生物滴濾塔除臭效果影響因素分析

尹成彬 于東海

（普羅生物技術(shù)（上海）有限公司 上海 200000）

引言

隨著我國居民的生活質(zhì)量不斷提高，對周圍生活環(huán)境的要求日益嚴(yán)格。由于惡臭氣體對居民生活影響范圍較廣，已成為引發(fā)居民投訴的主要對象。長時(shí)間處于低濃度惡臭氣體環(huán)境中，不僅對人的嗅覺、呼吸系統(tǒng)以及消化系統(tǒng)等身體部位產(chǎn)生損害，同時(shí)也會(huì)使人產(chǎn)生一系列精神層面的負(fù)擔(dān)[1]，例如食欲不振、情緒波動(dòng)較大、精神恍惚以及記憶力下降等。高濃度的惡臭氣體可以短時(shí)間致人昏迷、永久性損害人體神經(jīng)系統(tǒng)，甚至致人死亡，從而釀成嚴(yán)重的環(huán)境安全事故。所以，要應(yīng)用行之有效的技術(shù)方法對惡臭氣體加以處理，為此誕生了“生物除臭”技術(shù)，其特點(diǎn)是避免二次污染環(huán)境，建設(shè)、運(yùn)行成本較低。目前，生物滴濾塔裝置是一個(gè)功能配制齊全、運(yùn)行耗能低、處理效果好的綜合處理系統(tǒng)，惡臭氣體去除率一般都能達(dá)到90%～95%或以上，可廣泛適用于污水處理廠、污水泵站、糞便污水預(yù)處理廠、垃圾堆場及各種工業(yè)廢氣和異味的場所，具有非常好的工程應(yīng)用前景。

1 生物滴濾塔工作原理

生物滴濾塔的生物除臭工作原理是將除臭微生物以載體（活性污泥和有機(jī)、無機(jī)填料）附著的形式存在生物滴濾塔中進(jìn)行發(fā)揮作用，惡臭氣體通過布?xì)夤艿缽奶盍系撞烤鶆蛲ㄟ^床層，致臭氣體有機(jī)物被固定吸附在具有一定高度的填料孔隙表面上的微生物膜，并被微生物膜中微生物所消耗，充分利用除臭微生物的繁殖代謝活動(dòng)將致臭氣體中復(fù)雜有機(jī)物等轉(zhuǎn)變?yōu)楹唵蔚臒o機(jī)物并利用合成自身的細(xì)胞結(jié)構(gòu)，最終轉(zhuǎn)化成為無害物質(zhì)（二氧化碳、水和中性鹽類）。生物除臭裝置具有前級噴霧洗滌吸收處理（必要時(shí)可添加洗滌吸收液）、多級生物濾床吸收分解及后級強(qiáng)化處理功能，并附有營養(yǎng)液添加、自來水和循環(huán)水可切換、生物填料保濕噴淋等輔助系統(tǒng)；并配備有自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)整套裝置的連續(xù)自動(dòng)運(yùn)行。生物滴濾塔所填充的大多為無機(jī)（惰性）填料，如竹炭、多面空心球（pp）、火山巖等，生物滴濾塔內(nèi)填料一般設(shè)置一層或多層結(jié)構(gòu)，空隙率較大的填料會(huì)先布設(shè)在網(wǎng)格支架上，孔隙率以及粒徑較小的填料鋪設(shè)在上層。營養(yǎng)劑投加在循環(huán)水箱中并通過循環(huán)水泵抽吸至生物滴濾塔上方，將營養(yǎng)液均勻地噴淋在微生物降解段的填料上使其為微生物提供營養(yǎng)。營養(yǎng)液自上向下沿著填料流動(dòng)，流至生物滴濾塔塔底循環(huán)水箱中進(jìn)行循環(huán)噴淋。生物除臭裝置啟動(dòng)掛膜成功后均勻附著在填料表面，填料層同時(shí)有厭氧、缺氧和好氧區(qū)域，根據(jù)填料層不同區(qū)域中生存環(huán)境的差異，生物滴濾塔內(nèi)分布不同功能的除臭菌。生物滴濾塔具有對惡臭氣體良好的去除效果，其中惡臭氣分子與營養(yǎng)液以逆流接觸方式，大大提高了氣液接觸時(shí)間進(jìn)行相溶，惡臭分子由氣相轉(zhuǎn)化成液相被填料表面附著的生物膜吸收，經(jīng)生物滴濾塔凈化后的氣體再從塔頂排出至后續(xù)深度處理裝置。

