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生物除臭技術(shù)
前言
一切刺激嗅覺器官，引起人們不愉快及損壞人們生活環(huán)境的氣體物質(zhì)統(tǒng)稱為惡臭污染物。惡臭污染物廣泛產(chǎn)生于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、市政污水、污泥處理以及垃圾處置過程?！禛B14553-93 惡臭污染物綜合排放標準》中列出了八項惡臭污染物的控制指標，實際在生產(chǎn)中產(chǎn)生的惡臭污染物種類繁多，據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，已知的達到130多種。
惡臭氣體一般特征為成分復(fù)雜、惡臭空氣量大、濃度低等特征。常規(guī)的惡臭處理方法有生物法、活性氧離子除臭法、化學吸收除臭法、植物液噴淋除臭法等。本文主要闡述生物除臭技術(shù)。
第一章、廢氣生物處理技術(shù)的前生今世
生物凈化技術(shù)在污水領(lǐng)域已經(jīng)有100多年的歷史，在廢氣領(lǐng)域應(yīng)用較晚。20世紀20年代，德國人將污水廠的惡臭氣體通入裝有泥土的過濾器，使得惡臭氣體明顯降低。直到1957年，美國的Pomeroy申請了利用土壤過濾裝置處理硫化氫的專利，并在美國加州污水處理廠建立了第一套生物土壤過濾除臭系統(tǒng)，這成為生物凈化技術(shù)在廢氣領(lǐng)域的應(yīng)用標志。
20世紀70年代，廢氣生物處理技術(shù)在歐洲有了較快的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也由惡臭氣體擴散到揮發(fā)性有機廢氣以及其他的有毒有害氣體。
改良的生物凈化裝置出現(xiàn)在80年代的德國和荷蘭。科學家們通過改良濾池填料來解決床層板結(jié)、干化、壓實的問題；到了80年代末期和90年代初期，生物凈化技術(shù)在歐洲得到了較快速度的發(fā)展，出現(xiàn)了以無機填料為主（如陶瓷、活性炭顆粒）的生物過濾裝置，這樣的填料也可以與有機的填料相組合，能夠延長填料的使用壽命。
20世紀70年代初期，Jennings等人，在Monod方程的基礎(chǔ)上提出了表征廢氣生物凈化中單組分、非吸附性、可生化的氣態(tài)有機物去除率的數(shù)學模型。
同時這一時期，荷蘭學者Ottengraf依據(jù)傳統(tǒng)的吸收雙膜理論，推導(dǎo)了描述廢氣生物凈化裝置的動力學模型，即吸收-生物膜理論，使以前盲目的研究轉(zhuǎn)變?yōu)橄到y(tǒng)的研究。
21世紀，生物廢氣處理技術(shù)發(fā)展得非?？?，這一行內(nèi)得研究也變得異常活躍。研究也涉及到了氣態(tài)污染物的生物代謝機理、混合廢氣的處理，微生物的生長及營養(yǎng)限制、過程模型的推到等方面。
第二章、生物除臭設(shè)備的主要類型
2.1、生物土壤法
生物土壤法是將惡臭氣體通入經(jīng)過改良的生物土壤，該土壤由有機物和無機物混合而成，內(nèi)培養(yǎng)大量的自養(yǎng)菌，惡臭氣體經(jīng)過生物土壤時，被生物土壤吸附，而后一部分作為養(yǎng)料被微生物吸收，一部分被微生物氧化成單質(zhì)、鹽類等無害化合物，從而完成惡臭的凈化。
生物土壤主要由底部布氣層、生物土壤層，上部植物吸收層和土壤灌溉層組成。主要設(shè)備為布氣管道、風機系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)和污水排放系統(tǒng)、自控系統(tǒng)組成。
生物土壤除臭技術(shù)是生物除臭技術(shù)的初期形式，優(yōu)勢在于：沒有過多的設(shè)備，和廠區(qū)的園林、景觀融為一體，建設(shè)成本低、運行成本低。缺點在于：
1、為了降低床層的壓力損失，生物表面負荷往往設(shè)計得比較小，設(shè)施的占地面積較大，受廠區(qū)環(huán)境影響較大；
2、由于地表有綠化草坪，設(shè)施頂部灌溉系統(tǒng)不能防凍，受氣候條件影響較大；
3、土壤的PH值不易控制，生物土壤容易酸化板結(jié)，使用壽命短；
4、由于是超低排放，按照我國的標準，視為無組織排放，處理效率很難全年全天候達標。
2.2、全過程生物除臭法
