670Nod输入气体温度/K301303291305净化后气体浓度/mg(碳)mN-38.33.52.07.0Nod耗水量/(m3m-2)0.40.70.50.80.30.6耗电量/(kJm-3)2.162.882.883.600.580.65预除尘器希望有希望有希望有三三种生物滤池的主要技术数据种生物滤池的主要技术数据注：Nod是臭味单位二、生物过滤装置的应用续表2.2.动物饲养场废气处理动物饲养场废气

18、处理废气成分：含多种无机和有机臭味物质，如氨、胺、氨化合物、乙醇、酯、酚和吲哚等。动物饲养场废气生物滤池二、生物过滤装置的应用3.3.生物过滤法处理油漆厂废气生物过滤法处理油漆厂废气废气成分：含有甲苯、二甲苯等有机污染物。项目工厂1工厂2工厂3废气最大持续排放量/(kgh-1)生物过滤器工作时间/(hd-1)生物过滤器进气量/(m3h-1)生物过滤器滤床体积/m3VOCs 去除率/%0.17202306650.572074046770.7824350018093Bioton生物处理装置的应用实例 采用Bioton生物处理装置对3个油漆厂排放的有机废气的处理结果见下表。二、生物过滤装置的应用4.

19、4.生物过滤法处理炼油厂废气生物过滤法处理炼油厂废气 生物过滤法的优势在于初期投资、操作和维护费用低，特别是在污染物浓度较低(100010-6)时最为明显。炼油厂废气生物处理与其它方法的比较控制技术 总投资 年折旧 年运行费用 年总费用 /千美元 /千美元 /千美元 /千美元(1)生物过滤去除95%VOCs 700012000 11001900 10003000 21004900去除98%的苯 5001150 80185 40120 120305(1)去除98%的臭味 250420 4070 4085 80155(2)(2)先进的燃烧技术 8001000 130160 200 300360(3)(3)活性炭吸附(用蒸汽再生)840 134 135 270注:假设设备寿命为10a,年利率10%.二、生物过滤装置的应用三、生物滴滤装置的应用 美国新泽西州的Lawrenceville,采用生物滴滤池处理挥发性有机物(VOCs)、有害空气污染物质(HAPs)和海边污水处理厂的恶臭排放物，对来自工业废水、炼油厂的处理池的废气处理流程是：污染气体下向流，同循环的液体一起运行，经过两个生物滴滤池(填料是455 kg的活性炭)处理后而排放。