环境工程微生物学-污染气体的生物处理
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根据介质性质不同，分为： 1. 生物洗涤(bioscrubbing) 生物洗涤器(bioscrubber)内是液态介质 2. 生物滤过(biofiltration) 生物滤过采用是固态介质 ① 生物滤池(biofilters) ② 生物滴滤池(biotrickling filters)
1．生物滤池
紫红红球菌(Rhodococcus rhodochrous)
五、废气生物处理的基本条件
主要有水分，养分、温度、氧气(有氧或 无氧)以及酸碱度等。 1．水 分 微生物生命活动的必要成分； 吸收废气的溶剂。 采用土壤或堆肥等固态处理系统时，适宜 的水分含量可保证氧与水分的供给。 50％~70％为适宜的含水量。 通常预处理需要加湿，防止滤料变干。
第一节 废气的生物反应器处理
• 废气的微生物处理
–1957年在美国获得专利，1970年代引起重视， 1980年代德国、日本、荷兰等国工业规模各类 生物净化装置投入运行。
• 废气生物反应器处理对许多一般性的空气 污染物的去除率可达到90％以上。
一、废气生物处理的特点
1. 废气或尾气(waste gas，off-gas)在生物反应 器内进行。 • 挥发性有机化合物 (volatile organic compounds，VOCs)以及其它有毒或有臭味 的气体，如NH3和H2S等。 • 化工、制药等行业产生的有害污染物 (hazardous air pollutants，HAPs)以及堆肥 厂、垃圾填埋厂产生恶臭(odor)等。
2. 去除效率高 空气污染物去除效率超过90％。 3. 投资少，运行费用低 不需要投入额外的化学品; 化学法需加催化剂和氧化剂等，如次氯酸 盐、过氧化氢、二氧化氯等。
4. 污染少 产物为生物量，易处理。 ⑤ 耗能低 常温常压下进行，微生物利用VOCs产生 能量。 消耗的动力只是污染气体进入处理系统时 所消耗的能量(正压送风或负压引风)。
四、处理废气的微生物
③难降解成分由多种微生物联合作用降解；
卤代有机化合物先经厌氧微生物还原脱卤，再被 好氧微生物彻底分解；
④工艺需要，即使废气成分能被单一微生物分解， 仍接种复合微生物
硫化氢氧化中，为了使自养型脱氮硫杆菌 (Thiobacillus denitrificans)凝絮持留于反应器内， 需与活性污泥中的异养型微生物—起共培养。
第10章
污染气体的生物处理
Baidu Nhomakorabea
废气主要来源
• 人类生产及生活中的燃料燃烧
• 生产活动，例如化工、冶金、生物制品、
屠宰、污水处理及垃圾处理等工厂所产生
的废气。
废气的处理
• 废气处理是环境污染控制的一个重要方面。 废气处理方法： ①理化法：目前主要采用的方法，如燃烧、 吸附、吸收和还原等。工艺或设备较复杂， 运行费用较高；用于处理某些恶臭废气时， 效果不甚理想。 ②生物法：具有处理效率较高、适应性较广、 工艺较简单以及费用较省等优点。
• 生物滤池内的固态介质是一些天然材料， 常用的固体颗粒有土壤和堆肥，这些材 料为微生物的附着和生长提供表面，微 生物可以吸收废气中的污染物将其转化 为无害物质。
• 微生物滤池适用于处理肉类加工厂、 养殖场、污水处理厂和堆肥厂等处产
生的废气。
• 特点是浓度不高，带有强烈臭味。
滤料选择
① 堆肥 • 筛选，滤层均匀、疏松，空隙率>40％ • 滤料保持湿润，滤层含水量不低于40％，但不 能有积水。 • 滤层保持适当的温度。 ② 土壤 • 腐殖土，厚度不小于50cm， • 土壤水分40％~70％， ③ 草炭 通气良好，除臭效果好。
2．生物滴滤池