全過程微生物除臭技術(shù)是將除臭反應(yīng)器安裝于污水處理廠生化池內(nèi)（可外置）。活性污泥混合液經(jīng)過除臭反應(yīng)器，包含馴化和活性填料，其中的馴化填料對微生物的生長、增殖產(chǎn)生誘導(dǎo)和促進作用，增殖強化微生物；活性填料給微生物菌提供棲息空間，增強微生物的活性；生化池中的污泥隨著工藝自動流到二沉池，將二沉池排出的活性污泥回流于污水廠進水端，與污水混合，微生物菌與污水中的惡臭物質(zhì)發(fā)生吸附、凝聚和生物轉(zhuǎn)化降解等作用，使得污水廠各構(gòu)筑物惡臭物質(zhì)在水中得到去除，實現(xiàn)污水廠惡臭的去除的全過程控制。
全程除臭系統(tǒng)主要由除臭反應(yīng)器、固定系統(tǒng)、曝氣系統(tǒng)（放置好氧池取消）、污泥回流系統(tǒng)、控制系統(tǒng)組成。
全過程生物除臭裝置具有以下特點：
(1)工藝簡單: 省去傳統(tǒng)除臭工藝中的臭氣收集系統(tǒng)和輸送系統(tǒng)；免除收集系統(tǒng)的繁瑣和安全，無需密封集氣罩和池體加蓋；比傳統(tǒng)除臭設(shè)備占地面積少，無需新建除臭間，寒冷地區(qū)無需防寒措施；只需生物池內(nèi)設(shè)置小型微生物菌培養(yǎng)箱、菌種投加泵和管道，建設(shè)方便快捷，尤其對于老廠區(qū)改造，無需停產(chǎn)，即可建設(shè)。
（2）除臭效果明顯：在污水池中改變惡臭污染物，將改變整個污水處理系統(tǒng)幾乎不產(chǎn)生臭氣；污泥臭味同步降低改善脫水污泥性狀，對污水處理系統(tǒng)及出水水質(zhì)沒有任何負面影響；大大改善生化池氨氮含量，使氨氮更好滿足達標。
（3）綜合優(yōu)勢：從源頭改變致臭物質(zhì)，減少臭氣對設(shè)備設(shè)施的腐蝕；投資運行費用較常規(guī)除臭技術(shù)大幅降低; 無需新建除臭間，寒冷地區(qū)無需防寒措施；除臭設(shè)備管道系統(tǒng)是傳統(tǒng)除臭減少1/3,直徑是原有管道的1/5,免去復(fù)雜管道支架及支撐，使污水處理廠更美觀；耗電量少，1萬噸污水處理廠只需耗電1.5kw/h；無噪音，解決傳統(tǒng)技術(shù)除臭風機產(chǎn)生的噪音困擾；運行穩(wěn)定、維護簡便；緩釋填料，損耗少，耐用性強。
   該工藝的缺陷是：僅僅弄用于污水處理廠的除臭，對其他如垃圾轉(zhuǎn)運、污泥處理、堆肥等項目產(chǎn)生的惡臭氣體無用。
2.3、生物滴濾法
    生物滴濾除臭工藝是在傳統(tǒng)生物過濾基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新型生物除臭工藝。如下圖所示:廢氣由底部進入反應(yīng)器，逆流經(jīng)過生物填料凈化后排出。該生物滴濾除臭裝置，配置了生物營養(yǎng)液投加裝置。生物滴濾除臭反應(yīng)器的填料主要由粗碎石、各類化工吸收填料、發(fā)泡海綿等，這些填料程生物反應(yīng)惰性，具有孔隙率大、一定的比表面積等特點，一方面為污染物與生物膜杰出提供了足夠的界面、一方面為氣體通過床層提供了空間，減小了因生物生長而引起的床層堵塞風險。
生物滴濾除臭設(shè)備無需增濕反應(yīng)器，節(jié)約了起初投資成本，具有耐廢氣種類和濃度沖擊較強、填料壽命長，床層壓力損失小等技術(shù)優(yōu)勢。
缺陷也很明顯：
   1、由于床層結(jié)構(gòu)受限制，生物滴濾除臭工藝反應(yīng)器內(nèi)的PH值不易控制；
   2、需要投加大量的營養(yǎng)液，營養(yǎng)液的成分復(fù)雜、價格高昂、運行費用高；
   3、營養(yǎng)液的投加量不易定量控制，全憑經(jīng)驗摸索。
   4、設(shè)備如需要達到較高的處理效率，需要投入大量的人工精力管理。
   2.4、生物濾池除臭法
生物濾池除臭工藝是研究最早、最為成熟、應(yīng)用最廣的惡臭生物凈化工藝。傳統(tǒng)的生物過濾反應(yīng)器內(nèi)部填充或者含有一定的營養(yǎng)填料，如火山巖、樹皮等。廢氣經(jīng)過增濕反應(yīng)器增濕后進入生物反應(yīng)器，被生物載體表面的液膜吸附吸收，然后擴散至生物膜，與微生物接觸，其中的污染物被降解成水、二氧化碳和其他穩(wěn)定的、簡單的化合物，處理后的氣體從生物過濾器排出。下面的內(nèi)容，我們將詳細講解這種生物除臭技術(shù)。

