生物過(guò)濾法處理惡臭氣體探討

林新堯

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生物過(guò)濾法處理惡臭氣體探討

林新堯

三明市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所

惡臭污染作為日益嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題，越來(lái)越受到人們的重視，各種除臭的技術(shù)不斷涌現(xiàn)，但是惡臭氣體的控制和去除技術(shù)還有許多工作需要探討。該文先介紹了惡臭氣體的成因，然后介紹生物除臭技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)當(dāng)前主流的除臭技術(shù)進(jìn)行簡(jiǎn)單對(duì)比分析，結(jié)合實(shí)例重點(diǎn)論述生物過(guò)濾除臭的技術(shù)原理、去除效率和效果。

除臭 惡臭氣體 生物除臭 生物過(guò)濾工藝

惡臭污染是一種感知污染，它不僅給人感覺(jué)器官以刺激產(chǎn)生厭惡感，而且含有的某些有害物質(zhì)能直接危害人體的健康，已被認(rèn)為是僅次于噪聲污染的六大公害之一，直接影響人們的生活質(zhì)量，甚至危害到人們的健康，已越來(lái)越受到人們的關(guān)注。惡臭物質(zhì)一般散發(fā)在大氣中，有些會(huì)隨廢水和廢渣進(jìn)入水體，不僅使水發(fā)生惡臭，還會(huì)影響水生生物的生存[1]。因此，對(duì)處理惡臭越來(lái)越來(lái)受到人們的關(guān)注，對(duì)除臭技術(shù)的研究也越加深入，本文主要對(duì)生物過(guò)濾法處理惡臭氣體進(jìn)行探討。

1 惡臭氣體的形成和類(lèi)別

臭味產(chǎn)生的直接原因是惡臭物質(zhì)的存在。惡臭污染物指一切能刺激嗅覺(jué)器官、引起人們不愉快及損害人的健康和生活環(huán)境的有害惡臭物質(zhì)及揮發(fā)性有機(jī)污染物（VOCs）氣體物質(zhì)。惡臭物質(zhì)產(chǎn)生的原因是有機(jī)物在厭氧環(huán)境條件下發(fā)生各種復(fù)雜的還原性反應(yīng)。發(fā)酵過(guò)程中，蛋白質(zhì)、氨基酸會(huì)因微生物的活動(dòng)而進(jìn)行脫羧作用和脫氨作用，這是發(fā)酵過(guò)程臭味產(chǎn)生的主要因素。

惡臭物質(zhì)中只有少數(shù)的氣味物質(zhì)是無(wú)機(jī)化合物，如：氨(NH3)和硫化氫(H2S)；絕大多數(shù)惡臭氣體為揮發(fā)性有機(jī)物，如：低分子脂肪酸、胺類(lèi)、醛類(lèi)、酮類(lèi)、醚類(lèi)、鹵代烴以及脂肪族的、芳香族的、雜環(huán)的氮或硫化物。

惡臭污染物從其組成可分為五類(lèi)[2]：① 含硫的化合物，如H2S、硫醇類(lèi)、硫醚類(lèi)；②含氮的化合物，如胺類(lèi)、酰胺、吲哚類(lèi)；③ 鹵素及衍生物，如氯氣、鹵代烴；④ 烴類(lèi)，如烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴；⑤ 含氧的有機(jī)物，如醇、酚、醛、酮、有機(jī)酸等。其中H2S和NH3是臭味的主要組成，具體見(jiàn)表1。

表1 主要惡臭污染物與產(chǎn)生行業(yè)

這些物質(zhì)都帶有活性基團(tuán)，容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，易被氧化。當(dāng)活性基團(tuán)被氧化后，氣味就消失，各種除臭工藝就是基于這一原理。但是惡臭物質(zhì)形成機(jī)理極為復(fù)雜，且臭氣源復(fù)雜，監(jiān)測(cè)困難，造成臭氣的機(jī)理研究受到限制。人的嗅覺(jué)十分敏感。惡臭可引起呼吸障礙、頭疼、惡心、心血疾病、神經(jīng)功能減退等疾病[3]，對(duì)人類(lèi)健康有極大的危害。因此，臭味去除技術(shù)的研究迫在眉睫。

2 生物除臭技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

早在1920年，在德國(guó)，人們就對(duì)廢水處理廠的廢氣進(jìn)行處理，當(dāng)時(shí)將惡臭氣體通過(guò)簡(jiǎn)單的生物過(guò)濾器，發(fā)現(xiàn)氣體經(jīng)過(guò)生物過(guò)濾器后，臭氣的臭味可以得到降低。上世紀(jì)60 年代，歐美的一些研究表明，廢氣中臭味的物質(zhì)主要是由于微生物降解氣體中的污染物，后來(lái)生物過(guò)濾器成功用于清潔一些廢氣。如今對(duì)揮發(fā)性有機(jī)物質(zhì)(VOC)氣體，傳統(tǒng)的生物過(guò)濾器的效率比較低，容易形成較大的壓差。在70 年代后，廢氣生物過(guò)濾在歐洲，特別是德國(guó)，開(kāi)始比較廣泛地應(yīng)用于一些低濃度的工業(yè)廢氣，特別是含有VOCs的氣體。