• 生物滴滤池由箱体、生物活性床层、喷水器 等组成。 • 废气经预处理室去除颗粒物和增湿后进入滤 床底部。 • 滤料使用陶瓷、塑料等人工材料，颗粒状或 有空隙的材料，床层厚度0.5~1.0m。
优点：
• 滤料重量轻、空隙大、表面积大、废 气和介质接触时间短(几秒钟)，处理效 率高，滤料不需更换。 • 处理的浓度100mg/m3~5g/m3，流量 5~50000m3/h。
烃类和其它有机物氧化为CO2和H2O， 含硫还原性成分氧化为S、SO42-， 含氮成分氧化成NH3，NO2-和NO3-等。
四、处理废气的微生物
混合微生物 ①含有多种成分的混合废气，需要多种微生 物分别降解； ②有的成分需要几种微生物的相继作用才能 分解转化为无害物质， 氨先经硝化细菌再经反硝化作用细菌才能成 为分子态氮；
应用
微生物过滤床已成功地用于化工厂、食品 厂、污水泵站等方面的废气净化和脱臭。
污染物包括硫化氢、二硫化碳、苯乙烯、 甲苯、丙烷、异丁烷、苯酚、乙醇、四氢 呋喃、环已酮、甲基乙基甲酮等。
3．生物洗涤
生物洗涤装置
洗涤器
生物反应器
两部分组成
吸收设备有喷淋塔、筛板塔、鼓泡塔等， 吸收过程很快，停留时间约几秒钟； 生物反应器中可进行好氧处理，活性污泥 法和生物膜法，停留几分钟至十几小时。
生物洗涤装置
循环废水的利用
① ②
可以直接进入吸收器重复使用； 经过泥水分离后再重复使用。
吸收液组成：
① 微生物、营养物和水；
适合处理水溶性强的气态污染物，如醇类、
酯类、醛类和酮类等。 ② 污水处理厂剩余活性污泥配制混合液作为 吸收剂可用于处理复合型臭气，特别能脱 除很难治理的焦臭。 德国开发一套二级洗涤装置，臭气浓度由 1.110-3降低至510-5，并且抗冲击负荷。
三、生物法处理废气的机理
1.
生物反应器处理过程： 溶解过程 废气与水膜接触，污染物溶于水，成为 液相分子或离子。
吸着过程 溶液中的污染物被微生物吸附、吸收 水再生复原，用以溶解新的废气成分
2.
3. 生物降解
进入微生物细胞的污染物作为微生物生命
活动的能源或养分被分解和利用，从而使 污染物得以去除。
Typical biofilter installation
除臭微生物种类
细菌：芽孢杆菌、链霉菌和光合细菌等;
真菌：青霉、曲霉、木霉和酵母菌。 微生物制剂的使用： 直接喷撒到堆肥、家畜场； 添加到饲料中在动物肠道就发挥作用。
① ②
三、恶臭的原位微生物处理
产生恶臭的微生物多是一些动物肠道细 菌，包括埃希氏菌属、拟杆菌属、柠檬 酸杆菌属、假单胞菌属和变形菌属。
微生物除臭机理： 将恶臭物质转化为非恶臭物质； 利用恶臭物质为细胞物质。
① ②
原位微生物处理优良菌种应具备的特征
(1)有分解含硫或含氨和有机酸等恶臭化合物的 能力： (2)不产生含硫、含氨和有机酸等恶臭化合物； (3)能够在不适宜的环境下存活并在适宜环境下 快速繁殖； (4)能够产生抗生素等抑菌物质抑制和杀死有害 微生物。
例如氧化硫硫杆菌最适pH为2.6~2.8，最 低为pH1.0，最高为pH4.0~6.0。
第二节
恶臭的原位处理
一、恶臭污染物和污染源
恶臭污染物(odor
pollutants)指一切
刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害 生化环境的气体物质。
第二节 恶臭的原位处理
畜禽场是重要的污染源
养猪场废气含160种化合物，
2．养 分
废气可为微生物提供一定的养分，VOCs 可以提供碳源和能源，但是需要适当补足 其它养分。 不同的处理工艺对养分控制有差异，例如 生物滴滤池补充营养盐十分重要，但是堆 肥生物滤池补给营养盐的次数可以减少， 一年补给二次即可。
3．温 度
废气生物处理多用中温条件(25～35℃)， 少用高温。 土壤或堆肥处理废气时通常采用自然温度， 如果微生物分解基质放热造成温度过高则 需采取降温措施。
主要成分有氨、胺、含硫化合物、