   第三章、生物濾池除臭裝置概述
生物濾池是一種采用先加濕預(yù)處理再通過生物過濾達到除臭目的的一種全新的惡臭氣體治理裝置。
常見除臭的方法有：物理法、燃燒法、化學氧化法、吸收法、吸附法和生物分解法等。由于污水處理廠惡臭氣體成分形成的復(fù)雜性和特殊性，僅僅采用傳統(tǒng)的治理方法，要達到比較理想的效果是比較困難的。生物菌種以惡臭氣體中的有機物質(zhì)及無機物質(zhì)做為生存的基質(zhì)，不同的微生物硝化不同的物質(zhì)，所以，生物濾池既能治理某些特定的惡臭氣體，又能靈活的僅通過變換生物過濾床填料和微生物菌種來治理復(fù)雜的混合臭氣，以達到事半功倍的治理效果。生物濾池還具有維護簡單、方便，沒有二次污染等優(yōu)點。
第四章、生物濾池除臭裝置的結(jié)構(gòu)
生物濾池包括加濕預(yù)處理區(qū)和生物過濾區(qū)。
除臭裝置在橫向分成數(shù)個區(qū)域，自前而后分別是：惡臭氣體的導(dǎo)入?yún)^(qū)、前級加濕區(qū)、生物濾床過濾區(qū)和凈化氣體排出區(qū)（該區(qū)域與外界相通）。
在豎向前級預(yù)處理區(qū)設(shè)置成三層，自上而下分別是：位于上部的噴淋區(qū)；位于噴淋區(qū)下面的是一充填層；位于底部的是儲水槽。
生物過濾區(qū)設(shè)置成三層，自上而下分別是：位于上部的是生物過濾層的噴灑水系統(tǒng)；位于噴灑水系統(tǒng)下面的是生物填料層；位于底部的是排水和排氣區(qū)。
加濕預(yù)處理區(qū)充填層充滿了高效氣、液相接觸的無機填料。水通過底部流向循環(huán)水箱，再由水泵進行循環(huán)使用。
   生物過濾區(qū)，位于上部的生物過濾層噴灑水系統(tǒng)由循環(huán)水泵、管道等組成。每天噴灑水次數(shù)和每次噴灑水持續(xù)的時間可以由自動控制。
底部的水流向循環(huán)水箱，再由水泵可以循環(huán)使用。
第五章、生物濾池除臭裝置的原理
5.1系統(tǒng)的除臭原理
本系統(tǒng)的主要原理是利用高效生物濾池中的高效微生物菌種處理含有硫化氫、氨、硫醇、硫醚等的惡臭氣體和含有苯、甲苯、氯苯、低級脂肪烴、醇、醛、酮等揮發(fā)性有機物的有毒有臭味的有機廢氣。本技術(shù)的核心為微生物選育、高效生物膜研制、有利于生物附著和生長附著的填料和高效微生物菌種。生物濾池中的微生物在適宜的環(huán)境條件下，利用廢氣中的無機和有機物作為碳源和能源，通過降解惡臭物質(zhì)維持其生命及繁衍活動，并將惡臭物質(zhì)分解為水和二氧化碳等無臭物，達到凈化使惡臭氣體的目的。
   5.2惡臭生物處理過程中污染物的轉(zhuǎn)化過程
生物脫臭法是利用微生物的生物化學作用，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、物理化學以及生物化學反應(yīng)所組成。生物脫臭可以用下式表達。
惡臭物質(zhì)+ O2→細胞代謝物 + CO2 + H2O
惡臭污染物的轉(zhuǎn)化過程可用下圖表示：

