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摘要 隨著環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)因惡臭所帶來(lái)的污染也更加敏感。惡臭物質(zhì)不僅可使人產(chǎn)生不快和厭惡感,而且許多惡臭物質(zhì)還危害著人們的健康甚至生命。我國(guó)的惡臭污染現(xiàn)象十分普遍，嚴(yán)重影響著環(huán)境空氣質(zhì)量，所以控制和治理惡臭污染己經(jīng)刻不容緩。本文是針對(duì)我國(guó)惡臭污染的現(xiàn)狀，為了正確合適地處理硫化氫、硫醇類(lèi)、硫醚類(lèi)、氨、胺類(lèi)、吲哚類(lèi)、硝基化合物、烴類(lèi)、醛類(lèi)、脂肪酸類(lèi)、酚類(lèi)、酮類(lèi)、酯類(lèi)及有機(jī)鹵系衍生物等散發(fā)出來(lái)的惡臭氣味，而討論了經(jīng)濟(jì)、高效的脫除惡臭技術(shù)。其中生物滴濾池脫除惡臭氣體工藝具有工藝簡(jiǎn)單，操作簡(jiǎn)便，投資、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用低廉，可有效減少環(huán)境污染等特點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)主要是以生物滴濾池來(lái)處理某煉油廠所散發(fā)出14200 m3/h的惡臭氣體。首先濃度為300.0~400.0 mg/m3的惡臭氣體經(jīng)氣管在風(fēng)機(jī)的輸送下，然后調(diào)節(jié)閥門(mén)使氣體以0.49m/s的氣速進(jìn)入生物滴濾池中。在生物滴濾池的微生物作用下，大部分的惡臭被微生物吸收、分解，因此14200 m3/h的惡臭氣體就能按地方氣體排放標(biāo)準(zhǔn)合格排放，從而達(dá)到去除惡臭污染的目的。 本文主要著重于對(duì)生物滴濾池的設(shè)計(jì)及設(shè)備的選取。首先，本文概述了惡臭氣體的控制現(xiàn)狀及生物凈化的原理；其次，本文詳細(xì)地講述了各種生物凈化工藝的原理和特點(diǎn)；再次，本文對(duì)14200 m3/h的惡臭氣體進(jìn)行初步的計(jì)算，以確定后續(xù)設(shè)備的選擇；最后，本文根據(jù)上述的計(jì)算進(jìn)行設(shè)備的選取和調(diào)試。 關(guān)鍵詞：生物滴濾池，惡臭廢氣，煉油廠污染，H2S 注：本設(shè)計(jì)題目來(lái)源于教師的企業(yè)科研項(xiàng)目，項(xiàng)目名稱(chēng)為：深圳石化工業(yè)廢氣綜合治理。項(xiàng)目編號(hào)：2006074 Abstract With the enhancement of environmental protection awareness, the people are more and more high to the environment quality request, due to the pollution brought about by the odor is also more sensitive. Not only the odor material may cause the human to produce not quick and tires of the malice, moreover many odor materials are also harming people's health and even their lives. Now odor pollution is widespread, having a serious impact on air quality, so it's no time to delay to control and treat odor pollution. This text is to aim at the present condition of odor pollution in our country, in order to dispose of sulfureted hydrogen, mercaptan, thioether, ammonia, amines, indole, nitro compounds, hydrocarbons, aldehydes, fatty acids, phenols, ketones, salts and organic halogen derivatives becomingly, discuss the technology of getting rid of odor pollution effectively. The technology of the biological-trickling filter removing odor pollution has bring extensive because of its simple technique and manipulation, the low cost of investment, operation and maintenance costs, reducing pollution