污染大气环境修复技术

第四章 污染大气的环境修复技术第四章 污染大气的环境修复技术包括植物修复；微生物修复；天然无机材料吸附修复第一节 大气污染的植物修复以太阳能为动力，利用绿色植物及其相关的生物区对环境污染物质进行分解、去除、屏障或脱毒，已达到大气污染的修复。包括植物吸附与吸收、植物降解、植物转化、植物同化与超同化修复。一、植物吸附与吸收修复植物对大气污染物有吸尘和滞尘两种作用。可有效地吸附空气中的（如浮尘雾滴等）悬浮物、病原体、颗粒物中的重金属及气态有毒气体污染物。吸尘作用包括吸附与吸收主要发生在地上部分的叶片表面及叶片的气孔。吸尘效率取决于植物表面的结构（如叶片形态、面积、粗糙程度、角度）和表面的分泌物。滞尘作用 指植物的树干，枝叶能减小风速，使尘埃沉降下来。第一节 污染大气的植物修复据研究，阔叶林的滞尘能力为10.11t/hm2，针叶林因生长周期长滞尘能力为33.2t/hm2。根据我国南京植物所在水泥粉尘源附近的调查与测定，各种树木叶片单位面积上的滞尘量如表9-1所示。 根据北京地区测定，绿化树木地带对飘尘的减尘率为21％～39％，而南京测得的结果为37％～60％。一、植物吸附与吸收修复防尘树种应选择树叶的总面积大、叶面粗糙多绒毛，能分泌油脂或汁浆的树种，如核桃、毛白杨、构树、板栗，臭椿、侧柏、华山松、刺楸、朴树、重阳木、刺槐、悬针木、女贞、泡桐等。病原体能经空气传播，由于空气中的病原体一般都附着在尘埃或飞沫上随气流移动，绿色植物的滞尘作用可以减小其传播范围，且植物的分泌物具有杀菌作用。如桉树、松树、柏树、樟树等能分泌柠檬油，其他常见的植物分泌物如松脂、肉桂油、丁香粉等称为杀菌素均能够直接杀死细菌、真菌等微生物。研究显示，面积为1.0 x104m2的桧柏林，一昼夜能分泌30～60kg的“杀菌素”，它们可杀死肺结核、伤寒、痢疾等病菌。据调查，林内空气中含菌量仅为300～400个/m3，是林内附近空气的1.0％，而林内附近空气的含菌量约为城区百货商店空气的十万分之一。杀菌能力强的树种 如表9-2所示。绿色植物对大气颗粒物中的重金属也有较好的吸收和吸附作用。树种的不同具有明显差异，吸铅高的树种有桑树、黄金树、榆树、旱树、梓树；吸镉高的树种美青杨、桑树、旱树、榆树、梓树、刺槐。国槐是北方树种，对环境污染有较强的抗性和适应性。在城市绿化中，国槐长势旺，枝条多，树冠大，遮阴效果好，作为行道树、公园绿化等，能够成大面积的植被群体，吸收污染物，净化和美化环境。另外，根据国槐体内铅的含量，还可以监测环境污染。街道绿化树种国槐中铅的含量 如表9-3。国槐枝条含铅量与车流量有明显的正相关。车流量大，排出的汽车尾气就多，空气中的含铅量就多，则国槐吸收铅在体内的累积浓度就大。与1994年对比，1996年太原市的铅污染加剧，说明汽车尾气导致的空气污染程度加剧。除了对颗粒物进行吸收和吸附外，植物还可以吸收空气中的气态污染物。包括SO2、Cl2、HF 等。植物吸收气态污染物主要是通过气孔，并经由植物维管系统进行运输和分布。随着气态污染物在水中溶解性增加，植物对其吸收的速率也会相应增加，湿润的植物表面可以显著增加对水溶性污染物的吸收，由于光照条件可以显著地影响植物生理活动，尤其是控制叶片气孔的开闭，因而对植物吸收污染物有较大的影响。据报道，落叶树木对NOx等气体的吸收能力和解毒作用比长绿树木要强得多。氟化物的吸收能力以阔叶树最强，最高可达4.68 kg/hm2，果树其次。