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I 摘要 惡臭污染物是僅次于顆粒污染物的又一大類氣態(tài)污染物 對于低濃度惡臭污染的 控制較難 尋求合理的治理途徑和控制方案已成為世界各國亟待解決的熱點課題 生 物法凈化惡臭氣體是近年來發(fā)展起來的工藝 與傳統(tǒng)凈化工藝相比 具有設(shè)備簡單 投資少 運行費用低 無二次污染等優(yōu)點 因而受到學(xué)者的重視 本畢業(yè)設(shè)計方向是采用生物法處理低濃度惡臭氣體的設(shè)計 既是 BTF 系統(tǒng)處理兼 氧池惡臭廢氣工程設(shè)計 BTF 系統(tǒng)就是指生物滴濾池系統(tǒng) 考慮到工程實際經(jīng)濟可行性本 畢業(yè)設(shè)計決定采用生物滴濾池工藝 設(shè)計以闊葉林樹木材鋸末為填料 通過將氣體加濕 調(diào) 節(jié) PH 值 使氣體中的惡臭成分在微生物的作用下分解為二氧化碳和水 具體內(nèi)容是在 氣流量確定的情況下設(shè)計生物滴濾池等設(shè)備以凈化惡臭氣體其中包括集氣罩 管道布 置 風(fēng)機選擇 鼓風(fēng)機房 填料等各方面的設(shè)計計算 以實現(xiàn) 90 祛除惡臭污染物的最 終效果 關(guān)鍵詞 惡臭 生物法 生物滴濾 II Abstract Odor pollutant particles of pollutants is the second largest category of another gaseous pollutants To control low concentration smog pollution is difficult For rational management and control programs have become the world s countries need to resolve the hot topic Biological purification odors in recent years to develop the technology with the traditional purification process when compared with simple equipment small investment low operating costs and no secondary pollution advantages thus academics seriously The graduation design direction is the use of biological treatment of low concentration of odorous gases design taking into account the economic feasibility of engineering graduates of the design decisions biological trickling filter technology Lin designed to hardwood timber sawdust as filler by gas humidification and adjust pH so that the stench of gas components of the microbial decomposition of the effects of carbon dioxide and water Specific content of the gas flow is determined by the design of low biological filter and other equipment to clean up the malodorous gases including gas gathering enclosures piping layout fan choice the blower fillers and other aspects of the design to achieve 90 eliminate the stench of the ultimate effect of pollutants Keywords Odor Biological Biotrickling filter I 目 錄 1 緒論 1 1 1 研究的目的和意義 1 1 2 惡臭氣體與大氣污染簡述 1 1 2 1 惡臭氣體的分類與產(chǎn)生 1 1 2 2 惡臭氣體物的污染特征及危害 3 1 3 惡臭處理國內(nèi)外研究狀況和線路 6 1 3 1 惡臭處理目前國內(nèi)外的研究狀況概述 6 1 3 2 惡臭處理的主要研究線路及未來的展望 6 1 4 惡臭治理技術(shù)的比較和選取 14 1 4 1 惡臭氣體的生物處理特點 14 1 4 2 惡臭氣體物的生物轉(zhuǎn)化 15 1 4 3 惡臭氣體物生物去除過程 15 1 4 4 生物過濾法的應(yīng)用 17 1 5 設(shè)計依據(jù) 23 1 6 設(shè)計原則 23 2 工藝計算 24 2 1 廢氣量計算 24 2 2 廢氣的收集 24 2 2 1 集氣罩的分類和設(shè)計 24 2 3 管道系統(tǒng)設(shè)計 25 2 3 1 管網(wǎng)的布置形式 26 2 3 2 管道的設(shè)計計算 26 2 4 風(fēng)機的選擇 27 2 5 生物濾池的設(shè)計計算 28 II 2 5 1 生物濾池表面積的計算 28 2 5 2 濾料的選擇計算 28 3 平面布置 30 3 1 平面布置 30 4 工程預(yù)計 30 4 1 主要建筑物投資概算一覽表 30 4 2 各類設(shè)備及管道投資一覽表 31 4 3 運行費用 31 參考文獻 32 致謝 33 1 1 緒論 1 1 研究的目的和意義 城市惡臭主要產(chǎn)生于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 市政污水 污泥處理以及垃圾處置過程 其 危害是影響人們身心健康和環(huán)境質(zhì)量 其已被國家列入廢氣污染治理的一部分 以 往的城市污水 廢物處理廠地處人員稀少的郊外 我們的感覺不是很明顯 近幾年 由于城市界域的不斷擴大 它們已經(jīng)離我們越來越近 同時人們對城市生活工作的 環(huán)境質(zhì)量要求也越來越高 為了提高污水處理場和周邊的環(huán)境衛(wèi)生質(zhì)量 我們必須 要對臭氣進行有效處理 1 2 惡臭氣體與大氣污染簡述 惡臭指凡是能刺激人的嗅覺器官 普遍引起不愉快或厭惡 損害人體健康的氣 味 惡臭污染是大氣 水 廢棄物等物質(zhì)中的異味通過空氣介質(zhì) 作用于人的嗅覺 思維而感知的一種感知 嗅覺 污染 是一種日益引起全球重視的大氣污染公害 