effectively. The design is aimed at dealing with 14200m3/h stench gas for biological-trickling filter, which come from of refinery. First of all, the concentration of 300.0~400.0mg/m3 stench gas is transmit by the trachea, and then adjust the gas valves to 0.49 m/s velocity of the gas into the biological-trickling filter. In the biological- trickling filter role of microorganisms, most of the stench gas was absorbed or decomposition, therefore 14200m3/h stench gas can be determined by the local gas emission standards for qualified emissions so as to achieve the purpose of odor pollution removal. This paper is focused on designing of equipment selection about biological-trickling filter. At first, I will introduce the overview status of the control of stench gases and the principle of biofilter. The second, I will describe the principle and features about various of biological purification process. At last, I will pay preliminary calculations to 14200m3/h stench gas, so as to select the equipment. At the supplement, I based on the above calculation for selecting and debugging the equipment. Key words：Biological-trickling filter，Odor pollution，Refinery，H2S 目 錄 1 概述 1 1.1惡臭的污染概況 1 1.2惡臭物質(zhì)的來(lái)源與危害 1 1.3惡臭的控制現(xiàn)狀 3 2 惡臭治理技術(shù)的機(jī)理和特點(diǎn) 4 2.1惡臭氣體的生物凈化特點(diǎn)及原理 4 2.1.1惡臭治理概述 4 2.1.2惡臭氣體的生物處理特點(diǎn) 6 2.1.3 惡臭氣體物的生物轉(zhuǎn)化機(jī)理 6 2.2 凈化惡臭氣體的微生物類(lèi)型與特征 7 2.3 凈化惡臭氣體的填料 8 2.3.1選擇填料基本原則 8 2.3.2常用填料類(lèi)型與特征 10 3 生物法凈化惡臭氣體的工藝原理及比較 11 3.1土壤及堆肥法 11 3.1.1土壤法 11 3.1.2堆肥除臭法 13 3.1.3土壤及堆肥法填料選擇 14 3.2生物過(guò)濾池 14 3.2.1生物過(guò)濾池原理 14 3.2.2影響生物過(guò)濾池除臭效果的因素 16 3.3生物滴濾池 16 3.3.1生物滴濾池原理 16 3.3.2生物滴濾池凈化效果的影響因素 18 3.4生物洗滌池 18 3.4.1生物洗滌池原理 18 3.4.2生物洗滌池的影響因素 19 3.4.3生物洗滌法工藝 19 3.5各種生物法工藝與技術(shù)比較 20 4 工程設(shè)計(jì)參數(shù) 21 4.1煉油廠的惡臭成分 21 4.2設(shè)計(jì)依據(jù) 21 4.3設(shè)計(jì)原則 21 4.4設(shè)計(jì)選擇 21 4.5設(shè)計(jì)流程圖 22 5 工藝設(shè)計(jì)計(jì)算 23 5.1生物滴濾池的尺寸 23 5.2噴淋量的確定 23 6 設(shè)備設(shè)施的計(jì)算及選取 25 6.1生物滴濾池附件的選擇 25 6.1.1氣體分布器的選擇 25 6.1.2液體噴淋裝置的選擇 25 6.1.3塔頂除霧沫器的選擇 26 6.1.4填料塔總壓降 27 6.1.5填料的選擇 27 6.1.6噴淋液的選擇 28 6.2管道的計(jì)算 28 6.2.1水管的計(jì)算及選擇 28 6.2.2氣管的計(jì)算及選擇 29 6.3風(fēng)機(jī)及配套電機(jī)的選擇 30 6.3.1風(fēng)機(jī)的選擇 30 6.3.2電機(jī)選擇 31 6.4水泵的選擇 32 7 工程預(yù)算 33 7.1過(guò)程投資概算 33 7.1.1土建工程費(fèi)用 33 7.1.2設(shè)備工程費(fèi)用 33 7.2運(yùn)行費(fèi)用概算 34 7.3工程總投資概算 34 結(jié)論 35 參考文獻(xiàn) 36 致謝 37 1 概述 1.1惡臭的污染概況 隨著公眾環(huán)境意識(shí)的增強(qiáng)，大氣環(huán)境惡臭污染問(wèn)題受到了越來(lái)越多的關(guān)注。