第七章 有机废气的微生物处理技术
有机废气(VOCs)处理生物分解法
A167-有机废气(VOCs)处理生物分解法生物分解法是在已成熟的采用微生物处理废水基础上发展起来的处理有机废气的方法。
通过附着在多孔、潮湿介质上的活性微生物,用大气中低浓度的有机废气为其生命活动的能源或养分,将其转化为简单的无机物(CO2、H2O)或细胞组成物质。
按照荷兰学者Ottengraf提出的生物膜理论,生化法处理有机废气主要经历3个步骤:①废气中的有机污染物首先同水接触并溶解于水中(即由气膜扩散进入液膜);②溶解于液膜中的有机物成分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成为无害的化合物。
近些年来国外研究者对生物分解法处理VOCs在动力学模型、微生物菌种的培养及工艺设备方面进行了大量的研究工作。
通过对生物废气处理过程数学模型的建立与计算,预测在给定条件下生物净化法的处理效果,为设计和过程优化提供依据。
Tang研究了生物过滤器的吸附、微动力学、质量传递和气体流线谱之间的相互作用,用开发出的数学模型描述了生物过滤器的瞬间特性,实验研究和模型分析结果均表明,过滤器的瞬间特性主要受过滤材料的性质和运行条件影响。
Okkerse等研究了生物滴滤池处理废气中生物量累积和阻塞的问题,并利用二氯甲烷作为模拟污染物质,获得了动力学模型。
Hwang等研究了甲苯生物过滤法的动力学行为,由于甲苯是不溶于水的气体污染物,所以可作为模型化合物选用,有效性因素分析结果表明,生物过滤非水溶性化合物(如甲苯)时,受系统质量传递影响,不宜在气体流动速度较高的条件下操作。
Abumaizar用提出的稳态数学模型描述(VOCs)在生物过滤池中的去除动力学,在稳态条件下处理苯、甲苯、乙苯和二甲苯,实验数据与模型预测比较结果表明,粒状活性炭存在可提高堆肥生物过滤池对苯系污染物的去除效率。
郭静对反应器中微生物的生长状况进行了分析,发现被处理污染物的成分以及微环境条件不同,将繁殖出不同的微生物种群。
生物法处理有机废气(超详细)
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。
有机废气生物处理技术
1生物法的概念生物法净化有机废气是在已成熟的采用微生物处理废水的基础上发展起来的，生物净化实质上是一种氧化分解过程：附着在多孔、潮湿介质上的活性微生物以废气中有机组分作为其生命活动的能源或养分，转化为简单的无机物（CO2、H20）或细胞组成物质。
与废水生物处理过程的最大区别在于：废气中的有机物质首先要经过由气相到液相（或固体表面液膜）的传质过程，然后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吸收；在此条件下，进入微生物体内的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，产生的代谢物一部分溶入液相，一部分作为细胞物质或细胞代谢能源，还有一部分，（如CO2）则析出到空气中，废气中的有机物通过上述过程不断减少，从而被净化。
2生物法处理有机废气机理对于生化法处理废气的机理研究尽管已做了不少的工作，当至今仍没有统一理论。
目前在世界上公认影响较大的是荷兰学者，依据传统的双模理论提出额生物膜理论。
另外一种是PEDERSEN、孙佩石等根据吸附理论提出的吸附-生物膜理论所为生物膜及是由微生物群体在固体载体表面构成的粘性膜结构。
润湿环境下，微生物以废气中有机物为能源，将其氧化分解过程中，得以生长、繁殖并形成具有一定厚度的膜。
这种生物膜尤其在处理浓度或生物可降解性强的废气时，更显示了优越性。
3生物法的工艺特点由于微生物对各种污染物均有较强、较快的适应性，并可将其作为代谢底物而降解、转化、因此，与传统的废气处理技术相比，生物处理技术具有效果好、投资及运行费用低，安全性好，无二次污染，易于管理等优点。