隨著人們對生活環(huán)境質(zhì)量要求的逐步提高 人們對各種異常氣味造成的不滿情 緒和控告事件不斷增加 尤其在西方發(fā)達國家 關(guān)于惡臭的投訴案件已經(jīng)僅次于噪 聲污染 居第二位 例如在美國 惡臭事件約占大氣污染事件的 60 在日本 1981 年的惡臭訴訟案占所有公害訴訟案的 23 9 目前 對惡臭的研究 治理和評價 已受到世界各國廣泛重視 各國專家和學(xué) 者均同意將惡臭污染從大氣污染中單獨分離出來 列為世界七大環(huán)境公害之一 在 我國 惡臭污染問題也變得日益嚴重 惡臭擾民事件也已發(fā)生多次 因此關(guān)于惡臭 的研究和治理已經(jīng)引起了市政各有關(guān)部門的注意 1 1 2 1 惡臭氣體的分類與產(chǎn)生 臭味之所以能被人感知是由于其具有高揮發(fā)性及親水和親脂性 惡臭物質(zhì)的致 臭原因主要是由于含有特征發(fā)臭基團 含發(fā)臭基團的氣體分子與嗅覺細胞作用 經(jīng) 嗅覺神經(jīng)向腦部神經(jīng)傳遞信息 從而完成對氣味的鑒別 瓦德麥克分類法依據(jù)氣味物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及人對氣味物質(zhì)的感覺特征將氣味物分為 9 類 醚類 芳香類 花類或香脂類 琥珀類 韭菜或大蒜類 焦臭 山羊臭 不 快臭 催吐臭 地球上存在的 200 多萬種化合物中 1 5 具有氣味 約有 1 萬種為重要的惡臭 2 物質(zhì) 按化學(xué)組成可分成以下 5 類 1 含硫的化合物 如硫化氫 二氧化硫 硫醇 硫醚類等 2 含氮的化合物 如胺 氨 酸胺 吲哚類等 3 鹵素及衍生物 如鹵代烴等 4 氧的有機物 如醇 酚 醛 酮 酸 酯等 5 烴類 如烷 烯 炔烴以及芳香烴等 除硫化氫和氨外 惡臭物質(zhì)大都為有機物 這些有機物具有沸點低 揮發(fā)性強 的特征 我們又稱其為揮發(fā)性有機化合物 簡稱 VOCs 揮發(fā)性的有機化合物 VOCs 指碳氫化合物及其衍生物 有機化合物按其結(jié)構(gòu)分為開鏈化合物 或脂肪族化合物 分子鏈是張開的 脂環(huán)化合物 分子鏈呈環(huán)狀 芳香族化合物 單 雙鍵交替連接 的六碳原子環(huán)狀結(jié)構(gòu) 及雜環(huán)化合物 環(huán)上原子除碳外 還有其他原子參加構(gòu)成 等 四大類 目前估計在 100 萬種以上 而且數(shù)量持續(xù)增加 2 1992 年 在土耳其召開的關(guān)于工農(nóng)業(yè)廢棄物管理問題的國際研討會上 許多專 家一致呼吁對于惡臭不必說哪種有害 哪種無害 僅僅因其存在就構(gòu)成了公害 惡 臭的來源相當(dāng)廣泛 主要可分為體泌污染源 生活污染源及工業(yè)污染源三類 體泌 污染源主要指腳臭 腋臭 口臭等 生活污染源主要來自廁所 衛(wèi)生間 垃圾桶 下水道等地方 工業(yè)污染源是惡臭污染發(fā)生的最主要來源 污水處理廠 肉產(chǎn)品加 工廠 造紙廠及石油化工企業(yè)都會產(chǎn)生嚴重惡臭 表 1 2 列出了常見的惡臭污染 源 從表 1 2 可看出 硫系惡臭物質(zhì)涉及的行業(yè)廣泛 在各種惡臭物質(zhì)污染中影 響是最大的 含硫化合物的主要致臭成分是硫化氫 甲硫醇 甲硫醚及二甲基二硫 化物 它們統(tǒng)稱為總還原硫化物 TRS 這些氣體嗅閾值極低 即使?jié)舛仁窃?10 9 數(shù)量級 也會由呼吸器官明顯感覺出來 加之具有極大的毒性 是不容忽視的一類 必須予以消除的惡臭污染物 表 1 2 惡臭物質(zhì)的主要來源 物質(zhì)名稱 主 要 來 源 硫化氫 硫醇類 牛皮紙漿 煉油 煉焦 天然氣 石油化工 煉焦化工 煤氣 糞 便處 理 二硫化碳的生產(chǎn)或加工 3 硫醚類 氨 胺類 吲哚類 硝基化合物 烴類 醛類 醚類 醇類 酚類 酯類 脂肪酸類 有機鹵素衍生 物 牛皮紙漿 煉油 煤氣 制藥 農(nóng)藥 合成樹脂 合成橡膠 合成 纖維 橡膠加工 牛皮紙漿 煉油 農(nóng)藥 垃圾處理 生活污水下水道 氮肥 硝酸 煉焦 糞便處理 肉類加工 禽畜飼養(yǎng) 水產(chǎn)加工 畜產(chǎn)加工 皮革 骨膠 石油化工 飼料 糞便處理 生活污水處理 煉焦 屠宰牲畜 糞便堆積發(fā)酵 肉類 和其他蛋白質(zhì)腐爛 燃料 炸藥 煉油 石油化工 t ti 電石 化肥 內(nèi)燃機排氣 涂料 溶劑 油墨 印刷 煉油 石油化工 醫(yī)藥 內(nèi)燃機排氣 垃圾處理 鑄造 溶劑 醫(yī)藥 合成纖維 合成橡膠 炸藥 照相軟片 石油化工 林產(chǎn)化工 合成材料 釀造 制藥 合成洗滌劑 油脂 加工 肥皂 皮革制造 合成香料 鋼鐵廠 焦化廠 染料 制藥 合成材料 合成香料 溶劑 涂料 油脂加工 照相軟片 合成纖維 合成樹脂 涂料 膠黏劑 石油化工 油脂加工 皮革制造 肥皂 合成洗滌劑 釀造 制藥 香 料 食物腐爛 糞便處理 合成樹脂 合成橡膠 溶劑 滅火器材 制冷劑 1 2 2 惡臭氣體物的污染特征及危害 惡臭氣體作為世界七大環(huán)境公害之一 從大氣污染中單獨分離出來 說明其具 有自身的特點 1 易揮發(fā)性 人通過嗅覺器官感覺到臭味物質(zhì)的存在 是由于氣味物分子或 微粒運動到達嗅覺器官的結(jié)果 一般來說 蒸氣壓大的物質(zhì)具有更為強烈的氣味 但也有少數(shù)例外 如香貓酮和混合二甲苯麝香 在 10 1 10 2Pa 蒸氣壓下也有強烈 的氣味 4 2 易溶解性 一般氣味大的物質(zhì)是溶于水和脂肪的 因此這樣的物質(zhì)能夠滲 透嗅覺器官絨毛周圍的水性黏液 然后穿過多脂的絨毛本身而產(chǎn)生嗅覺作用 3 吸收紅外線能力強有氣味的物質(zhì)能強烈地吸收紅外線 氣味物質(zhì)對紅外線 的吸收波段可以決定它的氣味 其原理與物質(zhì)對可見光譜的吸收波段決定該物質(zhì)的 顏色類似 物質(zhì)對某波段光的吸收是由于物質(zhì)分子振動與光振動之間相互干擾的結(jié) 果 氣味物質(zhì)對某紅外線波段的吸收 也說明了該物質(zhì)具有相同頻率分子內(nèi)部振動 但是 還沒有充分理由說明為什么氣味物質(zhì)對紅外線吸收波段的吸收比對紫外光和 可見光吸收波段的吸收更為明顯 石蠟油及二硫化碳例外 它們有氣味 但對紅外 線基本不吸收 4 丁鐸爾 Tyndoll 效應(yīng) 氣味物質(zhì) 例如丁香酚 C 10H12O2 黃樟腦 C 10H10O2 等 當(dāng)測定它們在甘油 石蠟油或水中的溶解度時 發(fā)現(xiàn)在曝光以后 顯示出丁鐸 爾效應(yīng) 也就是當(dāng)一束紫外光通過溶液時 由于被溶質(zhì)微粒散射 呈現(xiàn)出乳白色 5 拉曼 Raman 效應(yīng) 當(dāng)一單色光 例如從汞蒸氣燈發(fā)出的綠色光 被一種純物 質(zhì)散射時 散射光的波長總是大于或小于原來單色光的波長 這種效應(yīng)稱拉曼 