有机废气的生物膜净化过程
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。
生物法处理有机废气
在塑料、橡胶加工、油漆生产、汽车喷漆和涂料生产等诸多工业领域中，工业品的生产和加工过程产生了大量含有挥发性有机化合物（Volatile Organic Compounds，VOC）的废气（VOC废气）。
这些废气未经处理排入大气，在一定条件下会形成光化学污染，影响大气质量，影响动植物生长和人类的健康。
某些有毒VOC废气有致残、致畸、致癌作用，对长期暴露其中的人体造成严重伤害。
为此，各国颁布了相应的法令，限制该类气体的排放，我国于1997年颁布并实施的《大气污染综合排放标准》，限定33种污染物的排放限值，其中包括苯、甲苯、二甲苯等挥发性有机物。
对VOC废气的治理，有多种处理技术可供使用。
但对于VOC浓度低、风量大的废气，传统工艺存在投资运行费用高、处理效率低和处理后存在二次污染等问题。
近年来，逐渐发展的废气生物处理技术作为一种新型的空气污染控制技术，得到日益广泛的应用。
该项技术与传统的燃烧法、催化氧化法、吸收法、吸附法相比，对VOC低含量废气的处理有明显的优势。
本文主要介绍现行的德国废气生物处理技术，以期对我国相应技术的推广应用起到借鉴作用。
1 废气生物处理工艺1.1 生物处理原理废气的生物处理技术首先应用于农业生产过程中异味气体的处理，例如养殖业中动植物加工产生的臭气、堆肥发酵和生物污泥废气处理等。
随着工业生产中产生的挥发性有机气体的污染日益严重，这项技术逐步应用到工业废气净化领域。
其净化的基本原理是：有机废气或异味气体流经带有液体吸收剂的处理器；在处理器中，由于废气中的污染物在气、液相之间存在浓度梯度，浓度差使其从气相转移到液相，被生存其中的微生物吸附；通过微生物的代谢作用，有机物被分解、转化为生物质和无机物。
1.2 反应处理工艺分类生物处理技术的基本工艺流程以生物过滤为例，如图1所示，废气经过一定的除尘、温度和湿度调节，进入生物处理单元，经过微生物的处理，气体可以达标排放。
图1 有机废气的生物处理工艺流程图根据处理运行方式不同，处理工艺主要分为生物滤床工艺和生物洗提工艺两种。
废气处理中生物法的原理
废气处理中生物法的原理废气处理中的生物法是指利用生物体代谢活动来降解和转化废气中的有害气体成分，以达到净化废气的目的。
生物法处理废气主要是利用微生物的生长和代谢特性，通过生物转化、吸附和副产物转化等过程将废气中的污染物转化为无害物质。
生物法废气处理的原理主要包括生物吸附、生物脱除和生物降解三个过程。
1. 生物吸附：利用微生物细胞表面的菌体或菌丝结构，对废气中的有害气体分子进行吸附。
通过微生物的细胞壁和附着物来吸附废气中的污染物，使其分子附着在生物体表面上，从而实现对有害气体的去除。
生物吸附主要适用于有机废气中的低浓度有机物和某些无机物质。
2. 生物脱除：利用微生物细胞内特异的酶系统，对废气中的有害气体进行转化和脱除。
通过微生物体内的酶系统，将废气中的有害气体经过代谢转化为无害物质，并释放为代谢产物或溶解于细胞内外，从而达到废气净化的目的。
生物脱除主要适用于高浓度有机废气、硫化氢、氨气等。
3. 生物降解：利用微生物体内的生物化学反应，将废气中的有机物分子分解为无害物质。
通过微生物体内酶的作用，有机物分子被分解为无害物质，例如二氧化碳和水，这些无害物质可以释放到废气中或通过生物体代谢排出。
生物降解适用于含有可生物降解有机物的废气治理。
生物法废气处理的工艺流程一般包括废气收集、生物反应器、废气处理和废气排放四个主要环节。
首先，废气收集是指通过管道、风机等设备将废气从生产源处收集起来，集中到废气处理系统中。
废气收集主要是为了提高废气处理系统对废气的利用率，确保废气处理效果。
然后，废气进入生物反应器，在生物反应器中进行生物转化和净化。
生物反应器一般分为厌氧反应器和好氧反应器两种。
厌氧反应器适用于处理含有硫化氢、氨气等有机废气，而好氧反应器适用于处理含有甲醛、苯、甲苯等有机废气。
接下来，经过生物反应器处理后的废气，进入废气处理设备进行后处理。
后处理主要包括废气的分离、过滤、清洗和脱湿等步骤，以进一步降低废气中有害气体的浓度，确保废气净化的效果。
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化合物生物降解效果甲苯、二甲苯、甲醇、乙醇、丁醇、四氢呋喃、甲醛、乙醛、丁醛、三甲胺非常好苯、丙酮、乙酸乙酯、苯酚、二甲基硫、噻吩、甲基硫醇、二硫化碳、酰胺类、吡啶、乙腈、异腈类、氯酚好甲烷、戊烷、环己烷、乙醚、二氯甲烷较差1,1,1-三氯甲烷无乙炔，异丁烯酸甲酯、异氰酸酯、三氯乙烯、四氯乙烯不明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。
工业废气生物净化法名词解释
工业废气生物净化法名词解释
生物处理法是利用由微生物、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，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。
