第八章 生物法净化气态污染物4

生物法处理废气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或甚至无害物质。

自然界中存在各种各样的微生物，几乎所有无机的和有机的污染物都能转化。

生物处理不需要再生和其他高级处理过程，与其他净化法相比，具有设备简单、能耗低、安全可靠、无二次污染等优点，但不能回收利用污染物质。

1.2.3.1 基本原理在适宜的环境条件下，微生物不断吸收营养物质，并按照自己的代谢方式进行新陈代谢活动。

废气中生物处理正是利用微生物新陈代谢过程中需要营养物质这一特点，把废气中的有害物质转化成简单的无机物如二氧化碳、水，以及细胞物质等。

1.2.3.2 微生物降解污染物的过程由于微生物将废气中的有害物质进行转化的过程在气相中难以进行，所以废气中气态污染物首先要经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体表面被微生物吸附降解。

按照Ottengraf 提出的生物膜理论，生物法净化处理工业废气一般要经历以下四个步骤（图1-1）。

1）废气中的污染物首先同水接触并溶解于水中（由气膜扩散进入液膜）；2）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；3）微生物将污染物转化为生物量、新陈代谢副产品或者C02、水等；4）生化反应产物0 0 2从生物膜表面脱附并反扩散进入气相本体，而1120 则被保持在生物膜内。

气态污染物的生物处理过程也是人类对自然过程的强化和工程控制，其过程的速率取决于：①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）;②能起降解作用的活性生物质量；③生物降解速率（与污染物的种类、生物生长环境条件、控制作用有关）。

表1-1 列出了各种气态污染物的生物降解效果。

填料固液混合层图1-1生物法净化工业废气的传质降解模型按照获取营养的方式不同，用于污染物生物降解的微生物有两大类：自养菌和异养菌。

自养菌可以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，而生长所需的碳则由二氧化碳通过卡尔文循环提供，因此它特别适合于无机物的转化。

第四章 净化气态污染物的方法我们都知道，大气污染物分类为气态污染物和颗粒状污染物，本章是针对于气态污染物的处理方法进行学习。

工程上净化气态污染物的方法主要有以下几种：利用溶液的溶解作用所组成的气体吸收净化；利用固体表面吸附作用的吸附净化；利用某些催化剂的催化转化；有机物的高温焚烧等方法。

§1 吸收法净化气态污染物吸收法净化气态污染物是利用气体混合物中各种成分在吸收剂中的溶解度不同，或者与吸收剂中的组分发生选择性化学反应，从而将有害组分从气流中分离出来的操作过程。

吸收分为物理吸收和化学吸收两大类。

吸收过程无明显的化学反应时为物理吸收，如用水吸收氯化氢。

用水吸收二氧化碳的感。

吸收过程中伴有明显化学反应时为化学吸收，如用碱液吸收难以达到排放标准，因此大多数采用化学吸收。

吸收法不但能消除气态污染物对大气的污染，而且开可以使其还可以使其转化为有用的产品。

并且还有捕集效率高、设备简单、一次性投资低等优点，因此，广泛用于气态污染物的处理。

如处理含有SO 2、H 2S 、HF 和NO x 等废气的污染物。

一、吸收平衡理论物理吸收时，常用亨利定律来描述气液两相间的平衡，即i i i x E p =* 式中*i p ——i 组分在气相中的平衡分压，Pa ；i x ——i 组分在液相中的浓度，mol%；i E ——i 组分的亨利系数，Pa 。

若溶液中的吸收质（被吸收组分）的含量i c 以千摩尔/米3表示，亨利定律可表示为： i i i H c p =*或i i i p H c =i H ——i 气体在溶液中的溶解度，kmol/m 3·Pa 。

亨利定律适用于常压或低压下的溶液中，且溶质在气相及液相中的分子状态相同。

如被溶解的气体在溶液中发生某种变化（化学反应、离解、聚合等），此定律只适用于溶液中未发生化学变化的那部分溶质的分子浓度，而该项浓度决定于液相化学反应条件。

二、双膜理论吸收是气相组分向液向转移的过程，由于涉及气液两相间的传质，因此这种转移过程十分复杂，现已提出了一些简化模型及理论描述，其中最常用的是双膜理论，它不仅用于物理吸收，也适用于气液相反应。