室內(nèi)外環(huán)境污染日益突出，惡臭作為環(huán)境公害之一，直接影響人們的生活質(zhì)量，甚至危害人們的身體健康乃至生命安全。人們對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求越來(lái)越高，對(duì)惡臭問(wèn)題也更加敏感，解決好脫臭問(wèn)題，對(duì)保護(hù)環(huán)境，保障健康，延長(zhǎng)建筑物壽命和設(shè)備的使用期限，都有很重要的意義。 惡臭物質(zhì)，是指一切刺激嗅覺(jué)器官引起人們不愉快及損壞生活環(huán)境的氣體物質(zhì)，這些物質(zhì)的嗅闡值極低，有些還是有毒氣體，散發(fā)至環(huán)境中會(huì)影響人們的身心健康，同時(shí)也會(huì)腐蝕周?chē)臉?gòu)筑物，影響其牢固性及美觀，對(duì)惡臭污染的治理可以減弱甚至消除這些危害、保護(hù)人們的身心健康。歐美、日本等從20世紀(jì)70代便開(kāi)始研究脫臭技術(shù)，并用于工程實(shí)踐。其中生物法凈化惡臭氣體具有凈化效率高、建備結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、投資低、操作簡(jiǎn)便、處理成本低、運(yùn)行維護(hù)容易、避免二次污染等優(yōu)點(diǎn)而成為近十年來(lái)研究應(yīng)用的重點(diǎn)，在德國(guó)和荷蘭的一些生產(chǎn)性實(shí)踐中，這一技術(shù)成功地處理了大量來(lái)自污水公共區(qū)域的惡臭、VOCs和有毒氣體排放物，去除率可超過(guò)90％。 1.2惡臭物質(zhì)的來(lái)源與危害 惡臭物質(zhì)分布廣，影響范圍大，有的污染源發(fā)生的惡臭能波及方圓幾千米幾十千米。在日本的公害訴訟中，惡臭案件僅次于噪聲，居第二位。 惡臭源可分為天然來(lái)源和人工來(lái)源。天然來(lái)源包括在不流動(dòng)的湖溝沼澤中，各種水草、藻類(lèi)的分解會(huì)產(chǎn)生甲基硫、甲基硫醇等，動(dòng)物尸體與植物殘骸等腐敗分解常放出硫化氫、氨等腐敗性臭氣。 人工來(lái)源包括工業(yè)源和生活源，具體地說(shuō)，有以下幾個(gè)方面： 工業(yè)惡臭 工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的惡臭，如醫(yī)藥、橡膠加工、石油精煉等工廠的硫醇類(lèi)物質(zhì)（散發(fā)爛洋蔥、爛洋白菜臭），牛皮紙漿廠、農(nóng)藥廠的硫醚類(lèi)物質(zhì)（蒜、爛韭菜臭），煉油廠、化肥廠的硫化物（腐蛋臭、強(qiáng)刺激性臭），汽車(chē)廢氣、石油化工廠的醛類(lèi)物質(zhì)（刺激性臭、不快臭、催淚），骨膠、油脂、魚(yú)腸、獸骨等廠的胺類(lèi)物質(zhì)（刺激性臭、腐敗魚(yú)臭），金屬冶煉廠、化工廠的酚類(lèi)物質(zhì)（不快臭）。 農(nóng)牧業(yè)惡臭 農(nóng)牧業(yè)的畜牧場(chǎng)、家禽飼養(yǎng)場(chǎng)、屠宰廠、魚(yú)產(chǎn)加工廠、糞便處理廠、堆肥等產(chǎn)生的惡臭。如糞臭、魚(yú)臭、腐敗物臭、爛果臭、爛菜臭等都是農(nóng)牧業(yè)生產(chǎn)者加工中產(chǎn)生的。 城市公共設(shè)施惡臭 城市垃圾場(chǎng)、污水處理廠、醫(yī)院、公共廁所等產(chǎn)生的惡臭，如污水臭、醫(yī)藥臭、消毒劑臭、糞尿臭、浴室臭等。 惡臭物質(zhì)的臭味，不僅取決于它的種類(lèi)和性質(zhì)，也取決于它的濃度，濃度不同，同一物質(zhì)的氣味也會(huì)改變。例如將極臭的吲哚稀釋到極低的濃度時(shí)，就會(huì)變成茉莉的香味；相反，高濃度的香水，也會(huì)給人不愉快的感覺(jué)。在評(píng)價(jià)惡臭時(shí)，應(yīng)以感受到的家度強(qiáng)弱為準(zhǔn)，而不是以“香”和“臭”來(lái)劃分。 其主要來(lái)源及惡臭味性質(zhì)見(jiàn)表1.1。 表1.1 惡臭物質(zhì)的主要來(lái)源和臭味性質(zhì) 物質(zhì)名稱(chēng) 主要來(lái)源 臭味性質(zhì) 硫化氫 牛皮紙漿、煉油、煉焦、石油化工、煤氣、糞便、硫化碳的生產(chǎn)或加工 腐蛋臭 硫醇類(lèi) 牛皮紙漿、煉油、煤氣、制藥合成樹(shù)脂、合成纖維 、橡膠 爛洋蔥臭 硫醚類(lèi) 牛皮紙漿、煉油、農(nóng)藥、垃圾、生活污水下水道 蒜臭 氨 氮肥、硝酸、煉焦、肉類(lèi)加工、家畜 尿臭、刺激臭 胺類(lèi) 水產(chǎn)加工、畜產(chǎn)加工、皮革、骨膠、油脂化工 糞臭 吲哚類(lèi) 糞便、生活污水、煉焦、肉類(lèi)腐爛、屠宰牲畜 刺激臭 硝基化合物 染料、炸藥 刺激臭 烴類(lèi) 煉油、煉焦、石油化工、電石、化肥、內(nèi)燃機(jī)排氣、油 漆 、油 墨 、印 刷 刺激臭 醛類(lèi) 煉油、石油化工、醫(yī)藥、內(nèi)燃機(jī)排氣、垃圾鑄造 刺激臭 脂肪酸類(lèi) 石油化工、油脂加工、皮革制造、合成洗滌劑、 釀造 、醫(yī)藥 、 糞便 刺激臭 醇類(lèi) 石油化工、油脂加工、皮革制造、肥皂、合成材料、釀造、林產(chǎn)加工 刺激臭 酚類(lèi) 溶劑、涂料、油脂工業(yè)、石油化工、合成材料、 照相軟片 刺激臭 酯類(lèi) 合成纖維、合成樹(shù)脂、涂料、粘合劑 香水臭、刺激臭 鹵素有機(jī)物 合成樹(shù)脂、合成橡膠、溶劑滅火器材、制冷劑 刺激臭 此外，惡臭對(duì)人體的危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： 1、危害神經(jīng)系統(tǒng)。