同时，由于废气生物处理系手机的再生可直接通过吸收剂中微生物的作用来实现，而不需要先理化吸收和吸附那样的专门设备，从而简化了工艺流程和工业设备，降低运行操作费用，所以，生物处理技术已逐渐成为世界研究的热点课题之一。
4主要工艺及对比4.1生物过滤床生物过滤床是一种在其中填入具有吸附性滤料（如泥炭、土壤、活性炭等物质）的净化装置。
有机废气生物处理技术PPT学习教案
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
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治理的焦臭。
三种生物处理有机废气技术方法的比较
生物技术 生物洗涤床 生物过滤床 生物滴滤床
生物反应的净化过程较慢，吸 收了挥发性气体的废水在反应 器中一般需要停留几分钟至十 几小时。
生物反应器中可进行好氧处理： 活性污泥法和生物膜法。
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生物洗涤装置
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循环废水的利用 ① 可以直接进入吸收器重复使用； ② 经过泥水分离后再重复使用。
光化学烟雾
SO2与水雾、重 金属飘尘、NOX
共同反应
阳光照射下，NOX、 CmHn与氧化剂共同 反应生成的兰色烟雾
硫酸雾、硫酸盐 O3、PAN、醛、酮
危害
影响呼吸系统功能
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刺激眼睛，破坏 中枢神经，破坏
植物生长
有机废气的生物处理
废气的微生物处理于1957年在美 国获得专利，但到1970年代才开 始引起重视，直到1980年代才在 德国、日本、荷兰等国家有相 当数量工业规模的各类生物净 化装置投入运行。
生物处理法消耗的动力只是污 染气体进入第11页/共38页
处理系统时所消耗的能量(正
❖适宜处理的污染气体应具有的特点： 1. 水溶性强 兼具有蒸汽压低特点，向介质表 面微生物膜扩散速率高； 主要包括无机物如H2S和NH3等、 醇类、醛类、酮类以及简单芳烃 (如BTEX)等有机物。
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有机固体废弃物和废气的微生物处理
物分解代谢，最终转化为二氧化碳、水蒸气和微生物细胞等无害物质。
03
特点
生物滴滤法具有处理效率高、操作简单、能耗低等优点，适用于处理低
浓度、低流量有机废气。
04
微生物处理技术的未来发展与挑战
提高微生物处理技术的效率
优化微生物种群结构
生物反应器改进
通过筛选和驯化，提高特定有机废弃 物降解的微生物种群比例，提高处理 效率。
微生物处理技术原理
通过微生物的降解作用，将有机废弃 物和废气中的有机物质转化为二氧化 碳、水、甲烷等无害物质或能源。
微生物处理技术的优缺点
优点
环保、高效、可持续、能源回收率高。
缺点
处理时间长、对环境条件要求高、需要良好的营养源和氧气供应。
微生物处理技术的应用范围
有机固体废弃物处理
厨余垃圾、农业废弃物、城市生活垃圾等。
复利用，降低了成本。
微生物吸附技术需要解决微生物 对不同有害物质的吸附效果和吸 附机理等问题，以更好地应用于
实际废水处理中。
03
有机废气的微生物处理
生物过滤法
原理
生物过滤法是一种利用微生物降 解有机废气的方法，通过填充有 微生物的滤料层将废气中的有机
组分吸收并转化为无害物质。
过程
废气通过填料层时，气体中的有 机组分被吸附在滤料表面，然后 被微生物分解代谢，最终转化为 二氧化碳、水蒸气和微生物细胞
特点
生物洗涤法具有处理效率高、适应性强、可处理高浓度有 机废气等优点，但需要定期更换洗涤液和清洗填料。
生物滴滤法
01
原理
生物滴滤法是一种利用微生物降解有机废气的方法，通过填充有微生物
