大氣污染的生物處理技術(shù)解析

大氣污染的生物處理技術(shù)解析第1頁(yè)/共23頁(yè)概述隨著有機(jī)合成工業(yè)和石油化學(xué)工業(yè)的迅速發(fā)展，進(jìn)入大氣的有機(jī)化合物越來(lái)越多，這類(lèi)物質(zhì)往往帶有惡臭，不僅對(duì)感官有刺激作用，而且不少有機(jī)化合物具有一定毒性，產(chǎn)生“致癌、致畸、致突變”效應(yīng)，對(duì)人體和環(huán)境產(chǎn)生很大的危害。生物處理技術(shù)效果好，投資及運(yùn)行費(fèi)用低，安全性好，無(wú)二次污染，易于管理，在處理低濃度、生物降解性好的有機(jī)廢氣時(shí)具有優(yōu)越性。第2頁(yè)/共23頁(yè)1生物法凈化有機(jī)廢氣的原理利用微生物以廢氣中的有機(jī)組分作為其生命活動(dòng)的能源或其他養(yǎng)分，經(jīng)代謝降解，轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物及細(xì)胞組成物質(zhì)。微生物凈化有機(jī)廢氣模式圖第3頁(yè)/共23頁(yè)與廢水生物處理過(guò)程的最大區(qū)別是：廢氣中的有機(jī)物質(zhì)首先要經(jīng)歷由氣相轉(zhuǎn)移到液相（或固體表面液膜）中的傳質(zhì)過(guò)程，然后在液相（或固體表面生物層）被微生物吸附降解。

由于氣液相間有機(jī)物濃度梯度、有機(jī)物水溶性以及微生物的吸附作用，有機(jī)物從廢氣中轉(zhuǎn)移到液相（或固體表面液膜）中，進(jìn)而被微生物捕獲、吸收；微生物對(duì)有機(jī)物進(jìn)行氧化分解和同化合成，產(chǎn)生的代謝產(chǎn)物一部分溶入液相，一部分作為細(xì)胞物質(zhì)或細(xì)胞代謝能源，還有一部分（如CO2）則進(jìn)入到空氣中。廢氣中的有機(jī)物通過(guò)上述過(guò)程不斷減少，從而得到凈化。第4頁(yè)/共23頁(yè)2有機(jī)廢氣生物處理的工藝與應(yīng)用根據(jù)微生物在有機(jī)廢氣處理過(guò)程中存在的形式，可將處理方法分為生物吸收法（懸浮態(tài)）和生物過(guò)濾法（固著態(tài)）兩類(lèi)。生物吸收法即微生物及其營(yíng)養(yǎng)物配料存在于液體中，氣體中的有機(jī)物通過(guò)與懸浮液接觸后轉(zhuǎn)移到液體中而被微生物降解；生物過(guò)濾法是微生物附著生長(zhǎng)于固體介質(zhì)（填料）上，廢氣通過(guò)由介質(zhì)構(gòu)成的固定床層（填料層）時(shí)被吸附或吸收，最終被微生物降解，典型的有生物濾池和生物滴濾池兩種形式。第5頁(yè)/共23頁(yè)生物吸收法由一個(gè)吸收室和一個(gè)再生池構(gòu)成。除液相噴淋法，還可采用氣相鼓泡。一般若氣相阻力較大可用噴淋法，液相阻力較大則用鼓泡法。第6頁(yè)/共23頁(yè)生物濾池生物濾池（biofilter）的填料層是具有吸附性的濾料（如土壤、堆肥、活性炭等）。因其較好的通氣性和適度的通水和持水性，以及豐富的微生物群落，能有效的去除烷烴類(lèi)化合物，對(duì)酯及乙醇降解效果更佳。生物濾池處理有機(jī)廢氣工藝流程第7頁(yè)/共23頁(yè)生物膜理論第8頁(yè)/共23頁(yè)生物滴濾池Biotricklingfilter，與生物濾池的最大區(qū)別是在填料上方噴淋循環(huán)液，設(shè)備內(nèi)除傳質(zhì)過(guò)程外還存在很強(qiáng)的生物降解作用。反應(yīng)條件較易控制，溫度調(diào)節(jié)需外加強(qiáng)制措施。在處理鹵代烴、含硫、含氯等產(chǎn)酸代謝產(chǎn)物及產(chǎn)能較大的污染物更有效。第9頁(yè)/共23頁(yè)3二氧化碳的微生物固定CO2占溫室效應(yīng)氣體總效應(yīng)的49%。

