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1、15.固废与废气微生物过程,王 志 平,Microbial process in waste solid&gas treatment,*,2,固体废弃物的污染现状,我国城市每年产垃圾5亿吨；垃圾堆积量达70亿吨，占地80多万亩，且仍以年均4.8%的速度增长；为清理每日产生的垃圾，北京有近2万名环卫工人，上海有近3万名环卫工人；城市污水处理产生的剩余污泥达数千万吨；我国农村每年产垃圾3亿吨，其组成不再是易腐败降解的农作物，而与城市垃圾日益趋同。,*,3,固废处理基本原则,资源化、减量化、无害化,固体废物,化学成分：有机废物、无机废物形 状：固体废物、泥状废物危害状况：有害废物、一般废物来 源：工
2、业固废、城市垃圾、农业固废,*,4,常规固废处置方法,有机20%,有机2080%,水20%,富碳,*,5,一、厌氧消化,在人工控制厌氧条件下，利用厌氧微生物将废物中可降解有机质分解转化成甲烷、二氧化碳和其它稳定物质的生物化学处理过程。,*,6,1.厌氧消化的基本微生物过程,厌氧反应过程中的阶段性 两阶段理论 三阶段理论 四类群理论,*,7,有机物,发酵阶段，又称产酸阶段或酸性发酵阶段；主要功能：水解和酸化，主要产物：脂肪酸、醇类、CO2和H2等；主要的微生物：统称为发酵细菌或产酸细菌；主要特点有：1）生长快，2）适应性（温度、pH等）强。,厌氧消化的两阶段理论,*,8,水解细菌,产酸菌,有机物
3、,小分子有机物,产甲烷菌,脂肪酸、醇类、H2、CO2,CO2、CH4,厌氧消化的两阶段理论,l产甲烷阶段，又称碱性发酵阶段；l产甲烷菌利用前一阶段的产物，并将其转化为CH4和CO2；l主要参与微生物统称为产甲烷细菌；l其特点有：1）生长慢；2）对环境条件（温度、pH、抑制物等）非常敏感。,*,9,有机物,厌氧消化的三阶段理论,厌氧消化的四类群理论,*,10,2.沼气发酵的相关微生物,*,11,两类微生物的相互作用,不产甲烷菌为产甲烷菌提供生长和产甲烷所需的基质；产甲烷菌为不产甲烷菌生化反应解除反馈抑制;不产甲烷菌为产甲烷菌创造适宜的厌氧环境;不产甲烷菌为产甲烷菌清除有毒物质;不产甲烷菌与产甲烷
4、菌共同维持适宜的pH.,*,12,复杂有机物首先在发酵性细菌产生的胞外酶作用下分解为溶解性小分子有机物；纤维素及淀粉被纤维素酶、淀粉酶水解为葡萄糖；蛋白质被蛋白酶水解为短肽及氨基酸，继而分解成有机酸、氨、醇等；脂类化合物水解为脂肪酸和甘油。,发酵微生物的作用,*,13,溶解性小分子有机物进入发酵菌(酸化菌)细胞内，在胞内酶作用下分解为挥发性脂肪酸(VFA)，如乙酸、丙酸、丁酸以及乳酸、醇类、二氧化碳、氨、硫化氢等，同时合成细胞物质。在此过程中，溶解性有机物被转化为以挥发性脂肪酸为主的末端产物，因此这一过程也称为酸化，酸化过程是由许多种类的发酵细菌完成的。其中重要的类群有梭状芽孢杆菌(Clost
5、ridium)和拟杆菌(Bacteriodes)。,产酸微生物的作用,*,14,产酸阶段绝大多数是严格厌氧菌，但通常有约1的兼性厌氧菌生存于厌氧环境中，这些兼性厌氧菌能够起到保护严格厌氧菌，如产甲烷菌免受氧的损害与抑制的作用。发酵酸化阶段的产物丙酸、丁酸、乙醇等，在此阶段经产氢产乙酸菌作用转化为乙酸、氢气和二氧化碳。同型产乙酸菌，利用CO2与H2产乙酸，少量。,产乙酸菌的作用,*,15,在此阶段，产甲烷菌在二氧化碳存在时，利用氢气生成甲烷；也可以直接利用乙酸生成甲烷，二者的比例一般为3/7。利用乙酸产甲烷的菌有索氏甲烷丝菌(Methanothrix soehngenii)和巴氏甲烷八叠球菌(M