生物法处理废气的特点是，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。
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。
生物法净化处理工业废气一般要经历以下四个步骤：
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。
综合以上所述，在废气成分符合使用生物降解的要求时，使用生物法处理废气确实能够相对的降低设备占用面积。
而废气处理是否能够达到预期标准，这里还需要废气的其他指标，比如废气浓度，废气风量，废气温度等。
生物法处理有机废气方法
生物法处理有机废气方法生物法处理有机废气方法生物法处理废气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）。
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。
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。
由于自养菌的能量转换过程缓慢，导致其生长速率也非常慢，其生物负荷不可能很大，因此对无机气态污染物采用生物处理方法比较困难，仅有少数工艺找到了适当种类的细菌，如采用硝化、反硝化及硫酸菌等去除浓度不太高的臭味气体硫化氢、氨等。
有机废气生物法净化技术
技术应用
工程名称：北京酒仙桥再生水厂污水站异味治理工程 工艺流程：集气+喷淋加湿+生物过滤+活性炭吸附 废气成分：氨、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚等 处理规模： 15500 m3/h 工程地点：北京
技术应用
工程名称：湖南湘潭宾之郎食品科技有限公司生产废气治理项目 工艺流程：集气+预处理+生物过滤 废气成分：氨、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚等 处理规模： 10000 m3/h 工程地点：湖南湘潭
用低等
占地面积大
工艺介绍
应用范围：石化、医药、焦化、轻工等行业生产车间及污水处理站废气治理。
废气特征： 1. 甲硫醇、甲硫醚等有机物为主，含有H2S、NH3等无机异味气体； 2. 废气气量大，污染物浓度低。
治理工艺：集气+预处理（调温、调湿、除尘）+生物处理+深度处理 1、预处理：针对废气特征（含尘量、pH、温度、湿度等）选择合适的预 处理装置，保证进入生物处理系统的废气的pH、温度、湿度等条件； 2、生物处理：根据废气风量、污染物成分选择合适的生物处理技术； 3、深度处理：根据需要采取活性炭吸附、光催化氧化等技术作为深度处 理保证废气达标排放。
技术应用
工程名称：济南市水质净化一厂污水池异味治理项目 工艺流程：集气+土壤除臭装置 废气成分：氨、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚等 处理规模： 54000 m3/h 工程地点：济南
技术应用
工程名称：济南市水质净化三厂异味治理项目 工艺流程：集气+生物土壤除臭装置 废气成分：氨、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚等 处理规模： 21500 m3/h 工程地点：济南
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有机废气的生物膜净化过程
摘要：低浓度有机废气的生物膜净化过程主要通过把废气从气相转移到液相或固相表面的液膜中，然后利用微生物降解液相或固相表面液膜中的污染物。
自养菌和异养菌组成的复合菌在填料塔上的挂膜过程经历吸附、菌体增殖、生物膜初步形成、生物膜成熟四个阶段，最终开始发挥作用。
关键词：有机废气双膜理论生物膜挂膜过程
中图分类号：x703 文献标识码：a 文章编号：1674-098x （2013）05（b）-0129-01
1 净化过程机理
低浓度有机废气的生物净化法是一项近年来发展起来的废气污染治理新方法，与其相关的理论和应用技术目前仍处在不断改进和完善的过程中。
有机废气的生物净化过程实质上是利用微生物的生命活动将废气中有害物质转变成为简单的无机物及细胞质等的过程。
对于生物法净化处理工业废气的机理研究，虽然各国学者已经做了许多工作，但到目前为止还没有统一的理论。
一般认为生物法净化有机废气的实质是把废气从气相转移到液相或固相表面的液膜中，然后利用微生物降解液相或固相表面液膜中的污染物。
其净化步骤可用荷兰学者ottengraf依据传统的气体吸收双膜理论提出的生物膜理论来解释，按照该吸收生物膜理论，生物法净化处理有机废气中的污染物一般要经过以下几个步骤：
（1）废气中的有机污染物首先同水接触并溶解于水中（即由气膜扩散到液膜）。
