生物除臭技术.docx

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生物除臭技术

生物除臭技术

第1章概述

1.1生物除臭技术的发展

生物除臭技术是20世纪50年代发展起来的新兴除臭技术，是利用微生物的生理代谢活动降解恶臭物质，将其氧化成无臭、无害的最终产物，达到除臭的目的。

生物除臭早在1957年就在美国获得专利，70年代后，各国开始在这一领域开展广泛的研究，其中美国、日本、德国取得的成就最为显著，主要研究内容包括除臭的基本原理和方法、装置设备及操作工艺条件等。

80年代以来，已有各类微生物除臭的装置和设备开始运用于石油、化工、屠宰、污水处理等实际中，并取得明显效果。

生物除臭技术与目前采用的物理、化学法，例如燃烧、吸附、吸收和还原等相比较。

这些物理化学方法的工艺或设备较复杂，运行费用较高；用于处理某些恶臭废气时，效果不甚理想。

生物脱臭法通过不断改进完善，克服了前述物理、化学方法的缺陷，并显示出处理效率较高、适应性较广、工艺较简单以及费用较省等优点，成为治理恶臭的一个重要发展方向。

1.2生物除臭的原理

气味物质的成分大多都是低分子脂肪酸、胺类、醛类、酮类、醚类以及脂肪族的、芳香族的、杂环的氮或硫化物，带有活性基团的这些物质被液相吸收后，特别易被生物氧化，当活性基团被氧化后，恶臭气味就消失了。

臭气经不同种类的微生物分解后，产物不一样。

如含氮的臭气，经微生物的氨化作用后，分解为HN3。

又通过亚硝化细菌、硝化细菌的作用，进一步氧化为稳定的硝酸态化合物；而含硫的臭气经微生物分解后产生H2S，H2S可以被硫化细菌氧化为硫酸。

生物除臭工艺就是基于这一原理，所以该方法要求被去除的臭味物质有好的水溶性。

微生物除臭过程分为三个步骤：

（1）臭气同水接触并溶解到水中，臭气的有机物质由气相转移到液相（或固体表面液膜）中；

（2）溶于水中的臭气通过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物吸收，不溶于水的臭气先附着在微生物体外，由微生物分泌的细胞外酶分解为可溶性物质，再渗入细胞。

在液相（或固体表面液膜）中的臭气成分被微生物吸附、吸收，恶臭成分从水中转移至微生物内；

（3）进入微生物细胞的恶臭成分作为营养物质被微生物所氧化分解和同化合成，产生的代谢产物一部分溶入液相，一部分作为细胞物质或细胞代谢能源，还有一部分（如CO2）则析出到空气中。

臭气通过上述过程不断减少，从而使污染物得以去除，得到净化。

1.3生物除臭的特点

（1）生物脱臭法可避免或减少二次污染。

一般将硫系、碳系、氮系等各种恶臭成分，以及苯酚、氰等有毒成分氧化和分解成CO2、H2O、HNO3、H2SO4等物质。

生物处理的产物是微生物，很容易处理。

（2）生物除臭投资少，能耗低，运行费用低。

生物除臭是以恶臭成分作为生物体内的能源，只要使微生物与恶臭成分相接触，完成氧化和分解过程，不需投加额外的化学品；消耗的动力只是污染气体进入处理系统时所耗的能量（正压送风或负压引风）。

与物理化学法相比，不仅可省能源和资源，而且处理成本也比较低廉。

（3）生物脱臭法的脱臭效率高。

只要控制适当的负荷条件与气接触条件，就能达到极高的脱臭效率，对于一般的空气污染物去除效率超过90%。

（4）生物脱臭装置较为简单，只需设置诸如生物过滤器、布气系统、气体收集器等装置。

第2章生物除臭技术的主要类型

2.1土壤处理法

2.1.1原理

土壤法是较早出现的净化恶臭气体的方法之一，利用土壤中存在的土壤胶粒吸附难降解和难溶性恶臭成分，利用土壤中栖息的种类繁多的细菌、放线菌、霉菌、原生动物、藻类等微生物吸收降解臭气物质，从而消除和降低臭气的方法。