的滴滤床将废气中的有机组分吸收并转化为无害物质。
《环境生物学》 第七章
结论： （1）生化呼吸线位于内源呼吸线之上，表明该有机物或废水可被微生物 氧化分解。两条呼吸线之间的距离越大，有机物或废水的生物降解性越好； 反之亦然（图7-1A）。 （2）生化呼吸线与内源呼吸线基本重合，表明该有机物不能被活性污泥 微生物氧化分解，但对微生物的生命活动无抑制作用（图7-1B）。 （3）生化呼吸线位于内源呼吸线之下，说明该有机物不能被微生物分解， 且对微生物生长产生了有害抑制作用，生化呼吸线越接近横坐标，抑制作 用越大（图7-1C）。 3、测定相对耗氧速率曲线
第七章 生物净化和治理的传 统方法
[本章要点]
本章介绍了环境生物技术的定义、研究 内容和在环境领域中的应用，阐述了微生物 处理污染物的特点、原理、影响因素和传统 微生物处理法的工作原理和方法。
环境生物技术（environmental biotechnology）诞生的背景：
由于人们的生产，生活活动对环境造成了各种各样的污染，人类 的生存和发展面临着严峻的挑战，迫使人类必须发动一场“环境革命” 来拯救自身，环境生物技术因此而诞生并日益受到重视，人们把生物 技术开发和应用的注意力转向环境保护。
6.废物强化处理技术研究
7.环境的生物监控技术研究
四个热门方向：
基因工程菌从实验室进入模拟系统和现场应用过程中，如何解决其遗传 稳定性、功能高效性和生态安全性等方面问题
开发废物资源化和能源化技术，利用废物生产单细胞蛋白、生物塑料、 生物农药、生物肥料以及利用废物生产生物能源，例如甲烷、氢气、乙醇 等
耗氧速率就是单位生物量在单位时间内的耗氧量，生物量可用活性污
有机固体废物与废气的微生物处理
当前各国城市的固体废物采用的处置和处理方法主要有： 焚烧法、填埋法和堆肥法。焚烧法是物理方法，它用来处理不 可随意排放、有危险的特种废物。也处理城市污水处理厂的剩 余污泥和生活垃圾。堆肥法和填埋法是用微生物化学的原理处 理可生物降解有机固体废物的有效方法。
有机固体废物与废气的微生物处 理及其微生物群落
内容提示
有机固体废物好氧和厌氧堆肥是依靠自然界广泛分布 的细菌、放线菌和真菌等微生物，有控制地促进可生物降 解的有机物向稳定的腐殖质转化的生物化学过程。要了解 在发酵过程中，有温度、pH的变化、有机物腐殖化、稳定 化 ，微生物的演替。
卫生填埋的处理系统规模大，压实性大，发酵时间很 长5〜10年。产生大量渗滤液，臭气污染空气。这是不可 取的，但又是无奈的。
已腐熟堆肥
2. 好氧堆肥发酵微生物
好氧堆肥发酵微生物有：
好氧堆肥 发酵微生物
中温好氧的细菌和真菌 好热性的细菌、放线菌和真菌 嗜热高温细菌和放线菌
微生物在堆肥中的作用与演替 : 通常，参与好氧堆肥的微
生物是附着在垃圾上的本底微生物。堆肥发酵是分批进行，每
一批垃圾上附着的微生物数量有限，而且每一批的数量都不一
含不同成分的废气选用的处理工艺，了解分解含硫恶 臭物质的微生物及其代谢，分解挥发性有机物的微生物。
第一节 有机固体废物的微生物处 理及其微生物群落 第二节 废气的生物处理
第一节 有机固体废物的微生物 处理及其微生物群落
有机固体废物(亦称垃圾)来自各种生活废物如厨余(食物废料 和残余)、丢弃的包装纸、塑料袋、废旧纸张和破布等。随着副食 品加工工业的发展和菜场供应的革新，菜渣、烂瓜果日益增多，城 市居民每日丢弃的生活垃圾量也日益增多。有机固体废物的种类也 发生变化，旧衣物、鞋、玻璃瓶、电池、破席等，见表11-1。
生物法处理有机废气(超详细)
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。
废气的生物处理技术
经过处理后，臭气的浓度和异味得到显著降低，改善了垃圾填埋场的工作环境和周边居民的生活质量。同时，处理过程中产生的生物污泥可用于肥料或生物燃料，实现资源化利用。
06
CHAPTER