目前國(guó)內(nèi)對(duì)VOCs研究主要集中在對(duì)于一些單一化合物的處理，受研究設(shè)備和實(shí)驗(yàn)手段的限制，這些研究還有局限。應(yīng)用方面還處于模仿階段，對(duì)生物過(guò)濾的機(jī)理和核心技術(shù)的了解和掌握還需要一定時(shí)間，所以在有毒有臭（VOCs）廢氣處理方面，我國(guó)尚處于起步階段。

目前，治理惡臭氣體的方法主要有物理法、化學(xué)法和生物法三大類(lèi)。生物法處理廢氣污染物是一項(xiàng)新興的技術(shù)。各種處理方法的原理、特點(diǎn)詳見(jiàn)表2。

表2 物理、化學(xué)及生物脫臭的主要方法及比較

由表2可知，這些除臭方法都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，但用物理法和化學(xué)法都存在投資大、操作復(fù)雜，運(yùn)行成本高、存在二次污染等問(wèn)題，而且受外界的影響較大。生物法除惡臭氣體具有凈化效率高，可處理復(fù)雜組分的惡臭氣體，無(wú)二次污染等特點(diǎn)，是除臭技術(shù)發(fā)展的方向。

3 生物過(guò)濾法除惡臭

3.1 生物過(guò)濾法除臭原理

生物過(guò)濾除臭技術(shù)利用微生物在纖維質(zhì)或多孔材料表面形成的生物膜能夠吸附、吸收和降解惡臭氣體成分，并將其轉(zhuǎn)化為無(wú)毒、無(wú)害、無(wú)味的簡(jiǎn)單物質(zhì)的原理，選擇有機(jī)或無(wú)機(jī)材料作為微生物膜的載體，將人工篩選的脫臭微生物固定于生物過(guò)濾器內(nèi)，利用風(fēng)機(jī)負(fù)壓的作用，將臭氣輸送到加濕保溫系統(tǒng)，流過(guò)含有豐富微生物的過(guò)濾介質(zhì)（濾料），完成吸附、吸收和降解過(guò)程。而Ottengraf等提出了生物膜理論，并建立了理論模型來(lái)描述低濃度有機(jī)廢氣的生物凈化過(guò)程[4]。

孫石等[5]較早地在國(guó)內(nèi)介紹了該模型，并認(rèn)為低濃度惡臭氣體在生物濾池中的吸附凈化一般要經(jīng)歷以下3個(gè)步驟：①?gòu)U氣中的有機(jī)污染物首先同水接觸并溶解（或混合）于水中，即由氣膜擴(kuò)散進(jìn)入液膜；②溶解（或混合)于液膜中的有機(jī)污染物在濃度差的推動(dòng)下進(jìn)一步擴(kuò)散到生物膜內(nèi)，進(jìn)而被其中的微生物捕獲并吸收；③進(jìn)入微生物體內(nèi)的有機(jī)污染物在其自身的代謝過(guò)程中作為能源和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被分解，最終轉(zhuǎn)化為無(wú)害的化合物。在此凈化過(guò)程中，總吸收速率主要取決于氣、液兩相中的有機(jī)污染物擴(kuò)散速率(氣膜擴(kuò)散、液膜擴(kuò)散)和生化反應(yīng)速率。

3.2 生物過(guò)濾系統(tǒng)的組成

生物過(guò)濾除臭系統(tǒng)主要由4大部分組成：氣體收集輸送系統(tǒng)、加濕保溫系統(tǒng)、生物過(guò)濾系統(tǒng)和檢測(cè)控制系統(tǒng)（見(jiàn)圖1）。氣體收集輸送系統(tǒng)的主要功能是將構(gòu)筑物自由揮發(fā)的氣體封閉收集起來(lái)并輸送到后續(xù)處理系統(tǒng)。具體包括構(gòu)筑物加蓋密封系統(tǒng)、管道收集系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)。加濕保溫系統(tǒng)用來(lái)對(duì)不滿足溫度濕度處理?xiàng)l件要求的氣體進(jìn)行預(yù)處理，使之達(dá)到較為理想的溫度和濕度，保障微生物能有效地去除臭氣物質(zhì)。生物過(guò)濾系統(tǒng)主要是在適宜的條件下，利用載體填料表面積上生長(zhǎng)的微生物的作用脫臭。臭氣物質(zhì)通過(guò)填料時(shí)，先被填料表面附著的微生物膜吸附，然后被氧化分解，從而完成除臭過(guò)程。檢測(cè)控制系統(tǒng)主要用來(lái)檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)和技術(shù)參數(shù),通過(guò)人機(jī)對(duì)話的方式，調(diào)整工藝參數(shù)，檢測(cè)設(shè)備的運(yùn)行，從而使設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守、遠(yuǎn)程監(jiān)控的運(yùn)行方式并可將有關(guān)信息遠(yuǎn)傳到企業(yè)網(wǎng)絡(luò)或控制室。