2 生物滴濾塔除臭效果影響因素分析

2.1 除臭菌種

生物滴濾塔除臭效果關(guān)鍵在于附著在填料上形成的對應(yīng)去除污染物質(zhì)的微生物膜，但微生物膜形成的好壞的核心在于除臭菌種。惡臭氣體分子中的有機(jī)質(zhì)被除臭微生物吸收氧化分解，產(chǎn)生能量主要維持自身的新陳代謝以及自身生命活動(dòng)，同時(shí)將代謝產(chǎn)生無毒害的無機(jī)鹽排出體外，隨著營養(yǎng)液流至塔底循環(huán)水箱，從而實(shí)現(xiàn)除臭目的。除臭微生物同時(shí)決定了生物滴濾塔去除惡臭氣體的種類。目前，國外學(xué)者對除臭微生物菌種展開了深入的應(yīng)用研究，通過不同組分類型的惡臭氣體對除臭菌種篩選，從生物除臭裝置中篩分出多種具有不同功能特性的細(xì)菌，其中，最常見以去除含氮化合物的亞硝化單胞菌、以去除硫化物的硫氧酸硫桿菌、以去除芳香烴化合物的假單胞桿菌、以去除萜烯類化合物的紅球菌屬。另外，在生物滴濾塔裝置中分離出厭氧性細(xì)菌[2]。相對而言，國內(nèi)學(xué)者對應(yīng)用惡臭氣體去除的優(yōu)菌種的研究較少，大多數(shù)研究將活性污泥接種至生物滴濾塔中，通過進(jìn)氣來進(jìn)行篩選馴化，以提高生物滴濾塔的污染物去除效率。

2.2 惡臭氣體分子

惡臭氣體分子自身結(jié)構(gòu)特性決定了其是否能被除臭菌種的利用和降解是否徹底。當(dāng)惡臭氣體分子在氣相和液相兩相轉(zhuǎn)移時(shí)，會(huì)受到傳質(zhì)阻力的作用，當(dāng)氣體分子溶解度較低，傳質(zhì)阻力集中在液膜。反之，當(dāng)氣體分子溶解度很高，傳質(zhì)阻力集中在氣膜。同時(shí)惡臭氣體的去除效率與組分濃度存在著一定的關(guān)系，在臭氣濃度較低情況，去除率隨著惡臭濃度的不斷升高而逐步遞增。當(dāng)惡臭濃度增大到一定值，降解效果隨惡臭濃度的增大而降低，惡臭濃度的提升對微生物菌種具有一定的毒害作用。其中惡臭氣體分子的氣/水分配系數(shù)、存在非碳?xì)溲跞〈⒏偁幑泊x特性都影響著惡臭氣體的去除效果。

2.3 填料

填料在生物滴濾塔中既是除臭菌種生長的載體，同時(shí)是氣液固三相之間傳遞的介質(zhì)。理想填料的選擇應(yīng)該具有如下特性[3]：（1）具有較大的比表面積，為微生物提供附著生長場所；（2）對水分具有一定持水率；對惡臭氣體分子具有一定的吸附性能；（3）具有較大孔隙率，避免填料造成堵塞和產(chǎn)生溝流，從而形成厭氧區(qū)增大壓降；（4）具有一定的機(jī)械強(qiáng)度和防腐能力；（5）價(jià)格低廉，易就地取材等。

按照其組成可分為有機(jī)填料和無機(jī)填料[4]。如：天然泥土、農(nóng)業(yè)堆肥、木屑、硅藻土、活性炭、火山巖、陶粒、聚乙稀塑料等。填料的選擇和搭配組合（占比）需要根據(jù)進(jìn)氣種類的結(jié)構(gòu)特征和其對應(yīng)篩選出的微生物菌落的特性來進(jìn)行綜合比較后進(jìn)行選材。

2.4 容積負(fù)荷

生物除臭裝置的容積負(fù)荷是反映該反應(yīng)器對惡臭氣體去除量和效果的重要指標(biāo)，但生物裝置在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)與進(jìn)氣量想匹配，當(dāng)進(jìn)氣風(fēng)量和濃度過高就會(huì)很容易對填料上附著的微生物產(chǎn)生毒害作用或者抑制作用，使生物滴濾塔的除臭效率顯著下降。

2.5 空床停留時(shí)間

空床停留時(shí)間是指填料上未掛膜前，惡臭氣體從填料底部到達(dá)填料頂部所用的時(shí)間。因?yàn)槌魵鈴臍庀噢D(zhuǎn)為液相再與生物膜吸附降解需要一定的停留時(shí)間，若惡臭氣體在填料層間停留時(shí)間過短，惡臭氣體分子來不及被微生物降解就被排除生物裝置，從而影響除臭效果；但是如果惡臭氣體的空床停留時(shí)間過長，在工程設(shè)計(jì)除臭裝置時(shí)需考慮增大反應(yīng)器有效容積，從而增大投資成本，一般工程設(shè)計(jì)空床停留時(shí)間在25～40s 范圍內(nèi)。