未来研究方向与展望
研究不同材料的物理化学性质对生物降解效率的影响，开发具有高生物活性和高吸附性能的新型生物滤料。
经过处理后，废气的浓度和异味得到显著降低，满足国家排放标准。同时，处理过程中产生的生物污泥可用于肥料或生物燃料，实现资源化利用。
废气来源
该项目处理的废气主要来源于污水处理厂的曝气池和污泥处理设施。
处理工艺
采用生物过滤和生物洗涤技术对臭气进行处理。曝气池产生的臭气通过生物过滤床，去除其中的恶臭物质；污泥处理设施产生的臭气则通过生物洗涤塔进行处理。
01
高效性
废气生物处理技术能够高效地去除废气中的有害物质，如挥发性有机物、恶臭物质等。
02
环保性
该技术以生物降解的方式处理废气，避免了二次污染，符合环保要求。
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2
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处理效率受限于生物反应器的设计和操作条件，如温度、湿度、pH值等。
对某些特定废气成分的处理效果可能不佳，需要针对特定污染物进行优化。
生物反应器的维护和管理需要专业知识和经验，以确保稳定运行和良好的处理效果。
生物过滤法原理
通过填料层中的微生物代谢作用，将废气中的有机物转化为无害物质。
生物过滤法优势
处理效率高、操作简单、能耗低。
利用微生物在洗涤液中代谢作用，将废气中的有机物转化为无害物质。
生物洗涤法原理
适用于处理高浓度有机废气，如化工行业、制药行业等。
生物洗涤法应用
处理效率高、去除效果好、可回收有用物质。
废气生物处理技术
生物滴滤池
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使用的填料不同
塑料球（环）、塑料蜂窝状填料、塑料波纹半填料、 粗碎石等
使用循环喷淋液
反应条件易于控制：pH、温度、N、P等营养元素
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2. 无机废气生物处理技术
硫化氢的生物处理
✓ 利用脱氮杆菌（Thiobacillus denitrificans）和派硫杆菌 （T. thioparus）等细菌直接氧化H2S为硫
通入，与新鲜的生物悬浮液接触而被吸收 若气相阻力较大可用喷淋法，反之，液相阻力较大时
则采用鼓泡法
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1.2.2 生物过滤法
最早出现在联邦德国
1959年，在联邦德国的一个污水处理厂建立了一个填充 土壤的生物过滤床，用于控制污水输送管散发的臭味
20世纪60年代，开始采用生物过滤法处理气态污染物， 德国和美国对此方法进行了深入研究
细沙土53.9% 粗沙29.6%
孔隙率40%~50%，比表面积1~100 m2/g，有机物含量1%~5%
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影响土壤滤床处理效率的主要因素
✓ 温度 ✓ 湿度 ✓ pH值 ✓ 土壤中的营养成分
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堆肥滤池
堆肥具有50%~80%的孔隙率，1~100 m2/g的比 表面积，含有50%~80%的部分腐殖化的有机物 质。气体分配层厚度50~100 mm，在分配层上 再铺放厚500~600 mm的堆肥过滤层。
典型的反应器形式
✓ 生物滤池 ✓ 生物滴滤池
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生物滤池 构造
✓ 滤料床层（生物活性填充物） ✓ 多孔布气管 ✓ 排水系统
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土壤滤池