挥发性脂肪酸、吲哚类、粪臭类、 酚类、醇类和羰基类化合物。
我国规定的恶臭污染物 (GBl4554-93)
氨、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、 二甲二硫醚、二硫化碳、苯乙烯。
恶臭物质的发臭原因与分子结构有关：
如两个烷基同硫结合时，就会变成二甲基硫 醚和甲基乙基硫醚等带有异臭的硫醚。若再 改变某些化合物分子结构中S的位置，其臭味 的性质也会改变。
适宜处理的污染气体应具有的特点：
1. 水溶性强 向介质表面微生物膜扩散速率高； 主要有无机物如H2S和NH3等、醇类、 醛类、酮类以及简单芳烃(如BTEX) 等有机物。
2. 易降解 容易降解，否则将导致污染物浓度增 高，毒害生物膜或影响传质，降低生 物滤器效率，或使处理完全失败。
二、废气生物处理的基本形式
4．氧气
废气处理多用异养型好氧微生物； 氧的供给量与供给方式对处理效率的影响 很大，微生物数量、基质浓度和温度等因 素也会影响供氧。 少数厌氧条件，例如着色菌处理硫化氢， 则需控制无氧条件，以氨气取代反应系统 的氧气。
5、酸碱度
以中性或微碱性为宜。
废气生物处理中的细菌多数适应于中性至微 碱性环境，只有少数种类对酸碱度要求比较 特殊，
畜禽饲养场恶臭的控制
1．日粮设计与恶臭控制 2．饲料添加剂的应用
(1)酶制剂 (2)抗生素 (3)益生菌(probiotics) (4)酸化剂
3．除臭剂(deodourant)的使用
(1)化学除臭剂(chemical deodoulant) (2)生物除臭剂(biological deodourant)
各种化合物分子结构中的硫(=S)、巯基(SH和硫氰基(-SCN)是形成恶臭的原子团， 通称“发臭团”。
有些有机物如苯酚、甲醛、丙酮等，其分 子结构含有羟基、醛基、羰基和羧基，也 散发各种臭味，起发臭团的作用。
二、恶臭的控制
①焚烧：如对垃圾和食品加工厂的残渣等可燃性物 质焚烧； ②氧化：氧化剂有臭氧、氯气和高锰酸钾等； ③吸附：吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝等； ④酸碱处理：稀酸处理碱性恶臭物质(如三甲胺)， 稀碱处理酸性恶臭物质(如硫化氢)： ⑤生物氧化：利用生物酶的催化氧化作用； ⑥掩蔽：不便处理的低浓度臭气施放有香气的物质 来掩蔽臭气，如果浓度太高则不起作用。
1．生物滤池
紫红红球菌(Rhodococcus rhodochrous)
五、废气生物处理的基本条件
主要有水分，养分、温度、氧气(有氧或 无氧)以及酸碱度等。 1．水 分 微生物生命活动的必要成分； 吸收废气的溶剂。 采用土壤或堆肥等固态处理系统时，适宜 的水分含量可保证氧与水分的供给。 50％~70％为适宜的含水量。 通常预处理需要加湿，防止滤料变干。
第一节 废气的生物反应器处理
• 废气的微生物处理
–1957年在美国获得专利，1970年代引起重视， 1980年代德国、日本、荷兰等国工业规模各类 生物净化装置投入运行。
• 废气生物反应器处理对许多一般性的空气 污染物的去除率可达到90％以上。
一、废气生物处理的特点
1. 废气或尾气(waste gas，off-gas)在生物反应 器内进行。 • 挥发性有机化合物 (volatile organic compounds，VOCs)以及其它有毒或有臭味 的气体，如NH3和H2S等。 • 化工、制药等行业产生的有害污染物 (hazardous air pollutants，HAPs)以及堆肥 厂、垃圾填埋厂产生恶臭(odor)等。
2. 去除效率高 空气污染物去除效率超过90％。 3. 投资少，运行费用低 不需要投入额外的化学品; 化学法需加催化剂和氧化剂等，如次氯酸 盐、过氧化氢、二氧化氯等。