6、ethanosarcina barkeri)产甲烷菌都是严格厌氧菌，要求生活环境的氧化还原电位在-150-400mV范围内。,产甲烷菌的作用,*,16,主要为CH4,5570 CO2,2540 此外还有总量小于5%的CO、O2、H2、H2S、N2、NH3、碳氢化合物(CmHn)等。通常，沼气中由于含有一点H2S气体，会有臭鸡蛋的气味。,沼气的成分,*,17,3.影响厌氧消化的因素,厌氧条件 氧化还原电位原料配比 C/N 2030:1,P/C 1/1000反应温度 中温3538,高温5065 pH酸碱度 6.57.5搅拌条件 防酸积累、防气包、防过温接种菌种 相应于原料促进/抑制剂 碱性物质/重
7、金属、氰化物等,*,18,资源化效果好，低品味的生物能转化为高品味的沼气；沼液、沼渣可用作农肥、饲料或堆肥化原料；可杀死传染病细菌；反应过程复杂，对温度、pH等环境因素较敏感；气味较大，容易产生H2S、氨气等；厌氧微生物的生长速率低，常规方法的处理效率低，设备体积庞大。,4.厌氧消化的特点,*,19,二、堆肥(Compost),堆肥处理是指在人工控制下，在一定水分、C/N比和通风/搅拌条件下经微生物作用，实现有机固态废弃物减量化、稳定化的过程。,堆制处理后的产物中含有丰富的氮、磷营养物质和腐殖质物质，可用于改善土壤故称为堆肥。,*,20,1.堆肥的微生物作用实质,堆肥的实质是微生物通过其胞外、
8、胞内酶转化分解有机质为腐殖质，实现固体垃圾的减量化与稳定化，获得维持自身生命活动所需的能量及营养。堆肥的关键是控制氧化还原反应的进程。由此决定了堆肥过程中所需要关注的要点。,*,21,2.堆肥的物料特性,有机质组成-降解性有机质含量-2080%碳/氮、碳/磷比-2535,75100水分含量-约4060%颗粒粒径-1-2cm,*,22,上海市城市生活垃圾构成,*,23,*,24,3.好氧高温堆肥,好氧高温堆肥是由群落结构演替非常迅速的多个微生物群体共同作用而实现的动态过程，在该过程中每个微生物群体都有在相对较短时间内适合自身生长繁殖的环境条件，并且对某一种或某一类特定的有机物质的分解起作用。单一
9、的细菌、真菌、放线菌群体，无论其活性多高，在加快堆肥化进程中作用都比不上多种微生物群体的共同作用。,*,25,真菌：对堆肥物料的分解和稳定起着重要的作用，真菌不仅能分泌胞外酶，水解有机物质，且由于其菌丝的机械穿插作用，能对物料施加一定的物理破坏作用；典型的有麯菌、镰刀菌、青霉菌和酒麯菌。细菌：对物料中易降解的及小分子物质起主导降解作用；部分能耐高温，主要是芽孢杆菌属。放线菌：能耐高温，增殖速率慢，主要在末期占优势。链丝菌、诺卡氏菌和小单孢子菌等,好氧高温堆肥的主导微生物,*,26,某一时刻的温度和可利用的有机物质是决定该时刻堆肥中微生物群落结构的决定因素。,堆肥初期，利用易降解有机物质迅速繁殖
10、的微生物占优势；随着温度的升高，嗜热微生物逐渐增多；温度超过60后，仅剩下嗜热细菌和放线菌；温度回落后，中温微生物重新定殖，由于可利用的基质有限，其种群并不同于之前的中温微生物。,堆肥过程的微生物种群轮替,*,27,高温菌细菌+放线菌,中温菌细菌+真菌,耐热真菌,温度,堆肥过程的微生物种群轮替,*,28,4.堆肥的物质转化过程,驯化阶段发酵微生物主导 易降解有机物中温阶段产酸微生物主导 腐殖质形成 高温阶段嗜热性真菌主导 有害微生物杀灭腐熟阶段可利用基质耗尽 微生物消亡,*,29,单糖,CO2+微生物+腐殖质+能量,有机酸,碳素化合物,水解,氧化,氧化,纤维素分解至少需要三组水解酶的协同作用：
11、纤维素内切酶+端解酶+纤维二糖酶,堆肥过程的碳素变化,氧化,氧化,*,30,堆肥过程的碳素变化,*,31,小麦秸秆加硝铵的堆肥,*,32,失重主要源自纤维素半纤维素的降解；前5天，每天失重2.66%，随后30天每天1.3%；可溶性组份变化较小，表明分解的糖与糖苷可被其他高分子分解物所弥补；木质素相对含量甚至上升，表明其基本不被降解。,小麦秸秆加硝铵的堆肥,*,33,氨氮,硝态氮+微生物+腐殖质+能量,硝态氮,含氮化合物,氨化,氧化,反硝化,氮气,堆肥过程的氮素变化,*,34,堆肥过程的氮素变化,*,35,堆肥过程的腐殖质形成,对苯二酚氧化酶,*,36,堆肥中的木质素及纤维素由于分子结构较复杂，