（2）溶解（或混合）于液膜中的有机污染物成份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被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（如co2、h2o、n2、s和so42-等）。
（4）生化反应产物co2、n2从生物膜表面脱附并反扩散进入气相本体，而s和so42-随营养液排出。
2 填料上微生物的挂膜
自然界中能够降解硫系恶臭气体的物质并便于工程应用的微生
物主要有化能自养菌与化能异养菌。
自养菌世代周期长，生长缓慢，在工程应用上，自养菌不易获得大量生物体，难以操控，但自养硫杆菌属对硫系恶臭物质有较高的降解效率。
异养菌生长迅速、易于培养与挂膜，对其的操控也要相对容易得多，但其降解的比率（g-s/（细胞·h-1）却远低于硫杆菌属。
因此采用自养菌和异养菌组成的复合菌对填料塔进行挂膜，这样既能提高对硫系恶臭的降解效果，又有利于菌群间的生态互补。
将复合菌混合接种至盛有新鲜的循环营养液的容器中，在30 ℃条件下培养24 h，菌液明显混浊，把菌液加入填料塔中浸泡并通入混有臭气的空气进行曝气24～36 h，再将填料塔排空，开启营养液的循环系统，使含有复合菌的循环液在填料塔循环挂膜。
循环液每
24 h要用新鲜营养液更换约10%～20%。
从填料的外部形态观察可将初始挂膜到挂膜成熟大致分为四个阶段。
2.1 吸附阶段
由于填料表面粗糙，比表面积大，有较高的吸附能力，因此可以吸附培养液中的有机物及菌体，为微生物的生长繁殖提供基点和足够的营养物质。
此时接种的菌体要调整代谢机制以适应新的环境，大部分微生物处于静止适应期，此时期在填料上用肉眼均未观察到生物膜。
2.2 菌体增殖期阶段
由于循环营养液营养物质丰富，静止适应期很快结束，微生物进入对数增殖期，菌体活力旺盛，开始大量繁殖，消耗大量有机物的同时，生物量大量增加，此时可以观察到循环营养液非常混浊，但絮凝及附着性差，此时可以适量减少循环营养液中的营养物质。
以此控制复合菌的生长速度，使之处于递减增殖期，让菌体形成部分絮凝体。
絮凝的菌体有利于其在填料上的吸附，此阶段在填料上可以观察到布满了星星点点微生物群。
2.3 膜的初步形成期
循环营养液混浊度开始下降，营养液中的菌体数量减少，但填料上的生物膜开始加速生长，星点状的微生物群开始向四周稳步扩散，此时可以适当增加点营养物质以刺激生物膜的加速形成，当填料的大部为半透明的膜所覆盖，则表明生物膜已初步形成。
2.4 生物膜的成熟期
初步形成的生物膜很脆弱，极易为水流或气流等机械力量所冲刷掉，此阶段要保持水、气流的均匀性和稳定性。
与此同时为了保证所需菌种的主导地位及其快速增长，则可以加大硫系恶臭气体在混合气体中的浓度。
填料上的生物膜快速增厚，生物膜从透明状态逐渐转变成黄白色的膜状体，当膜的厚度达到200～500 ?m时，生物膜就基本成熟。
3 生物膜形成及结构
通过上述分析发现，生物膜不是填料对悬浮微生物不断吸附所形成的，而是物理、化学和微生物过程综合的结果，有机分子或矿质元素随循环营养液喷淋到填料表面，其中有些被吸附以改良的载体表面；游离的微生物细胞被喷淋到这种改良的载体表面，其中碰撞到表面的微生物一部分可能又被循环液冲刷下来，而另一部分在被表面吸附一段时间后，可能变成了不可解吸的细菌；不可解吸的细菌摄取并消耗来自循环营养液的营养物质以及臭气底物，其数量也不断地繁殖增多，与此同时细菌产生大量具有粘性的胞外聚合物，胞外聚合物中含多种功能团，如羧基、羟基和磷酸基，可将微生物紧紧地结合在一起，附在填料表面，微生物量不断增加，直至填料表面完全被覆盖，随后可以从填料的表面向外，并且随着微生物被分裂成新细胞，逐步覆盖由先前已形成的膜层，形成良好的生物膜。
由此，微生物在消耗底物进行新陈代谢同时便使生物膜形成累积。
一些生物膜不再看作是连续的层状结构，而更多地看作是附着在一起由独立的堆体或群落的随机组合，这些堆体周围存在很多通
道，水中的营养物质和臭气及氧都可以通过这些通道移动。
在孔状介质中生物膜形态也不同于一般的生物膜形态，似乎更象一张蜘蛛网，网上每条带的大小和形状发生变化；生物网表面积大，生物膜厚度小，从而减少了液体和生物膜之间的质量转移阻力；生物膜通过孔影响孔附近质量的传递，也影响层间流动。
生物膜附着强度在其生长阶段初期相对较高，而在后期附着强度随生物膜的厚度急剧地下降。
当生物膜达到一定的厚度时，就会妨碍扩散作用的进行，喷淋中的营养物以及混合气中的氧和臭气不能进入到膜的内层（或进入内层发生困难）。
当营养供给向内层扩散受到限制时，内层的微生物就开始内呼吸，随后，当生物膜的内层不能支撑其生物群体的时候，生物膜就瓦解脱离，大块的生物膜开始脱落，生物膜脱落后腾出的更新表面，又会形成新生物膜。
生物量的多少反映了生物膜的厚度、密度，它们与臭气的处理效率有着直接关系。
生物膜的有效厚度一般为100～500 ?m，厚度超过400 ?m的内层微生物就逐渐由外呼吸转入内呼吸状态。
一般认为生物膜的厚度在500 ?m左右，超过1000 ?m即自行脱落。
生物膜对臭气的去除率决定于膜的厚度对臭气物质、氧、有机物及矿物质的阻力，当生物膜在500 ?m以内时，有机物的去除率随生物膜厚度的增加面增加，当生物膜再增厚时，臭气的去除率与膜的厚度无关。