生物法處理有機(jī)廢氣方法
生物法處理廢氣
廢氣的生物處理是利用微生物的生命過(guò)程把廢氣中的氣態(tài)污染物分解轉(zhuǎn)化成少或甚至無(wú)害物質(zhì)。自然界中存在各種各樣的微生物，幾乎所有無(wú)機(jī)的和有機(jī)的污染物都能轉(zhuǎn)化。生物處理不需要再生和其他高級(jí)處理過(guò)程，與其他凈化法相比，具有設(shè)備簡(jiǎn)單、能耗低、安全可靠、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，但不能回收利用污染物質(zhì)。
1.2.3.1基本原理
在適宜的環(huán)境條件下，微生物不斷吸收營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，并按照自己的代謝方式進(jìn)行新陳代謝活動(dòng)。廢氣中生物處理正是利用微生物新陳代謝過(guò)程中需要營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)這一特點(diǎn)，把廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化成簡(jiǎn)單的無(wú)機(jī)物如二氧化碳、水，以及細(xì)胞物質(zhì)等。
1.2.3.2微生物降解污染物的過(guò)程
由于微生物將廢氣中的有害物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)化的過(guò)程在氣相中難以進(jìn)行，所以廢氣中氣態(tài)污染物首先要經(jīng)氣相轉(zhuǎn)移到液相或固體表面的液膜中的傳質(zhì)過(guò)程，然后污染物才在液相或固體表面被微生物吸附降解。
按照Ottengraf提出的生物膜理論，生物法凈化處理工業(yè)廢氣一般要經(jīng)歷以下四個(gè)步驟（圖1-1)。
1)廢氣中的污染物首先同水接觸并溶解于水中（由氣膜擴(kuò)散進(jìn)入液膜)；
2)溶解于液膜中的污染物在濃度差的推動(dòng)下進(jìn)一步擴(kuò)散到生物膜，進(jìn)而被其中的微生物捕獲并吸收；
3)微生物將污染物轉(zhuǎn)化為生物量、新陳代謝副產(chǎn)品或者C02、水等；
4)生化反應(yīng)產(chǎn)物002從生物膜表面脫附并反擴(kuò)散進(jìn)入氣相本體，而1120則被保持在生物膜內(nèi)。
氣態(tài)污染物的生物處理過(guò)程也是人類(lèi)對(duì)自然過(guò)程的強(qiáng)化和工程控制，其過(guò)程的速率取決于：①氣相向液固相的傳質(zhì)速率（與污染物的理化性質(zhì)和反應(yīng)器的結(jié)構(gòu)等因素有關(guān));②能起降解作用的活性生物質(zhì)量；③生物降解速率（與污染物的種類(lèi)、生物生長(zhǎng)環(huán)境條件、控制作用有關(guān))。
1.2.3.3廢氣生物處理的微生物
按照獲取營(yíng)養(yǎng)的方式不同，用于污染物生物降解的微生物有兩大類(lèi)：自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌。自養(yǎng)菌可以在無(wú)有機(jī)碳和氧的條件下，以光和氨、硫化氫、硫和鐵離子等的氧化獲得必要的能量，而生長(zhǎng)所需的碳則由二氧化碳通過(guò)卡爾文循環(huán)提供，因此它特別適合于無(wú)機(jī)物的轉(zhuǎn)化。由于自養(yǎng)菌的能量轉(zhuǎn)換過(guò)程緩慢，導(dǎo)致其生長(zhǎng)速率也非常慢，其生物負(fù)荷不可能很大，因此對(duì)無(wú)機(jī)氣態(tài)污染物采用生物處理方法比較困難，僅有少數(shù)工藝找到了適當(dāng)種類(lèi)的細(xì)菌，如采用硝化、反硝化及硫酸菌等去除濃度不太高的臭味氣體硫化氫、氨等。異養(yǎng)菌則是通過(guò)有機(jī)化合物的'氧化來(lái)獲取營(yíng)養(yǎng)物和能量，適合進(jìn)行有機(jī)物的轉(zhuǎn)化,在適當(dāng)?shù)臏囟�、酸堿度和有氧的條件下，該類(lèi)微生物能較快地完成污染物的降解。事實(shí)上，國(guó)內(nèi)外廣泛應(yīng)用的是異養(yǎng)菌降解有機(jī)物如乙醇、硫醇、酚、甲酚、吲哚、脂肪酸、乙醛、胺等。
特定的微生物群落具有特定的污染物處理對(duì)象。在某些情況下，起凈化作用的多種微生物在相同條件下均可正常繁殖。因此，在一個(gè)裝置內(nèi)可同時(shí)處理含多種污染物的氣體。
在廢氣生物處理的系統(tǒng)中，微生物是工作的主體，只有了解和掌握微生物的基本生理特性，篩選、培育出優(yōu)勢(shì)高效菌種，才能獲得較好的凈化效果。以一種物質(zhì)作為目標(biāo)污染物的微生物菌種一般是通過(guò)污泥馴化或培養(yǎng)的方法來(lái)進(jìn)行（表1-2)。
而對(duì)于含有復(fù)雜的、多種污染成分的目標(biāo)污染物，則必須用混合培養(yǎng)的方法，馴化、培育出分工、協(xié)作的微生物菌群來(lái)完成污染物的降解任務(wù)。
1.2.3.4影響生物凈化廢氣的主要因素