据研究，工业城市沈阳主要绿色植物对SO2的吸收能力见表9-4。由表9-4可看出绿化树种对大气SO2具有很强的吸收修复能力，并依树种的不同而具有明显差异。吸SO2 能力强的树种加拿大杨、旱柳、花曲柳；中等的树种榆树、京桃、皂角、刺槐、桑树。吸O3 能力强的树种银杏、柳杉、樟树、青冈栎、夹竹桃、刺槐等。吸Cl2能力强的树种榆树、京桃、枫杨、皂角、卫矛、美青杨、桂香柳。吸滞氟能力强的树种榆树、花曲柳、刺槐、旱柳等。对于挥发或半挥发性的有机污染物，污染物本身的物理化学性质包括分子量、溶解性、蒸气压和辛醇-水分配系数等都直接地影响到植物的吸收，气候条件也是影响植物吸收污染物的关键因素。有报道认为，大气中约44％的PAHs被植物吸收从大气中去除。研究还发现，植物可以有效地吸收空气中的苯、三氯乙烯和甲苯。不同植物对不同污染物的吸收能力有较大的差异，这一结果也说明选择合适的植物种类是取得植物修复成功的一个关键环节。植物吸附和吸收修复存在的问题（1）目前，对植物如何从空气中吸收重金属的机理性认识还很有限；（2）防止植物体内的重金属和其他有毒有害污染物进入食物链。二、植物降解修复二、植物降解修复1、植物降解修复技术植物降解是指利用植物含有一系列代谢异生素的专性同功酶及相应的基因来完成对大气有机污染物的分解。主要酶包括细胞色素P450、过氧化物酶、加氧酶、谷胱甘肽S-转移酶、羧酸酯酶、O-糖苷转移酶、N-糖苷转移酶、O-丙二酸单酰转移酶和N-丙二酸单酰转移酶等。而能直接降解有机物的酶类有脱卤酶、硝基还原酶、过氧化物酶、漆酶和腈水解酶等。研究显示，在生长季植物树冠的吸收作用可使大气中的H、NO3–和NH4减少50％～70％，NH3几乎被全部吸收。研究发现细胞色素P450可导致植物体内多氯联苯PCBs的氧化降解。对于一些在植物体内较难降解的污染物（如多氯联苯），可利用基因工程的手段，将动物或微生物体内能降解这些污染物的基因转入植物体内，也许是解决这一问题的好办法。1、植物降解修复技术植物从外界吸收各种物质的同时，也不断地分泌各种物质。这些分泌物成分非常复杂，其中包括一些能够降解有机污染物的酶类。植物分泌的酶类对有机污染物有一定的降解活性，从而对有机污染物的环境污染起修复作用。如玉米根的分泌物能够促进芘的矿化作用。不同诱导条件下植物分泌产物的组成不同。采用强启动子可以使分泌物的含量增加，也可以使植物分泌物中特定组分增加。这些技术已经部分用于增强植物修复能力的研究中。将35S启动子驱动的棉花GaLACl GaLACl基因编码一种分泌型漆酶转入拟南芥中，转基因植株的根部漆酶活性比野生型高约15倍，分泌到培养基中漆酶的活性高约35倍；用根特异性表达启动子和分泌性信号肽使植物分别大量分泌多个异源基因表达的蛋白。这些方法都可以用来增强植物修复环境的能力。2、植物降解修复存在的问题2、植物降解修复存在的问题（1）植物转基因工程方面的基础性研究工作还不够；如选择合适的外源基因和宿主，转基因的生物安全问题等。（2）利用转基因植物修复被污染的环境时，污染物可能会通过食物链传递；（3）需解决植物吸收的污染物不在果实和种子中富集问题；（4）需解决让植物组织或器官特异性表达启动子能够使外源基因只在特定组织或器官表达等技术问题。三、植物转化修复三、植物转化修复1、植物转化修复技术该修复是利用植物的生理过程将污染物由一种形态转化为另一种形态的过程。