Raman 效應(yīng) 其波長變化的量稱為拉曼位移 拉曼位移是物質(zhì)分子振動的一種度 量 而人們通常認為物質(zhì)的氣味取決于分子內(nèi)部的振動 故拉曼位移與氣味間應(yīng)存 在某種關(guān)系 比較甲基硫醇 乙基硫醇 丙基硫醇及戊基硫醇的光譜 可以發(fā)現(xiàn)它 們都有 2567 2580cm 1的拉曼位移 它們都有類似的強烈臭味 其他不具有該數(shù)值 拉曼位移的物質(zhì) 沒有硫醇的特殊臭味 1 惡臭氣體的污染特征 1 污染范圍廣 惡臭物質(zhì)排放到大氣中 可在大氣環(huán)流作用下迅速蔓延 造 成大范圍污染 2 測定困難 惡臭污染以心理影響為主要特征 極低的濃度就可使人產(chǎn)生不 快 這使其測定非常困難 目前還難以找到一個可全面評述惡臭的可檢測性 強度 厭惡度及性質(zhì)的簡單測定方法 因此 惡臭的有效測定方法是大氣污染控制的一個 重要研究內(nèi)容 3 評價困難 惡臭污染源多為常見的 局部的無組織排放源 污染又多為短 時間 突發(fā)性的 因而難以捕捉 加之惡臭擴散方式復(fù)雜 故迄今世界上還沒有一 種公認的惡臭評價方法 因此目前這方面的研究也相當(dāng)活躍 4 治理困難 通常有害氣體對人產(chǎn)生的生理影響與其濃度成正比 而惡臭給 5 人的感覺量 惡臭強度 與對人的刺激量 惡臭物質(zhì)濃度 的對數(shù)成正比 韋伯 費希 納 Weber Fechner 公式很好地反映了這種關(guān)系 Y klgX 1 1 式中 Y 惡臭強度 X 惡臭物質(zhì)含量 1x10 6 從式 1 1 推算出 即使將惡臭物質(zhì)去除 90 人的感覺認為只去除了 50 通常把正常人勉強可以感覺到氣味的含量 即惡臭的最低嗅覺含量稱為嗅覺 閾值 一般情況下 人的嗅覺對多數(shù)惡臭物質(zhì)的嗅覺閾值都在 10 9以下 遠遠超過 了分析儀器對惡臭物質(zhì)的最低檢出含量 儀器的最低檢出含量在 10 6 10 9 范圍內(nèi) 迄今為止 有 4000 多種惡臭物質(zhì)僅憑人的嗅覺即能感覺到 其中對人體健康危害 較大的有氨 硫化氫 硫醇類 二甲基硫 三甲胺 甲醛 苯乙烯 正丁酸 酪酸 和酚類等有機污染物 有些惡臭物質(zhì)隨廢水 廢渣進入水體后 不僅使水散發(fā)出臭 味 而且使魚類等水生生物也發(fā)出惡臭而不能食用 有些惡臭物質(zhì)還與環(huán)境中的化 合物結(jié)合造成嚴重的二次污染 惡臭物質(zhì)分布廣 影響大 它除了刺激人的嗅覺器 官使人覺得不愉快外 還對人的呼吸系統(tǒng) 消化系統(tǒng) 內(nèi)分泌系統(tǒng) 神經(jīng)系統(tǒng)和精 神產(chǎn)生不利影響 高濃度情況下會導(dǎo)致急性中毒甚至死亡 這表現(xiàn)在以下幾個方面 1 危害呼吸系統(tǒng)人們聞到惡臭 對呼吸產(chǎn)生反射性抑制 甚至憋氣 妨礙正 常呼吸功能 2 危害循環(huán)系統(tǒng)隨呼吸變化 會出現(xiàn)脈搏和血壓變化 如氨會使血壓出現(xiàn)先 下降后上升現(xiàn)象 3 危害消化系統(tǒng) 人經(jīng)常接觸惡臭 會使人產(chǎn)生厭食 惡心 甚至嘔吐 進 而發(fā)展到消化功能減退 4 危害內(nèi)分泌系統(tǒng) 經(jīng)常受惡臭刺激 會使人的內(nèi)分泌系統(tǒng)功能紊亂 影響 機體代謝 5 危害神經(jīng)系統(tǒng) 惡臭的刺激 會使嗅覺疲勞甚至喪失 久聞不知其臭 最 后會導(dǎo)致大腦皮層興奮和抑制的調(diào)節(jié)功能失調(diào) 6 影響精神狀態(tài) 惡臭使人煩躁不安 思想不集中 工作效率降低 判斷力 和記憶力下降 影響大腦的思維活動 7 有機惡臭物質(zhì)的危害 易引起各類中毒 大多數(shù)中毒癥狀表現(xiàn)為呼吸道疾 6 病 多為積累性 在高濃度污染物突然作用下 有時可能造成急性中毒 甚至死亡 一些有機物接觸皮膚 可引起皮膚病 有些有機污染物具有致癌性 如氯乙烯 聚 氯乙烯 尤其是一些稠環(huán)化合物 如苯并芘等 3 隨著工業(yè)生產(chǎn)的不斷發(fā)展 惡臭污染亦日益嚴重 而國內(nèi)許多行業(yè)產(chǎn)生的惡臭 氣體幾乎未經(jīng)處理就直接排放到大氣中 隨著人們環(huán)保意識及對生活質(zhì)量要求的不 斷提高 迫切需要對惡臭污染予以堅決治理 1 3 惡臭處理國內(nèi)外研究狀況和線路 1 3 1 惡臭處理目前國內(nèi)外的研究狀況概述 發(fā)達國家在臭氣污染 特別是對污水處理廠惡臭污染的研究和治理等方面起步 較早 經(jīng)驗較豐富 其中以美國 德國和日本的成果最為顯著 我國對惡臭污染的 研究起步比較晚 參考日本的經(jīng)驗 于 1993 年制定了惡臭污染物排放標(biāo)準 包括 臭氣濃度及三甲胺 硫化氫 甲硫酸 甲硫醚 二甲二硫 二硫化碳 苯乙烯 8 種 單一惡臭物質(zhì)的廠界標(biāo)準及排放際準 目前并未被人們所普遍重視 現(xiàn)行的惡臭處 理法從脫除的原理上大致可以概括成物理法 化學(xué)法和生物處理三種類型 4 1 3 2 惡臭處理的主要研究線路及未來的展望 1 物理脫臭法 物理脫臭法處理通常作為脫臭處理工藝的前處理 對于含有可溶性成分多的臭 氣一般可以臭氣凝縮法 從經(jīng)濟上比較適合我國國情 但是其應(yīng)用局限性大 一般 很少采用 物理法中常用的效果比較好是大氣稀釋法和吸附法 大氣稀釋擴散法是將惡臭氣體由煙囪排向大氣 通過大氣的稀釋擴散以及氧化 反應(yīng)使其濃度降低 以保證下風(fēng)向和臭氣發(fā)生源附近工作和生活的人不受惡臭的危 害 此法主要適用于臭氣濃度比較低的工業(yè)有組織排放源的惡臭處理 大氣稀釋法 受當(dāng)?shù)貧庀髼l件和地形條件影響較大 另外對煙囪高度也有一定的要求 以保證受 控點惡臭物質(zhì)濃度不超過環(huán)境標(biāo)準 吸附脫臭法是使得惡臭氣體通過吸附劑填充層而被吸附去除的方法 常用的吸 附劑一般為活性炭 硅藻土 以及陶瓷碎片等 有時也根據(jù)吸附氣體成分的特殊性 使用添加藥劑的吸附填料 在吸附脫臭法中較常用的方法是活性炭吸附法 活性炭 吸附法分為非再生型和再生型 利用活性炭 Activated Carbon AC 優(yōu)良的吸附能力 可以很高效地吸附臭氣中的硫醇 酚等構(gòu)成成分 特別的對于濃度低的臭氣更有效 7 對于濃度高的工廠的臭氣 一般使用能夠現(xiàn)場再生的裝置 也就是說在除臭裝置中 加入再生裝置 圖 1 是塔式蒸汽再生 在這個裝置中 蒸汽發(fā)生裝置 脫除臭氣的 蒸汽凝縮裝置及其儲留槽等是必需裝置 為防止活性碳顆粒校粉塵等堵塞 在氣體 流入吸附床層前 應(yīng)先經(jīng)過預(yù)凈化設(shè)備 吸附脫臭法工藝成熟 既能達到凈化的目 的 又能回收有用物質(zhì) 一般的活性炭吸附均采用固定床吸附 