長(zhǎng)期受到一種或幾種低濃度的惡臭物質(zhì)刺激，首先使嗅覺(jué)脫失， 繼而導(dǎo)致大腦皮層興奮與抑制過(guò)程的調(diào)節(jié)功能失調(diào)。有的惡臭物質(zhì)，如硫化氫不僅有異 臭作用，同時(shí)也對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)產(chǎn)生毒理作用。 2、危害呼吸系統(tǒng)。當(dāng)人們聞到臭氣時(shí)，會(huì)反射性地抑制吸氣，妨害正常呼吸功能。 3、危害循環(huán)系統(tǒng)。如氨等刺激性氣體，會(huì)使血壓出現(xiàn)先下降后上升，脈搏先減慢 后加快的變化。硫化氫還能阻礙氧的輸送，而造成體內(nèi)缺氧。 4、危害消化系統(tǒng)。經(jīng)常接觸惡臭物質(zhì)，使人食欲不振與惡心，進(jìn)而發(fā)展成為消化 功能減退。 5、其他危害。惡臭會(huì)使內(nèi)分泌系統(tǒng)的分泌功能紊亂，而影響機(jī)體的代謝活動(dòng)。氨 和醛類(lèi)對(duì)眼睛有刺激作用，常引起流淚、疼痛、結(jié)膜炎、角膜浮腫。長(zhǎng)期受到惡臭持續(xù)作用會(huì)使人煩躁、憂(yōu)郁、失眠、注意力不集中，記憶減退，從而使學(xué)習(xí)和工作效率降低。 1.3惡臭的控制現(xiàn)狀 目前主要采用物理、化學(xué)法，例如燃燒、吸附、吸收和還原等。這些方法的工藝或設(shè)備較復(fù)雜，運(yùn)行費(fèi)用較高；用于處理某些惡臭廢氣時(shí)，效果不甚理想。生物脫臭法通過(guò)不斷改進(jìn)完善，克服了前述物理、化學(xué)方法的缺陷，并顯示出處理效率較高、適應(yīng)性較廣、工藝較簡(jiǎn)單以及費(fèi)用較省等優(yōu)點(diǎn)，成為治理惡臭的一個(gè)重要發(fā)展方向。 惡臭廢氣的微生物處理早在1957年就在美國(guó)獲得專(zhuān)利，20世紀(jì)80年代在德國(guó)、日本、荷蘭等國(guó)家有相當(dāng)數(shù)量的工業(yè)規(guī)模的各類(lèi)生物凈化裝置投入運(yùn)行，至1990年在德國(guó)僅生物濾床便有500余座。廢氣生物反應(yīng)器處理結(jié)果表明，對(duì)于許多一般性的空氣污染物的控制可達(dá)到90％以上。 今后，隨著生物脫臭技術(shù)及其各種相關(guān)研究的發(fā)展，以及各國(guó)對(duì)惡臭物質(zhì)更加嚴(yán)格的限制，生物脫臭法將會(huì)越來(lái)越普及。 2 惡臭治理技術(shù)的機(jī)理和特點(diǎn) 2.1惡臭氣體的生物凈化特點(diǎn)及原理 2.1.1惡臭治理概述 惡臭氣體和有機(jī)廢氣的處理是大氣污染控制的一個(gè)重要方面，并己引起各部門(mén)的重視而成為研究和治理的熱點(diǎn)。惡臭氣體的治理工藝可以采用物理、化學(xué)和生物的手段。以被處理物的歸屬進(jìn)行劃分，可以劃分為兩類(lèi)――移除和破壞，見(jiàn)圖2.1。兩者主要不同在于，前者的惡臭收集物仍需進(jìn)一步處理，而后者已將惡臭轉(zhuǎn)化為CO2和水。 惡臭治理工藝 移除 破壞 生物技術(shù) 吸收 濃縮 洗滌 催化燃燒 生物濾池 生物滴濾 生物洗滌 圖2.1 惡臭治理工藝 常規(guī)的惡臭治理技術(shù)主要包括吸收法、吸附法和燃燒法，雖然這些方法有不少優(yōu)點(diǎn)，但也存在某些不足。吸收法和吸附法一般都需要對(duì)吸收劑和吸附劑進(jìn)行再生，這既增加工藝的復(fù)雜性和設(shè)備的投資額，還使運(yùn)行操作變得復(fù)雜，而且由于還需補(bǔ)充大量的化學(xué)藥劑等，導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用較高。燃燒法由于廢氣燃燒不完全而會(huì)產(chǎn)生有害的燃燒產(chǎn)物，若燃燒溫度過(guò)高，則會(huì)產(chǎn)生惡臭污染，另外，燃燒設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)還存在一定的安全隱患。 表2.1、圖2.2分別表述了惡臭來(lái)源、投資及運(yùn)行費(fèi)用對(duì)惡臭治理因素的影響。 