12、较难被微生物利用，是形成腐殖质的主要来源；在微生物作用下，木质素的侧链氧化生成木质素类衍生物，构成了腐殖质的核心和骨架；由微生物水解产生的小分子有机酸、氨基酸、核酸等在局部高温及高浓度条件下聚合形成了腐殖质。,堆肥过程的腐殖质形成途径,*,37,腐殖质并非单一的有机化合物，而是在组成、结构及性质上既有共性又有差别的一系列有机化合物的混合物，其中以富里酸(Fulvic acid)与胡敏酸(Humic acid)为主；腐殖质在土壤中可以呈游离的腐殖酸和腐殖酸盐类状态存在，也可以呈凝胶状与矿质粘粒紧密结合，成为重要的胶体物质；溶解态腐殖质主要通过络合作用与金属离子结合，而固态的则通过物理化学吸附作用
13、固定金属离子。,腐殖质的组成,*,38,胡敏酸是一类能溶于碱溶液而被酸溶液所沉淀的腐殖质物质，其分子量比富里酸大，约为400100000 Da；分子结构中含芳香环、杂环及多环化合物，构成网状结构，边缘的官能团决定了其酸度、吸收交换容量及形成有机-无机复合物的能力；胡敏酸比富里酸的酸度小，吸收容量较高，它的一价盐类溶于水，二价和三价盐类不溶于水，这对土壤养分的保持及土壤结构的形成都具有意义。,腐殖质的组成胡敏酸,*,39,胡敏酸的一般结构,*,40,富里酸是一类既溶于碱溶液又溶于酸溶液的腐殖质物质，其分子量比胡敏酸小；在结构方面其所含的芳香核较胡敏酸小，聚合度小，酚羟基及甲氧基较多；富里酸呈强酸
14、性，移动性大，吸收性比胡敏酸低，它的一价、二价、三价盐类均溶于水，因此富里酸对促进矿物的分解和养分的释放具有重要作用。,腐殖质的组成富里酸,*,41,Buffle富里酸的三维结构,*,42,5.堆肥过程涉及的主要酶,*,43,堆肥过程中有机物的生物降解一般属于氧化脱氢过程，故过氧化氢酶酶活性表明了微生物利用有机质的速率变化；纤维素酶是多糖类有机物(糖、淀粉、纤维素、半纤维素)水解的关键酶；磷酸酶是物料中有机磷矿化的主要生物酶，其活性表明物料稳定化的趋势；脲酶是有机胺水解形成无机氨的关键酶。,堆肥过程中酶活性的变化,*,44,脲酶：以脲素为基质进行酶促反应,测定生成的氨量来表示脲酶活性，活性单位
15、gNH4 g-1h-1;过氧化氢酶：在酸性条件下用0.1 mol L-1 高锰酸钾滴定干堆肥中的过氧化氢,用反应前后高锰酸钾消耗量表示过氧化氢酶活性,活性单位为mmol g-1;转化酶：以蔗糖为底物,经转化酶水解后生成还原糖,然后采用3,5-二硝基水杨酸比色法进行测定,活性单位mg(葡萄糖)g-124h-1;纤维素酶：DNS 法,即用羧甲基纤维素钠盐作底物,经纤维素酶水解后生成还原糖,再用3,5-二硝基水杨酸法测定还原糖含量,纤维素酶活性的单位是gmin-1,相关酶活性的测定,*,45,凡能提高酶活性的物质，都称为激活剂(1)无机离子：金属离子(K+Na+Mg2+Zn2+Fe2+Ca2+)、阴
16、离子(Cl-Br-)、氢离子(2)简单有机分子：某些还原剂、乙二胺四乙酸（EDTA）(3)具有蛋白质性质的大分子物质 主要是激活酶原 无活性的酶原 有活性的酶,激活剂对酶反应速度的影响,*,46,影响酶反应速度的抑制剂,有机磷化合物与丝氨酸上的-OH结合有机汞、有机砷化合物与巯基-SH结合氰化物、硫化物和CO与活性金属离子络合重金属离子 与SH、-NH2、-COOH结合或替 代活性中心金属离子卤代烃烷化剂 取代SH、-NH2、-OH抗生素产物抑制,*,47,牛粪堆肥中指标酶活性的变化,*,48,6.有机质腐质化程度,腐质化指数：HI=HA/FA 1.4腐质化率：HR=HA/(FA+NHF)1.