最典型例子植物通过光合作用吸收大气中的CO2，释放出氧气。利用基因工程技术使植物内移入的反硝化功能，即可将空气中的NOx大量地转化为N2或N2O。利用专性植物有效地吸收空气中的臭氧包括其他的光氧化物，并利用其体内的一系列的酶（如超氧化物歧化酶SOD、过氧化物酶、过氧化氢酶等）和一些非酶抗氧化剂（如维生素C、维生素E、谷胱甘肽等）进行转化清除。通常植物不能将有机污染物彻底降解为CO2和H2O，而是经过一定的转化后隔离在植物细胞的液泡中或与不溶性细胞结构（如木质素）相结合。2、植物转化修复存在的问题（1）防治植物增毒作用的发生（2）强化植物解毒作用。四、植物同化和超同化修复四、植物同化和超同化修复1、植物同化和超同化修复植物同化指的是植物通过气孔可将含有植物所需营养元素的大气污染物（CO2、SO2等）吸入体内，参与生理代谢，最终以有机物的形式储存在氨基酸和蛋白质中，或转化为亚硫酸盐或硫酸盐，再加以同化利用。植物超同化指的是植物可将含有植物所需营养元素的大气污染物（如NOx及SOx等）作为营养物质源高效吸收与同化，同时促进自身的生长。超同化植物的来源①天然植物中筛选；②通过基因工程手段培育。研究表明采用人工模拟熏气实验，用15N标记熏气用的NO2气体，结果发现217种天然植物同化NO2的能力差异达600倍。人们已成功的将参与亚硝酸盐代谢的各种酶的基因转入了受体植株中，并随着转入基因的表达和相应酶活性的提高，转基因植株同化NO2的能力均有了不同程度的提高。这些研究成果为培育高效修复大气污染的植物提供了快捷的途径。1、植物同化和超同化植物同化作用对大气中SO2和氟化物修复实例佛山市陶瓷工业区考察了绿色植物对SO2和氟化物的吸收净化能力。净SO2实验表明植物对SO2的吸收量与大气SO2浓度成正比。吸收量 菩提榕＞仪花＞竹节树＞傅园榕＞小叶榕＞铁冬青菩提榕吸硫量16985mg /kg干叶，其硫含量是清洁区的1.5～6倍。该试验的参试植物在污染地区生长128天，存活的植物都具有较强的抗性。除上述植物种类外，表现较为理想的种类还有茶花、刺果番荔枝、黄花夹竹桃、幌伞枫、鸭脚木、山黄麻等这些植物对SO2也有一定的吸收能力，可用SO2轻污染的大气环境。净氟实验表明植物叶片氟含量与大气中氟化物浓度成正比。清洁对照点的叶片含氟量155.43mg/kg 30～1477mg/kg污染区植物叶片1849.54mg/kg 653～5331mg/kg。不同植物对大气氟化物的吸收能力差异很大。污染区东村与相对清洁对照区相差最大达100多倍，最小的也有2倍多。吸收量竹节树＞傅园榕＞小叶榕＞密花树＞红花油茶吸F量范围1560.84mg ～5289.28 mg/kg干叶表明这些植物对大气氟化物不但有较强的抗性，而且有很高的吸收能力，对氟化物污染有很好的净化功能。此外，还一些对大气氟化物具有抗性和吸收净化能力的植物种类如刺果番荔枝、黄花夹竹桃、小叶胭脂、银柴、山黄麻、光叶山矾，鸭脚木。现实中的工业区往往有多家工厂并存，各厂排放的大气污染物各异，在这种情况下如何选择树种呢 此时应首先找出主要的大气污染物，然后针对主要污染物选择树种。如钢铁、化肥、火力发电厂、建材、陶瓷等并存的工业区，SO2和HF污染都很严重，此时应选择抗SO2和HF都较强的植物树种。2、修复存在的问题2、植物同化和超同化修复存在的问题第一，在超同化植物的培养中，发生基因漂移，出现杂草化。培养的超同化植物一旦进入到自然界，限制被解除，转基因将通过各种途径进行转移、扩散。