表2.1 不同處理工藝在不同惡臭源中的應(yīng)用 惡臭源 生物濾池 生物滴濾 熱氧化 催化氧化 洗滌 介質(zhì)吸收 化工企業(yè) ++ +++ +++ ++ + +++ 汽車(chē)制造 ++ +++ +++ ++ + +++ 電子制造 + +++ +++ ++ + +++ 油漆制造 ++ +++ +++ ++ + +++ 印染 ++ +++ +++ ++ + ++ 塑料制造 ++ +++ ++ ++ ++ ++ 污水處理 +++ +++ + + + + 動(dòng)物屠宰 +++ ++ + + + + 注：+++表示應(yīng)用廣泛；++表示應(yīng)用性中等；+表示應(yīng)用較少 生物濾池 生物滴濾池 生物洗滌塔 濃縮 洗滌、吸收 介質(zhì)吸收 催化燃燒 運(yùn)行費(fèi)用 投資費(fèi)用 圖2.2 投資及運(yùn)行費(fèi)用的對(duì)比 由表2.1及圖2.2可以看出，與其它處理工藝相比，生物法（尤其是生物濾池和生物滴濾池）具有應(yīng)用廣泛、可處理氣體流量范圍大、投資及運(yùn)行費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)，因此成為各類(lèi)治理惡臭技術(shù)的特點(diǎn)。 2.1.2惡臭氣體的生物處理特點(diǎn) 惡臭廢氣生物處理技術(shù)是一項(xiàng)新興的有效控制VOCs等污染物的技術(shù)，近年來(lái)有很大的發(fā)展，特別適用于處理大體積、低濃度的廢氣，以替代設(shè)備費(fèi)用昂貴、運(yùn)行維護(hù)困難、有二次污染等缺陷的空氣污染控制技術(shù)。其可用于控制化工、制藥、電鍍、噴漆、印刷等行業(yè)產(chǎn)生的有害污染物(hazardous air pollutants，HAPS)以及廢水處理廠、堆肥廠、垃圾填埋廠產(chǎn)生的惡臭(odour)等。同傳統(tǒng)的物化處理方法相比，生物法具有許多其他方法無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。 1、生物脫臭法可避免或減少二次污染。一般將硫系、碳系、氮系等各種惡臭成分，以及苯酚、氰等有毒成分氧化和分解成CO2、H2O、H2SO4等物質(zhì)。生物處理的產(chǎn)物是微生物，很容易處理，而化學(xué)氧化法會(huì)產(chǎn)生氯和含氯產(chǎn)物，加熱法會(huì)產(chǎn)生氮氧化物等污染物，還需進(jìn)一步處理。 2、生物脫臭法投資少，能耗低，運(yùn)行費(fèi)用低。生物脫臭是以臭成分作為生物體內(nèi)的能源，只要使微生物與惡臭成分相接觸，完成氧化和分解過(guò)程。在常溫常壓下進(jìn)行，處理的能量來(lái)自生物利用VOCs成分本身產(chǎn)生的能量，一般不需要加熱；不需投加額外的化學(xué)品；消耗的動(dòng)力只是污染氣體進(jìn)入處理系統(tǒng)時(shí)所耗的能量(正壓送風(fēng)或負(fù)壓引風(fēng))。與物理化學(xué)法相比，不僅可省能源和資源，而且處理成本也比較低廉。荷蘭建造的生物濾其總成本是每處理1000m3廢氣，費(fèi)用為0.25～1.25美元(1987年價(jià)格)。而采用吸附、吸收、氧化等傳統(tǒng)物化方法其總成是每處理1000m3廢氣，費(fèi)用為2.5～10美元。 3、生物脫臭法的脫臭效率高。只要控制適當(dāng)?shù)呢?fù)荷條件與氣接觸條件，就能達(dá)到極高的脫臭效率，對(duì)于一般的空氣污染物去除效率超過(guò)90％。 4、生物脫臭裝置較為簡(jiǎn)單，只需設(shè)置諸如生物過(guò)濾器、曝氣槽、捕集器等裝置。 5、生物脫臭法生成的剩余污泥少,這是因?yàn)榛钚晕勰喾摮粝?，其剩余污泥較少。 2.1.3 惡臭氣體物的生物轉(zhuǎn)化機(jī)理 生物脫臭法是利用微生物的生物化學(xué)作用，使污染物分解，轉(zhuǎn)化為無(wú)害或少害的物質(zhì)。微生物利用有機(jī)物作為其生長(zhǎng)繁殖所需的基質(zhì)，通過(guò)不同的轉(zhuǎn)化途徑將大分子或結(jié)構(gòu)復(fù)雜的有機(jī)物經(jīng)異化作用最終氧化分解為簡(jiǎn)單的水、二氧化碳等無(wú)機(jī)物，同時(shí)經(jīng)同化作用并利用異化作用過(guò)程中產(chǎn)生的能量，使微生物的生物體得到增長(zhǎng)繁殖，為進(jìn)一步發(fā)揮其對(duì)有機(jī)物的處理能力創(chuàng)造有利的條件。污染物去除的實(shí)質(zhì)是有機(jī)底物作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)被微生物吸收、代謝及利用。這一過(guò)程是比較復(fù)雜的，它由物理、化學(xué)、物理化學(xué)以及生物化學(xué)反應(yīng)所組成。生物脫臭可以用式（2-1）表達(dá)。 惡臭物質(zhì)＋O2 細(xì)胞代謝物＋CO2＋H2O （2-1） 惡臭污染物的轉(zhuǎn)化過(guò)程可用圖2.3表示。 微生物 有機(jī)物 C、H、N、P、S、O及維生素等 O2222 同化（合成） 微生物（C5H7NO2） ADP能ATP H2O、CO2、NH4+、NO2－、NO3－、SO42－＋能量 能量利用 有機(jī)酸、醇、胺等 內(nèi)源呼吸 圖2.3惡臭生物處理中污染物的轉(zhuǎn)化過(guò)程 惡臭氣體成分不同，其分解產(chǎn)物不同，不同種類(lèi)的微生物，分解代謝的產(chǎn)物也不一樣。