其維護管理比較簡 單并且處理效率也高 但是其交換再生周期受氣體的種類 數(shù)量 溫度 水分的變 動影響較大 很難確保 例如處理高濃度的臭氣 活性炭層會很快的被透過而失效 另外 填充吸附層內(nèi)容易堵塞 易腐蝕設(shè)備 在經(jīng)濟上是不適用的 2 化學(xué)法 化學(xué)脫臭法主要是利用化學(xué)藥劑或化學(xué)方法與惡臭物質(zhì)成分起反應(yīng)生成無臭物 質(zhì)而達到脫臭目的的方法 因為惡臭物質(zhì)成分大多呈現(xiàn)酸性或堿性 因此比較行之 有效的方法是用氫氧化鈉 碳酸鈉 硫酸 鹽酸等酸堿中和反應(yīng)脫臭 其中水洗法 僅對水溶性的惡臭物質(zhì)有效 存在二次污染問題 一般只作為預(yù)處理手段 所以現(xiàn) 行各國處理工藝中大多采用濕法化學(xué)吸收法 燃燒處理法 濕法化學(xué)吸收法是發(fā)展最成熟應(yīng)用最普遍的惡臭脫除方法之一 其中塔式吸收 是多年經(jīng)驗發(fā)展的主導(dǎo)趨勢 常用的濕法化學(xué)吸收塔有三種 填料塔 噴霧塔和文 丘里洗滌塔 化學(xué)吸收法其基本原理是 通過噴淋式或填料式吸收塔將惡臭氣體捕 捉到液體中 附著于顆粒物質(zhì)上的臭氣分子通過濕法吸收氧化后被從空氣中去除 惡臭氣體和藥液中的乳化試劑反應(yīng)從溶液中去除 也可和強氧化劑反應(yīng)生成溶于水 的無臭物質(zhì)吸收去除 使用濕法化學(xué)吸收除臭 影響脫除效果的重要因素是惡臭氣體的成分和吸收劑 的選取以及接觸過程中速率 常用的吸收液可以是清水 化學(xué)試劑溶液 酸 堿 強氧化劑溶液或是有機溶劑 鑒于污水污泥處理設(shè)施產(chǎn)生的臭氣特點 吸收液的選 擇主要針對氨氣和硫化氫及有機硫化物 所以藥液一般選用是強堿 次氯酸鈉和硫 酸的溶液 氣 液傳質(zhì)接觸一般采用兩相同流 逆流 交流 水平式氣液接觸方式 同時嚴格控制過程中的氣液比以及氣體通過的線速度 保證接觸時間 這種方法具 有反應(yīng)速度快 反應(yīng)溫度低 安全高效 運行可靠 占地相對最小等優(yōu)點 適于排 放量大 高濃度的臭氣排放場合 如污泥穩(wěn)定 干化處理和焚燒過程所產(chǎn)生的惡臭 處理等 同時當(dāng)惡臭氣流中成分比較復(fù)雜時 通常需采用多級吸收系統(tǒng) 讓惡臭氣 體漸次通過裝有不同性能藥液的接觸塔 最后再經(jīng)過除霧裝置后 直接排放或與干 8 凈空氣混合稀釋后排放到大氣中去 這樣的兩級或三級吸收系統(tǒng) 可以廣泛地除去 多種惡臭氣體 并達到很高的去除效率 同時也可以通過調(diào)節(jié)加藥量和溶液的循環(huán) 流量調(diào)節(jié)來適應(yīng)氣流量和濃度的變化 因此濕法化學(xué)吸收除臭具有較強的操作彈性 這種臭氣脫除裝置在市政設(shè)施如污水處理廠的污泥脫水過程中被廣泛的應(yīng)用 濕式吸收氧化法也有它的缺點 如酸 堿吸收法都需要對吸收后產(chǎn)生的廢液進 行處理 需要消耗大量的水 化學(xué)溶液 電力 排放氣體中夾帶殘留的氯化物等 日本大多數(shù)污水處理廠以前普遍選擇的除臭方法之一就是是用酸 堿和次氯酸鈉除 臭的化學(xué)吸收法 另一種是用活性碳除臭的吸附法 由于強酸或強堿使用時不夠 安全 化學(xué)物質(zhì)再生的費用不斷上升 近年來已較少采用 但是我們應(yīng)當(dāng)看到在未 來相當(dāng)一段時期內(nèi) 其仍將是惡臭控制技術(shù)的主流 特別是針對老廠的改造和有土 地局限性的新建廠的除惡臭更俱優(yōu)勢 燃燒除臭法是利用高溫?zé)峤鈵撼魵怏w的方法 分為直接高溫燃燒法和催化低溫 燃燒法 一般的直接燃燒處理程序 臭氣用熱交換機換熱后導(dǎo)入脫臭爐 脫臭爐內(nèi)的溫 度通常設(shè)定在 650 800 C 左右 接觸時間為 0 3 0 5 秒 爐內(nèi)溫度應(yīng)盡量均勻是 很重要的 溫度分布不均將造成臭氣脫除效率低下 脫臭爐排放的尾氣預(yù)熱交換機 以及廢熱回收交換機回收廢熱后大氣排放 這種方式在具有廢熱回收的蒸汽和熱風(fēng) 的工廠可以有效 經(jīng)濟的運轉(zhuǎn) 對于高濃度臭氣處理用直接燃燒法是有效的 但是 燃料費用高 燃燒后的氣體中存有 NOX 等氣體成分 有二次污染的可能 催化燃燒法和直接燃燒法一樣 也是通過使臭氣成分燃燒 氧化分解的除臭方 法 因為使用催化劑可以比直接燃燒法更低溫地運行 燃料的使用量也大幅度的減 少 圖 7 為催化燃燒法的脫臭流程簡圖 被處理的臭氣通過前處理裝置除去有害金 屬 酸性氣體和粉塵等后 通過熱交換機預(yù)熱輸送到脫臭爐內(nèi)處理 通常爐溫設(shè)定 在 250 350 C 接觸時間為 0 3 0 5 秒 催化燃燒所用的催化劑一般用鉑 鎳或 非貴重金屬銅 錳 鐵 鈷 鋅的氧化物 也有的用稀土化合物 對于苯類 醚類 酯類的惡臭氣體 凈化率可這 99 以上 催化燃燒法具有凈化效率高 操作溫度較 低 能耗較少等特點 是一種重要的惡臭脫除方法 我國有些煉油廠就已經(jīng)采用這 種方法脫臭 催化燃燒法雖然能徹底將廢氣中的有害物質(zhì)轉(zhuǎn)化為無害物質(zhì) 達到脫 臭的目的 但整個工藝過程中對于高分子化合物的分解不是很好 還會產(chǎn)生脫硫廢 物及廢催化劑等固體廢物 同時存在設(shè)備投資大 運行管理較嚴格 監(jiān)控難度大和 9 實際操作經(jīng)驗不足等問題 另外一點就是催化劑的造價比較高 燃燒過程中容易使 催化劑中毒 中毒的催化劑經(jīng)洗滌 熱處理和酸處理后可恢復(fù)活性 使用壽命為 3 5a 如何有效延長這些高價催化劑的使用壽命是該項技術(shù)的關(guān)鍵 這就要求盡 可能減少氣體中含有的使催化劑中毒的成分 所以對氣體的前處理尤為重要 另外 在處理過程中爐溫需要保持在 350 以上 對耐熱材料要求也是該技術(shù)的關(guān)鍵點 現(xiàn)在工藝中一般采用發(fā)泡金屬和復(fù)合材料等擔(dān)體 如日本已經(jīng)開發(fā)出的耐熱溫度高 壓力損失小的石英玻璃纖維催化劑 3 生物除臭法 前已提及 氣味物質(zhì)的成分大都是低分子脂肪酸 胺類 醛類 酮類 醚類以 及脂肪族的 芳香族的 雜環(huán)的氮或硫化物 帶有活性基團的這些物質(zhì)被液相吸收 后 特別易被生物氧化 當(dāng)活性基團被氧化后 惡臭氣味就消失了 臭氣經(jīng)不同種 類的微生物分解后 產(chǎn)物不一樣 如含氮的臭氣 經(jīng)微生物的氨化作用后 分解為 NH3 NH3 又通過亞硝化細菌 硝化細菌的作用 進一步氧化為穩(wěn)定的硝酸態(tài)化合 物 而含硫的臭氣經(jīng)微生物分解后產(chǎn)生 H2S H2S 可以被硫化細菌氧化為硫酸 生 物除臭工藝就是基于這一原理 所以該方法要求被去除的臭味物質(zhì)有好的水溶性 生物除臭法因具有簡單 投資省 運行費用低 