生物過濾法處理惡臭氣體探討

林新堯

?

生物過濾法處理惡臭氣體探討

林新堯

三明市環境保護科學研究所

惡臭污染作為日益嚴重的環境問題，越來越受到人們的重視，各種除臭的技術不斷涌現，但是惡臭氣體的控制和去除技術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發展現狀，并對當前主流的除臭技術進行簡單對比分析，結合實例重點論述生物過濾除臭的技術原理、去除效率和效果。

除臭 惡臭氣體 生物除臭 生物過濾工藝

惡臭污染是一種感知污染，它不僅給人感覺器官以刺激產生厭惡感，而且含有的某些有害物質能直接危害人體的健康，已被認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量，甚至危害到人們的健康，已越來越受到人們的關注。惡臭物質一般散發在大氣中，有些會隨廢水和廢渣進入水體，不僅使水發生惡臭，還會影響水生生物的生存[1]。因此，對處理惡臭越來越來受到人們的關注，對除臭技術的研究也越加深入，本文主要對生物過濾法處理惡臭氣體進行探討。

1 惡臭氣體的形成和類別

臭味產生的直接原因是惡臭物質的存在。惡臭污染物指一切能刺激嗅覺器官、引起人們不愉快及損害人的健康和生活環境的有害惡臭物質及揮發性有機污染物（VOCs）氣體物質。惡臭物質產生的原因是有機物在厭氧環境條件下發生各種復雜的還原性反應。發酵過程中，蛋白質、氨基酸會因微生物的活動而進行脫羧作用和脫氨作用，這是發酵過程臭味產生的主要因素。

惡臭物質中只有少數的氣味物質是無機化合物，如：氨(NH3)和硫化氫(H2S)；絕大多數惡臭氣體為揮發性有機物，如：低分子脂肪酸、胺類、醛類、酮類、醚類、鹵代烴以及脂肪族的、芳香族的、雜環的氮或硫化物。

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

表1 主要惡臭污染物與產生行業

這些物質都帶有活性基團，容易發生化學反應，易被氧化。當活性基團被氧化后，氣味就消失，各種除臭工藝就是基于這一原理。但是惡臭物質形成機理極為復雜，且臭氣源復雜，監測困難，造成臭氣的機理研究受到限制。人的嗅覺十分敏感。惡臭可引起呼吸障礙、頭疼、惡心、心血疾病、神經功能減退等疾病[3]，對人類健康有極大的危害。因此，臭味去除技術的研究迫在眉睫。

2 生物除臭技術發展現狀

早在1920年，在德國，人們就對廢水處理廠的廢氣進行處理，當時將惡臭氣體通過簡單的生物過濾器，發現氣體經過生物過濾器后，臭氣的臭味可以得到降低。上世紀60 年代，歐美的一些研究表明，廢氣中臭味的物質主要是由于微生物降解氣體中的污染物，后來生物過濾器成功用于清潔一些廢氣。如今對揮發性有機物質(VOC)氣體，傳統的生物過濾器的效率比較低，容易形成較大的壓差。在70 年代后，廢氣生物過濾在歐洲，特別是德國，開始比較廣泛地應用于一些低濃度的工業廢氣，特別是含有VOCs的氣體。

目前國內對VOCs研究主要集中在對于一些單一化合物的處理，受研究設備和實驗手段的限制，這些研究還有局限。應用方面還處于模仿階段，對生物過濾的機理和核心技術的了解和掌握還需要一定時間，所以在有毒有臭（VOCs）廢氣處理方面，我國尚處于起步階段。

目前，治理惡臭氣體的方法主要有物理法、化學法和生物法三大類。生物法處理廢氣污染物是一項新興的技術。各種處理方法的原理、特點詳見表2。

表2 物理、化學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缺點，但用物理法和化學法都存在投資大、操作復雜，運行成本高、存在二次污染等問題，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，可處理復雜組分的惡臭氣體，無二次污染等特點，是除臭技術發展的方向。

3 生物過濾法除惡臭

3.1 生物過濾法除臭原理

生物過濾除臭技術利用微生物在纖維質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，并將其轉化為無毒、無害、無味的簡單物質的原理，選擇有機或無機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濾器內，利用風機負壓的作用，將臭氣輸送到加濕保溫系統，流過含有豐富微生物的過濾介質（濾料），完成吸附、吸收和降解過程。而Ottengraf等提出了生物膜理論，并建立了理論模型來描述低濃度有機廢氣的生物凈化過程[4]。