對(duì)于不含氮的有機(jī)物質(zhì)如苯酚、羧酸、甲醛等，其最終產(chǎn)物為二氧化碳和水；對(duì)于硫類(lèi)惡臭成分，在好氧條件下被氧化分解為硫酸根離子和硫；對(duì)于像胺類(lèi)這樣的含氮惡臭物質(zhì)經(jīng)氨化作用放出NH3，可被亞硝化細(xì)菌氧化為亞硝酸根離子，再進(jìn)一步被硝化細(xì)菌氧化為硝酸根離子。 2.2 凈化惡臭氣體的微生物類(lèi)型與特征 生物處理的作用主體是具有特定功能的各種微生物，由于氧化分解惡臭，微生物細(xì)胞一方面獲得了生長(zhǎng)所需的能量，另一方面獲得細(xì)胞增殖所必需的細(xì)胞物質(zhì)，從而維持了細(xì)胞的正常生命活動(dòng)。微生物有其自身的新陳代謝，代謝活動(dòng)都是在酶的作用下進(jìn)行的，只有創(chuàng)造適宜的生存條件，使酶的機(jī)能得以充分發(fā)揮，微生物才能正常生長(zhǎng)，才能利用惡臭物質(zhì)作為生長(zhǎng)所需的能源、碳源和氮源等，因此，生物反應(yīng)器首先要確保微生物生存的基本條件。如環(huán)境中要有充足的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和溶解氧(對(duì)于好氧微生物來(lái)說(shuō))、適當(dāng)?shù)臏囟取⑺釅A度及含水率等，同時(shí)，待降解的惡臭物質(zhì)必須有一定的水溶性和可生物降解性，惡臭氣體的溫度不應(yīng)大于50℃，并且不含有抑制關(guān)鍵微生物生長(zhǎng)的有害物質(zhì)。 2.3 凈化惡臭氣體的填料 對(duì)于生物膜處理構(gòu)筑物而言，棲息在填料上的生物膜是凈化惡臭氣體的主體。生物膜的形成和生長(zhǎng)主要是依靠微生物在氣、液、固三相中借助于環(huán)境力(物理、化學(xué)及生物)的作用下，向載體填料表面?zhèn)鬟f，并以結(jié)合固定化的方法實(shí)現(xiàn)在載體表面的附著；同時(shí)通過(guò)吸附、吸收、利用和氧化廢氣中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)而實(shí)現(xiàn)其生長(zhǎng)。因此，生物膜法廢氣處理中，載體材料的性能直接影響生物膜的產(chǎn)生其生長(zhǎng)。根據(jù)載體材料的特性、所用處理方法及工藝類(lèi)型，使用和選擇合理的載體，對(duì)于快速、有效、穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)微生物的固定化是十分必要的。 2.3.1選擇填料基本原則 微生物在廢氣處理實(shí)際工程中應(yīng)用效果的優(yōu)劣，與所用的填料特性有密切關(guān)系。不同的填料具有不同的特性，適用于不同的場(chǎng)合。若選用填料不合理，則不僅難以達(dá)到既定的使用目標(biāo)，甚至可物處理過(guò)程失敗，會(huì)導(dǎo)致不必要的經(jīng)濟(jì)損失。因而，合理應(yīng)用是至關(guān)重要的。一般而言，選擇填料有以下要求： 1、應(yīng)具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及耐腐蝕、耐摩擦的能力； 2、應(yīng)具有較大的比表面積，可給微生物提供充分的附著及與污染氣體接觸的面積，提高生物量，從而盡可能地提高單位體積有機(jī)污染物降解量； 3、應(yīng)具有較好的表面性質(zhì)，要有親水性，便于微生物和水的附著，通常表面粗糙的填料易掛膜，適合微生物生長(zhǎng)； 4、應(yīng)具有足夠的空隙率供生物膜生長(zhǎng)，確保供氧充足，同時(shí)，防止反應(yīng)器中微生物快速增長(zhǎng)，引起堵塞和壓降升高，造成短流； 5、無(wú)毒，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定； 6、就地取材、價(jià)格合理。 因此，在具體選擇和應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)著重考慮以下幾方面的基本原則： ( 1 ) 足夠的機(jī)械強(qiáng)度 填料必須具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。惡臭廢氣生物處理過(guò)程中，氣流對(duì)填料的剪切作用有時(shí)是非常強(qiáng)烈的，它不僅直接作用于填料與微生物的固定化結(jié)合體本身，而且還可引起定化結(jié)合體之間的強(qiáng)烈摩擦。因而，要求作為載體使用的材料必頗具有足夠高的機(jī)械強(qiáng)度，以抵抗強(qiáng)烈的氣流剪切力的作用，防止鎮(zhèn)料運(yùn)動(dòng)、碰撞過(guò)程中破碎而損失其功能。若使用的填料機(jī)械強(qiáng)度不夠，一旦發(fā)生破碎，則不僅影響固定化微生物的數(shù)量，而且其直裝后果將是導(dǎo)致出氣濃度發(fā)生波動(dòng)，影響除臭效果。 ( 2 ) 優(yōu)良的穩(wěn)定性 由于生物反應(yīng)器中所發(fā)生的污染物轉(zhuǎn)化過(guò)涉及物理化學(xué)、生物化學(xué)及能量傳遞的錯(cuò)綜復(fù)雜的過(guò)程，其反應(yīng)過(guò)程所涉及的也是一個(gè)復(fù)雜的多元體系。因而，填料必須具備足夠舶穩(wěn)定性，減少或避免發(fā)生溶解或參與其中的各種反應(yīng)，導(dǎo)致自身的捎耗。 填料的穩(wěn)定性主要包括生物穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性和熱力學(xué)穩(wěn)定等幾方面： 首先，載體材料不能參與生物反應(yīng)過(guò)程，具有抗微生物腐蝕戒不可生物降解的特性；其次，載體材料必須是化學(xué)惰性的，具抵抗環(huán)境化學(xué)腐蝕的能力；第三，具有耐溫度變化的性能。廢生物處理中，其溫度一般在20～50℃范圍內(nèi)波動(dòng)，若載體缺良好的熱穩(wěn)定性，則有可能因其軟化或伸縮而影響微生物與載主體的結(jié)合程度。雖然土壤、堆肥等填料的穩(wěn)定性較差，但也應(yīng)具產(chǎn)一定的穩(wěn)定性，以避免填料損耗而導(dǎo)致頻繁更換，造成維護(hù)管困難。 ( 3 ) 無(wú)毒性或抑制性 顯而易見(jiàn)，作為用于固定微生物的載體材料，本身必須是無(wú)毒、無(wú)抑制作用的，這是選擇填料最基本的要求。這里所指的無(wú)毒、無(wú)抑制包括對(duì)人體和微生物兩個(gè)方面。 ( 4 ) 填料表面的帶電特性 眾所周知，在一般的環(huán)境條件下，微生物表面通常帶負(fù)電荷，因而可知，使用表面帶有正電荷的材料作為載體物質(zhì)，將有利于加速微生物在填料的固定化過(guò)程。 ( 5 ) 優(yōu)越的物理性狀 物理性狀包括載體的形態(tài)、空隙率、相對(duì)密度等。填料的形態(tài)直接與其比表面積有關(guān)。比表面積越大，則單位體積載體所能附著或固定的微生物量越多。而單個(gè)載體所占空間體積越大，則其比表面積越小。因而，為充分提高載體的比表面積，工程上多將載體制作成小尺度或薄片狀。需要指出的是，在考慮提高載體比表面積的同時(shí)，還必須考慮保證有效的傳質(zhì)及操作運(yùn)行的便捷等。根據(jù)高比表面積的原則，所制作的載體形態(tài)有多種，如顆粒狀、平板狀、波紋狀、管狀等。 填料的空隙率也是直接決定其比表面積大小的重要因素。同時(shí)，空隙率大小也決定填料表面的粗糙程度，高的粗糙度利于微生物的附著，并利于提高其附著的強(qiáng)度，削弱氣流剪切作用的沖擊。載體的相對(duì)密度影響處理構(gòu)筑物的建設(shè)費(fèi)用及運(yùn)行能耗。若填料相對(duì)密度過(guò)大，則需要損耗更多的動(dòng)力，從而增加運(yùn)行成本，同時(shí)也將因過(guò)強(qiáng)的氣流剪切而影響微生物的固定。對(duì)于生物濾池等而言，若填料相對(duì)密度過(guò)大，將增加載體支撐結(jié)構(gòu)的建設(shè)費(fèi)用，影響處理設(shè)施向空間高度的發(fā)展。如傳統(tǒng)的碎石載體填料難以在塔式生物濾池中得到應(yīng)用。輕質(zhì)載體的研究和使用是生物膜處理工藝改進(jìn)和發(fā)展的關(guān)鍵。 另外，除上述選擇載體材料的主要原則外，就地取材、價(jià)格合理也是必須加以考慮的。 2.3.2常用填料類(lèi)型與特征 隨著環(huán)保產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，填料的數(shù)量急劇增加，分類(lèi)方法也多種多樣。如：按填料密度不同，可分為重質(zhì)埠料和輕質(zhì)填料；按填料獲取方法不同，可分為天然填料和人工合成填料；按硬度不同，可分為硬性、半軟性、軟性填料等。常用的填料有活性炭、陶海粒、各種塑料填料等。目前，在廢氣生物處理中常用的填料主要為芝無(wú)機(jī)和有機(jī)兩大類(lèi)。 1、無(wú)機(jī)類(lèi)填料 無(wú)機(jī)類(lèi)填料主要有沙子、碳酸鹽類(lèi)、各種玻璃材料、沸石類(lèi)、陶瓷材料、碳纖維、礦渣、活性炭等。無(wú)機(jī)類(lèi)載體普遍具有機(jī)械強(qiáng)度相對(duì)較高的特點(diǎn)，且大多化學(xué)性質(zhì)比較穩(wěn)定可提供較大的比表面積，微生物主要以附著在其表面(結(jié)合固定化途徑)實(shí)現(xiàn)固定化，如形成生物膜等，但在特殊情形下也有以包裹附著的形式實(shí)現(xiàn)固定化的，如通過(guò)投加細(xì)顆粒無(wú)機(jī)載體填料作為核心進(jìn)行顆?；勰嗟呐囵B(yǎng)。但無(wú)機(jī)類(lèi)填料的密度較大，這使其在懸浮生物膜反應(yīng)器工藝中的應(yīng)用受到限制。 2、有機(jī)類(lèi)填料 從應(yīng)用現(xiàn)狀看，有機(jī)類(lèi)填料在生物法治理惡臭氣體方面應(yīng)用較多，如生物過(guò)濾法中多采用土壤、堆肥(生活垃圾、碎木屑、樹(shù)皮、樹(shù)葉、干草及谷殼等混合物)、聚丙烯小球、塑料環(huán)等活性及惰性材料。 