气体分配层 （总厚度 400~500mm）
上层：黄沙或细粒骨料组成 下层：粗石子、细石子或轻质陶粒骨料组成
有机废气微生物处理技术
有机废气微生物处理技术摘要：在经济快速发展的当下，大量工业有机废气给环境污染治理带来了很大的压力，有机废气处理问题已经成为亟需解决的重要问题。
而有机废气生物处理技术是废气中的污染物质在微生物的作用下转化为无害的物质，在微生物起至关重要的作用。
本文阐述生物法处理原理，有机废气研究的关键技术即生物滴滤法，说明有机废气生物法处理存在问题。
关键词：有机废气；微生物；处理；技术随着经济的高速发展，冶炼厂、印刷厂和化工厂等行业的工业企业产生的工业有机废气越来越多。
在当前工业有机废气排放机制尚不健全的情况下，有些有机废气未经处理就排向了大气，使大气受到了严重的污染。
这会给人们的身体健康带来了威胁，也会影响经济的可持续发展，因此采用合理的有机废气处理技术，加大废气处理力度具有非常重大的意义。
有机废气的处理已经成为了重要的问题，受到相关人员重视，对此进行深入的研究。
一、生物法处理原理1、生物过滤法生物过滤法是最早被研究和使用的一项生物处理技术，是用来处理硫化氢等恶臭性气体，现在应用范围扩展到易于被生物降解的挥发性有机气体。
净化过程中，有机废气经预处理后进入生物过滤装置。
装置中的填料是具有吸附性的滤料，多为木屑、堆肥、土壤和比表面积、孔隙率大的活性炭混合而成。
填料上附着生长着丰富的微生物，通过它们的新陈代谢活动，各类有机废气会被分解为CO2，H2O，NO3-和SO4-，从而得到有效净化的目的。
生物过滤法只有一个反应器，液相、生物相都是不流动的，气液接触面积大，使用的滤池投资少而且运行费用低，对于苯系物和醛酮等挥发性物质有很好的去除效果。
2、生物吸收法由废气吸收和微生物氧化反应两部分组成。
有机废气先从反应器的下部进入，向上流动的过程中与填料层中的水相进行接触，实现质量传递过程；水夹带着被溶解的废气进入生物反应器，其中的悬浮液生长着大量微生物，利用它的代谢活动将污染物去除。
在于反应条件容易控制，但是需要额外添加养料，而且设备多、投资高。
微生物处理废气
一、微生物法处理恶臭废气GB14554-93《恶臭污染物排放标准》制定了氨、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醴、二甲基二硫、二硫化碳、苯乙烯等恶臭污染物的排放浓度限值。
恶臭的治理技术即脱臭技术大致可分为物理方法、化学方法、生物方法三种。
生物脱臭原理如图所示，在水、微生物和氧存在的条件下，利用微生物的代谢作用氧化分解发臭物质，以达到净化气体的目的。
生物脱臭大致可以分为3个过程：1、发臭物质被载体（固定化微生物）吸附的过程；2、发臭物质向微生物表面扩散!被微生物吸附的过程；3、微生物的代谢作用，将发臭物质氧化分解成无臭味物质，不含氮的物质被分解成CO2和H2O,含硫的恶臭成分可被分解成S、S032-,SO12-,含氮的恶臭成分则被氧化分解成NH4-,N02-,NO3-。
二、生物脱臭的方法生物法处理废气实际上也是一种活性污泥处理工艺。
主要有生物滤池、生物滴滤塔和生物洗涤器三种形式。
人们根据这三套系统的液相运转情况（连续运转或静止）和微生物在液相中的状态（自由分散或固定在载体或填充物上）来区分它们。
目前应用最广泛的是生物滤池和生物滴滤塔。
1、生物滤池生物滤池（Biofliter）内部充填活性填料，恶臭废气经加压预湿后，从底部进入生物滤池，废气中的恶臭物质与填料上附着生成的生物膜（微生物）接触，被生物膜吸收，最终降解为水和二氧化碳或其他成分，处理过的气体从生物滤池的顶部排出।如图所示，生物滤池的进气方式可采用开流式或下降式，前者容易造成深层滤料干化,后者则可避免，并可防止未经填料净化的可溶性有机物排出。
为防止气体中颗粒物造成滤池堵塞，废气进入滤池前必须除尘。
