第七章 有机废气的微生物处理技术

第七章有机废气的微生物处理技术
重点难点：
1.介绍三种有机废气的微生物处理方法；
2.微生物脱硫机理；
3.烟气脱硝机理。

7.1有机废气的微生物处理技术
7.1.1有机废气的微生物处理原理
微生物法净化有机废气需经历三个步骤：
（1）有机废气成分首先同水接触并溶于水中（即由气相扩散进入液相）；
（2）溶解于液相中的有机成分在浓度差的推动下，进一步扩散至介质周围的生物膜，进而被其中的微生物捕捉并吸收；
（3）进入微生物体内的有机污染物在其自身的代谢过程中作为能源和营养物质被分解, 经生物化学反应最终转化为无害的化合物。

7.1.2有机废气的微生物处理工艺
有机废气的微生物处理方法包括生物过滤法、生物滴滤法、生物吸收法和生物洗涤法等。

1．生物过滤法
废气处理工艺利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，常用的工艺设备包括土壤滤池、堆肥滤池和微生物过滤箱。

生物滤池中，有孔的介质通过进气的湿度调节器和偶尔的喷淋而保持潮湿。

生物过滤法包括：土壤滤池、堆肥滤池、微生物过滤箱。

（1）土壤滤池
构造：采用特制的颗粒化土壤作为填料，由气体分配层和土壤滤层两部分组成。

气体分配层下层铺设粗石子、细石子或轻质陶粒等，上部由黄砂或细粒组成；土壤滤层由粘土、含有机质沃土堆肥、细砂土和粗砂按一定比例混合的配料组成。

影响因素：温度、湿度、pH值及土壤中的营养成分。

应用：土壤滤池已用于肉类加工厂、动物饲养场、堆肥场等产生恶臭废气的处理，这类废气的主要特点是带有强烈的臭味，这种臭味是有一种或多种有机成分引起的，而这些有机成分在废气中的浓度并不高。

优缺点：土壤滤池具有投资小、抗冲击能力强、无二次污染等优点，但是该处理方法占地面积大、卫生条件差。

（2）堆肥滤池
工作原理：将畜粪、城市垃圾、污水处理厂的污泥等有机废弃物经好氧发酵、热处理后作为填料。

有机废物经稳定化作用后形成的堆肥是一种高达50~80%腐殖质含量的疏松物质，空隙率高、比表面积大，其中含有大量可降解有机气体的微生物。

构造：在地面挖浅坑或筑池，池底铺设排水管，在池的一侧或中央设输气总管，总管上接出多孔配气支管，并覆盖砂石等材料，组成厚度为5~10cm的气体分配层；分配层上再铺厚度为50~60cm的堆肥，形成过滤层。

应用：可用于处理易生物降解有机气体产生量大的场合。

由于堆肥产品受pH的影响，堆肥滤池一般不适合于酸性有机气体的处理。

优缺点：具有空隙率高、渗透性能好的特点，因此该处理方法占地面积要远小于土壤滤池，堆肥中微生物含量明显高于土壤，因此堆肥滤池处理效率远大于土壤滤池，而停留时间
一般仅为土壤滤池的0.25~0.5倍。

使用堆
肥做填料也存在缺陷，当肥料软化时容易
产生水平和垂直压缩作用，水平压缩使滤
料内部产生裂缝，也有可能使过滤层与池
壁间产生裂缝；垂直压缩使填料孔隙堵
塞，从而增加了水头损失。

当废气经过填
料到达裂缝和开口处，处理效果会明显恶
化甚至失效；如果增湿和喷淋系统运行不
好，由于干化作用也可能使填料发生收
缩，干肥料通常呈疏水性，将得再次润湿
填料很困难。

（3）微生物过滤箱
构造：由箱体、生物活性床、喷水器等组成，微生物一部分附着于载体表面，一部分悬浮于活性床水体中，有机废气通过活性床，部分污染物被载体吸附，部分被水吸收，然后微生物降解污染物。

图7-2微生物过滤箱
优缺点：处理过程可控性强，可充分发挥微生物及反应器的作用；处理效率高，抗冲击性能强；占地面积小，可实现封闭操作，卫生条件好。

与微生物过滤箱相比，土壤滤池和堆肥滤池的运行和管理费用较低，但处理效果差，可根据现场实际情况进行选择。

2．生物滴滤法
构造：以生物滴滤反应塔为主体设备，内布多层喷淋装置，废气从底部进入，上升过程中被喷淋的混合也充分吸收，并在反应塔底部形成废水处理系统，在曝气作用下，微生物降解废水中的有机物，达到稳定化、无害化。

优缺点; 集废气吸收和废水处理于一体，投资少、占地小、工艺简单、易于操作、压降低、填料不易堵塞、处理效率高，逐渐受到普遍的关注。

缺点是有时需要外加营养、运行成本较高、填料比表面积小(100~300m 2/m 3填料)，不适合处理溶解度低的有机气体。

3．生物吸收法
原理：利用对有机废气成分有特别降解作用的微生物、营养物和水组成的微生物吸收液处理废气，适合于吸收可溶性的气态污染物。

吸收了废气的微生物混合液再进行好氧处理，去除液体中吸收的污染物，经处理后的吸收液再重复使用。

构造：一般由吸收装置和废水反应装置两部分组成，可采用各种常用的吸收设备，如喷淋塔、筛板塔、鼓泡塔等。

吸收过程进行得很快，混合液在吸收设备中的停留时间仅约几秒钟，而生物反应的净化过程相对较慢，废水在反应设备中一般需要停留几分钟至十几小时。

图7-1堆肥滤池
7.1.3有机废气生物处理法的应用及研究方向
应用：处理多种挥发性有机物(VOCs)、工业废气中的无机蒸气物质（含有氮、氯或可产生少量酸的硫化合物）
研究方向：
（1）低浓度、复杂的混合型恶臭气体的生物处理工艺研究
（2）开发适合于特定有机物降解的细菌种类和接种方法；
（3）有机废气生物处理的动力学及生物学原理的研究；
（4）新型、高效生物处理设备的研制。