17、0胡敏酸百分含量：HP=HA*100/HS腐质化度：DH%=(CHA|FA/TEC)*100,*,49,pH值呈弱碱性，89；挥发性固体含量，即有机质 0.1,化学评价指标,*,50,三维荧光光谱检测,胡敏酸,富里酸,*,51,*,52,Typical Compost Characteristics,*,53,上海市城市垃圾堆肥发酵系统工艺流程,*,54,杭州市垃圾堆肥厂工艺流程图,*,55,三、卫生填埋(Landfill),卫生填埋是世界上常用的处理垃圾量最大的4种方法之一。美国用这种处理的垃圾占总量68，欧洲一般在5085，但卫生填埋场的渗出液容易污染周围土地和水体。我国每年生成的城市生活
18、垃圾约为5亿吨，其中约三分之二的垃圾是可以回收利用的，但实际中除少部分金属、塑料及废纸被零散回收外，其它90%以上实行卫生填埋。,*,56,好氧填埋：填埋垃圾体内布设通风管网，以鼓风机提供空气，加速垃圾分解；由于通风加速了蒸发，减少了渗滤液，仅需简单的防渗处理；准好氧填埋：与好氧类似，供氧量少，能耗少一些；厌氧填埋：填埋体无需通风供氧管网，但需要高防渗，渗滤液收集及填埋气收集体系，电耗少，投资运行费用少，能产能。,1.卫生填埋工艺,*,57,厌氧卫生填埋场,检测探头,集气井,防渗系统,填埋单元,工作面/面覆土,输气管,填埋气发电厂,渗滤液处理厂,*,58,与厌氧消化基本一致，差别在于填埋处理的
19、物料含水量低，处于非连续相且缺少搅拌，反应的局部性更容易导致酸、气积累；而由于填埋垃圾的复杂性，其酸浸过程导致重金属离子的溶出增多。,2.厌氧填埋的微生物过程,*,59,I 好氧阶段 II 缺氧阶段III 厌氧阶段 IV 成熟阶段,厌氧填埋场稳定进程,*,60,好氧阶段，好氧氧化温度急剧上升；缺氧阶段，硫酸硝酸盐还原ORP下降；厌氧不产甲烷段，固相垃圾水解酸积累；厌氧加速产甲烷段，有机酸利用阶段；厌氧减速产甲烷段，有机酸消耗阶段；好氧成熟阶段，大气重新进入垃圾填埋体。,各阶段的转化,*,61,3.填埋场渗滤液,垃圾填埋场渗滤液是指垃圾在堆放和填埋过程中由于发酵和降水的冲刷、地表水和地下水浸泡而
20、滤出的污水；垃圾渗滤液是一种污染性很强的高浓度有机废水，含有多种毒性物质与致癌物质，若不能妥善处理而直接进入环境，将对环境造成严重污染；渗滤液处理是世界上公认的难题。,*,62,垃圾本身含有大量的可溶性有机物、无机物在雨水、地表水或地下水的浸入过程中溶解而进入渗滤液;垃圾通过生物、化学、物理等作用产生的可溶性物质进入渗滤液;覆盖和周围的土壤中进入渗滤液的可溶性物质。,渗滤液的来源,*,63,调整期：出水COD较低过渡期：可生化性较好产酸期：可生化性最好产甲烷期：可生化性较差成熟期：可生化性极差 年轻填埋场的渗滤液，pH值低、BOD高、COD高，BOD/COD高；而较老的填埋场其渗滤液有较低BO
21、D、COD值，低BOD/COD值，高氨氮浓度，pH通常为7.5左右,渗滤液随填埋时间的变化,*,64,有机物浓度高，种类多；氨氮含量高；溶解性盐污染重；微生物营养元素比例失调；可生化性差；水质水量随季节波动大COD、BOD及可生化性随填埋时间的增长而下降。,渗滤液的基本特点,*,65,渗滤液的基本构成,*,66,四、废气生物处理,基本原理：利用微生物的生命活动过程把废气中的气态污染物转化成少害甚至无害的物质。特点：不需要再生过程和其它高级处理，与其它净化法相比，其处理设备简单，费用也低，并可以达到无害化的目的。缺点：不能回收污染物质，适用于污染物浓度很低的情况；废气的组分较单一，需添加营养以满
22、足微生物营养要求。,*,67,1.适用于生物处理的废气种类,氨、硫化氢、挥发性有机物(VOCs)等；挥发性有机物是指常温常压下沸点低于260，蒸气压大于71Pa的液体或固体有机化合物；其主要成分为烃类、卤代烃、氮烃、含氧烃、硫烃及低沸点的多环芳香烃等，常温下易挥发；主要来源于养殖厂、化工厂、垃圾处理厂、农产品加工厂等。,*,68,19种恶臭物质的理化性状,*,69,恶臭物质的嗅觉阀值/10-9,*,70,恶臭强度,恶臭强度是指恶臭对人嗅觉的刺激程度。,*,71,H2S具有急毒性多数VOCs有毒、有恶臭，部分有致癌性；光化学烟雾，刺激人眼睛与呼吸系统破坏臭氧层,废气的危害,*,72,2CH3-S