維護管理方便 效果好等優(yōu)點而發(fā) 展得很快 美國 德國 日本對污水處理廠的惡臭多采用生物除臭技術(shù)進行治理 生物處理脫臭法主要分為液相脫臭法和固相脫臭法 1 液相脫臭法 液相脫臭法中比較有代表意義的是活性污泥脫臭法 常用的是活性污泥曝氣脫 臭法和活性污泥洗滌法 活性污泥曝氣脫臭法是日本福山等人在 80 年代初最先開發(fā)成功的 現(xiàn)已應(yīng)用 于屎尿處理場和污水處理場的臭氣處理 該脫臭方法是將惡臭物質(zhì)以曝氣形式分散 到活性污泥的混合液體底部 臭氣溶解于混合液中 通過懸浮的微生物降解惡臭物 質(zhì) 這與廢水的活性污泥法處理過程極為相似 只是用惡臭氣體象空氣一樣注入活 性污泥中 試驗證明 一般活性污泥濃度控制在 5000 10000mg L 為宜 臭氣的 送入速度以 20m3 h 以下為好 該方法適用于各種不同極限負荷范圍內(nèi)的惡臭氣體 效果很好 其去除效率均可高達 99 以上 影響惡臭氣體去除率的主要因素有曝氣 水深 曝氣強度 污泥濃度 酸堿度以及營養(yǎng)物質(zhì)的投放等 另外如果要想取得好 的去除效果 需要對污泥進行一定的馴化 活性污泥曝氣脫臭法不需要新的除臭裝 10 置 福山丈二指出本脫臭方式可以和污水處理場的活性污泥曝氣池并用 所以該法 既經(jīng)濟又節(jié)省能源 但是 該法必須控制空氣與污水的體積比 使其不能對活性污 泥不利 壓縮機的葉輪和管道必須防腐 該法適用于臭氣濃度低 氧氣濃度高的氣 體 東京 橫濱 大阪 札幌等城市都有該法的應(yīng)用 活性污泥洗滌法是在回流塔中讓活性污泥和臭氣逆向氣液接觸除臭的方法 一 般洗滌脫臭裝置如圖 4 所示 其原理與活性污泥曝氣法相同 只是與活性污泥曝氣 法相比具有體積更小的優(yōu)點 活性污泥通過循環(huán)槽循環(huán)使用 運行過程可以采取厭 氧 好氧或者間歇的方式 如間歇過程中 回流塔工作時活性污泥停止曝氣 利用 夜間和休息等裝置停止時段進行曝氣 保證溶液中的溶解氧水平 處理過程往往需 要添加炭源和含磷元素的營養(yǎng)液 需要定期加入新鮮污泥和排除剩余污泥 活性污 泥洗滌法可以長期以高的脫臭效果運轉(zhuǎn) 運行費用低 效果較好 2 生物固相脫臭法 生物固相脫臭法基本可以分為生物填充脫臭法和土壤處理法筆者認為土壤處理 法比較適合我國的國情 尤其是對于城鎮(zhèn)的小規(guī)模發(fā)生源臭氣處理具有廣闊的前景 所以特別介紹一下 土壤處理法是利用土壤中存在的土壤膠粒吸附難降解和難溶性惡臭成分 利用 土壤中棲息的種類繁多的細菌 放線菌 霉菌 原生動物 藻類等微生物吸收降解 臭氣物質(zhì)的 從而消除和降低臭氣的方法 1957 年 R D Pomeray 就利用土壤微 生物處理 H2S 廢氣 并獲得美國專利 70 年代后 各國開始在這一領(lǐng)域開展廣泛 研究 近年來 在廢水處理中的應(yīng)用不斷增加 該法具體工藝如圖 所示 裝置中 所用的土壤以腐植土為好 其它土質(zhì)需進行改良 普通做法是用黑土 先把黑土與 雞肥 混合肥料很勻 做成厚度為 0 5 米的土層 水分保持在 40 一 70 在土層 的底部鋪放破碎石塊 卵石和氣體導(dǎo)管 由導(dǎo)管輸送到支持層底部的臭氣通過土壤 微生物被凈化 11 該法除臭效果較好 維護容易 操作費用低 也不依賴土地的實際形狀 土壤 高吸附能力可以適應(yīng)較大的惡臭負荷變動 在東京和橫濱 名古屋 神戶等城市的 污水處理廠都可見到這種方法的應(yīng)用 但處理氣量較大時的占地面積大 另外為防 止降水和土壤壓實 還需用犁翻地或更換土壤 在都市中 要確保開辟出一塊空地 作為土壤脫臭處理場實際上是很困難的 作為其代替方法的研究 填充塔型脫臭法 被提上應(yīng)用日程 生物填充脫臭法處理臭氣是通過附著在固體過濾材科表面的微生物降解惡臭成 分來實現(xiàn)脫臭的目的 該法的主要原理是惡臭氣體經(jīng)過去塵增濕或降溫等預(yù)處理工 藝后 從填料層底部由下向上穿過填料 惡臭物質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)移到水和微生物組成的 混合相 通過固著于填料上微生物的代謝作用而被分解掉 生物填充脫臭法目前研 究得很多 工藝比較成熟 根據(jù)載體性質(zhì)的不同而分為生物濾池 裁體為有機物 和生物滴濾池 載體為無機物 生物填充脫臭法幾乎所有的設(shè)施均連接活性炭作為 其后處理裝置 近年來 為了防止水分使活性炭的吸附能力下降 使用活性炭作為 前處理設(shè)施的日漸增多 生物填充脫臭法其脫臭效率主要受惡臭氣體的成分以及設(shè) 計中空塔速度 填料載體 散水量和散水的溫度以及布氣的均勻性和自然條件等因 素的影響 空塔速度的快慢直接影響脫臭效果 速度或過慢 脫臭效果都不好 不 能充分發(fā)揮裝置的脫臭性能 空塔速度通?？刂圃?0 1 0 3m s 的范圍內(nèi) 在 生物填充塔內(nèi) 散水方式采用間歇式或者連續(xù)式 一般采用上流和合流氣液接觸方 式兩種 散水量應(yīng)該使填料載體表面形成水膜 使發(fā)臭物質(zhì)能被充分吸收 同時也 要滿足微生物生存 繁殖的需要 通常處理 1m3 臭氣需要的散水量為 0 5 3 0L 另外散水水溫應(yīng)保持在 10 40 的范圍內(nèi) 塔內(nèi)填料載體的厚度和其布氣 的均勻性影響氣液接觸效率的好壞 關(guān)系到惡臭物質(zhì)能否被載體上的水膜充分吸收 進而影響脫臭效果 載體的厚度一般為 1 0 3 0mL 填料材料的選擇主要因素 12 是適合細菌和其它微生物的生長以及通氣阻力小 常用的填料一般是木削 沙 土 壤 石頭 貝殼等 近年來 一些人工合成材料正逐漸被開發(fā)和用作生物濾料 由 于人工合成材料的強度 比表面積 均一性等性能均優(yōu)于天然材料 很大程度上促 進了生物過濾法的發(fā)展 通常情況下 這些天然填料上本身固有的細菌和其它微生 物就足以用來除去臭氣 無需細菌接種和添加化學(xué)藥劑等額外工作 如果填充脫臭 裝置中使用的濾料是陶瓷 塑料等不能提供營養(yǎng)物質(zhì)的惰性材料時 需要人為地投 加除臭氣物質(zhì)以外的有機和無機營養(yǎng)鹽 因為在生物填充層中 通常只有降解某種 惡臭物質(zhì)的單一微生物附著在填料上 不會出現(xiàn)混合微生物群同時存在生長的狀況 所以填料內(nèi)微生物數(shù)量大 而且由填料造成的壓頭損失也較小 可以承受較高的污 染負荷 具有很大的緩沖能力 即使中斷供給營養(yǎng)物質(zhì)幾天后 系統(tǒng)仍保持很高的 脫臭效率 生物填充法處理臭氣具有獨特的優(yōu)點 具有較強的惡臭去除能力 裝置簡單 能耗低 不受冬季寒冷氣候的影響 運行和維護費用很低 主要缺點是占地面積大 操作參數(shù)難以控制 生化反應(yīng)過程需要相對較長的停留時間 大約需要 1 6 個月 需用大量的水來加濕進氣和保持填料的最佳濕度環(huán)境 需要處置產(chǎn)生的大量滲瀝液 