博化后气体力HE预遏后璘汽生物海也生物滤池处理恶臭示意图生物滤池脱臭法目前研究得最多，工艺最成熟，在实际中也是最常用的生物脱臭方法。
该法的脱臭效率受滤料中的含水率、pH、温度、布气的均匀性和自然条件等因素的影响。
常用的滤料有土壤、堆肥和泥炭等，这样生物滤池脱臭法又可细分为土壤脱臭法、堆肥脱臭法和泥炭脱臭法等。
生物法有机废气处理的工艺及设计
生物法有机废气处理的工艺及设计生物法有机废气处理是一种利用生物技术处理有机废气的方法，广泛应用于化工、制药、食品加工、冶金等产业中。
其工艺包括生物氧化和生物吸附两种主要方式，设计时需要考虑废气成分、浓度、温度、湿度等因素。
下面将详细介绍生物法有机废气处理的工艺及设计。
生物氧化是将有机废气中的有机物通过微生物代谢氧化成无害的无机物的过程。
生物氧化反应需要提供合适的基质、温度、pH值和氧气等条件。
常见的生物氧化反应有好氧生物氧化和厌氧生物氧化。
好氧生物氧化是利用好氧微生物将有机物氧化成CO2和H2O的过程。
该过程需要提供充足的氧气，通常通过喷淋式、曝气式或百叶窗式氧气供给设备实现。
为了提高反应效率，常规反应器可采用活性污泥法、固定膜生物反应器或曝气沟反应器等工艺。
厌氧生物氧化是利用厌氧微生物在缺氧的环境下将有机物转化为甲烷和CO2的过程。
通常采用厌氧反应器进行反应，如厌氧污泥床反应器、厌氧滤池反应器等。
为了保持缺氧环境，反应器内可设计适当的封闭系统，并提供适量的供给碳源和营养物质。
生物吸附是利用生物颗粒或生物膜表面的活性微生物吸附有机气体分子的工艺。
生物吸附通常包括干法吸附和湿法吸附两种方式。
干法吸附是将有机气体在生物颗粒表面吸附后进行降解，适用于有机气体浓度较低的情况。
常用的干法吸附包括生物填料层、生物滤床和生物棉等，其中生物填料层是将生物颗粒填充在填料层中，通过填料层内的空隙和微生物颗粒表面的吸附作用实现废气处理。
湿法吸附是将废气通过湿润的微生物颗粒或生物膜表面，通过微生物的吸附和生物膜的生物降解作用将有机物转化成无害物质。
常用的湿法吸附包括湿式生物过滤器、生物湿润床和生物液滴沉滤塔等。
在设计生物法有机废气处理系统时，首先需要了解废气的成分、浓度、温度、湿度等参数。
根据不同的有机物特性选择合适的生物处理方式，同时考虑处理效率、设备可靠性、运行成本和维护成本等因素。
设备的设计要合理布置反应器、吸附剂和辅助设备，确保废气与生物颗粒或生物膜充分接触，同时提供充足的氧气、碳源和营养物质。
有机废气的生物处理技术
有机废气的生物处理技术主讲：陈东之副教授E-mail：cdz@第一部分：引言VOCs¾挥发性有机化合物（VOCs）：常温下沸点50℃—260℃的各种有机化合物¾长期以来被广泛地用作为液体燃料、有机溶剂及化学反应的介质和原料从而进入大气中¾美国国家环境保护署（EPA）所列的有毒气体排放物清单包含的25种气体中，18种为VOCs废气对星星港湾影响，（2009.8.26）哈药臭气扰民，2009.8.4）废气对学校影响（2009.4.16）大气污染是目前最突出的环境问题之一，每年因大气污染导致全球约相关法规¾《中华人民共和国大气污染防治法》¾《大气污染物综合排放标准》¾《恶臭污染物排放标准》¾其它z《关于推进大气污染联防联控工作，改善区域空气质量的指导意见》z《城镇污水处理厂污染物排放标准》z《浙江省大气污染防治条例》z《关于开展杭州市干洗行业挥发性有机物污染专项整治工作的通知》末端控制技术VOCs 控制技术吸附焚烧吸收冷凝减少废气释放量生物泄露控制工艺改革溶剂替代1. 溶剂替代一、减少废气释放量（预防性措施）2. 工艺改革z 非挥发性溶剂工艺取代挥发性溶剂工艺3. 泄漏控制¾充入、呼吸和排空损耗呼吸损耗：温度变化使容器产生“吸进和呼出”而导致的有机物损耗白天呼出，夜晚吸进可通过在容器出口附加的蒸气保护阀来控制1. 