5.3惡臭氣體物生物去除過程
臭氣物質(zhì)首先溶于在水中，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。
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。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：
                  Pi+=HXi
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入體內(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)。
（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動的能源或養(yǎng)分被分解和利用，從而使污染物得以去除。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。此過程可用下式表示。

CxHyOz + (x + y/4 - z/2) O2 → xCO2 + (y/2)H2O + △H
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)。此過程可用下式表示：

nCxHyOz+nNH3+n(x+y/4-z/2-5)O2 →(C5H7NO2)n+n(x-5)CO2+(n/2)(y-4)H2O-△H
上述轉(zhuǎn)化過程中，當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，微生物將進入體內(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提供能量的主要方式，見下式：

(C5H7NO2)n + 5nO2 → 5nCO2 + 2nH2O + nNH3 + △H
   第六章、生物濾池除臭裝置的運行的影響因素
   生物過濾池的工作受以下幾種因素的影響：
   1、反應(yīng)速度
   反應(yīng)速度的快慢取決于氣體成分的濃度和性質(zhì)，填料上的微生物種類、數(shù)量和活性，溫度，廢氣和填料的濕度，pH值。
   2、停留時間
   停留時間由體積流量、自然堆放體積和空池體積決定。
   3、氣味物質(zhì)濃度
   第七章、思飛第三代生物除臭設(shè)備技術(shù)優(yōu)勢
   3.5.1菌種優(yōu)勢
   我公司生物除臭菌種均來自于我公司和北京工業(yè)大學聯(lián)合研發(fā)的高效EM菌種。該菌種具有繁殖速度快、適應(yīng)性廣泛等優(yōu)點，實際應(yīng)用中，填料掛膜快，微生物生長速度遠優(yōu)于市場同類菌種。夏季一般7天左右即可實現(xiàn)填料完全掛膜，冬季約10天左右也可達到同樣效果。
   3.5.2復(fù)合填料優(yōu)勢
我公司生物填料為復(fù)合填料，既包含了含有豐富微孔結(jié)構(gòu)的火山巖，又有能為微生物提供碳源的竹炭填料。
   火山巖填料具有結(jié)構(gòu)強，微孔發(fā)達，吸附能力強等優(yōu)點。我公司火山巖填料均選自于河北尚義優(yōu)質(zhì)火山巖礦區(qū)，該填料具有粒徑均勻，堆積密度低，微孔發(fā)達等優(yōu)點，是我國目前最好的火山巖礦區(qū)。
   竹炭填料具有比表面積大，結(jié)構(gòu)堅硬等特點，同時又能為微生物生長提供碳源。
   二者以一定比例填裝可比單一使用一種填料能達到更好處理效果。
   3.5.3冬季溫控優(yōu)勢
   生物濾池在北方使用，冬季時大多存在濾池溫度低，處理效率低等問題，為解決這一問題，我公司所生產(chǎn)的生物箱體采用雙層玻璃鋼板殼體，內(nèi)部夾填聚氨酯保溫層，同時對循環(huán)水箱進行溫控加熱，以確保填料能達到適應(yīng)微生物生長溫度。
3.5.4 完全循環(huán)掛膜方式
   傳統(tǒng)的生物濾池均采用循環(huán)水箱和生物濾池處于同平面布置方式，此種布置要求生物箱體底部需存有大量水，在實際使用中，補水速度慢，換水時間長，給實際使用帶來不便。
我公司生物濾池循環(huán)水箱采用完全獨立結(jié)構(gòu)，生物濾池底部不存水，僅使用循環(huán)水箱內(nèi)部水作為加濕用水，避免了補水速度慢等問題出現(xiàn)，同時此種循環(huán)方式可以實現(xiàn)菌種掛膜時的完全循環(huán)，掛膜周期短，啟動迅速。

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離子反應(yīng)器

植物液除臭機

化學除臭設(shè)備