23、-CH3(DMS),CH3-S-S-CH3(DMDS),2CH3SH(MN),2H2S,2H2SO4,2HCHO,2HCOOH,2CO2,2NADH+2H+,2NAD+,2O2,2H2O,2H2O,2NAD+,2NADH+H+,2NAD+,2NADH+H+,2H2O,2O2,2H2O2,2H2O+O2,NADH-stimulated DMS oxidase,NADH-stimulated DMDS reductase,Catalase,MT oxidase,producing H2S and H2O2,NAD-specific formaldehyde dehydrogenase,NAD-sp
24、ecific formate dehydrogenase,Sulfide-oxidizing system,典型污染物二甲基硫醚的转化,*,73,生丝微菌属对DMSO代谢的结果是产生H2S04和C02，而其中间代谢产物HCHO经丝氨酸途径同化、合成细胞物质。黄单胞菌属(Xanthomonas sp)DY44对硫的代谢独特，它氧化H2S和甲硫醇(MM)不形成S0或S042-，而是形成类似于元素硫的聚合物。食酸假单胞菌(Pseudomonas acidoyorance)只氧化DMS为DMSO就不再继续氧化。,二甲基硫醚的微生物转化,*,74,硫杆菌属(Thiobacillus)既能氧化上述恶臭硫化
25、物，也能氧化SO,S2032-和S4062-排硫硫杆菌E6菌株氧化DMDS为H2S04和CO2；硫杆菌属ASN-1菌株氧化DMS，能利用N02-和NO3-作最终电子受体，依靠钴胺酰胺(X)(甲基携带剂)引发的甲基转移反应而将其氧化为HCOOH和H2S,二甲基硫醚的微生物转化,*,75,氧化恶臭硫化物的细菌,*,76,废气生物净化过程的实质是利用微生物的代谢作用将废气分解为稳定无害的无机物。由于这一过程在气相中很难进行，废气必须首先经历由气相转移到液相或固相表面液膜中的传质过程，然后污染物才能被固相载体表面固定的微生物吸附降解。其实质是附着在多孔、潮湿介质上的活性微生物以废气中组分作为其生命活动
26、的能源或养分,转化为简单的无机物(CO2、H2O、NO3-、SO42-)或细胞组成物质。,2.生物处理废气的过程解析,*,77,气相主体,气膜,液膜,微生物,相界面,废气,液膜传质,*,78,生物处理工艺的适用性,*,79,废气生物处理的经济性(投资),*,80,废气生物处理的经济性(运行),*,81,微生物对各类污染物均有较强、较快的适应性，并可将其作为代谢底物降解、转化。同常规的有机废气处理技术相比，生物技术具有效果好、投资及运行费用低、安全性好、无二次污染、易于管理等优点，尤其在处理低浓度(3mg/L)、生物降解性好的有机废气时更显其优越性。,废气生物处理的优势,*,82,3.废气生物处
27、理的基本工艺,按微生物在废气处理过程中存在的形式不同可将处理工艺分为附着生长系统和悬浮生长系统。附着生长系统中微生物是附着在固体介质上，废气通过固定床时被吸附、吸收，最终被微生物所降解，典型的方式是生物过滤法。悬浮生长系统中微生物存在于液体中，废气通过传质进入液相中，从而被微生物降解，典型的方式是生物吸收法。同时具有两种生长系统特性的典型的方式是生物滴滤法。,*,83,基本过程：废气穿过潮湿的多孔材料填充层；其中的污染物被多孔材料表面的水膜吸附；固定于多孔材料表面的微生物持续利用这些吸附的污染分子。,(1)生物过滤法,*,84,优势：运行费用低，无需添加化学品缺点：气流与浓度变化可能引起穿透