大面积种植转基因作物，会发生该种作物与其邻近地域的同种属近缘野生植物发生杂交，将部分抗病虫、抗除草剂的基因转移给野生植物，使野生植物变成超级杂草，进而严重威胁其他作物的正常生长与生存，即出现杂草化。第二，转基因植物对生物多样性和生态环境有影响。由于转基因技术可使动植物、微生物甚至人类的基因进行相互转移，使转基因生物具有普通物种不具备的优势特征。若释放到环境，会改变物种间的竞争关系，破坏原有自然生态平衡，导致生物多样性的丧失。第三，转基因植物进入食物链，安全性颇受争议。总之，植物不但能改变城市的景观状况，而且选择合适的树种对于修复城市大气污染有着非常重要的作用。表9-5总结了不同绿化植物对大气污染物的修复能力。五、污染大气植物修复的优缺点五、污染大气植物修复的优缺点优点①绿色净化 清洁并储存可利用的太阳能。②经济有效，具有潜在的环境价值利用植物修复可做到一举两得。一株50年龄的树木，一年产生的氧价值3.2万美元，吸收有毒气体，防止大气污染价值3.25万美元。③美化环境，普遍接受；④适用植物修复的污染物范围较广如重金属Pb、Cd、Hg蒸气；有毒化学气体HF、Cl2、O3、SO2、NO2等、放射性物质；有机物苯、甲苯、三氯乙烯、PCBs、PAHs等。缺点 ①植物修复的本身耗时长。②污染物可通过食用含污染物植物的昆虫和动物进入食物链。③有毒污染物可能在植物体内转化为毒性更强的物质。④植物修复能力受水力控制。这些限制因素对大气污染的植物修复提出了挑战，污染大气生物修复的思想及其技术对城市园林绿化环境规划和生态环境建设具有指导意义和应用价值。1植物净化空气主要表现第一，植物主要通过叶面实现对有害气体的吸收。如l m2 柳树和松树每年可吸收0.07kg SO2。但植物承受量是有限的。第二，植物对降尘和飘尘有滞留和过滤作用。滞尘量与树种、林带、草皮面积、种植情况以及气象条件等都有关系。第三，绿色植物还有除菌和杀菌作用绿色植物通过减尘作用，可减少大气中的细菌；绿色植物本身还具有一定的杀菌作用。第四，绿色植物是吸收CO2，放出O2的天然工厂。这对全球生物的生存与气候的稳定有着重要的影响。第五，绿色植物能减弱噪声和吸滞放射性物质。试验表明，40m宽的林带可以减低噪声10～15dB，障碍带林草密集，效果更好实验表明，在放射性污染严重的厂矿周围，设置一定结构的绿化林带，可明显防止或减少放射性物质的危害。第二节污染大气的微生物修复技术第二节污染大气的微生物修复技术一、无机废气的微生物修复1、煤的微生物脱硫煤炭中的硫分有机硫、无机单质硫、黄铁矿FeS2以及少量的硫酸盐硫。其中，有机硫，无机硫和黄铁矿硫较易去除。煤的生物脱硫原理利用某些嗜酸耐热菌在生长过程中消化吸收Fe3、S2-等的作用，从而促进黄铁矿硫的氧化分解与脱除。煤的微生物脱硫总反应自养菌2FeS2 7.5O2 H2O →2Fe3 4SO42- 2H上式实际上表示了细菌脱硫过程的两种作用形式直接作用 细菌直接侵袭黄铁矿、白铁矿表面，生成物Fe3和SO42-可加速氧化还原反应的溶解过程。间接作用 直接作用的生成物Fe3可作为强氧化剂作用于黄铁矿使二价铁再生，然后在细菌的作用下将二价铁氧化为三价铁，生成的S2-由细菌氧化为硫酸，这一系列循环式氧化还原反应称为间接作用。一、无机废气的微生物修复生物脱硫的焦点集中在菌种的开发。煤脱硫的细菌涉及到喜高温嗜酸型、嗜热型、自养型及异养型等多种细菌。