和脫落剝離的老化生物殘體 另外對于某些成分復(fù)雜和高濃度的惡臭處理有局限性 使得其應(yīng)用受到一定的限制 盡管如此 在實際中生物填充脫臭法仍得到廣泛地應(yīng) 用 如何簡化操作控制手段成為目前生物脫臭研究中的重點 近年來 生物填充脫 臭法被越來越廣泛地用于污水 污泥處理和垃圾處置設(shè)施的惡臭控制 但是發(fā)展比 較還是緩慢 其機理的闡述也比較曖昧不清 有許多方面需要更進一步的理論研究 和實踐經(jīng)驗 4 新脫臭工藝和技術(shù)的發(fā)展 實際的惡臭處理中 單一的方法往往不能完全去除臭氣 特別是對成分比較復(fù) 雜的惡臭氣體 人們常常采用聯(lián)合脫臭法 比如 1985 年 日本三菱重工業(yè)株式會 社公布的吸附 氧化法脫除城市污水處理場和糞便處理場臭氣的技術(shù) 惡臭氣體通 過吸附塔進行吸附處理后 未被吸附的臭氣再經(jīng)臭氧氧化而達到除臭的目的 能將 臭氣強度降至 l 級以下 另外在組合現(xiàn)有脫臭技術(shù)的同時 世界各國也尋求新脫臭技術(shù)的開發(fā)研究 比 如高能離子凈化系統(tǒng)和新型脫臭劑的研究 高能離子凈化是瑞典的高新技術(shù) 開始 13 在歐洲諸國應(yīng)用于醫(yī)院 辦公樓 公眾大廳等以空氣凈化 它能有效地清除空氣中 的細菌 可吸入顆粒物 硫化合物等有害物質(zhì) 它的工作原理是利用離子發(fā)生裝置 發(fā)射的高能正 負離子與有機揮發(fā)性氣體分子接觸 并將其分解成二氧化碳和水 對硫化氫 氨也同樣具有分解作用 還可以有效地破壞細菌生存的環(huán)境 降低細菌 濃度或消除 高能離子脫臭技術(shù)在法國 英國 蘇格蘭 瑞典等國的應(yīng)用實例很多 正逐步應(yīng)用于污水處理廠和污水提升泵房的脫臭方面 新型脫臭劑是針對近幾年來小規(guī)模污染源逐漸增多的嚴峻狀況而開發(fā)的一種可 以有效脫除臭氣 并且安裝簡單的新技術(shù) 特別是微生物除臭劑的研究開發(fā)將成為 比較前沿的課題 將具有很大的工業(yè)化應(yīng)用空間 日本比較重視這一方面的研究 每年都有許多關(guān)于脫臭劑的專利問世 如 1984 年日本公開特許公報 59 32937 稱 L 抗壞血酸 亞鐵脫臭劑對氨 甲硫醇 硫化氫有較好的脫臭效果 微生物除 臭劑是根據(jù)微生物降解原理將篩選到的高效脫臭微生物固定在載體上 制成一定的 劑型 惡臭氣體通過時便達到除臭的效果 日本學(xué)者大野勝史從土壤中分離過濾得 到枯草芽孢桿菌 該菌對油脂臭氣有較好的抑制效果 現(xiàn)已制成除臭劑產(chǎn)品 栗田 工業(yè)與東京工業(yè)大學(xué)開發(fā)出用泥炭作載體的亞硝化單細胞菌等微生物除臭劑 將此 除臭劑填充于反應(yīng)塔中 用以去除硫化氫和氨氣等惡臭成分 在處理低濃度臭氣時 可長時間保持無臭狀態(tài) 日本的河須崎敏明 大越芳男等人將污水廠活性污泥在 30 40 下干燥后粉碎 制成除臭劑 填充進 15cm 直徑 60cm 高的柱管中用以 吸收處理含硫化氫 硫醇的惡臭氣體 取得了很好的效果 微生物除臭劑價格低廉 裝置簡單 效果穩(wěn)定 操作方便 與以往藥液 活性炭法相比較 具有投資省 維 護管理費用低的特點 在除臭劑市場上很有潛力 5 技術(shù)展望 目前 嚴格執(zhí)行惡臭污染物排放標(biāo)準 加強對惡臭的監(jiān)測與治理是污水處理廠 今后的發(fā)展要求 究競選擇何種處理方法合適 則要根據(jù)惡臭物質(zhì)的性質(zhì) 濃度 處理量及來源等因素決定 筆者認為濕式吸收氧化法和生物過濾法兩種技術(shù)是發(fā)展 和應(yīng)用的方向 濕式吸收氧化法具有處理氣量大 濃度高 操作穩(wěn)定 效率高和占 地面積小等優(yōu)點 將成為主流和首選技術(shù) 在占地面積不受局限的情況下 針對中 低濃度的惡臭氣流 生物過濾法同樣是一個很好的選擇 但是無論選用哪一種技術(shù) 方案 都必須由專業(yè)人員對整個項目的惡臭的來源 特性和現(xiàn)場的具體情況做全面 科學(xué)的調(diào)查 研究和分析 才能做出科學(xué) 合理的決策 5 14 1 4 惡臭治理技術(shù)的比較和選取 在惡臭廢氣處理的主要工藝中 目前主要采用的物理 化學(xué)等方法的工藝或設(shè) 備都較復(fù)雜 運行費用也較高 用于處理某些惡臭廢氣時 效果仍不甚理想 生物 脫臭法通過不斷改進完善 克服了前述物理 化學(xué)方法的缺陷 并顯示出處理效率 較高 適應(yīng)性較廣 工藝較簡單以及費用較省等優(yōu)點 成為治理惡臭的一個重要發(fā) 展方向 惡臭廢氣的微生物處理早在 1957 年就在美國獲得專利 20 世紀 80 年代在德國 日本 荷蘭等國家有相當(dāng)數(shù)量的工業(yè)規(guī)模的各類生物凈化裝置投入運行 至 1990 年在德國僅生物濾床便有 500 余座 廢氣生物反應(yīng)器處理結(jié)果表明 對于許多一般 性的空氣污染物的控制可達到 90 以上 我國在 20 世紀 80 年代末 90 年代初開始惡臭處理的實驗室研究 并有一些研 究報道 今后 隨著生物脫臭技術(shù)及其各種相關(guān)研究的發(fā)展 以及各國對惡臭物質(zhì) 更加嚴格的限制 生物脫臭法將會越來越普及 1 4 1 惡臭氣體的生物處理特點 惡臭廢氣生物處理技術(shù)是一項新興的有效控制 VOCs 等污染物的技術(shù) 近年來 有很大的發(fā)展 特別適用于處理大體積 低濃度的廢氣 以替代設(shè)備費用昂貴 運 行維護困難 有二次污染等缺陷的空氣污染控制技術(shù) 其可用于控制化工 制藥 電鍍 噴漆 印刷等行業(yè)產(chǎn)生的有害污染物 hazardous air pollutants HAPs 以 及廢水處理廠 堆肥廠 垃圾填埋廠產(chǎn)生的惡臭 odour 等 同傳統(tǒng)的物化處理方 法相比 生物法具有許多其他方法無可比擬的優(yōu)點 6 1 生物脫臭法可避免或減少二次污染 一般將硫系 碳系 氮系等各種惡臭 成分 以及苯酚 氰等有毒成分氧化和分解成 CO2 H 2O H 2SO4等物質(zhì) 生物處理的 產(chǎn)物是微生物 很容易 而化學(xué)氧化法會產(chǎn)生氯和含氯產(chǎn)物 加熱法會產(chǎn)生氮氧化 物等污染物 還需進一步處理 2 生物脫臭法投資少 能耗低 運行費用低 生物脫臭是以臭成分作為生物 體內(nèi)的能源 只要使微生物與惡臭成分相接觸 完成氧化和分解過程 在常溫常壓 下進行 處理的能量來自生物利用 VOCs 成分本身產(chǎn)生的能量 一般不需要加熱 不需投加額外的化學(xué)品 消耗的動力只是污染氣體進入處理系統(tǒng)時所耗的能量 正 壓送風(fēng)或負壓引風(fēng) 與物理化學(xué)法相比 不僅可省能源和資源 而且處理成本也 15 比較低廉 荷蘭建造的生物濾其總成本是每處理 