孫石等[5]較早地在國內介紹了該模型，并認為低濃度惡臭氣體在生物濾池中的吸附凈化一般要經歷以下3個步驟：①廢氣中的有機污染物首先同水接觸并溶解（或混合）于水中，即由氣膜擴散進入液膜；②溶解（或混合)于液膜中的有機污染物在濃度差的推動下進一步擴散到生物膜內，進而被其中的微生物捕獲并吸收；③進入微生物體內的有機污染物在其自身的代謝過程中作為能源和營養物質被分解，最終轉化為無害的化合物。在此凈化過程中，總吸收速率主要取決于氣、液兩相中的有機污染物擴散速率(氣膜擴散、液膜擴散)和生化反應速率。

3.2 生物過濾系統的組成

生物過濾除臭系統主要由4大部分組成：氣體收集輸送系統、加濕保溫系統、生物過濾系統和檢測控制系統（見圖1）。氣體收集輸送系統的主要功能是將構筑物自由揮發的氣體封閉收集起來并輸送到后續處理系統。具體包括構筑物加蓋密封系統、管道收集系統和風機。加濕保溫系統用來對不滿足溫度濕度處理條件要求的氣體進行預處理，使之達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。生物過濾系統主要是在適宜的條件下，利用載體填料表面積上生長的微生物的作用脫臭。臭氣物質通過填料時，先被填料表面附著的微生物膜吸附，然后被氧化分解，從而完成除臭過程。檢測控制系統主要用來檢測系統的運行狀態和技術參數,通過人機對話的方式，調整工藝參數，檢測設備的運行，從而使設備處于最佳運行狀態，實現無人值守、遠程監控的運行方式并可將有關信息遠傳到企業網絡或控制室。

圖1

3.3 微生物過濾器法去除惡臭組分的實例

某制藥有限公司主要生產抗生素。制藥廢水處理站主要用于處理該制藥的生產廢水，日設計處理能力為10000m3。該廢水處理站屬環保“三同時”項目，采用的工藝流程為：廢水調節池—水解酸化池—混凝沉淀池—CASS·SBR反應器—達標排放。廢水處理站所產廢氣的主要成份有H2S、NH3，還含有少量的硫醇、硫醚、有機溶劑等惡臭物質。

為處理該污水站的惡臭廢氣，該廠采用高效生物過濾器來處理惡臭氣體，該處理工藝屬于二級處理工藝，是完全的生物處理方法，處理效果好，達到設計要求和環保標準，周圍居民及廠區人員反映良好。

生物除臭處理工藝采用二級處理：廢氣加濕塔、高效生物凈化器。具體詳見圖2。

圖2 工藝流程圖

廢氣加濕塔：惡臭氣體被收集后，通過管道進入加濕塔加濕，然后進入生物凈化器。

高效生物凈化器：生物凈化器內裝有填料。填料在預處理時，與三新的3A-3#菌種混合，經培養使得填料上附生著大量的微生物，并形成生物膜。廢氣進入生物凈化器后，微生物將廢氣VOC轉變為CO2+H2O,其中

NH3→ N2,

H2S → S硫磺→ 亞硫酸→ 硫酸。

通過對填料每天的定時沖洗，硫酸隨水清洗到水中。由于其濃度低，清洗水可以直接進入水處理池。用于沖洗的水泵不需要連續運行，每天1～2次，每次10分鐘即可，沖洗水可以中和，再循環使用。

當廢氣濃度高時，微生物可以將部分惡臭硫化物轉變為硫磺，儲存于細胞內，當廢氣濃度低或停機期間，存于細胞內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，微生物有自適應能力，同時，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。

聯邦制藥(成都)有限公司采用微生物過濾器法去除惡臭后，根據對處理后惡臭氣體的監測結果詳見表3。

表3 生物處理惡臭氣體監測結果一覽表

通過以上的數據可知，經過生物過濾器的處理后，惡臭氣體被轉化為CO2、H2O，處理的整個系統過程中沒有產生二次污染物。而且惡臭氣體的去除率比較高，處理效果很好。同時工藝流程短、設備簡單、運行成本低等，具有很好的發展前景。

4 結束語

隨著居民生活水平的不斷提高，對生活環境質量的要求不斷提高，惡臭污染越來越來受到人們的關注，對除臭技術的研究也越加深入，生物過濾作為一種新型生態臭氣處理技術，具有投資省、運行簡便、處理效果穩定、無二次污染等優點，是未來惡臭氣體處理的發展方向。

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

[2] 王延吉，王鴻志，楊光壁．制定無組織排放惡臭物質濃度控制標準值的技術路線探討[J]．環境科學研究，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，謝蘊國，等．生物法凈化低濃度揮發性有機廢氣的動力學問題探討[J]．環境科學學報，1999，l9 (2)：153-158 ．