4. 污染少 产物为生物量，易处理。 ⑤ 耗能低 常温常压下进行，微生物利用VOCs产生 能量。 消耗的动力只是污染气体进入处理系统时 所消耗的能量(正压送风或负压引风)。
四、处理废气的微生物
③难降解成分由多种微生物联合作用降解；
卤代有机化合物先经厌氧微生物还原脱卤，再被 好氧微生物彻底分解；
④工艺需要，即使废气成分能被单一微生物分解， 仍接种复合微生物
硫化氢氧化中，为了使自养型脱氮硫杆菌 (Thiobacillus denitrificans)凝絮持留于反应器内， 需与活性污泥中的异养型微生物—起共培养。
第10章
污染气体的生物处理
Baidu Nhomakorabea
废气主要来源
• 人类生产及生活中的燃料燃烧
• 生产活动，例如化工、冶金、生物制品、
屠宰、污水处理及垃圾处理等工厂所产生
的废气。
废气的处理
• 废气处理是环境污染控制的一个重要方面。 废气处理方法： ①理化法：目前主要采用的方法，如燃烧、 吸附、吸收和还原等。工艺或设备较复杂， 运行费用较高；用于处理某些恶臭废气时， 效果不甚理想。 ②生物法：具有处理效率较高、适应性较广、 工艺较简单以及费用较省等优点。
• 生物滤池内的固态介质是一些天然材料， 常用的固体颗粒有土壤和堆肥，这些材 料为微生物的附着和生长提供表面，微 生物可以吸收废气中的污染物将其转化 为无害物质。
• 微生物滤池适用于处理肉类加工厂、 养殖场、污水处理厂和堆肥厂等处产
生的废气。
• 特点是浓度不高，带有强烈臭味。
滤料选择
① 堆肥 • 筛选，滤层均匀、疏松，空隙率>40％ • 滤料保持湿润，滤层含水量不低于40％，但不 能有积水。 • 滤层保持适当的温度。 ② 土壤 • 腐殖土，厚度不小于50cm， • 土壤水分40％~70％， ③ 草炭 通气良好，除臭效果好。
2．生物滴滤池
• 生物滴滤池由箱体、生物活性床层、喷水器 等组成。 • 废气经预处理室去除颗粒物和增湿后进入滤 床底部。 • 滤料使用陶瓷、塑料等人工材料，颗粒状或 有空隙的材料，床层厚度0.5~1.0m。
优点：
• 滤料重量轻、空隙大、表面积大、废 气和介质接触时间短(几秒钟)，处理效 率高，滤料不需更换。 • 处理的浓度100mg/m3~5g/m3，流量 5~50000m3/h。
烃类和其它有机物氧化为CO2和H2O， 含硫还原性成分氧化为S、SO42-， 含氮成分氧化成NH3，NO2-和NO3-等。
四、处理废气的微生物
混合微生物 ①含有多种成分的混合废气，需要多种微生 物分别降解； ②有的成分需要几种微生物的相继作用才能 分解转化为无害物质， 氨先经硝化细菌再经反硝化作用细菌才能成 为分子态氮；
应用
微生物过滤床已成功地用于化工厂、食品 厂、污水泵站等方面的废气净化和脱臭。
污染物包括硫化氢、二硫化碳、苯乙烯、 甲苯、丙烷、异丁烷、苯酚、乙醇、四氢 呋喃、环已酮、甲基乙基甲酮等。
3．生物洗涤
生物洗涤装置
洗涤器
生物反应器
两部分组成
吸收设备有喷淋塔、筛板塔、鼓泡塔等， 吸收过程很快，停留时间约几秒钟； 生物反应器中可进行好氧处理，活性污泥 法和生物膜法，停留几分钟至十几小时。
生物洗涤装置
循环废水的利用
① ②
可以直接进入吸收器重复使用； 经过泥水分离后再重复使用。
吸收液组成：
① 微生物、营养物和水；
适合处理水溶性强的气态污染物，如醇类、
酯类、醛类和酮类等。 ② 污水处理厂剩余活性污泥配制混合液作为 吸收剂可用于处理复合型臭气，特别能脱 除很难治理的焦臭。 德国开发一套二级洗涤装置，臭气浓度由 1.110-3降低至510-5，并且抗冲击负荷。
三、生物法处理废气的机理
1.
生物反应器处理过程： 溶解过程 废气与水膜接触，污染物溶于水，成为 液相分子或离子。
吸着过程 溶液中的污染物被微生物吸附、吸收 水再生复原，用以溶解新的废气成分
2.
