作者:李禾 来源:科技日报 发布时间:2023/5/11 7:53:42
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防治污染,让微生物“吃掉”有害气体

 

常用的生物大气治理技术主要有生物过滤、生物滴滤和生物洗涤3种。与其他有机废气处理技术相比,生物大气治理技术具有安全性好、无二次污染等优点,对处理低浓度或生物可降解性强的有机废气效果较好。

随着我国工业的快速发展,为社会带来了巨大经济利益的同时,也产生了大量有害气体,不但污染了环境,同时影响人们的身体健康。据生态环境部公布的今年1—3月空气质量数据,全国339个地级及以上城市平均空气质量优良天数比例为80.1%,同比下降3.7个百分点,重度及以上污染天数比例同比上升1.5个百分点。生态环境部大气环境司司长刘炳江表示,一季度空气质量形势不容乐观的主要原因之一是工业生产污染物排放量的增加。

工业生产排放是大气污染的重要源头。目前,对气态污染物的净化处理方法可分为物理法、化学法和生物法,其中生物法又称生物大气治理技术,是利用活性污泥等培养菌种,分解消化有害气体。那么,生物大气治理技术有何优缺点?应用情况如何?还有哪些难点有待突破?

用微生物将气态污染物变为无害物质、二氧化碳和水

河北科技大学环境科学与工程学院、挥发性有机物与恶臭污染防治技术国家地方联合工程研究中心、河北省大气污染防治推广中心的研究人员在《微生物学通报》上联合发表的论文《微生物生物技术处理气态污染物的研究进展》指出,生物大气治理技术可处理的气态污染物种类广泛,治理工业生产中产生的挥发性有机物(VOCs),硫化物、甲硫醇等恶臭气体,氯苯、氯代烃等含卤素有机物,氮氧化物等气态污染物,具有净化效率高、易操作等特点。其净化过程是气态污染物作为微生物能源或营养物质被利用,降解为无害的小分子物质、二氧化碳、水。研究表明,生物大气治理技术的本质在于吸附和微生物降解。

合肥工业大学教授徐从裕说,与其他有机废气处理技术相比,生物大气治理技术具有安全性好、无二次污染等优点,对处理低浓度或生物可降解性强的有机废气效果较好。

常用的生物大气治理技术主要有生物过滤、生物滴滤和生物洗涤3种。生物过滤技术是废气先进入水槽去除颗粒物和部分可溶成分等,同时对气体调温增湿,随后适宜温度的湿润废气进入附着泥炭、秸秆等微生物填料的反应器,被吸附并降解。生物滴滤技术是在生物过滤技术基础上取消了前端水槽部分,增加了滴滤系统,并在其中投加营养液,通过营养液调控废气的pH值和湿度等以适合微生物生存,再将其放入生物反应器进行吸附、降解。以微生物悬浮生长为特点的生物洗涤技术包括接触吸收塔与生物反应单元两个部分。在接触吸收塔中,由塔底进入的废气与塔顶喷淋的洗涤液交汇,吸收了废气中污染物的洗涤液由塔底回流至生物反应器进行处理再生。

目前,生物大气治理技术在德国、荷兰、美国和日本等国家已广泛应用,生物过滤、生物滴滤技术使用较为普遍,技术已经成熟。

可应用于污水除臭和工业废气治理等多个领域

近些年,由于绿色环保的特性,生物大气治理技术日益受到重视,在生活垃圾、污水除臭,以及工业废气治理等方面均发挥了一定作用。

目前,已有不少企业采用生物大气治理技术进行工业废气治理。例如,佛山市三水金湖工程塑料有限公司从2016年开始投入运行生物过滤除臭工程。企业生产过程中产生的废气,通过鼓风机等收集后经管道进入箱式设施中,经水洗除尘降温、等离子除油处理后进入生物滤池,通过湿润、多孔和充满活性微生物的滤层,完成降解过程后,废气经净化后达标排放。该项目的污染防治效果和达标情况显示,企业排放的废气主要成分为苯、甲苯、二甲苯、苯乙烯,其中二甲苯浓度最高,生物过滤装置对二甲苯的去除率超过98%,总VOCs去除率达78.6%。

除了工业废气治理,在对作为公众投诉最强烈的环境问题之一的恶臭处理方面,生物大气治理技术也有广泛应用。生态环境部大气环境司印发的《2018—2020年全国恶臭/异味污染投诉情况分析》显示,2018年、2019年、2020年恶臭/异味投诉分别占全部环境问题投诉举报件数的21.5%、20.8%和22.1%,占比超过1/5;垃圾处理行业占全部恶臭/异味投诉的平均比例为11.3%,为投诉最多的行业。而上海市垃圾处理中心采用生物滴滤塔,针对甲烷、硫化氢、氨气3种含量较高的恶臭气体进行处理。当pH值保持在4.5—5.5,进气量为600毫克/立方米时,其处理效率可在80%以上。

除此之外,生物大气治理技术还能解决污水处理厂的臭气问题。2006年8月,深圳滨河污水处理厂污泥工段除臭工程完工。作为项目建设和运营方,西原环保(上海)股份有限公司副总经理刘启凯说,该工程采用的就是生物大气治理技术,通过风机将封闭空间内的空气抽出,送入生物滤池,经生化作用将空气中的臭味物质分解,净化后的空气再排入大气。经检测,该除臭系统出口硫化氢浓度已低于0.06毫克/立方米,通过了深圳市环境监测站检测,各项指标达到国家一级排放要求,解决了臭气扰民问题。

生物大气治理技术尚处于发展阶段

随着生物大气治理技术在国内应用范围的不断扩大,其技术水平也在不断提升。

刘启凯说,但总体来讲,我国生物大气治理技术尚处于发展阶段,市场也处于发展早期,很多客户对生物大气治理技术认识不足。

此外,生物大气治理技术本身也存在诸多局限。根据废气成分不同有针对性地选择培育微生物菌群,是该技术的核心所在。生物大气治理技术虽有不同种类,但存在的共同问题是均只适宜处理低浓度易溶废气,高浓度难溶废气净化率普遍偏低;在不同工况环境下,同一种生物处理方法效率存在较大差异;微生物群落组成与分布、物种差异等,可对净化效率产生较大影响。

徐从裕补充说,生物大气治理技术使用的设备主要包括壳体、填料、风机、洗涤泵、循环泵、计量泵、营养液投加系统等,设备占地面积较大,除设备成本外,其余成本主要为微生物培养驯化所需设施的投资,后期维护成本也不低。

《微生物生物技术处理气态污染物的研究进展》指出,从发展趋势来看,生物大气治理技术的深入研究需注重与其他技术结合创新,优势互补,拓宽应用范围。人们可以利用分子生物学手段探究微生物对污染物的代谢机理与途径,明确污染物种间代谢过程,以优化微生物群落结构,提高污染物的降解效率,并形成筛选高效菌株、调制复配菌剂、精细调控群落结构等的稳定工艺。

 
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