目前研究的重点硫杆菌属、硫化叶菌、大肠杆菌和假单细胞菌属。煤的微生物脱硫优点和缺点优点反应条件温和；对煤质损害小；脱硫率高（80-90）；处理量大；不受场地限制等，成本与分选技术相当，应用前景好。缺点需时长（1～2周）；煤粒要求细小；能耗较高；所需场地较大；经济可行性较差，不适应工业脱硫的需要。为提高脱硫效率，近年来研究了一种新技术浮选法 微生物处理组合技术即把煤粉碎成微粒制成水煤浆，将微生物加入溶液中，让微生物附着在黄铁矿表面，使其表面变成亲水性，在浮选中不上浮，而下沉至底部，从而把煤和黄铁矿分开。脱硫时间只需数分钟即可，可脱除无机硫约70％。我国在20世纪80年代中期后，一些研究人员从松藻煤矿分离到氧化亚铁硫杆菌，在pH值为1.55～1.70的条件下，利用浸出法可使黄铁矿硫的去除率达到86.11～95.16％。1、煤的微生物脱硫2、废气生物脱氮技术①微生物净化NOx废气原理适宜的脱氮菌在有外加碳源的情况下，利用NOx作为氮源，将NOx还原为基本无害的N2，而脱氮菌本身获得生长繁殖。其中NO2先溶于水中形成NO3−及NO2−再被生物还原为N2，NO则被吸附在微生物表面后直接被生物还原为N2。②脱氮菌及菌种培养脱氮菌包括无色杆菌属、产碱杆菌属、杆菌属、色杆菌属、棒杆菌属等，有些是专性好氧菌，有的是兼性厌氧菌，它们在好氧、厌氧或缺氧条件下，使有机基质进行脱氮；另有少数专性和兼性自养菌（如脱氮硫杆菌）也能脱除无机NOx。菌种培养最初培养一般都是用含硝酸盐、有机碳基质的培养基在厌氧或缺氧、并保证合适的温度和酸碱条件下培养3周至1个月，然后进一步挂膜或用NOx进行驯化。2、废气生物脱氮国外采用生物法脱氮系统都是针对NO不容易溶于水的特性进行的研究。实验表明适宜的脱氮菌在有碳源且合适的环境条件下，可以将NO作为最终的电子受体被还原为N2。目前，废气生物净化技术尚有工业化报道，多限于实验研究阶段。综上所述，NOx控制技术一般都存在投资大、原料消耗高、操作费用高等问题，所以有必要对现有技术进行改造或开发新的、效率高且综合效益好的氮氧化物控制技术。根据我国的情况，对于固定源燃烧排放的NOx治理技术有两个可能的发展趋势一是改进燃烧过程以控制NOx的排放；二是发展脱硫脱氮一体化技术。对工业生产过程排放源而言，应该从全过程控制的要求出发，推行清洁生产、尽量减少尾气中NOx的含量，同时搞好末端治理，选用高性能的吸附剂和催化剂，不断提高吸收效率，降低设备投资和运行费用。二、有机废气的微生物修复二、有机废气的微生物修复1、概述原理利用微生物以废气中的有机组分作为其生命活动的能源或其他养分，经代谢降解，转化为简单的无机物CO2、水等及细胞组成物质。目前在德国、日本等国家，是采用生物反应器处理有机废气的。有机废气处理的步骤①废气中的有机物同水接触，使气相中的分子转移到水中；②溶于水中的有机物被微生物吸收，吸收剂被再生复原，继而再用以溶解新的有机物；③被微生物细胞吸收的有机物，在微生物的代谢过程中被降解、转换成为微生物生长所需的养分或CO2和H2O。废气生物处理所要求的基本条件水分、养分、温度、氧气有氧或无氧以及酸碱度等。因此，在确认是否可以应用生物法来处理有机废气时，首先应了解废气的基本条件。1、概述根据微生物的存在形式，生物处理法分为生物洗涤法悬浮态 洗涤式和曝气式生物过滤法固着态 包括生物滴滤池法。2、生物洗涤法洗涤反应装置见图9-1由一个吸收室和一个再生池构成。