在塑料、橡胶加工、油漆生产、汽车喷漆和涂料生产等诸多工业领域中，工业品的生产和加工过程产生了大量含有挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOC）的废气（VOC废气）。

这些废气未经处理排入大气，在一定条件下会形成光化学污染，影响大气质量，影响动植物生长和人类的健康。

某些有毒VOC废气有致残、致畸、致癌作用，对长期暴露其中的人体造成严重伤害。

为此，各国颁布了相应的法令，限制该类气体的排放，我国于1997年颁布并实施的《大气污染综合排放标准》，限定33种污染物的排放限值，其中包括苯、甲苯、二甲苯等挥发性有机物。

对VOC废气的治理，有多种处理技术可供使用。

但对于VOC浓度低、风量大的废气，传统工艺存在投资运行费用高、处理效率低和处理后存在二次污染等问题。

近年来，逐渐发展的废气生物处理技术作为一种新型的空气污染控制技术，得到日益广泛的应用。

该项技术与传统的燃烧法、催化氧化法、吸收法、吸附法相比，对VOC低含量废气的处理有明显的优势。

本文主要介绍现行的德国废气生物处理技术，以期对我国相应技术的推广应用起到借鉴作用。

1 废气生物处理工艺1.1 生物处理原理废气的生物处理技术首先应用于农业生产过程中异味气体的处理，例如养殖业中动植物加工产生的臭气、堆肥发酵和生物污泥废气处理等。

随着工业生产中产生的挥发性有机气体的污染日益严重，这项技术逐步应用到工业废气净化领域。

其净化的基本原理是：有机废气或异味气体流经带有液体吸收剂的处理器；在处理器中，由于废气中的污染物在气、液相之间存在浓度梯度，浓度差使其从气相转移到液相，被生存其中的微生物吸附；通过微生物的代谢作用，有机物被分解、转化为生物质和无机物。

1.2 反应处理工艺分类生物处理技术的基本工艺流程以生物过滤为例，如图1所示，废气经过一定的除尘、温度和湿度调节，进入生物处理单元，经过微生物的处理，气体可以达标排放。

图1 有机废气的生物处理工艺流程图根据处理运行方式不同，处理工艺主要分为生物滤床工艺和生物洗提工艺两种。

生物法处理废气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或甚至无害物质。

自然界中存在各种各样的微生物，几乎所有无机的和有机的污染物都能转化。

生物处理不需要再生和其他高级处理过程，与其他净化法相比，具有设备简单、能耗低、安全可靠、无二次污染等优点，但不能回收利用污染物质。

1.2.3.1基本原理在适宜的环境条件下，微生物不断吸收营养物质，并按照自己的代谢方式进行新陈代谢活动。

废气中生物处理正是利用微生物新陈代谢过程中需要营养物质这一特点，把废气中的有害物质转化成简单的无机物如二氧化碳、水，以及细胞物质等。

1.2.3.2微生物降解污染物的过程由于微生物将废气中的有害物质进行转化的过程在气相中难以进行，所以废气中气态污染物首先要经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体表面被微生物吸附降解。

按照Ottengraf提出的生物膜理论，生物法净化处理工业废气一般要经历以下四个步骤（图1-1)。

1)废气中的污染物首先同水接触并溶解于水中（由气膜扩散进入液膜)；2)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；3)微生物将污染物转化为生物量、新陈代谢副产品或者C02、水等；4)生化反应产物002从生物膜表面脱附并反扩散进入气相本体，而1120则被保持在生物膜内。

气态污染物的生物处理过程也是人类对自然过程的强化和工程控制，其过程的速率取决于：①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);②能起降解作用的活性生物质量；③生物降解速率（与污染物的种类、生物生长环境条件、控制作用有关)。

表1-1列出了各种气态污染物的生物降解效果。

填料固液混合层图1-1生物法净化工业废气的传质降解模型表1-1微生物对各种气态污染物的生物降解效果化合物生物降解效果甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、丁醇、四氢呋喃、甲醛、乙醛、丁醛、三甲胺非常好苯、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、氯酚好甲烷、戊烷、环己烷、乙醚、二氯甲烷较差1,1,1-三氯甲烷无乙炔，异丁烯酸甲酯、异氰酸酯、三氯乙烯、四氯乙烯不明1.2.3.3废气生物处理的微生物按照获取营养的方式不同，用于污染物生物降解的微生物有两大类：自养菌和异养菌。