7.2硫氧化物微生物净化技术
7.2.1煤的无机硫脱除
煤中的无机硫大部分以黄铁矿(FeS 2)的形式存在，在微生物作用下，煤中的无机硫被氧化、溶解，最终生成硫酸和Fe 2+而被去除。

可用于煤中无机硫脱除的微生物种类繁多，其中主要的种类是氧化亚铁硫杆菌(Tfer-rooxidans )和硫化叶菌(Sulgolobus )。

无机硫脱除的反应过程是开采出来裸露的原煤与空气接触发生氧化反应，其反应式为：
2224242FeS +7O +2H O 2FeSO 2H SO −−→+
经自然氧化后的煤矿水变酸，一般pH 值在2.5~4.5之间，因而促进了耐酸性细菌的繁殖，例如氧化硫杆菌(Tiobacillusthiocxidans )。

FeSO 4是细菌生成的能源，氧化亚铁硫杆菌能将FeSO 4氧化成Fe 2(SO 4)3，其反应式为：
424224324FeSO +2H SO +O 2Fe (SO )2H O −−−−−→+氧化亚铁硫杆菌
硫酸铁与黄铁矿继续反应生成更多的硫酸，硫酸使黄铁矿中的硫得到进一步转化而脱除，其反应式为：
22432424FeS +7Fe (SO )+8H O 15FeSO 8H SO −−→+
7.2.2煤的有机硫脱除
煤中的有机硫主要以噻吩基(C 4H 4S-)、硫基(-S-)和多硫基(-S-)x 形式存在，其中二苯并噻吩(DBT)是煤中含量较高的有机硫。

煤中有机硫脱除的过程为脱硫微生物在酶的作用下，使C-S 键断裂，DBT 分解有两条途径：一是通过微生物的作用环羟化使碳环开环、结构变化，把不溶于水的DBT 转换成可溶性的噻吩衍生物；二是通过微生物的直接作用，将DBT 中的硫元素变成硫酸，而从煤中脱除。

脱除有机硫的菌种主要有拟单球菌、恶臭假单胞菌、不动杆菌、根瘤菌、大肠杆菌等，多数为异养型微生物。

7.2.3微生物烟气脱硫原理
烟气中的SO 2一方面以物理吸附、化学反应的形式转变为H 2SO 4，另一方面在微生物的作用下促使反应(7-4)加快。

吸收液中的微生物使Fe 2+和Fe 3+相互转化，使反应(7-5)迅速发生。

Fe 222242SO +O +2H O 2H SO −−−−−→离子，微生物 (7-4)
24322424Fe (SO )+SO +2H O 2FeSO 2H SO −−−→+微生物 (7-5)
Fe 3+是较强的氧化剂，其浓度越高，脱硫的速度就越快；同时反应生成的Fe 2+又可作为
营养源被微生物利用生成Fe3+，再次加快SO2的吸收。

7.2.4微生物脱硫研究进展
在细菌工业废气脱硫研究中，最成功的代表是氧化亚铁硫杆菌，其生长的最适宜pH为2.0~2.2，利用该菌的间接氧化作用进行脱硫，脱硫率已达到95%以上。

7.3微生物烟气脱硝技术
7.3.1NOx脱除技术
NO x主要来自化石燃料燃烧和硝酸、电镀等工业排放的废气以及汽车排放的尾气。

目前脱除NO x的技术主要包括选择性催化还原技术、选择性非催化还原技术、液膜法和微生物法。

各种技术及方法的比较见表。

表7-1NOx废气净化技术比较
7.3.2微生物净化NOx废气的原理
微生物净化NO x的原理是：适宜的脱氮菌在有外加碳源的情况下，利用NO x作为氮源，将NO x还原成最基本的无害的N2，而脱氮菌本身获得生长繁殖的过程。

其中NO2先溶于水中形成NO3-及NO2-再被生物还原为N2，而NO则是被吸附在微生物表面后直接被生物还原为N2。

NO x废气的生物处理中，微生物的存在形式可分为悬浮生长系统和附着生长系统两种。

(1)悬浮生长系统
悬浮生长系统即微生物及其营养物配料存在于液相中，气体中的污染物通过与悬浮液接触后转移到液相中被微生物所净化，其形式有喷淋塔、鼓泡塔等生物洗涤器。

(2)附着生长系统
附着生长系统中，微生物附着生长于固体介质上，气体中的污染物通过介质构成的固定床层时被吸收、吸附，最终被微生物所净化，其形式有土壤、堆肥等材料构成的生物滤床。

废气在增湿后进入生物滤床，通过滤层时，污染物从气相中转移到生物膜表面并被微生物净化。

7.3.3微生物脱除NOx技术的研究进展。