CO2是重要的碳資源。

目前CO2的固定方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法，最終大多數(shù)方法的CO2固定需依賴(lài)微生物。植物的CO2固定作用占據(jù)優(yōu)勢(shì)。人為的CO2固定更多借助自養(yǎng)微生物實(shí)現(xiàn)。第10頁(yè)/共23頁(yè)固定CO2的微生物光能自養(yǎng)型和化能自養(yǎng)型，前者主要包括藻類(lèi)和光合細(xì)菌，含葉綠素，以光為能源、CO2為碳源；后者以CO2為碳源，能源有H2、H2S、S2O32-、NH4+、NO2-、Fe2+等。第11頁(yè)/共23頁(yè)固定CO2的氫氧化細(xì)菌氫氧化細(xì)菌是生長(zhǎng)速度最快的自養(yǎng)菌，倍受重視。在固碳的同時(shí)還可以生產(chǎn)糖或聚合物材料。第12頁(yè)/共23頁(yè)微生物固定CO2的生化機(jī)制卡爾文循環(huán)（Calvincycle）：CO2的固定，固定的CO2的還原，CO2受體的再生。一般光合作用和藍(lán)細(xì)菌都是以卡爾文循環(huán)固定CO2。

第13頁(yè)/共23頁(yè)還原三羧酸循環(huán)：每循環(huán)一次，便有4分子CO2被固定。嗜熱氫細(xì)菌、綠色硫磺細(xì)菌、嗜硫化硫酸綠硫菌以還原三羧酸循環(huán)固定CO2。第14頁(yè)/共23頁(yè)乙酰輔酶A途徑：甲烷菌、厭氧乙酸菌等厭氧細(xì)菌一般以乙酰輔酶A途徑固定CO2。

第15頁(yè)/共23頁(yè)甘氨酸途徑：厭氧乙酸菌從CO2合成乙酸的生化機(jī)制除上述的乙酰輔酶A途徑外，還包括甘氨酸途徑。一些極端微生物還有固定CO2的有機(jī)酸途徑。第16頁(yè)/共23頁(yè)微生物固定CO2的應(yīng)用CO2造成溫室效應(yīng)，微生物的固定可以減少其影響，并生產(chǎn)許多代謝產(chǎn)物如有機(jī)酸、多糖、甲烷、維生素、氨基酸等。利用藻類(lèi)及氫氧化細(xì)菌可以利用CO2生產(chǎn)單細(xì)胞蛋白，可作為食品及醫(yī)藥用品。利用CO2和H2合成乙酸。生產(chǎn)生物降解塑料聚β-羥基丁酸酯（PHB）。生產(chǎn)多糖。利用藻類(lèi)產(chǎn)烴。產(chǎn)甲烷。第17頁(yè)/共23頁(yè)微生物固定CO2的研究方向利用基因工程技術(shù)構(gòu)建高效固定CO2的菌株。開(kāi)發(fā)具有高光密度的光生物反應(yīng)器。高效且經(jīng)濟(jì)的制氫技術(shù)。進(jìn)一步深入研究不同種類(lèi)微生物固定CO2的機(jī)理，為CO2固定反應(yīng)的調(diào)控提供理論依據(jù)。第18頁(yè)/共23頁(yè)4生物法凈化有機(jī)廢氣的現(xiàn)狀及需解決的問(wèn)題國(guó)外從20世紀(jì)80年代開(kāi)始，采用生物法凈化有機(jī)廢氣，應(yīng)用于堆肥場(chǎng)和動(dòng)物脂肪加工廠的有機(jī)廢氣脫臭處理。生物吸收法適宜于處理凈化氣量較小、濃度大、易溶且生物代謝速率較低的廢氣。生物濾池適合氣量大、濃度低的廢氣。生物滴濾池適合負(fù)荷較高以及污染物降解后會(huì)產(chǎn)生酸性物質(zhì)的廢氣處理。有機(jī)廢氣生物處理是一項(xiàng)新的技術(shù)，涉及多相傳質(zhì)及生化降解，影響因素多且復(fù)雜，理論及應(yīng)用研究均有欠缺。第19頁(yè)/共23頁(yè)反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模式研究通過(guò)反應(yīng)機(jī)理的研究，提出決定反應(yīng)速度的內(nèi)在依據(jù)，以便有效地控制和調(diào)節(jié)反應(yīng)速度，最終提高污染物的凈化效率。生物膜理論適合于生物濾池，但不適用于生物吸收法和生物滴濾池：生物濾池中存在相對(duì)較穩(wěn)定的液膜，而生物吸收法和生物滴濾池中由于循環(huán)液的流動(dòng)性，無(wú)法產(chǎn)生類(lèi)似的穩(wěn)定液膜。第20頁(yè)/共23頁(yè)填料特性研究生物濾池和生物滴濾池的填料特性研究是必要的。比表面積、孔隙率與單位體積填充量與生物量有關(guān)，還直接影響著整個(gè)填充床的壓降及填充床是否易堵塞。氣態(tài)污染物降解需要經(jīng)歷氣-液-固相傳質(zhì)，污染物在兩相間的分配系數(shù)是整個(gè)裝置可行性的一個(gè)決定因素，填料對(duì)分配系數(shù)有較大影響。第21頁(yè)/共