第八章 生物法净化气态污染物4

用上式可计算反应池体积，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：
Af u( L1 L2 ) kL 2V
反应池长度
V L Af
L1 L2 kL 1 u
二、生物过滤法
1. 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
二、生物过滤法
土壤滤池 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。
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
二、生物过滤法
堆肥滤池 以生活垃圾、污水厂 的污泥、畜产品加工或酿 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。
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生物洗涤法 生物过滤法
一、生物洗涤法
1.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。
一、生物洗涤法
2 设计计算 吸收设备：见第五章相关内容 生化反应器设计： 一般废液中污染物浓度较低，其转化反 应可视为一级反应：
q kL
一、生物洗涤法
假定废液均匀流过反应池，则在稳定情况下：
d L u k L dx
将上式整理积分可得：
L2
kL L1 exp( ) u
有限的工艺控制手段； 菌种易随 可能形成气流短路；滤床会 由于过剩生物质较难去除而 流动相流失。 堵塞失效。
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
三、pH
大多数细菌、藻类和原生物对pH的适应范围在 4～10之间，最佳pH为6.5～7.5。 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。
几种微生物适应的温度和pH
微生物 温度／℃ pH 假单细胞菌 25～35 6.5～7.5 环状弧菌 30～35 7.0～8.0 硫氰氧化杆菌 27～33 6.8～7.6 硫杆菌 25～30 5.5～7.5 放线菌S2 • 20～30 7.0～8.0
最适pH
7.0
7.5
7.0
7.0
7.0
二、温度
用于有机物和无机物降解的微生物均是中 温、高温菌占优势。一般地，生物处理可在25 ～35℃下进行，很多研究表明：35℃是好氧微 生物的最佳温度。 温度除了改变微生物的代谢速率外，还 能影响污染物的物理状态，使得一部分污染 物发生固-液、气-液相转换，从而影响生物 净化效果。
生物洗涤器
三、生物净化反应器
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。
生物过滤器
三、生物净化反应器
生物滴滤器 增设附着有微生物的填料， 在填料上方喷淋循环水， 通过循环液中微生物和滤 料表面微生物膜的作用将 污染物转化为无害物质。 对高污染负荷的废气处理 效率高。 滤料一般为陶瓷或塑料。
操作控制弹性强；传质 好；适合于高浓度污染气体 悬浮生长 的净化；操作稳定性好；便 系统 于进行过程模拟；便于投加 营养物质。 处理能力大；工艺简单；操 作简便；能耗低；投资少； 附着生长 运行费用低；对水溶性低的 系统 污染物有一定去除效率；适 合于去除恶臭类污染物。 处理能力大；工艺简单；操 作简便；能耗低；投资少； 附着生长 运行费用低；适合于中等浓 系统 度污染气体的净化；可控制 pH；能投加营养物质。
2.生物过滤设计计算
生化反应速率方程：
q kAL
在稳定情况下：
d AG N A u dx
VL N A q VG
滤料表面污染物浓度分布
二、生物过滤法
VL N A k AL VG
令： 则：
u
VL k k VG d AG
dx
k AL
生物滴滤器
三、生物净化反应器
三种类型的气态污染物生物净化装置优缺点比较
工艺 生 物 洗 涤 器 生 物 过 滤 器 生 物 滴 滤 器 系统类别 优点 缺点 备注 对较难 投资费用高；运行费用 溶气体可采 高；过剩生物质量可能较大； 用鼓泡塔、 需处理废水；吸收设备可能 多孔板式塔 会堵塞；系统压降较大，菌 等气液接触 种易随连续相流失；只适合 时间长的吸 处理可溶性污染物。 收设备。 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。
好
较差 无 不明
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。
污泥驯化或纯培养：以一种物质为目标污染物 混合培养：复杂、多种污染成分的目标污染物
新的技术研究：改变外部环境条件(光照或化 学药剂)，诱发基因突变，生产优良菌株。利 用生物工程技术，对微生物基因(DNA)的剪切、 重组得到超级微生物,发展固定化微生物(酶) 技术等。
二、废气生物处理的微生物
二、废气生物处理的微生物
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
微生物菌种的培养：
泥炭和堆肥
粒状活性炭
粒状陶瓷 塑料 焦炭
易清洗，比活性炭的成本低，高生物降解率 易清洗，材料易得，价格便宜 价格便宜，材料易得，吸水性好，吸附力强
比土壤和泥炭堆肥贵
无吸附能力，比焦炭贵，生物降 解率低
生物降解率较低
二、温度
温度是微生物的重要环境因素。 根据对温度的依赖，微生物可分为： 低温性（<25℃） 中温性（25• ～40℃） 高温性（>40℃）
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 废气生物处理的微生物 生物净化反应器
一、基本原理
废气的生物处理是利用微生物新陈代谢过程 中需要营养物质这一特点，把废气中的有害物
用于大气污染控制的一些微生物菌属
微生物种类 假单胞菌属 ( Pseudomonas) 诺卡氏菌属 ( Nocardia) 黄杆菌属 ( Flavobacterium) 放线菌 ( Actinomyces) 目标污染物 小分子烃类 小分子芳香族化合物 氯代化合物 芳香族化合物 聚合高分子 无机硫化物 例子 乙烷 二甲苯、苯乙烯 氯甲烷、五氯苯酚 甲苯 聚乙烯 二氧化硫、硫化氢
堆肥滤池
二、生物过滤法
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
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。
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：
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、抑制作用等有关）。
一、基本原理
微生物对各种气态污染物的生物降解效果
化合物 甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、丁醇、四氢呋喃、甲醛、乙 醛、丁酸、三甲胺 生物降解效果 非常好
苯、丙酮、乙酸乙酯、苯酚、二甲基硫、噻吩、甲基硫醇、 二硫化碳、酰胺类、吡啶、乙腈、异腈类、氯酚
甲烷、戊烷、环己烷、乙醚、二氯甲烷 1,1,1-三氯甲烷 乙炔、异丁烯酸甲酯、异氰酸酯、三氯乙烯、四氯乙烯
一、填料
不同填料的优缺点比较
材料 土壤 优点 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 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 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 缺点 低的缓冲量，低吸附能力，低生 物降解率，营养物的供应有限 低的缓冲量，低生物降解率，营 养物的供应有限 成本高，因为吸附能力高所以很 难清洗
生物净化反应器类型和特点
类型 生物过滤器 生物洗涤器 生物滴滤器 微生物群落 固着 分散 固着 液相状态 静止 流动 静止
三、生物净化反应器
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。
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
第三节 生物法净化废气的工艺及设计
真菌 ( Fungi)
氧化亚铁硫杆菌 ( T. ferrooxidans) 氧化硫硫杆菌 ( T. thiooxidans)
有机硫化物
硫醇(RSH)
三、生物净化反应器
1.反应器分类 根据微生物的存在形式，分为悬浮生长系统和附着 生长系统； 根据液相是否流动以及微生物群落是否固定，可分 为三类：生物过滤器、生物洗涤器和生物滴滤器。
质转化成简单的无机物如二氧化碳、水等，以
及细胞物质。
一、基本原理
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。