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生物法净化有机废气


《有机废气治理技术》课程论文

环境工程08-2班

姓名:刘永胜

学号:07083211

生物法净化有机废气 摘要:有机废气的概念及治理技术的分类,主要介绍生物法处理有机 废气的原理及其工艺。 关键词 : 挥发性有机废气 物滴滤 挥发性有机化合物(Volatile Orgnaic Compou

nds,简称 VOCS)是一 大类有机污染物,通常是指在常温下饱和蒸气压约大于 70Pa,常压下 沸点小于 260℃的有机化合物。从环境监测的角度来讲,它指以氢火 焰离子检测器测出的非甲烷烃类检出物的总称,主要包括氧烃类、烃 类、氮烃、卤代烃类及硫烃类化合物等。除此之外,VOCS 还有以下几 种定义:①指任何能参加气相光化学反应的有机化合物;②一般压力 条件下,沸点(或初馏点)低于或等于 250℃的任何有机化合物;③ 世界卫生组织(WHO,1989),对总挥发性有机化合物(TVOC)的定义 是:熔点低于室温,沸点范围在 50~260℃之间的挥发性有机化合物的 总称。 由于人们环保意识的增强以及对环境质量要求的提高, 提出了各 种办法来减少挥发性有机废气在人类生存环境中的浓度, 分别为催化 氧 化 燃 烧 ( Catalytic Oxidization ) , 热 力 燃 烧 ( Thermal Oxidization),生物法(Bio-Treatment),化学氧化法(Chemical Oxidization), 电晕法 (Corona technology ) 冷凝 , (Condenstion) , 吸附(Adsorption), 吸收(Absorption),膜分离法(Separation Membrane)。各种方法有各自的优点和缺点,在众多的方法中,我认 生物法 生物过滤 生物洗涤 生

为生物法是最好的,因为我国国民经济处在迅速发展的时期,针对工 业上气量大、 浓度低, 且污染物大都无回收价值的VOCs废气治理而言, 生物法与其他方法相比,无论从经济角度,还是从技术角度上来讲, 都有不可比拟的优越性和重要性。 它工艺简单、 操作方便、 运行稳定、 处理效果好、无二次污染,特别是费用低、能耗少是实施可持续发展 的一项有利技术措施。因此,生物法备受人们的青睐,吸引着世界各 国许多环保人士致力于该方法的研究, 以开发更有效的生物处理技术。 先将各种治理有机废气的方法作简要的介绍, 再详细阐述生物法在治 理中的重要作用。 (一)热力燃烧(Thermal Oxidization) 燃烧法是利用有机气相污染物易燃烧性质进行处理的一种方 法。其中,直接燃烧法,又称火焰燃烧法,它是把可燃的有机气相污 染物当作燃料来燃烧的一种方法。 该法适合处理高浓度有机气相污染 物,燃烧温度控制在 650℃以上,去除效率达 95%以上。 (二)催化氧化燃烧(Catalytic Oxidization) 催化氧化燃烧是一种类似热氧化的方式来处理有机气相污染 物的,它净化有机物是用铂、钯等贵金属催化剂及过渡金属氧化物催 化剂来代替火焰,操作温度较热氧化低一半,通常为250℃~500℃。 (三)化学氧化法(Chemical Oxidization) 臭氧氧化法 紫外光催化氧化法(Ultraviolet ) (1)紫外光+O2

紫外光氧化去除气态有机物是利用紫外光和活性氧来破坏气态 的VOCs, 如通过调频紫外光的光催化作用与臭氧或过氧化氢等氧化 剂一同破坏挥发性有机化合物。通常,大多数的VOCs只会被紫外线 激活,销毁则主要是由氧化剂来完成的。 (2)紫外光+TiO2 特定波长的光照射纳米TiO2 半导体材料 ,可以激发出“电子-空 穴”对(一种高能粒子) ,这种“电子-空穴” 和周围的水、氧气发生 反应后 ,就产生了具有极强氧化能力的自由基活性物质 ,可将气体 中的甲醛、苯、氨气、硫化氢等有害污染物氧化、分解成 CO2、H2O 等 无毒无味的物质。故不存在吸附饱和和二次污染问题。 (四)电晕法(Corona technology ) 电晕法处理VOCs的原理是通过高压脉电晕, 在常温下产生大量的 高能电子或高能电子激发产生的O、OH、N等活性粒子,并且还可以产 生臭氧,各种活性粒子和臭氧会与VOCs发生化学反应,破坏VOCs分子 中的C—C、C—O或C—H等化学键,由于O、OH基及臭氧具有强氧化能 力,结果使C、H分解氧化产生CO2和H2O。 (五)冷凝(Condenstion) 冷凝是对废气进行冷却或加压使其中待去除的物质达到过饱和 状态而冷凝从气体中分离出来, 冷凝的效率由于受到冷却程度和加压 程度的限制,一般不会太高,因此往往作为预处理和前级净化手段, 其排气还需进一步处理后才能排放。 (六)吸附(Adsorption)