1000m3廢氣 費用為 0 25 1 25 美元 1987 年價格 而采用吸附 吸收 氧化等傳統(tǒng)物化方法其總成是每處理 1000m3廢氣 費用為 2 5 10 美元 7 3 生物脫臭法的脫臭效率高 只要控制適當(dāng)?shù)呢摵蓷l件與氣接觸條件 就能 達到極高的脫臭效率 對于一般的空氣污染物去除效率超過 90 4 生物脫臭裝置較為簡單 只需設(shè)置諸如生物過濾器 曝氣槽 捕集器等裝 置 5 生物脫臭法生成的剩余污泥少 這是因為活性污泥法脫臭消化 其剩余污 泥較少 1 4 2 惡臭氣體物的生物轉(zhuǎn)化 生物脫臭法是利用微生物的生物化學(xué)作用 使污染物分解 轉(zhuǎn)化為無害或少害 的物質(zhì) 微生物利用有機物作為其生長繁殖所需的基質(zhì) 通過不同的轉(zhuǎn)化途徑將大 分子或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機物經(jīng)異化作用最終氧化分解為簡單的水 二氧化碳等無機物 同時經(jīng)同化作用并利用異化作用過程中產(chǎn)生的能量 使微生物的生物體得到增長繁 殖 為進一步發(fā)揮其對有機物的處理能力創(chuàng)造有利的條件 污染物去除的實質(zhì)是有 機底物作為營養(yǎng)物質(zhì)被微生物吸收 代謝及利用 這一過程是比較復(fù)雜的 它由物 理 化學(xué) 物理化學(xué)以及生物化學(xué)反應(yīng)所組成 生物脫臭可以用式 2 1 表達 惡臭物質(zhì) O 2 細胞代謝物 CO 2 H 2O 2 1 惡臭污染物的轉(zhuǎn)化過程可用圖 2 1 表示 16 惡臭氣體成分不同 其分解產(chǎn)物不同 不同種類的微生物 分解代謝的產(chǎn)物也 不一樣 對于不含氮的有機物質(zhì)如苯酚 羧酸 甲醛等 其最終產(chǎn)物為二氧化碳和 水 對于硫類惡臭成分 在好氧條件下被氧化分解為硫酸根離子和硫 對于像胺類 這樣的含氮惡臭物質(zhì)經(jīng)氨化作用放出 NH3 可被亞硝化細菌氧化為亞硝酸根離子 再進一步被硝化細菌氧化為硝酸根離子 1 4 3 惡臭氣體物生物去除過程 臭氣物質(zhì)首先溶解在水中 而后被微生物吸收 作為微生物營養(yǎng)物質(zhì)被分解 利用 從而除去污染物 與凈化有機廢氣一樣 生物膜法凈化臭氣時 由于有機污染物與生物發(fā)生了生 化反應(yīng) 已不同于單純的物理吸收過程 荷蘭學(xué)者在 1986 年提出的雙膜 生物膜 理論能較好地說明生物膜法凈化臭氣的機理 該理論認為 生物膜法凈化氣體可分 為三個步驟 1 惡臭氣體的溶解過程 廢氣與水或固相表面的水膜接觸 污染物溶于水中 成為液相中的分子或離子 即惡臭物質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)移到液相 這一過程是物理過程 遵循亨利定律 見式 2 2 Pi HXi 2 2 式中 Pi 可溶氣體在氣相中的平衡分壓 MPa H 亨利系數(shù) MPa Xi 可溶氣體在液相中的摩爾分數(shù) 2 惡臭物質(zhì)的吸附 吸收過程 水溶液中惡臭成分被微生物吸附 吸收 惡 臭成分從水中轉(zhuǎn)移至微生物體內(nèi) 作為吸收劑的水被再生復(fù)原 繼而再用以溶解新 的廢氣成分 被吸附的有機物經(jīng)過生物轉(zhuǎn)化 即通過微生物胞外酶對不溶性和膠體 狀有機物的溶解作用后才能相繼地被微生物攝人體內(nèi) 如淀粉 蛋白質(zhì)等大分子有 機物在微生物細胞外酶 水解酶 的作用下 被水解為小分子后再進入細胞體內(nèi) 由 此可見 當(dāng)以污泥或膜形態(tài)存在的微生物表面一旦通過吸附而被有機物覆蓋后 其 進一步吸附的作用將受到限制 因而需要通過污泥或膜的表面更新或不斷補充具有 吸附能力的微生物菌膠團 才能保證此過程的順利進行 3 惡臭物質(zhì)的生物降解過程 進入微生物細胞的惡臭成分作為微生物生命活 17 動的能源或養(yǎng)分被分解和利用 從而使污染物得以去除 烴類和其他有機物成分被 氧化分解為 C02和 H20 含硫還原性成分被氧化為 S SO 42 含氮成分被氧化分解成 NH4 N0 2 和 N03 等 具體轉(zhuǎn)化過程如下 進入微生物細胞體內(nèi)的有機物 在各種細胞內(nèi)酶 如脫氫酶 氧化酶等 的催化 作用下 微生物對其進行氧化分解 同時進行合成代謝產(chǎn)生新的微生物細胞 一部 分有機物通過氧化分解最終轉(zhuǎn)化為 H2O 和 CO2等穩(wěn)定的無機物質(zhì) 并從中獲取合成 新細胞物質(zhì) 原生質(zhì) 所需要的能量 此過程可用式 2 3 表示 8 CxHyOz x y 4 z 2 O 2 酶 xCO2 y 2 H 2O H 2 3 與此同時 微生物利用另一部分有機物及分解代謝過程中所產(chǎn)生的能量進行合 成代謝以形成新的細胞物質(zhì) 此過程可用式 2 4 表示 nCxHyOz nNH 3 n x y 4 z 2 5 O 2 酶 C 5H7NO2 n n x 5 CO 2 n 2 y 4 H 2O H 2 4 上述轉(zhuǎn)化過程中 當(dāng)有機底物的含量充足時 微生物處于快速增長階段 將有 大量新的細胞合成 但隨著底物不斷氧化分解及微生物和細胞物質(zhì)數(shù)量的不斷增長 微生物生長對有機底物的需求量逐漸得不到滿足 微生物將進入內(nèi)源呼吸階段 此 時微生物對自身細胞物質(zhì)進行氧化分解 并產(chǎn)生能量 成為維持其生長繁殖供能量 的主要方式 見式 2 5 C 5H7NO2 n 5nO 2 酶 5 CO 2 2n H 2O nNH 3 H 2 5 雙膜 生物膜理論示意圖見圖 2 2 不同生物反應(yīng)器的惡臭凈化的詳細步驟有所區(qū)別 主要有三種 1 氣流 吸附在有機介質(zhì)上 在水相解析 溶解 生物降解 2 氣流 在生物膜上直接吸附 生物降解 3 氣流 在水中溶解 生物降解 18 1 4 4 生物過濾法的應(yīng)用 生物過濾是使收集到的廢氣在適宜的條件下通過長滿微生物的固體載體 填料 氣味物質(zhì)先被填料吸收 然后被填料上的微生物氧化分解 完成廢氣的除臭過程 固體載體上生長的微生物承擔(dān)了物質(zhì)轉(zhuǎn)換的任務(wù) 因為微生物生長需要足夠的 有機養(yǎng)分 所以固體載體必須具有高的有機成分 要使微生物保持高的活性 還必 須為之創(chuàng)造一個良好的生存條件 比如 適宜的濕度 pH 值 氧氣含量 溫度和營 養(yǎng)成分等 環(huán)境條件變化會影響微生物的生長繁殖 因此在試運行時或改變工況時要考慮 生物過濾池會有一個適應(yīng)期 生物過濾池工藝流程下圖 19 圖 2 2 圖 1 44 生物濾池工藝流程圖 1 影響因素 影響生物過濾池除臭效果的因素主要有 廢氣中污染物質(zhì)的種類幾含量 濕度 溫度 PH 值以及所用填料特性等 9 1 