圖1

3.3 微生物過(guò)濾器法去除惡臭組分的實(shí)例

某制藥有限公司主要生產(chǎn)抗生素。制藥廢水處理站主要用于處理該制藥的生產(chǎn)廢水，日設(shè)計(jì)處理能力為10000m3。該廢水處理站屬環(huán)?！叭瑫r(shí)”項(xiàng)目，采用的工藝流程為：廢水調(diào)節(jié)池—水解酸化池—混凝沉淀池—CASS·SBR反應(yīng)器—達(dá)標(biāo)排放。廢水處理站所產(chǎn)廢氣的主要成份有H2S、NH3，還含有少量的硫醇、硫醚、有機(jī)溶劑等惡臭物質(zhì)。

為處理該污水站的惡臭廢氣，該廠采用高效生物過(guò)濾器來(lái)處理惡臭氣體，該處理工藝屬于二級(jí)處理工藝，是完全的生物處理方法，處理效果好，達(dá)到設(shè)計(jì)要求和環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，周?chē)用窦皬S區(qū)人員反映良好。

生物除臭處理工藝采用二級(jí)處理：廢氣加濕塔、高效生物凈化器。具體詳見(jiàn)圖2。

圖2 工藝流程圖

廢氣加濕塔：惡臭氣體被收集后，通過(guò)管道進(jìn)入加濕塔加濕，然后進(jìn)入生物凈化器。

高效生物凈化器：生物凈化器內(nèi)裝有填料。填料在預(yù)處理時(shí)，與三新的3A-3#菌種混合，經(jīng)培養(yǎng)使得填料上附生著大量的微生物，并形成生物膜。廢氣進(jìn)入生物凈化器后，微生物將廢氣VOC轉(zhuǎn)變?yōu)镃O2+H2O,其中

NH3→ N2,

H2S → S硫磺→ 亞硫酸→ 硫酸。

通過(guò)對(duì)填料每天的定時(shí)沖洗，硫酸隨水清洗到水中。由于其濃度低，清洗水可以直接進(jìn)入水處理池。用于沖洗的水泵不需要連續(xù)運(yùn)行，每天1～2次，每次10分鐘即可，沖洗水可以中和，再循環(huán)使用。

當(dāng)廢氣濃度高時(shí)，微生物可以將部分惡臭硫化物轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧牵瑑?chǔ)存于細(xì)胞內(nèi)，當(dāng)廢氣濃度低或停機(jī)期間，存于細(xì)胞內(nèi)中的硫磺還可以作為微生物的能量被分解成亞硫酸或硫酸。所以，微生物有自適應(yīng)能力，同時(shí)，生物凈化器有一定的抗沖擊能力，廢氣濃度變化將不影響生物凈化器的處理效率。

聯(lián)邦制藥(成都)有限公司采用微生物過(guò)濾器法去除惡臭后，根據(jù)對(duì)處理后惡臭氣體的監(jiān)測(cè)結(jié)果詳見(jiàn)表3。

表3 生物處理惡臭氣體監(jiān)測(cè)結(jié)果一覽表

通過(guò)以上的數(shù)據(jù)可知，經(jīng)過(guò)生物過(guò)濾器的處理后，惡臭氣體被轉(zhuǎn)化為CO2、H2O，處理的整個(gè)系統(tǒng)過(guò)程中沒(méi)有產(chǎn)生二次污染物。而且惡臭氣體的去除率比較高，處理效果很好。同時(shí)工藝流程短、設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低等，具有很好的發(fā)展前景。

4 結(jié)束語(yǔ)

隨著居民生活水平的不斷提高，對(duì)生活環(huán)境質(zhì)量的要求不斷提高，惡臭污染越來(lái)越來(lái)受到人們的關(guān)注，對(duì)除臭技術(shù)的研究也越加深入，生物過(guò)濾作為一種新型生態(tài)臭氣處理技術(shù)，具有投資省、運(yùn)行簡(jiǎn)便、處理效果穩(wěn)定、無(wú)二次污染等優(yōu)點(diǎn)，是未來(lái)惡臭氣體處理的發(fā)展方向。

[1] 張振家．張仁江．高濃度有機(jī)硫廢水的厭氧生物除臭處理[J]．中國(guó)環(huán)境科學(xué), 2000, 20(5)：414-418．

[2] 王延吉，王鴻志，楊光壁．制定無(wú)組織排放惡臭物質(zhì)濃度控制標(biāo)準(zhǔn)值的技術(shù)路線探討[J]．環(huán)境科學(xué)研究，1992，5(1)：42-45.

[3] RAMIREZ L E，CORONA H J，DENDOOVEN L，et al.Characterization of five agricultural by-products as potential biofilter carriers[J].Bioresource Technology，2003，88（3）：259-263.

[4] O ttengraf S P P. B iologica l sys tem s for w aste gas e lim ina2tion. Trends in B iotechnol, 1987, 5 (5) : 132-136.

[5] 孫石，楊顯萬(wàn)，謝蘊(yùn)國(guó)，等．生物法凈化低濃度揮發(fā)性有機(jī)廢氣的動(dòng)力學(xué)問(wèn)題探討[J]．環(huán)境科學(xué)學(xué)報(bào)，1999，l9 (2)：153-158 ．