在吸附法中,其主要利用吸附剂的表面物理吸附作用将VOCs从 气体中分离出来。 吸附剂在使用和再生的过程中会不断的损失其吸附 容量,因此在使用一定时间后需全部更换。 (七)吸收(Absorption) 吸收是通过让含VOCs的污染气体与液体溶剂接触而达到使污染 物从气相转移到液相的一种操作过程。过程是在填料塔、板式塔或喷 雾塔等吸收装置中完成的。 (八)膜分离法(Separation Membrane) 膜分离技术是一种新的高效分离方法。 采用对有机物具有选择 性渗透的高分子膜,在一定压力下,VOCs气体进入膜分离系统,膜选 择性地让VOCs气体通过而被富集,脱除了VOCs的气体达标排放。 (九)生物法(Bio-Treatment) 生物净化技术的实质是附着在滤料介质中的微生物在适宜的 环境条件下,利用废气中的有机成分作为碳源和能源,维持其生命活 动,并将有机物分解为二氧化碳、 无机盐和生物质等无害的物质。 水、 生物法是一种经济有效环境友好的VOCs治理方法, 主要适用于低浓度 有机废气的治理。在生物法处理挥发性有机物方面,已成功的开发了 生物过滤器、生物洗涤塔、生物滴滤器等系统。 1.生物法处理VOCs原理 生物法处理VOCs废气机理如图所示, VOCs废气的生物净化是微生 物通过代谢活动, 将废气中的VOCs转化为简单的无机物 (CO2和H2O等) 及细胞组成物质的过程。

废气的生物净化过程和废水的生物净化过程的最大区别在于: 气态污染物首先要经历由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相表面被微生物降解。

按照生物膜理论,有机废气的生物治理须经三个阶段,即气液转化阶 段、生物吸附吸收阶段和生物降解阶段。 (1)气液转化阶段 废气中有机物同水接触并溶于液相中,经气液相传质,废气中 的一些小分子转移到液相中,从气膜进入液膜。 (2)生物吸附吸收阶段 溶于液相中的污染物成分在浓度差的推动下,进一步扩散到生 物膜,被微生物作为营养成分吸收和捕获。 (3)生物降解阶段

被微生物细胞吸收的有机物,在微生物代谢过程中被降解,转化 为微生物生长所需要的养分或CO2和H2O;同时,生化反应的气态产物 脱离生物膜,逆向扩散通过液膜和气膜最后进入大气被排放。 2.有机废气处理工艺 工艺:生物过滤、生物洗涤和生物滴滤 一般认为,处理亨利系数较低(Hc<0. 01),易溶于水的污染物, 倾向于采用生物洗涤法;亨利系数较高(Hc >1),难溶于水的污染物 适宜于用生物过滤法;溶解度介于两者之间的污染物质((0. 01<Hc < 1), 则可以选用生物滴滤塔进行处理。 而当污染物的亨利系数大于10, 极难溶于水时,则不适宜于用生物法处理 生物过滤法(Biofilter) 生物过滤法的基本原理: 生物过滤法是指将湿化的有机废气通 入填充有填料如土壤、堆肥、泥煤、树皮、珍珠岩、活性炭等的生物 过滤器中,与在填料上所附着生长的生物膜(微生物)接触,被微生 物所吸附降解,最终转化为简单的无机物如 (如CO2、 2O、 42-、 3- 和 H SO NO Cl-等)或合成新细胞物质的过程,处理后的气体在从生物过滤器的 另一端排出。 生物洗涤法(Bioscrubber) 生物洗涤法的基本原理: 生物吸收法也叫生物洗涤法。它是利 用由微生物、营养物和水组成的微生物吸收液处理有机废气,适合于 去除可溶性有机废气。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。在生物洗

涤法中,微生物及其营养物配料存在于液体中,气体污染物通过与悬 浮液的接触转移到液体中,从而被微生物降解。 生物滴滤法(Biotrickling filter) 生物滴滤法的基本原理: 生物滴滤法处理VOCs的原理与生物过 滤法基本相同,它是介于生物过滤法与生物洗涤法之间的一种生物处 理技术。生物滴滤反应器中一般填充惰性填料,如陶瓷、碎石、珍珠 岩、塑料材质填料等,在此系统中填料仅为微生物提供一定的附着表 面。废气同生长在惰性填料上的生物膜(微生物)接触,从而被生物 降解。 虽然生物法在处理挥发性有机废气方面有很多的优点和好处, 但 是它也有一些不足, 生物法的缺点主要是所能承载的污染物负荷不能 太高,因而一般占地较大。 另外,对于气态污染物生物进化的机制了解 还不充分,设计和运行基本还停留在经验和现场实验获取数据的水平, 造成一些设备的运行效果不稳定。 随着科学技术水平的提高, 我相信一定能够克服生物法的缺点和 不足,并且可以设计更好的处理设施来处理挥发性有机废气,望我们 的的生存环境越变越好。 参考文献: 1 王家德, 陈建孟等 有机废气的生物处理概述 上海环境科

学,1998 2 3 何世龙 主编 《有机废气治理技术》课程讲义

孙佩石, 杨显万, 黄若华, 杨海燕。 生物膜填料塔净化有机废气

研究. 中国环境科学, 1996 4 吴为中, 王占生。 水库水源水生物陶粒滤池预处理中试研究。 环

境科学研究, 1999 5 何世龙 有机废气课件


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