廢氣中污染物質(zhì)的種類幾含量 廢氣中的污染物應(yīng)為可以被微生物利用 和降解的有機或無機物質(zhì) 而且不含有對微生物生長產(chǎn)生抑制作用的有毒物質(zhì) 對 于生物濾池 廢氣中的污染物含量不宜過高 若含量過高將會使微生物大量繁殖 從而導(dǎo)致填料的空隙率大大降低 最終影響除臭效果和使用壽命 研究表明 適宜 的有機物質(zhì)量濃度為 1000mg m3以下 另外 廢氣中的化合物應(yīng)是溶于水和可生物 降解的 廢氣中不含大量對微生物有毒的物質(zhì)及大量的灰塵 油脂等 2 濕度 在生物過濾池中 填料層的均衡濕潤性制約著生物濾池的透氣性 和處理效果 若濕潤效果不夠 生物過濾池中的填料會變干并生成裂紋 嚴重影響 廢氣通過填料層的均勻性 導(dǎo)致除臭效果變差 但是過分濕潤會形成高氣動阻力的 無氧區(qū) 從而會減少廢氣中污染物與填料層的接觸時間 并生成帶有氣味的揮發(fā)物 因此廢氣在進入生物濾池之前須先經(jīng)過濕潤 一般進氣的濕度應(yīng)大于 95 以保證 填料具有一定的持水率 3 溫度和 PH 值 每種微生物均有一合適的生長溫度和 PH 值 因此 溫度 和 PH 值是影響微生物生長的關(guān)鍵因素 廢氣生物凈化的中溫是 20 30 高溫是 50 65 在此范圍內(nèi)生物過濾池都可正常運行 在廢氣生物凈化過程中 由于 H2S 等的氧化分解會導(dǎo)致凈化環(huán)境中的 PH 下降 可通過在生物濾池的填料上噴灑 PH 值緩沖劑來穩(wěn)定 PH 值 20 4 所用填料特性 生物過濾池所選用的填料特性也是影響其處理效果的關(guān) 鍵因素 填料的選擇不僅要考慮到比表面積 機械強度 化學(xué)穩(wěn)定性及價格等方面 還要考慮持水性的問題 2 填料選擇 對于生物膜處理構(gòu)筑物而言 棲息在填料上的生物膜是凈化惡臭氣體的主體 生物膜的形成和生長主要是依靠微生物在氣 液 固三相中借助于環(huán)境力 物理 化學(xué)及生物 的作用下 向載體填料表面?zhèn)鬟f 并以結(jié)合固定化的方法實現(xiàn)在載體 表面的附著 同時通過吸附 吸收 利用和氧化廢氣中營養(yǎng)物質(zhì)而實現(xiàn)其生長 因 此 生物膜法廢氣處理中 載體材料的性能直接影響生物膜的產(chǎn)生其生長 根據(jù)載 體材料的特性 所用處理方法及工藝類型 使用和選擇合理的載體 對于快速 有 效 穩(wěn)定地實現(xiàn)微生物的固定化是十分必要的 無機類填料主要有沙子 碳酸鹽類 各種玻璃材料 沸石類 陶瓷材料 碳纖 維 礦渣 活性炭等 無機類載體普遍具有機械強度相對較高的特點 且大多化學(xué) 性質(zhì)比較穩(wěn)定可提供較大的比表面積 微生物主要以附著在其表面 結(jié)合固定化途 徑 實現(xiàn)固定化 如形成生物膜等 但在特殊情形下也有以包裹附著的形式實現(xiàn)固 定化的 如通過投加細顆粒無機載體填料作為核心進行顆?；勰嗟呐囵B(yǎng) 但無機 類填料的密度較大 這使其在懸浮生物膜反應(yīng)器工藝中的應(yīng)用受到限制 而有機類填料從應(yīng)用現(xiàn)狀看 有機類填料在生物法治理惡臭氣體方面應(yīng)用較多 如生物過濾法中多采用土壤 堆肥 生活垃圾 碎木屑 樹皮 樹葉 干草及谷殼 等混合物 聚丙烯小球 塑料環(huán)等活性及惰性材料 有機類填料可根據(jù)處理工藝過程的需要 加工成各種形狀便一方面更好地滿足 反應(yīng)器物理 生物特性的需要 另一方面盡可能地提高載體的比表面積 表 2 7 列出了部分塑料類填料的性能特征參數(shù) 21 微生物在廢氣處理實際工程中應(yīng)用效果的優(yōu)劣 與所用的填料特性有密切關(guān)系 不同的填料具有不同的特性 適用于不同的場合 若選用填料不合理 則不僅難以 達到既定的使用目標(biāo) 甚至可物處理過程失敗 會導(dǎo)致不必要的經(jīng)濟損失 因而 合理應(yīng)用是至關(guān)重要的 一般而言 選擇填料有以下要求 應(yīng)具有一定的結(jié)構(gòu)強度及耐腐蝕 耐摩擦的能力 應(yīng)具有較大的比表面積 可給微生物提供充分的附著及與污染氣體接觸的面積 提高生物量 從而盡可能地提高單位體積有機污染物降解量 應(yīng)具有較好的表面性質(zhì) 要有親水性 便于微生物和水的附著 通常表面粗糙 的填料易掛膜 適合微生物生長 應(yīng)具有足夠的空隙率供生物膜生長 確保供氧充足 同時 防止反應(yīng)器中微生 物快速增長 引起堵塞和壓降升高 造成短流 無毒 化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定 就地取材 價格合理 因此 在具體選擇和應(yīng)用過程中 應(yīng)著重考慮以下幾方面的基本原則 1 足夠的機械強度 填料必須具有足夠的機械強度 惡臭廢氣生物處理過程 中 氣流對填料的剪切作用有時是非常強烈的 它不僅直接作用于填料與微生物的 固定化結(jié)合體本身 而且還可引起定化結(jié)合體之間的強烈摩擦 因而 要求作為載 體使用的材料必頗具有足夠高的機械強度 以抵抗強烈的氣流剪切力的作用 防止 鎮(zhèn)料運動 碰撞過程中破碎而損失其功能 若使用的填料機械強度不夠 一旦發(fā)生 22 破碎 則不僅影響固定化微生物的數(shù)量 而且其直裝后果將是導(dǎo)致出氣濃度發(fā)生波 動 影響除臭效果 2 優(yōu)良的穩(wěn)定性 由于生物反應(yīng)器中所發(fā)生的污染物轉(zhuǎn)化過涉及物理化學(xué) 生物化學(xué)及能量傳遞的錯綜復(fù)雜的過程 其反應(yīng)過程所涉及的也是一個復(fù)雜的多元 體系 因而 填料必須具備足夠舶穩(wěn)定性 減少或避免發(fā)生溶解或參與其中的各種 反應(yīng) 導(dǎo)致自身的捎耗 填料的穩(wěn)定性主要包括生物穩(wěn)定性 化學(xué)穩(wěn)定性和熱力學(xué)穩(wěn)定等幾方面 首先 載體材料不能參與生物反應(yīng)過程 具有抗微生物腐蝕戒不可生物降解的 特性 其次 載體材料必須是化學(xué)惰性的 具抵抗環(huán)境化學(xué)腐蝕的能力 第三 具 有耐溫度變化的性能 廢生物處理中 其溫度一般在 20 50 范圍內(nèi)波動 若載體 缺良好的熱穩(wěn)定性 則有可能因其軟化或伸縮而影響微生物與載主體的結(jié)合程度 雖然土壤 堆肥等填料的穩(wěn)定性較差 但也應(yīng)具產(chǎn)一定的穩(wěn)定性 以避免填料損耗 而導(dǎo)致頻繁更換 造成維護管困難 3 無毒性或抑制性 顯而易見 作為用于固定微生物的載體材料 本身必須 是無毒 無抑制作用的 這是選擇填料最基本的要求 這里所指的無毒 無抑制包 括對人體和微生物兩個方面 4 填料表面的帶電特性 眾所周知 在一般的環(huán)境條件下 微生物表面通常 帶負電荷 因而可知 使用表面帶有正電