该法是将臭气以缓慢的速度将通人46～60cm深度的土壤后，在土壤介质中扩散，向上穿过土壤介质，臭气成分首先被土壤颗粒吸附或溶解于土壤水溶液中，然后在土壤微生物的作用下将其氧化分解转化达到消除臭气的目的。

2.1.2影响因素

（1）废气浓度

降解速率与浓度成正比，但超过一定浓度，降解速率与浓度无关。

（2）环境因素

如温度、湿度、pH值应控制适当，不应过高或过低，一般温度为5～30℃、湿度为50%～70%、pH值为7～8。

土壤处理系统使用一年后会发生酸化，需加入石灰石调整pH值。

（3）土壤

所用的土壤要求具有质地疏松、富含有机质、通气性和保水性能强等特点，符合这些条件的土壤主要有火山灰土和腐殖质土（如森林表层土）。

在无法得到上述土壤的情况下，也可以利用一些肥沃的表层土壤与一些有机材料等按一定比例进行人工配制。

另外，对于土壤层的厚度也有要求，土壤层越厚，其中的微生物量越多，因此，除臭效果越好，但随着土壤层厚度的增加，系统的压降一般会增加，从而影响去除效果。

2.1.3控制参数

土壤法通常采用床形过滤器，由送风机将臭气[风量0.1～lm3/（m2·min）]送入土壤槽下部的主通风道，然后由支通风道分散到土壤槽底部的各部分，由支通风道出来的臭气通过较大石块的空隙依次进人砂层（或碎石层）和土壤层，并逐渐扩散开来被土壤颗粒吸附，最终被土壤中微生物分解转化。