28、占地面积较大要求：稳定的废气流，稳定的负荷，潮湿温暖的气流，需要有驯化期。,生物过滤法的特点,*,85,生物滤床的介质需要有较大的比表面积，较低的堆积密度，较高的机械强度及良好的持水性。传统介质：泥炭、木屑、稻草、堆肥材料工程介质：珍珠岩、陶粒、活性碳、聚合物,生物过滤床的介质,*,86,生物过滤床简图,*,87,Intermittent Rinse Water Feed,*,88,Schematic diagrams of above-ground closed biofilter,*,89,Schematic diagrams of below-ground open biofilter,
29、*,90,污染物:BTEX,NH3,Trirmethylamine,Ethanol,Organic acids,etc.污染源:工业污染源 主要微生物:Pseudomonas,Bacillus,etc.条件要求：充足的水和空气 微生物代谢类型：Aerobic metabolism 温度:15-40 C,pH:6-8 代谢产物:CO2,H2O,Biomass,典型 Biofilter 1普通Biofilters,*,91,污染物:H2S 污染源:工业,废水收集处理厂、养殖场主导微生物:Thiobacillus thiooxidans,Thiobacillus spp.温度:15-40 C PH:
30、1-3,要求条件：Abundant water and oxygen微生物代谢类型：Aerobic metabolism代谢产物:H2SO4,典型 Biofilter 2酸性Biofilters,*,92,污染物:VOCs,Odourous materials主导微生物:Filamentous fungi要求条件：Degradation of pollutants at low water activities below 0.61 微生物代谢类型：Aerobic metabolism 应用对象:Tounlene,Ethylbenzene,o-Xylene,典型 Biofilter 3半干式B
31、iofilters,*,93,主导微生物：Thermophilic Microorganisms温度:45-60 C 优点:Higher degradation rate；More economical treatment processes缺点:Fast decomposition of degradable support media；Reduction of the solubility of pollutants应用:Deshusses et al.(1997):ethyl acetate,45-50 C van Groenestijn.(1995):ethanol,50-70 C,典
32、型 Biofilter 4高温Biofilters,*,94,主导微生物:Nitrobacter:Nitric oxide Nitrite NitrateDenitrifying bacteria:NO N2代谢类型：Aerobic/Anaerobic Processes应用:Apel et al.(1995):Anaerobic removal of nitrogen oxides from combustion gases using denitrifying bacteria(NO N2 in thick biofilm)Biosaint(1999):Removal of ammonia
33、 using Nitrobacter:95-98%removal at 50-1000 ppmv,典型 Biofilter 5高温Biofilters,*,95,Growth substrate(CH4,toluene,phenol,etc.)M.O.三氯乙烯(TCE)CO2,H2O Biomass Microorganism:no energy or other benefits from degrading cosubstrate fortuitously degrade unrelated compounds(similar shape to the active site of the