焚烧法¾适用于可燃或高温分解的物质¾不能回收有用物质，但可回收热量817222662222222C H 12.25O 8CO 8.5H O C H 7.5O 6CO 3H O H S 1.5O SO H O Q Q Q+→+++→+++→++－燃烧时放出的热量Q 二、末端控制技术焚烧工艺¾直接焚烧：将可燃的有害气体当燃料燃烧的方法z适用于可燃有害组分浓度较高或热值较高的废气z设备：燃烧炉、窑、锅炉z温度1100℃左右z产生大量有害气体、烟尘和热辐射焚烧工艺¾热力焚烧：利用辅助燃料燃烧所产生的热量，把有害气体的温度提高至反应温度使其氧化分解的方法z适于低浓度废气的净化z温度低700~870℃z必要条件：温度、停留时间、湍流混合焚烧工艺¾ 催化燃烧：为节省辅助燃料，利用催化剂使有害废 气在更低温度（300~450 ℃）下氧化分解的方法 优点z 无火焰燃烧，安全性好 z 温度低，辅助燃料消耗少 z 对可燃组分浓度和热值限制少11焚烧法处理VOCs的运行性能比较焚烧工艺 直接焚烧投资费用 运行费用 燃烧温度 /℃ 其他 较低 低 > 1100 易爆炸、热能浪 费且易产生二次 污染热力焚烧低 高 700~870 回收热能 高催化燃烧较低 300~450 VOCs中如含重金属、 尘粒等物质，会引 起催化剂中毒122.吸收法¾ 吸收剂的要求z 对被去除的VOCs有较大的溶解性 z 蒸气压低 z 易解吸 z 化学稳定性和无毒无害性 z 分子量低¾ 主要设计指标z 液气比 z 塔径 z 塔高133.冷凝法¾ 接触冷凝z 被冷凝气体与冷却介质直接 接触 z 喷射塔、喷淋塔、填料塔、 筛板塔¾ 表面冷凝（间接冷却）z 冷凝气体与冷却壁接触 z 列管式、翅管空冷、淋洒式、 螺旋板144.吸附法有部分VOCs不易 解吸，不宜用活性 炭吸附 活性炭吸附VOCs 的性能最佳15技术比较适用范围 治理技 术 废气 量 m3/h>2,000 550,000 10060,000技术特点 优点 局限性1m3/h废气的费用 （元） 投资 运行浓度 g/m32~90焚烧法易产生有毒副产物如二噁英、 或可实现热 CO、NOx，对低浓度废气的 50-500 能回收 处理效果差 可用于气量 需回收吸附剂，废气湿度应 波动较大的 <50%，压降高，某些组分会 废气 使吸附剂中毒 不适用于处理低水溶性组 或可实现资 分，产生大量废水而造成二 源回收 次污染 或可实现资 仅对高浓度废气有效；浓缩 源回收 物必须经进一步处理 适用于多组 占地面积大，压降高，某些 分废气，对 组分去除效率低，启动周期 环境友好 长 80-800100-1,000吸附法< 1050-200吸收法 冷凝法8~5040-400 65~520100-800 130~780100~10, > 60 000 100<5 500,000生物法40-4008-5016第二部分 生物净化技术进展1 2 3 4 5 6 7 废气生物处理的发展 废气生物处理的特点 废气生物处理的机理 处理废气的微生物 废气生物处理的基本条件 废气生物处理的反应器 废气生物净化技术研究方向171.废气生物净化的发展9 1957年，Pomeroy RD申请了利用土壤过滤装置处理硫化氢的 专利，并在美国加州的污水厂成功建立起第一套土壤生物过滤 装置 9 上世纪80年代后，生物法处理废气技术在欧洲有了较快的发 展，其应用领域也由硫化氢等恶臭废气扩展到控制VOCs和其 他有毒污染物废气 9 进入21世纪，由于该技术本身具有的经济方面的优势和巨大的 应用潜力，关于其基础和应用研究依然非常活跃189 据2008年统计，欧洲已有约8000套废气生物处理装置正在运 行，废气处理流量为1000~150000m3/h，大部分VOCs处理效 率在90%以上；有800余种化学加工业用生物法处理异味、挥 发性有机物和有毒气体。
微生物生物技术在废气处理中的应用
微生物生物技术在废气处理中的应用第一章：引言废气处理是当前一个重要的环保领域，环境污染对健康和生态造成了严重影响。
微生物生物技术的应用能够有效地处理废气，因为微生物可以快速将污染物转化为无害的物质。