气体由扩散层进人土壤层。

土壤除臭装置中，土壤层厚度一般为0.5～1.0m，设计除臭能为一般以通人空气中的恶臭物质（例如NH3等）平均浓度在200mg/L以下为宜。

土壤下部通气静止压力最好在2000～3500Pa，如果通风速度过高就会引起土壤颗粒发生震动而导致土壤压实，致通气阻力增加并降低除臭效果。

通人的恶臭物质如果超过了土壤微物每日能作用的量，除臭效果就会降低。

另外，长时间通人高温汽体不仅会快速降低土壤水分、破坏土壤结构，而且会使土壤微生物失活或死亡。

因此，通人的空气温度不能超过40℃。

2.1.4特点

土壤处理法的优点是设备简单，运转费用低，维护管理方便，在土壤上还可以种植花草进行绿化，也不依赖土地的实际形状，土壤高吸附能力可以适应较大的恶臭负荷变动。

但处理气量较大时的占地面积大，但土壤滤层使用一段时间后会板结，阻力会逐渐增大，需定期翻新或更换土壤。

2.2活性污泥曝气法

2.2.1原理

活性污泥曝气脱臭法是日本福山等人在80年代初最先开发成功的。

该方法是将恶臭物质以曝气形式分散到活性污泥的混合液体底部，臭气溶解于混合液中，通过悬浮的微生物降解恶臭物质。

这与废水的活性污泥法处理过程极为相似，只是用臭气像空气一样注入活性污泥中。

2.2.2影响因素与控制参数

一般活性污泥浓度控制在5000—10000mg/L为宜，臭气的送入速度以20m3/h以下为好，该方法适用于各种不同极限负荷范围内的恶臭气体。

效果很好，其去除效率均可高达99%以上。

影响恶臭气体去除率的主要因素有曝气水深、曝气强度、污泥浓度、酸碱度以及营养物质的投放等。

2.2.3特点

活性污泥曝气脱臭法不需要新的除臭装置，可以和污水处理场的活性污泥曝气池并用，所以该法既经济又节省能源。

但是，该法必须控制空气与污水的体积比，使其不能对活性污泥不利。

该法适用于臭气浓度低、氧气浓度高的气体。

2.3生物滤池法

2.3.1原理

生物滤池法是在土壤过滤法的基础上发展而来的。

收集的臭气先经过加湿处理，再通过长满微生物的、湿润多孔的生物滤层，臭气物质被填料吸收，然后被微生物分解成二氧化碳和其他无机物，从而达到除臭目的。

生物滤池的技术特点是体系中的微生物是固定附着在填料上面，而且所用填料可以为微生物提供足够的养分，无需另外添加营降物质，填料的使用寿命视种类一般为3～5年。

生物滤池填料层的厚度一般约1.0～2.0m，可以为单级或多级，面积视处理气体量和处理效果而定。

常用的填料本身含有大量各种微生物及其所需无机营养成分，因此不需外加营养物。

但由于在运行过程中填料本身为附着于其上的微生物提供一定的养分，能被微生降解，因此存在运行一定时间后因填料降解而导致的透气性、去除效果变差等问题，应注意观察填料的变化。

采用有机填料可获得较土壤法为多的微生物量，故其处理效果和负荷均比土壤法好，占地面积也小了很多。

图1生物滤池装置示意图

2.3.2影响因素与控制参数

（1）废气中污染物质的种类及含量

废气中的污染物应为可以微生物利用和降解的有机或无机物质，而且不含有对微生物生长抑制作用的有毒物质。

对于生物过滤池，废气中的污染物含量宜过高，若含量过高将会使微生物大量繁殖，从而导致填料的空率大大降低，最终影响除臭效果和使用寿命。

使用生物滤池时，适宜的有机物质量浓度为1000mg/m3以下，不应高于3000～5000mg/m3。

另外，废气中的化合物应是溶于水和可生物降解的，废气中不含大量对微生物有毒的物质及大量的灰尘、油脂等。

（2）湿度

在生物过滤池中，填料层的均衡润湿性制约着生物滤池的透气性和处理效果。

若润湿效果不够，生物过滤池中的填料会变干并生成裂纹，严重影响废气通过填料层的均匀性，导致除臭效果变差；但是过分湿润会形成高气动阻力的无氧区，从而会减少废气中污染物与填料层的接触时间，并生成带有气味的挥发物。

因此废气在进入生物滤池之前须先经过润湿，一般进气的湿度应大于95%，以保证填料具有一定的持水率。

（3）温度和pH值

每种微生物均有一合适的生长温度和pH值，因此，温度和pH值是影响微生物生长的关键因素。

废气生物净化的中温是20～37℃，高温是50～65℃，在此范围内生物过滤池都可正常运行。

一般温度为5℃～65℃。

在废气生物净化过程中，含氯有机物、NH3、H2S的氧化分解会导致净化环境中的pH下降，它将影响微生物的生化作用，可通过在生物滤池的填料上喷洒pH值缓冲剂来稳定pH值。

4、填料

生物滤池所选用的填料特性也是影响其处理效果的关键因素。

填料的选择不仅要考虑到比表面积、机械强度、化学稳定性及价格等方面，还要考虑持水性的问题。

2.3.3特点

生物滤池具有设备少、降作简单、不需外加营养物、投资运行费用低、除臭效率高等优点。

但其缺点是反应条件控制较难、占地面积大，基质浓度高时，生物量增长快而易堵塞填料、影响传质效果。

2.4生物滴滤池法

2.4.1原理

生物滴滤池其采用营养液辅助的方式可获得更高的微生物量。

由池体、生物滴滤床、营养液循环喷淋系统、参数控制系统等组成。

生物滴滤池的单位体积填料层内的微生物量较大，其处理臭气的能力是相应生物滤池的2～3倍。

而且，采用无机填料寿命长、空隙率大、气体通道大、压降小，还可通过调整循环营养液的pH值和温度来控制滤池的工艺条件。

生物滴滤床吸收了生物滤池的优点。

填料具有较大的空隙率和较强的吸附能力，在生物滴滤床的使用周期中无需更换填料；生物滴滤床技术加大了填料上挂膜菌群的单位数量，提高了微生物的降解能力，减少了气体在生物填料中的停留时间，生物滴滤床的占地面积也可大大减小。