生物循环液自吸收室顶部喷淋而下，使废气中的污染物和氧转入液相，吸收了废气中组分的生物悬浮液流入再生反应器活性污泥池中，通入空气充氧再生生物循环液，被吸收的有机物通过微生物作用，最终从活性污泥悬浮液中除去。影响净化因素废气种类；污泥的浓度；pH值；溶解氧；污泥的驯化；营养投加量等。2、生物洗涤法应用实例日本一铸造厂采用此法处理含胺、酚和乙醛等污染物的气体，设备由两段吸收塔、生物反应器及辅助装置组成。第一段中，废气中的粉尘和碱性污染物被弱酸性吸收剂去除；第二段中，气体与微生物悬浮液接触，每个吸收器配一个生物反应器，用压缩空气向反应器供氧，当反应器效率下降时，则由营养物储槽向反应器内添加特殊营养物，装置运行10多年来一直保持较高的去除率95％左右。适用范围用于可溶性气态污染物的处理。洗涤器形式喷淋塔、鼓泡塔和穿孔板塔等。一般，若气相阻力较大可用喷淋法，反之，液相阻力较大时采用鼓泡法。与鼓泡法相比，喷淋法的设备处理能力大，可达到60m3/m2·min，从而大大减少了设备的体积；鼓泡法净化气态污染物的影响因素与喷淋法基本相同。生物洗涤方法可以通过增大气液接触面积，如鼓泡法中加填料，以提高处理气量；或在吸收液中加某些不影响生物生命代谢活动的溶剂，以利于气体吸收，达到去除某些不溶于水的有机物的目的。3、生物过滤法3、生物过滤法生物过滤系统 如图9-2所示。废气首先经过预处理，包括去除颗粒物和调温调湿，然后经过气体分布器进入生物过滤器，废气中的污染物在过滤器中就会从气相进入到介质外层的水膜中而被吸收，同时氧气也由气相进入水膜，最终在介质表面所附的微生物耗氧作用下把污染物分解转化为CO2、水和无机盐类。生物过滤器中的填料天然有机材料如 坡肥、泥煤、骨壳、木片、树皮等活性炭聚苯乙烯颗粒填料均含有一定水分，填料表面生长着各种微生物。微生物所需的营养物质则由介质自身供给或外加。生物过滤的优缺点优点①资金投入和运行成本低；典型生物过滤系统的费用仅约为焚烧法的6％，为臭氧氧化法的13％，为活性炭吸附法的40％。②能耗低、运转费用省；③对低浓度恶臭气体处理效率高，对VOCs废气的处理也有效果。（如食品加工厂、动物饲养场、黏胶纤维生产厂、化工厂等）缺点生物反应器的处理能力较小；占地面积大；对于大多数难以降解的有机物无法应用。生物滤池类型 土壤滤池（按照滤料不同） 堆肥滤池生物过滤箱（1）土壤滤池（1）土壤滤池①构造气体分配层 下层由粗石子、细石子或轻质陶粒骨料组成，厚度40～50cm 上层由沙或细粒骨料组成。土壤滤层 混合土 黏土12％、含有机质沃土鸡粪,膨胀珍珠岩 15.3％、厚度0.5～1.0m 细沙土53.9％、粗沙29.6％。土壤使用1年后，就逐渐酸化，需及时用石灰调整pH值。②影响土壤床去除率因素 温度 活性温度范围0～65℃，以37℃时的活性最大； 湿度 一般保持在50％～70％最适宜；（湿度增加，有利于微生物的氧化分解作用；但同时，水分子与废气中的污染物在土壤表面吸附点产生竞争吸附，这对污染物的处理不利）； pH值 土壤中的营养成分。③土壤床处理废气的优缺点优点①投资小，仅为活性炭吸附法投资的1/5～1/10；②无二次污染，微生物对污染物的氧化作用完全，土壤中无污染物的积累或向其他介质如水和渣中转移；③土壤床有较强的抗冲击能力（土壤床中氧、营养和微生物种类、数量很充分，当遇到冲击负荷时，微生物的种类与数量能随废气中有机物迅速变化）。