城鎮(zhèn)污水處理廠生物除臭填料分析與研究

■ 陸金寶 李春江 李 潔 江順啟 劉國標

隨著我國城鎮(zhèn)化進程的快速推進和環(huán)保排放標準的日趨嚴格，城鎮(zhèn)污水處理廠污水處理過程中產生的惡臭污染問題越來越受到人們的重視。目前常用的惡臭氣體治理技術有掩蔽法、吸附法、吸收法、生物法、光催化、離子法等，不同方法各有其特點和適用范圍。生物除臭因其具有除臭效率高、投資及運行成本低、綠色環(huán)保等優(yōu)點，廣泛應用于城鎮(zhèn)污水處理廠的惡臭污染治理，而生物填料作為生物除臭系統(tǒng)的核心組成部分，對生物除臭系統(tǒng)的穩(wěn)定性和除臭效率起到至關重要的作用。

一、生物除臭技術

生物除臭是利用專門培養(yǎng)的附著在生物填料表面上的高效微生物的生物化學作用，將惡臭氣體中的無機、有機組分作為其生長繁殖所需要的基質，通過微生物的同化、異化作用最終將惡臭污染物氧化成簡單的水、二氧化碳等無害或少害物質。根據污染物進入生物體的形式，依據吸收過程中傳統(tǒng)的雙膜理論提出的“吸收-生物膜”理論認為，生物法凈化氣體可分為三個步驟：（1）臭氣中的污染物通過擴散由氣膜進入液膜；（2）溶解于液膜中的有機物利用濃度差擴散到生物膜，并被微生物捕獲和吸收；（3）微生物通過代謝作用將有機污染物分解并轉化為無害的二氧化碳、水、硫酸鹽等。隨著研究的深入，一些研究學者對原有的吸收-生物膜理論進行了修正，提出了吸附-生物膜理論，即惡臭氣體中的污染物可以不經歷氣液傳質過程直接擴散至生物填料或生物膜表面，被生物載體或生物膜吸附，進而被微生物降解。

生物除臭根據臭氣處理過程中微生物存在形式、填料類型的不同大致可分為：生物濾池、生物滴濾、生物洗滌除臭三大類，其各自區(qū)別及特點如表1所示。

表1 生物除臭技術分類及優(yōu)缺點

二、生物填料的種類

生物填料作為微生物載體，氣液傳質的介質，是生物除臭系統(tǒng)的核心組成部分，其性能直接影響生物除臭系統(tǒng)的處理效果。一種好的生物填料應具備以下條件：（1）較大的比表面積；（2）較高的孔隙率；（3）良好的親水保濕性能；（4）具有一定的酸堿緩沖能力；（5）一定的機械強度；（6）耐酸堿腐蝕、耐老化，使用壽命長；（7）廉價易得。隨著生物除臭研究及實踐的積累，生物除臭填料種類得到不斷的擴展，根據填料材質及能否提供營養(yǎng)源大致可分為有機填料、無機填料、有機無機混合填料等三大類，有機或有機無機混合填料在生物除臭系統(tǒng)中既可以作為微生物的載體，同時也可作為微生物營養(yǎng)源，但無機填料則多為惰性填料，僅僅為微生物的附著提供載體。

表2 生物填料性能對比

三、高效生物填料研究新進展

（一）具有營養(yǎng)緩釋功能的復合填料的研發(fā)

對于生物過濾中常規(guī)有機填料，長期在濕潤及微生物活躍的環(huán)境下，使得填料腐爛礦化速率較快，填料壽命較短，針對該類填料存在的問題，通過構建營養(yǎng)緩釋功能的復合填料，提高填料養(yǎng)分的利用率，延長填料使用壽命，維持生物除臭工藝長期穩(wěn)定運行。王家德等人采用低水溶性有機礦粉為填料營養(yǎng)源，以碳酸鈣作為pH緩沖劑，同時采用網狀纖維為骨架制備的具有營養(yǎng)緩釋功能的復合填料，其性能較常規(guī)的泥炭、樹皮類填料在填料比表面積、抗壓強度、堆積密度、使用壽命等方面得到明顯優(yōu)化。

（二）具有pH緩沖功能的復合填料的研發(fā)

在生物除臭系統(tǒng)中，對于循環(huán)使用的噴淋液隨著循環(huán)次數的增加，循環(huán)液中酸堿度不斷變化，長時間使用會對生物填料上的微生物生長起到抑制，甚至引起微生物的死亡和生物膜的脫落，因而使用具有pH緩沖功能的復合填料對維持除臭系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運行至關重要。史林華等人設計的采用鈣基復合填料生物除臭系統(tǒng)在設計工況條件下，鈣基復合填料生物除臭系統(tǒng)對H2S和NH3的去除效率分別達到99%和85%以上，循環(huán)液的pH值穩(wěn)定在7左右，具有較好的緩沖pH值的能力。

（三）負載功能微生物復合填料的研發(fā)

生物除臭系統(tǒng)中只有當微生物達到一定密度后才具有足夠的污染物去除能力和效率，在系統(tǒng)開始使用前一般需要進行微生物菌種的接種及擴大培養(yǎng)，往往需要數周甚至更長的時間。而負載功能微生物復合填料直接將微生物包埋進填料中，可節(jié)省馴化和掛膜時間。朱仁成采用以堆肥為營養(yǎng)源和菌劑載體、多孔珍珠巖和植物纖維為輕質骨架、水泥為膠結材料、CaCO3為pH緩沖劑，同時接種功能微生物的菌劑制成了一種具有負載功能微生物緩釋復合填料，具有較強的抗污染物負荷沖擊能力，同時能顯著縮短生物處理系統(tǒng)的啟動周期。

（四）填料表面特性的優(yōu)化

對于滴濾除臭系統(tǒng)中常規(guī)的生物填料如塑料填料、陶粒填料等存在的持液量小、微生物附著難、掛膜時間長等不足，通過改變填料表面特性，增大其比表面積，提高表面粗糙度或結構形式改造等方法對填料進行優(yōu)化。

梅瑜等人研究開發(fā)的紋翼多面球、改性毛刺球和空心多面柱等生物滴濾填料，測試表明較常規(guī)的塑料填料其比表面積最大可達到200m2/m3，同時縮短了微生物掛膜時間。

（五）復混填料的優(yōu)化

復混填料就是由幾種不同填料，按一定比例和填充方式混合而成，可以彌補單一組分填料的缺陷，充分發(fā)揮各填料的優(yōu)勢。屈艷芬等人在某城市污水廠除臭項目中，采用以混合肥料、聚苯乙烯膠球體、活性炭、沸石、有機物料等組成的復合有機填料，在進氣中硫化氫濃度1.96～4.63mg/m3，氨氣濃度2.21～5.68mg/m3時經生物處理后硫化氫濃度可達0.03～0.97mg/m3，氨氣濃度最高0.46mg/m3，取得了較好的除臭效果。