2.6 氣液比（Q/L）

氣液比是指惡臭氣體進(jìn)氣量與生物滴濾塔底部水箱中水量的體積之比，工程設(shè)計(jì)中需要根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際處理廢氣量進(jìn)行合理設(shè)計(jì)其比值，控制參數(shù)在合理范圍內(nèi)，是生物滴濾塔高效發(fā)揮其作用的重要因素[5]。如果氣液比過大，相對來說循環(huán)液噴淋量過小，會(huì)導(dǎo)致填料持水率較低致使除臭菌種生存環(huán)境惡劣，從而掛膜成功率大大降低；若氣液比過低時(shí)，相對來說循環(huán)液噴淋量則過大，導(dǎo)致填料孔隙形成水封，在生物滴濾塔長時(shí)間運(yùn)行過程中壓降大幅度增加，填料層的透氣性下降乃至形成厭氧區(qū)；同時(shí)過大的噴淋量可能會(huì)將已經(jīng)在填料上的生物膜沖刷掉，并且在掛膜調(diào)試期間過強(qiáng)的沖刷力不利于菌種掛膜。

2.7 溫度

除臭微生物對惡臭氣體中的有機(jī)污染物的降解是放熱過程，所釋放出來的熱量會(huì)使生物滴濾塔填料反應(yīng)區(qū)域的溫度升高，而微生物降解段隨著噴淋頭對噴淋液的霧化后噴灑在填料表面以及風(fēng)量會(huì)帶走一部分熱量，二者共同會(huì)使區(qū)域溫度下降，兩種作用的結(jié)果使得生物滴濾塔中的溫度和濕度變化需要維持成一個(gè)動(dòng)態(tài)平衡。溫度對于微生物的生長、代謝和繁殖起著至關(guān)重要的作用，溫度是微生物生存環(huán)境的控制基本條件之一，應(yīng)嚴(yán)格控制循環(huán)水箱中的水溫，最好控制在25～35℃之間，適宜的溫度有利于生物滴濾塔中填料上的除臭微生物活性大大提高，從而生物滴濾塔的除臭效果有所增加。

2.8 pH

安裝在循環(huán)水箱實(shí)時(shí)檢測pH 計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，pH 值的控制也是確保生物滴濾塔內(nèi)填料上的除臭微生物高效發(fā)揮效果的影響因素之一，循環(huán)水箱中的pH 值高低會(huì)直接噴淋至填料表面，因此會(huì)直接影響著填料表面的微生物的生存環(huán)境，微生物的繁殖代謝活動(dòng)時(shí)刻受到循環(huán)液的沖刷，從而影響對惡臭氣體分子的去除效率，微生物降解段pH 值最好控制在5～8 范圍內(nèi)。但對于特殊污染物質(zhì)和對應(yīng)微生物則可能出現(xiàn)極端的情況。

2.9 濕度

惡臭氣體首先進(jìn)入生物滴濾塔的預(yù)處理段一部分氣體分子被溶解，另一部分氣體被加濕進(jìn)入生物降解段，一方面可以提高傳質(zhì)效率，同時(shí)防止填料層風(fēng)干。一般工程設(shè)計(jì)中生物滴濾塔需要維持的濕度在45%～60%。

2.10 其他

生物滴濾塔調(diào)試期間以及日常運(yùn)行管理過程中需要定期進(jìn)行補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)來維持微生物新陳代謝活動(dòng)。同時(shí)需要保證臭氣中含有足量的氧氣通入生物滴濾塔的填料層中。另一方面需要定期更換生物滴濾塔水箱中的營養(yǎng)液，至少每月一次或者依據(jù)電導(dǎo)率≥10000us/cm 進(jìn)行清水更換。

結(jié)語

近年來，隨著生物除臭裝置的不斷優(yōu)化，生物除臭裝置逐漸廣泛應(yīng)用于不同行業(yè)，并取得了顯著的應(yīng)用效果。盡管生物滴濾除臭法的相關(guān)研究還尚不成熟，但其一定會(huì)在工程實(shí)際應(yīng)用中具有極大的發(fā)展?jié)摿ΑＦ湮磥淼陌l(fā)展趨勢將主要包括以下幾個(gè)方面：除臭工藝的改進(jìn)和組合、運(yùn)行工藝參數(shù)的優(yōu)化、篩選除臭菌種并采用基因序列的重組等手段開發(fā)新型高效除臭菌種適用除臭范圍廣的新菌種、開發(fā)與研制新型填料、傳質(zhì)動(dòng)力學(xué)和微生物降解機(jī)理的研究對工程的設(shè)計(jì)與運(yùn)行提供指導(dǎo)。