缺点占地面积大。目前正在研究多层土壤床，这将是解决该问题的重要研究方向。④土壤生物滤池应用处理低浓度带有强烈的臭味工业废气。此外，还能脱除废气中的烟尘。废气来源化工、制药、食品加工、卫生填埋厂、动物饲养场和堆肥场等。废气成分氨、硫化氢、甲硫醇、二甲基硫、乙醛、三甲胺等。（2）堆肥床堆肥滤池（2）堆肥床堆肥滤池工作原理将堆肥（如畜粪、城市垃圾，污水厂的污泥等有机废弃物）经好氧发酵、热处理后，盖在废气发生源上，使气态污染物经过滤池时即进行生物降解而达到净化废气的目的。堆肥具有50％～80％的部分腐殖化的有机物质。堆肥的生物活性与土壤一样，由大量各种微生物组成并具有不同的降解性能。堆肥床的构造在地面挖浅坑或筑池，池底设排水管。布气系统在池的一侧或中央设输气总管，总管上再接出直径约125mm的多孔配气支管；气体分配层 在多孔配气支管上覆盖沙石等材料，厚50～100mm；堆肥过滤层 在气体分配层上再铺放厚50～60cm的堆肥。过滤气速 通常在0.01～0.1m/s。堆肥床与土壤床的应用特点比较①在处理相同量的废气时，土壤床占地的面积较大；（土壤床的孔隙较小，渗透性较差）②土壤床可处理无机酸性气体，而堆肥床不能；（土壤床能用石灰预处理，堆肥床不能用石灰处理，否则会变成致密床层）。③堆肥床的生物降解速度比土壤床快，处理量大，对废气去除率较高；（接触时间只有土壤床的1/4～1/2，约20s，）④堆肥床需周期性地进行搅动，防止结块和干燥，否则再湿润比较困难。土壤为亲水性，一般不会发生上述现象。⑤土壤床比堆肥床长土壤床处理挥发性有机废气，其使用时间几乎趋于无限长；而处理有机废气，其使用年限则取决于土壤的中和能力。（3）微生物过滤箱（3）微生物过滤箱构造封闭式装置，主要由箱体、生物活性床层、喷水器等组成。床层由多种有机物混合制成的颗粒状载体构成，有较强的生物活性和耐用性。微生物一部分附着于载体表面，一部分悬浮于床层水体中。床层厚度按需要确定，一般在0.5～1.0m。床层对烃类化合物的降解能力约为200g/m3·h，过滤负荷＞600m3/m3·h。在负荷为110m3/m3·h 时，使用1年后，床层压降约为200Pa。工作原理废气通过床层，污染物部分被载体吸附，部分被水吸收，然后由微生物对污染物进行降解。净化过程可按需要控制，因而能选择适当的条件，充分发挥微生物的作用。应用实例微生物过滤箱已成功地用于工业废气净化和脱臭。废气来源化工厂、食品厂、污水泵站等。废气成分硫化氢、二氧化硫、四氢呋喃、环己酮、甲基乙基甲酮等。（4）生物滴滤池（4）生物滴滤池装置结构 如图9-3在滴滤池处理系统中，细菌主要分散在循环液体中，微生物被固定在载体或填料介质上。大多数情况下，采用逆流方式，使气流与水流接触。滴滤池处理系统中向下的水相流动是连续的，故处理系统的水力负荷较大。填料粗碎石、塑料蜂窝状或波纹板填料。生物滴滤池和生物滤池的比较①使用的填料不同。滴滤池使用的，不具吸附性，填料的空隙率很大；②回流水由生物滴滤池上部喷淋到填料床层上，并沿填料上的生物膜滴流而下。通过水回流可以控制滴滤池水相的pH值，也可以在回流水中加入K2HPO4和NH4NO3等物质，为微生物提供N、P 等营养元素。③生物滴滤池整个传质过程涉及气、液、固三相，是一个传质与生化反应的串联过程。④如果设计合理，生物膜反应器具有微生物浓度高、净化反应速度快、停留时间短等优点，可以使反应装置小型化，从而降低设备投资。