34、 enzyme),典型 Biofilter 6共代谢Biofilters,*,96,ParameterBiofilter layer heightBiofilter areaWaste air flowBiofilter surface loadingBed void volumeMean effective gas residence timepressure drop per meter of bed heightInlet pollutant and/or odor concentrationOperating temperatureInlet air relative humidity
35、Water content of the support materialpH of the support materialTypical removal efficiencies,Typical value1-1.5 m1-3000m250-300,000m3h-15-500m3m-2 h-150%15-60 s0.2-1.0 cm water gauge(max.10cm)0.01-5g m-3,500-50,000OUm-3 15-30 C98%60%by masspH 6-860-100%,典型 Biofilter 运行条件,*,97,生物吸收法的工艺一般由废气吸收段和悬浮液再生段两
36、部分组成，相应的装置为吸收设备和再生反应器,具体工艺流程如右图所示,(2)生物吸收法,*,98,曝气式系统由曝气池和池内的曝气管构成，用含有有机化合物的空气作为曝气空气送入曝气池，通过池中的活性污泥使有机物氧化分解，故可同时处理废水与废气。生物吸收法适于处理气量小、浓度大的有机废气，特别适于处理易溶、相对易被氧化的化合物，不适于处理有机硫化物、难氧化的化合物。,生物吸收法的适用性,*,99,生物滴滤法工艺集生物吸收和生物氧化于一体。气体从生物滴滤器的底部进入填料层，然后与回流水接触，便于最大限度地吸收进入液相，进行生物处理。工艺流程见右图,(3)生物滴滤法,*,100,在填料层上方喷淋循环液，
37、循环液由水、微生物生长所需的营养物质、pH缓冲液等组成，有机废气在填料上方或下方进入过滤器通过填料层。填料有粗碎石、陶瓷环或珠、不锈钢拉西环、炉渣、珍珠岩、变性硅藻土、塑料蜂窝状填料、塑料波纹板填料等,生物滴滤法与过滤法的差别 1,*,101,生物过滤器所用填料吸附性好，有较强保湿能力，含有大量各种微生物及其所需营养成分。生物滴滤器所用填料仅为微生物提供一定的附着表面；生物过滤器中水只是滞留在微生物膜的表面和内层中，没有形成贯穿整个填料床层的连续流动相，而生物滴滤器中存在一个连续流动的水相；,生物滴滤法与过滤法的差别 2,*,102,在生物过滤器的填料中投配适当的固体缓冲剂，实现生物过滤池的p
38、H调节，一旦缓冲剂耗竭，则需要更新或再生填料。生物滴滤器的循环液pH很易于监测和调节，因此在处理经微生物降解生成酸性产物的污染物(卤代烃及含硫和含氮有机物)时，生物滴滤器较生物过滤器更有效、更易操作。烷烃、烯烃、单环芳烃、氯代烃和硫化物。,生物滴滤法与过滤法的差别 3,*,103,生物滴滤器内部生物量较多，微生物降解活性高、气液接触面积较大，可通过对循环液的控制强化传质与降解过程，对高污染负荷的废气处理效果较好。对气量大、浓度低的废气宜采用生物过滤法进行处理，对负荷高及污染物降解生成酸性产物的废气则用生物滴滤法处理效果较好生物滴滤系统的操作要求及运行费用高。,生物滴滤法与过滤法的差别 4,*,104,Schematic diagram of biological trickling filter,*,105,Schematic diagram of biowasher or bioscrubber,*,106,三种生物废气处理工艺的比较,