生物法主要依靠微生物的作用來(lái)去除氣體中的污染物，微生物的活性決定了反應(yīng)器的性能。因此反應(yīng)器的條件應(yīng)適合微生物的生長(zhǎng)，這些條件包括填料（介質(zhì))、濕度、pH、溶解氧濃度、溫度和污染物的濃度等。
(1)填料
對(duì)所有類(lèi)型的生物凈化器而言，理想的填料應(yīng)是良好的傳質(zhì)和發(fā)生化學(xué)轉(zhuǎn)化的場(chǎng)所，具有以下性質(zhì)：
1)最佳的微生物生長(zhǎng)環(huán)境：營(yíng)養(yǎng)物、濕度、pH和碳源的供應(yīng)不受限制；
2)較大的比表面積：接觸面積、吸附容量、單位體積的反應(yīng)點(diǎn)更多；
3)一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度：防止填料壓實(shí)，否則會(huì)使壓降升髙、氣體停留時(shí)間縮短；
4)高水分持留能力：水分是維持微生物活性的關(guān)鍵因素；
5)高孔隙率：使氣體有較長(zhǎng)的停留時(shí)間；
6)較低的體密度：減小填料壓實(shí)的可能性。
常用的堆肥、泥煤等填料能基本符合以上要求，但是其中含有的有機(jī)物會(huì)逐漸降解，這不僅使填料壓實(shí)，還要在一定時(shí)間后更換，即有壽命限制。將有機(jī)填料和惰性的填充劑混合，使用壽命可髙達(dá)5a,—般為2?4a。為卞提髙填料性能、降低壓降，一般要求60%的填料直徑大于4mm。
(2)溫度
溫度是影響微生物生長(zhǎng)的重要因素。任何微生物只能在一定溫度范圍內(nèi)生存，在此溫度范圍內(nèi)微生物能大量生長(zhǎng)繁殖。根據(jù)微生物對(duì)溫度的依賴(lài)，可以將它們分為低溫性(<25°c),中溫性（25?40°c)和高溫性（>40°C)微生物。在適宜的溫度范圍內(nèi)，隨著溫度的升高，微生物的代謝速率和生長(zhǎng)速率均可相應(yīng)提高，但高于最高生長(zhǎng)溫度后，微生物停止生長(zhǎng)，甚至最終死亡。因此，需根據(jù)微生物種類(lèi)選擇最適宜的溫度。通常，用于有機(jī)物和無(wú)機(jī)物降解的微生物均是中溫、高溫菌占優(yōu)勢(shì)。一般情況下，生物處理可在25?35°C進(jìn)行，很多研究表明，35°C是很多好氧微生物的最佳溫度。
溫度除了改變微生物的代謝速率外，還能影響污染物的物理狀態(tài)，使得一部分污染物發(fā)生固一液、氣一液相轉(zhuǎn)換，從而影響生物凈化效果。如：溫度的提高，會(huì)降低污染物特別是有機(jī)污染物在水中的溶解以及在填料上的吸附，從而影響氣相中污染物的去除。
(3)pH
微生物的生命活動(dòng)，物質(zhì)代謝都與pH有密切聯(lián)系，每種微生物都有不同的pH要求。大多數(shù)細(xì)菌、藻類(lèi)和原生動(dòng)物對(duì)pH的適宜范圍為4?10，最佳pH為6.5?7.5。表1-3列出了幾種常用微生物的適宜溫度和pH范圍。
(4)溶解氧
根據(jù)微生物的呼吸與氧的關(guān)系，微生物可分為好氧微生物、兼性厭氧（或兼性好氧）微生物和厭氧微生物。'
好氧微生物需要供給充足的氧。氧對(duì)好氧微生物具有兩個(gè)作用：①在呼吸中氧作為最終電子受體；②在留醇類(lèi)和不飽和脂肪酸的生物合成中需要氧。充氧的效果與好氧微生物的生長(zhǎng)量呈正相關(guān)性，氧供應(yīng)量的多少根據(jù)微生物的數(shù)量、生理特性、基質(zhì)性質(zhì)及濃度綜合考慮。
兼性微生物具有脫氫酶也具有氧化酶，既可在無(wú)氧條件也在有氧條件下存在。在好氧生長(zhǎng)時(shí)氧化酶活性強(qiáng)，細(xì)胞色素及電子傳遞體系的其他組分正常存在，而在無(wú)氧條件下，細(xì)胞色素及電子傳遞體系的其他組分減少或全部喪失，氧化酶不活動(dòng)，一旦通入氧氣，這些組分的合成很快恢復(fù)。
厭氧微生物只有在無(wú)氧條件下才能生存，它們進(jìn)行發(fā)酵或無(wú)氧呼吸。因此在其進(jìn)行生物處理過(guò)程中要盡可能保持無(wú)氧狀態(tài)。
(5)濕度
在生物過(guò)濾處理廢氣中，濕度是一個(gè)重要的環(huán)境因素。首先，它控制氧的水平，決定是好氧還是厭氧條件。如果濾料的微孔中80%?90%充滿(mǎn)水，則可能是厭氧條件。其次，大多數(shù)微生物的生命活動(dòng)都需要水，而且只有溶解于水相中的污染物才可能被微生物所降解。
如果填料的濕度太低，將使微生物失活，填料也會(huì)收縮破裂而產(chǎn)生氣流短流；如填料濕度太高，不僅會(huì)使氣體通過(guò)濾床的壓降增高、停留時(shí)間降低，而且由于空氣?水界面的減少引起氧供應(yīng)不足，形成厭氧區(qū)域從而產(chǎn)生臭味并使降解速率降低。許多實(shí)驗(yàn)表明，填料的濕度在40%?60%(濕重）范圍內(nèi)時(shí)，生物濾膜的性能較為穩(wěn)定。對(duì)于致密的、排水困難的填料和憎水性揮發(fā)性有機(jī)物（VOCs)，最佳含水量在40%左右；對(duì)于密度較小、多孔性的填料和親水性的VOCs，則最佳含水量在60%以上。
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