3. 生物降解
进入微生物细胞的污染物作为微生物生命
活动的能源或养分被分解和利用，从而使 污染物得以去除。
Typical biofilter installation
除臭微生物种类
细菌：芽孢杆菌、链霉菌和光合细菌等;
真菌：青霉、曲霉、木霉和酵母菌。 微生物制剂的使用： 直接喷撒到堆肥、家畜场； 添加到饲料中在动物肠道就发挥作用。
① ②
三、恶臭的原位微生物处理
产生恶臭的微生物多是一些动物肠道细 菌，包括埃希氏菌属、拟杆菌属、柠檬 酸杆菌属、假单胞菌属和变形菌属。
微生物除臭机理： 将恶臭物质转化为非恶臭物质； 利用恶臭物质为细胞物质。
① ②
原位微生物处理优良菌种应具备的特征
(1)有分解含硫或含氨和有机酸等恶臭化合物的 能力： (2)不产生含硫、含氨和有机酸等恶臭化合物； (3)能够在不适宜的环境下存活并在适宜环境下 快速繁殖； (4)能够产生抗生素等抑菌物质抑制和杀死有害 微生物。
例如氧化硫硫杆菌最适pH为2.6~2.8，最 低为pH1.0，最高为pH4.0~6.0。
第二节
恶臭的原位处理
一、恶臭污染物和污染源
恶臭污染物(odor
pollutants)指一切
刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害 生化环境的气体物质。
第二节 恶臭的原位处理
畜禽场是重要的污染源
养猪场废气含160种化合物，
2．养 分
废气可为微生物提供一定的养分，VOCs 可以提供碳源和能源，但是需要适当补足 其它养分。 不同的处理工艺对养分控制有差异，例如 生物滴滤池补充营养盐十分重要，但是堆 肥生物滤池补给营养盐的次数可以减少， 一年补给二次即可。
3．温 度
废气生物处理多用中温条件(25～35℃)， 少用高温。 土壤或堆肥处理废气时通常采用自然温度， 如果微生物分解基质放热造成温度过高则 需采取降温措施。
主要成分有氨、胺、含硫化合物、
挥发性脂肪酸、吲哚类、粪臭类、 酚类、醇类和羰基类化合物。
我国规定的恶臭污染物 (GBl4554-93)
氨、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、 二甲二硫醚、二硫化碳、苯乙烯。
恶臭物质的发臭原因与分子结构有关：
如两个烷基同硫结合时，就会变成二甲基硫 醚和甲基乙基硫醚等带有异臭的硫醚。若再 改变某些化合物分子结构中S的位置，其臭味 的性质也会改变。
适宜处理的污染气体应具有的特点：
1. 水溶性强 向介质表面微生物膜扩散速率高； 主要有无机物如H2S和NH3等、醇类、 醛类、酮类以及简单芳烃(如BTEX) 等有机物。
2. 易降解 容易降解，否则将导致污染物浓度增 高，毒害生物膜或影响传质，降低生 物滤器效率，或使处理完全失败。
二、废气生物处理的基本形式
4．氧气
废气处理多用异养型好氧微生物； 氧的供给量与供给方式对处理效率的影响 很大，微生物数量、基质浓度和温度等因 素也会影响供氧。 少数厌氧条件，例如着色菌处理硫化氢， 则需控制无氧条件，以氨气取代反应系统 的氧气。
5、酸碱度
以中性或微碱性为宜。
废气生物处理中的细菌多数适应于中性至微 碱性环境，只有少数种类对酸碱度要求比较 特殊，
畜禽饲养场恶臭的控制
1．日粮设计与恶臭控制 2．饲料添加剂的应用
(1)酶制剂 (2)抗生素 (3)益生菌(probiotics) (4)酸化剂
3．除臭剂(deodourant)的使用
(1)化学除臭剂(chemical deodoulant) (2)生物除臭剂(biological deodourant)
各种化合物分子结构中的硫(=S)、巯基(SH和硫氰基(-SCN)是形成恶臭的原子团， 通称“发臭团”。
有些有机物如苯酚、甲醛、丙酮等，其分 子结构含有羟基、醛基、羰基和羧基，也 散发各种臭味，起发臭团的作用。
二、恶臭的控制
①焚烧：如对垃圾和食品加工厂的残渣等可燃性物 质焚烧； ②氧化：氧化剂有臭氧、氯气和高锰酸钾等； ③吸附：吸附剂有活性炭、硅胶、活性氧化铝等； ④酸碱处理：稀酸处理碱性恶臭物质(如三甲胺)， 稀碱处理酸性恶臭物质(如硫化氢)： ⑤生物氧化：利用生物酶的催化氧化作用； ⑥掩蔽：不便处理的低浓度臭气施放有香气的物质 来掩蔽臭气，如果浓度太高则不起作用。