污染气体的生物处理引言随着工业化和城市化的快速发展，大量的污染气体被排放到空气中，给环境和人类健康带来了严重的威胁。

传统的处理方法，如物理和化学方法，具有成本高、效果有限等缺点。

因此，生物处理成为一种越来越受到关注的方法，它利用生物体的代谢能力降低或清除污染气体，具有环保、高效和经济的优点。

本文将介绍污染气体的生物处理技术及其应用。

1. 生物处理原理生物处理通过利用微生物的代谢能力来降解或转化污染气体。

微生物可以通过不同的代谢途径将有害的污染气体转化为无害物质，或将其减少到对环境无害的水平。

以下是合成气、二氧化硫和氨气三种典型的污染气体的生物处理原理的简要介绍：1.1 合成气的生物处理合成气是一种由一氧化碳和氢气组成的气体混合物，通常由生物质的气化产生。

合成气的生物处理是通过利用气体发酵或甲烷发酵微生物将一氧化碳和氢气转化为甲烷和二氧化碳，从而达到减少一氧化碳和提高甲烷含量的目的。

1.2 二氧化硫的生物处理二氧化硫是工业生产中常见的污染气体之一，对环境和人类健康有害。

二氧化硫的生物处理主要通过利用还原型微生物中的酶来将其转化为硫酸和硫酸盐。

这种转化过程可以降低二氧化硫的浓度，减少其对环境的污染。

1.3 氨气的生物处理氨气是农业生产中常见的污染气体，对土壤和水体造成一定程度的污染。

氨气的生物处理依靠氨氧化细菌将其氧化为硝酸盐或亚硝酸盐，进而转化为无害物质。

这种生物转化过程被称为氨氧化和亚硝化反应。

2. 污染气体的生物处理技术为了实现高效、可持续的生物处理，需要开发和应用适合不同污染气体的生物处理技术。

以下是几种常见的污染气体生物处理技术的简要介绍：2.1 生物滤池生物滤池是一种常用的污染气体生物处理装置，它包括填充了生物质料的滤床和呼吸系统。

污染气体通过滤床时，其中的微生物会附着在生物质料表面，利用其代谢能力将污染物降解或转化为无害物质。

生物滤池适用于处理有机污染物气体，如挥发性有机物和氨气。

2.2 生物膜反应器生物膜反应器是一种将微生物附着在膜表面上进行生物处理的装置。

大气污染控制工程课后习题答案（蒋文举版）第一章概论习题P181.5废气流量为1000m3N/s，SO2的体积分数为1.6×10-4，试确定：①SO2在混合气体中的质量浓度；②每天的SO2排放量（kg/d）。

解：①SO2的浓度=1.6×102×64/22.4=457mg/m3②457mg/m3×1000m3N/s×3600×24=39484.8kg/d1.6成人每次吸入的空气量约为500cm3，假定每分钟呼吸15次，空气中颗粒物的浓度为200ug/m3，试计算每小时沉积于肺泡内的颗粒物质量。

已知该颗粒物在肺泡中的沉降系数为0.12。

解：500cm3×15×60=450000cm3=0.45m30.45m3×200ug/m3×0.12=10.8ug1.7根据我国的《环境空气质量标准》的二级标准，求出SO2、NO2、CO三种污染物的日均浓度限值的体积分数。

解：SO2、NO2、CO《环境空气质量标准》的日均浓度二级标准分别为0.15、0.12、4.0mg/m3 0.15mg/m3=0.15×22.4/64=0.0525ppm=5.25×10-80.12mg/m3=0.12×22.4/46=0.0584ppm=5.84×10-84.0mg/m3=4.0×22.4/28=3.20ppm=3.2×10-61.8在某市中心区的道路两侧监测点测定的大气污染物浓度分别为：CO 5.2×10-6（1小时值的日平均值）NO20.03×10-6（1小时值的日平均值）SO2 2.3×10-6（1小时值的日平均值）TSP0.15mg/m3（1小时值的日平均值）PM100.035mg/m3（1小时值的日平均值）O30.03×10-6（1小时值的日平均值）试问哪些大气污染物超过我国颁布的《环境空气质量标准》（GB3095-96）中规定的二级标准。