在废气处理中，微生物生物技术已经成为一种主要的技术展示，并逐渐被广泛应用。
第二章：微生物生物技术的应用微生物生物技术通过利用微生物对有机物进行生物降解，将废气中含有的一系列有害物质得以有效地降解和转化为更为稳定的气态物质，如二氧化碳、水和溶于水中的盐酸等。
微生物生物技术的主要特点是可以在一定条件下迅速、高效地处理废气，并且该技术有较高的稳定性和重复性。
下面就是微生物生物技术在废气处理中的应用。
第三章：微生物生物技术在有机物降解方面的应用微生物生物技术在废气处理中的主要功能是对污染某物的有机物进行分解。
在这一方面，微生物生物技术成为了一种有效的工具。
一种典型的应用是利用微生物分解污染物，包括丙烯和丁烯等不同种类的有机物。
利用微生物, 可以使污染物分解为可转化的产物，使之成功降解，减少了对环境的污染和各种隐患。
第四章：微生物生物技术在脱硫方面的应用微生物生物技术在脱硫方面也被广泛应用。
燃煤在工业生产、家庭生活中应用很广泛，但同时也伴随着严重的大气污染问题，污染物主要是SO2气体。
对于SO2气体的处理，目前主要分为化学法和生物法。
在化学法中，一般采用CaHCO3对污染物进行吸收，这种方法在处理SO2气体时会产生大量的废水和固废对环境造成一定污染。
与之相比，生物法处理SO2气体天然环保，未产生二次污染，所以微生物生物技术中可以应用微生物脱除废气中的SO2气体。
第五章：微生物生物技术在氮氧化物处理方面的应用微生物生物技术在氮氧化物的处理方面也有广泛的应用。
NO和NO2等氮氧化物是造成酸雨的重要成分之一。
微生物的降解作用可以将NOx氮氧化物转化不同的物质，如NH3、N2、N2O等；同时，这些降解下来的产物并不毒害环境。
废气的微生物处理是利用微生物的生物化学作用
废气微生物处理废气的微生物处理是利用微生物的生物化学作用，使污染分解，转化为无害或少害的物质。
目前，微生物处理大气污染主要用来净化有机污染物。
同传统的大气污染治理技术相比，微生物法具有处理效果好、投资及运用费用低、易于管理等优点，逐渐应用于大气污染治理中。
大气污染防治源头防治末端治理污染修复源头治理-酸雨煤炭脱硫l N0x的微生物净化技术⋯1．1微生物净化N0x废气的原理NOx是无机气体，其构成中不含碳元素，因此，适宜的脱氦菌在有外加碳源的情况下，利用NOx作为氮源，将NOx还原成最基本的无害的N ，而脱氮菌本身获得生长繁殖的过程。
其中NO：先溶于水中形成NO3-及NOr再被生物还原为N，，而N0则是被吸附在微生物表面后直接被生物还原为N2o1．2微生物净化NOx废气工艺流程1．2．1 悬浮生长系统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(图1)1．2．2 附着生长系统微生物则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。
(图2)。
1．3 N0x的微生物净化技术的优缺点用微生物进行废气脱硝是近年来国际上开始的基础性研究工作，该法能有效地脱除废气中的NOx，具有工艺简单、能耗和处理费用低、效率高、无二次污染、易管理等优点。
但要实现工业应用还存在一些问题：(1)微生物的生长速度相对较慢，要处理大流量的烟气，还需对菌种作进一步的筛选；(2)微生物的生长需适宜的环境；(3)微生物的生长会造成塔内填料的堵塞。
而且微生物处理废气法尚处于试验阶段，无成熟工艺。
2微生物烟气脱硫技术2．1微生物烟气脱硫原理烟气中的SO：一方面以物理吸附、化学反应的形式转变为H：SO ，另一方面在微生物的作用下促使上述反应加快。
吸收液中的微生物使Fe 和Fe 相互转化，使反应迅速发生。
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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。