在运行启动初期，首先要在填料表面挂上生物膜。

具体做法如：

在循环液中接种丁经驯化的微生物菌种，微生物利用溶解于液相中的污染物进行代谢繁殖，并附着于填料表面，形成微生物膜。

挂膜后，当气相主体的污染物和氧气经过传输进入微生物膜时，微生物进行好氧呼吸，将污染物分解。

生物滴滤池填料层的厚度一般约1.0～2.0m。

与生物滤池不同的是，生物滤池所用的填料为无机惰性填料，不能为微生物的生长提供营养作为微生物附着的载体，填料的表面系数比较低，这就为气体通过提供了大量的空间，使气体通过填料柱时的压力损失小，同时也避免了由微生物生长和生物膜疏松起的空间堵塞现象。

图2生物滴滤池装置示意图

2.4.2影响因素

影响生物滴滤池除臭效果的因素主要有：

填料、温度、湿度、PH值、营养物质以及操作方式等。

2.4.3特点

生物滴滤吃吸收了生物滤池的优点，填料由不易腐烂，有利于微生物的生长和挂膜的人工填料构成。

填料具有较大的空隙率和较强的吸附能力，在生物滴滤池的使用周期中无需更换填料；生物滴滤池技术加大了填料上挂膜菌群的单位数量，提高了微生物的降解能力，减少了气体在生物填料中的停留时间，生物滴滤池的占地面积也可大大减小。

但其缺点是需外加营养物，运行成本较生物滤池高等。

第3章生物除臭的主要参数

3.1菌种

恶臭物质的生物降解取决于生物菌种的优劣，可见菌种的筛选、微生物的挂膜与驯化是生物除臭的核心技术。

一个完善的生物除臭系统，必须包括一套完善的微生物培养方法，能短时间内培养出高效的脱臭菌群，使不同的菌种能互相搭配，保证生物处理的质量和效率。

微生物适宜的环境不尽相同，通过人工操作，给微生物提供不同的环境，培育出有针对性的生物菌群，充分发挥各自的功效。

例如，生物滴滤床技术可针对恶臭气体的具体成份及种类，先期筛选出高效的脱臭菌，除臭设备在出厂前可对填料进行预挂膜，并在现场实际运行的模式下进行二次驯化，以增强微生物对污染物的降解能力。

3.2填料

3.2.1填料选择

填料材料的选择主要因素是适合细菌和其它微生物的生长以及通气阻力小。

对于生物反应池而言，良好的填料会给微生物提供良好的生存环境。

在选择填料时，一般需符合以下几个条件:

1、填料首先应具有较好的表面性质，适合于微生物的生长，如表面正电荷性质的填料利于微生物的附着；

2、填料必须有较大的比表面积，以尽可能大地提供微生物的附着面积，提高微生物持有量，从而尽可能地提高单位体积的有机污染物降解量；

3、填料必须具备一定的空隙率，以防止滤床中微生物的快速增长而引起填料堵塞和压降升高，进而引起短流，降低填料的利用率和提高出气口污染物的浓度；

4、填料若具有一定的持水性，可保持生物滴滤池在间断运行后微生物生存所需的液体环境，使微生物的生物降解能力在重新启动后能较快地恢复；

5、填料必须具备一定的结构强度和防腐蚀能力。

3.2.2常见填料的类型和特点

3.2.2.1有机填料

有机填料在生物滤池多年的应用实践中已被证明为一种有效的天然生物载体，但也存在一定的缺陷，例如：

①填料处理效果随运行时间的增加而逐渐下降。

由于微生物对填料进行不断降解，填料的粒径随之减小，导致滤床阻力升高。

这导致空气在滤床中停留时间缩短，影响了臭气处理效果。

②填料需要定期更换。

填料老化导致滤床板结现象。

这些现象发展到一定程度，就需要对填料进行更换。

③有机填料滤池对不同污染物组分的处理效果差异明显。

当高分子有机物和难溶于水的化合物含量较高时，滤池的处理效果显著下降。

这主要是由污染物从气相转移至液相的效率降低和生物氧化能力不足造成的。

常用的有机填料种类有：

含微生物量较高的木屑，富含纤维质物质，质地疏松、通气性好和非常睡合于微生物生长和繁殖的泥炭土（或草甸土），以及透气性好、吸附性强、持水性适中的锯末、树皮、树叶、干草、谷壳、木渣和贝壳等组成的单一填料或混合填料。