在修复有机废气时要根据各修复方法的特点来选用。见表9-6技术展望近年来，各国对有机废气的处理研究也日趋活跃。日本、德国，荷兰、美国等国家生物法处理有机废气设备与装置开发已呈商业化态势并且应用效果良好，对混合有机废气的去除率一般在95％以上。目前，我国有关这方面的研究及应用还处于起步阶段，自有技术的应用就更少。但是化工厂、炼油厂、溶剂/油品储运、大规模畜禽养殖等场所挥发性有机物和臭味污染问题十分严重。随着重污染、中等污染问题的逐步解决以及经济的发展，这些虽不致人死命但影响面广的污染问题将被人们重视，生物过滤法将凭借其高效经济的优势发挥巨大的作用。第三节天然无机矿物材料修复技术第三节 天然无机矿物材料修复技术天然矿物对污染物的净化功能主要体现在矿物表面吸附性作用与矿物吸附剂、矿物孔道过滤性作用与矿物过滤剂和分子筛、矿物层间离子交换作用与矿物交换剂、矿物热效脱硫除尘作用与矿物添加剂等方面。近几年的研究结果还表明，某些天然金属矿物具有在水介质中的微溶性化学活性作用与矿物反应剂，也能在污染治理领域发挥独特的作用。目前已成为发展中国家为寻求成本低廉的环保技术。一、环境矿物材料固硫剂通常固硫剂是一些含钙、镁、铝、铁、硅和钠等元素的物相。通过在粉煤成型过程中加入这些固硫剂，使煤在燃烧时所生成的SO2被固硫剂吸收，形成硫酸盐固定在炉渣中，以减少SO2向大气排放。影响固硫效果的因素固硫剂比表面 越大，吸附反应速度越快；炉内C和CO还原气体浓度，防止硫酸盐的分解;固硫剂受热水分挥发而留下的孔道结构、数量。根据煤炭中硫的含量，即可测算出最佳钙硫比和镁硫比，以及固硫剂添加量。一、环境矿物材料固硫剂二、环境矿物材料除尘过滤器现行的工业除尘技术（即干法除尘和湿法除尘）很不适合于民用炉灶燃煤过程中所产生的粉尘污染的治理。在不改变传统民用炉灶结构的前提下，可研制开发民用炉灶炉膛内除尘方法--环境矿物材料除尘过滤器。对除尘过滤器的材质要求 具有良好的热辐射与耐高温性能 所制作成的器具具有多孔结构与高效吸附性能 价格低廉与经久耐用等。天然矿物材料便是较为理想的选择对象。利用所选取的天然矿物材料作为原料制作成多孔状陶瓷板，将制得的多孔状陶瓷板切割成民用炉灶炉膛的外径大小，直接覆盖在型煤的顶部，起到通气拦尘的过滤作用。二、环境矿物材料除尘过滤器三、环境矿物材料脱硫除尘喷洒剂选取合适的天然矿物粉体材料，配成一定pH值和浓度的水溶液，在炉膛上方或烟道入口处组装常压喷洒小型装置，把配好的水溶液连续、均匀地喷洒在烟气过道空间，达到吸收SO2和捕集碳质粉尘的目的。对民用炉灶燃煤所产生的SO2和碳质粉尘进行二级处理。四、天然矿物热效应作用天然矿物的热效应--脱硫除尘作用，具体表现为高温条件下天然矿物具有孔道特性作用和化学活性作用等。其中，高温条件下具有孔道特性的矿物应具有良好的热稳定性，利用其固有的孔道结构、热膨胀空隙，它能被制作成多孔材料。而高温条件下具有化学活性的矿物却要求有热不稳定性，利用其热分解后的产物能与二氧化硫等气体产生化学反应，以形成高温条件下稳定的新物相。这是运用环境矿物材料研制开发燃煤烟尘型大气污染防治方法与技术的基础。思考题思考题1．简述大气颗粒物的植物修复类型和应用过程。2．简述无机废气的植物修复类型和修复过程。3．筒述有机废气的生物修复原理、类型和应用。4．简述无机废气的生物修复原理、类型和应用。5．简述天然无机矿物材料对大气污染的修复原理、类型和过程。