3.2.2.2无机填料

无机填料不会产生分解老化的问题，其无机结构可保证物理状态的稳定性，从而长期维持较低的滤床压降，风机的风压也不需要很高。

无机填料的质量在生产过程中可以得到有效控制，从而使得添加特殊配方成分成为可能。

经特殊加工而成的无机填料能够提高生物滤池的运行效率和稳定性，保证长期的处理效果。

具有以下优点：

①节省运行费用。

由于无机填料坚固耐用，滤池板结和含水率变化造成的填料体积波动现象不再发生。

同时填料不需要频繁更换，填料的使用寿命保守估计为15～20年。

②运行稳定。

在整个研究过程中，填料对于臭气的处理效果和滤池的能耗都未发生改变。

常用的无机填料有：

丝网、ACOF、炉渣、浮藻石、鲍尔环、拉西环、钢环、陶粒、沸石、瓷环、轻质陶面空心塑料小球、塑料填料、颗粒活性炭、碳素纤维等。

3.2.3填料的厚度

滤池填料的堆放高度取决于所要求的停留时间和表面负荷。

生物滤池和生物滴滤池的填料层的厚度一般约1.0～2.0m。

3.3布气系统

布气系统的好坏直接影响到生物填料的利用率和气体在填料中的停留时间。

气体进口装置的设计，应能防止淋下的液体进入管内，同时还要使气体分散均匀。

气体的入塔速度一般为0.1～1.0m/s，可配以盘管，有利于气流均匀分布，大型塔中用配有导流板的环形分布器。

停留时间的长短直接影响脱臭效果，速度过快或过慢，脱臭效果都不好，不能充分发挥装置的脱臭性能。

3.4湿度控制

1、各种生物除臭方法的湿度控制：

（1）土壤处理法的处理土壤湿度应控制在50～70%。

（2）在含污染物的气体进入生物滤池之前，首先进入调节器进行润湿，控制进气口相对湿度大于98%。

（3）在生物滴滤池内，散水方式采用间歇式或者连续式。

洒水量应该使填料载体表面形成水膜，使发臭物质能被充分吸收，同时也要满足微生物生存、繁殖的需要，通常处理1m3臭气需要的散水量为0.5～3.0L。

另外洒水水温应保持在10～40℃的范围内。

2、液体喷淋装置

液体喷淋装置的作用是为了有效地分布液体，使液体与气体充分接触。

当液体喷淋装置设计不合理时，将导致液体分布不均，使部分截面上的气体没有与液体接触，直接影响塔的处理能力和分离效率。

选择液体喷林装置的原则是能使液体均匀地分散开来。

3.5设计和操作参数举例

（1）下表为生物滤池、生物滴滤池两种生物除臭工艺的一些主要参数。

表1生物滤池、生物滴滤池的一些主要设计和操作参数

参数

设计及运行范围

生物滤池

生物滴滤池

滤池高度

1～1.5m

1～5m

空池停留时间

15～60S

2～60S

温度

15～30℃

15～50℃

臭气进口浓度

0.01～5g/m3

0.01～10g/m3

进口相对湿度

>95%

—

pH

6～8（填料）

1～2（循环液）

（2）下面以生物滴滤池工艺为例子，计算设计尺寸：

1、计算池径

一般情况下，滴滤池的内径是根据气体负荷来计算的，依体积流量公式得：

式中D—池的直径，m

Q—气体的体积流量，m3/s

u—空池气速，m/s，取u＝0.5m/s

由上式计算出来的塔径，需根据有关标准规定进行圆整，以便于池设备的制造和维修。

2、利用圆整后的池径重新计算气速u

3、生物滴滤池有效吸收高度的确定

h=u×t

式中h—生物滴滤池有效吸收高度

t—反应停留时间，s，根据实验经验，取t＝3s

4、滴滤池总高

滴滤池总高H＝滴滤池有效高度h＋塔顶到喷淋器高度＋气体进口到塔底高度＝h＋1.2D＋0.3D