有機(jī)類(lèi)填料可根據(jù)處理工藝過(guò)程的需要，加工成各種形狀便一方面更好地滿(mǎn)足反應(yīng)器物理、生物特性的需要，另一方面盡可能地提高載體的比表面積。 3 生物法凈化惡臭氣體的工藝原理及比較 最初的生物過(guò)濾法采用的過(guò)濾介質(zhì)為土壤，隨后采用含微生物較高的堆肥等為介質(zhì)，近來(lái)又開(kāi)始采用工程材料如活性炭、陶粒為濾料進(jìn)行脫臭研究。因此根據(jù)濾料的不同，生物過(guò)濾法又可分壤脫臭法、堆肥脫臭法和生物濾池脫臭法等。目前主要的生物方法為土壤及堆肥法、生物過(guò)濾法、生物滴濾法以及生物洗滌法等。 3.1土壤及堆肥法 3.1.1土壤法 土壤法是較早出現(xiàn)的凈化惡臭氣體的方法之一，該法是以緩慢的速度(0.5~1.2cm/s)將臭氣通人46～60cm深度的土壤后，臭氣成分首先被土壤顆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將其氧化分解轉(zhuǎn)化達(dá)到消除臭氣的目的。 1、原理 土壤過(guò)濾裝置通常采用床形過(guò)濾器，由送風(fēng)機(jī)將臭氣[風(fēng)量0.1～lm3/(m2·min)]送入土壤槽下部的主通風(fēng)道，然后由支通風(fēng)道分散到土壤槽底部的各部分，由支通風(fēng)道出來(lái)的臭氣通過(guò)較大石塊的空隙依次進(jìn)人砂層 (或碎石層)和土壤層，并逐漸擴(kuò)散開(kāi)來(lái)被土壤顆粒吸附，最終被土壤中微生物分解轉(zhuǎn)化。分配層下部由粗、細(xì)石子和輕質(zhì)陶粒骨料組成，上部由黃沙或細(xì)粒骨料組成，總厚度400～500mm。氣體由擴(kuò)散層進(jìn)人土壤層。土壤層可按黏土1.2％、含有機(jī)沃土15.3％、瞬沙土53.9％和粗沙土29.6％的比例混配，厚度一般為0.5～1.0m。據(jù)報(bào)道土壤中加入某種改良劑(如3％雞糞和2％膨脹珍珠降)后，濾層透氣性不變，對(duì)甲硫酸脫除率可提高34％，對(duì)硫化靛脫除率可提高5％，對(duì)二甲基硫脫除率可提高80％，對(duì)二甲基二蜘脫除率可提高70％。 土壤除臭裝置中，除臭用的土壤層一般在50cm左右(最初土層厚度在60cm左右，久后逐漸壓實(shí)到50cm左右)，設(shè)計(jì)除臭能為一般以通人空氣中的NH3(在此以NH3計(jì))平均含量在200mg/L以下為宜。土壤下部通氣靜止壓力最好在2000～3500Pa，如果通風(fēng)速度過(guò)高就會(huì)引起土壤顆粒發(fā)生震動(dòng)而導(dǎo)致土壤壓實(shí)，致通氣阻力增加并降低除臭效果。通人的NH3如果超過(guò)了土壤微物每日能作用的量，除臭效果就會(huì)降低。另外，長(zhǎng)時(shí)間通人高溫汽體不僅會(huì)快速降低土壤水分、破壞土壤結(jié)構(gòu)，而且會(huì)使土壤微生物失活或死亡。因此，通人的空氣溫度不能超過(guò)40℃。相反，如慕通入氣體溫度低于10℃也會(huì)降低微生物的除臭能力。為了防風(fēng)、曹雨，整個(gè)土壤除臭裝置應(yīng)設(shè)置在塑料大棚內(nèi)，冬季也可以起到保的效果。 2、影響土壤除臭效果的因素 土壤微生物降解速率與下列因素有關(guān)： ( 1 ) 有機(jī)物濃度 生物降解速率與濃度成正比，但超過(guò)一定濃度，降解速率與濃度無(wú)關(guān)。 ( 2 ) 環(huán)境因子 如溫度、濕度、pH值應(yīng)控制適當(dāng)，不應(yīng)過(guò)高或過(guò)低，一般溫度為5～30℃、濕度為50％～70％、pH值為7～8。土壤處理系統(tǒng)使用一年后會(huì)發(fā)生酸化，需加入石灰石調(diào)整pH值。土壤處理法的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低，維護(hù)管理方便，在土壤上還可以種植花草進(jìn)行綠化。缺點(diǎn)是占地面積大，開(kāi)放式的場(chǎng)地在大雨天會(huì)由于土壤通氣性的惡化而降低處理效果。 ( 3 ) 土壤厚度 土壤層越厚，其中的微生物量越多，因此，除臭效果越好，但隨著土壤層厚度的增加，系統(tǒng)的壓降一般會(huì)增加，從而影響去除效果。 土壤法適合于處理低中含量臭氣，而且所用的土壤要求具有質(zhì)地疏松、富含有機(jī)質(zhì)、通氣性和保水性能強(qiáng)等特點(diǎn)，符合這些條件的土壤主要有火山灰土和腐殖質(zhì)土(如森林表層土)。在無(wú)法得到上述土壤的情況下，也可以利用一些肥沃的表層土壤與一些有機(jī)材料等按一定比例進(jìn)行人工配制。土壤法具有脫臭能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)管理簡(jiǎn)單以及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。 土壤除臭法最大的缺點(diǎn)是占用土地面積大，因此，在土地面積狹小的場(chǎng)所無(wú)法采用。為了克服這一缺點(diǎn)，在實(shí)際運(yùn)用中可以添加一些質(zhì)地疏松、通氣性好的無(wú)機(jī)材料，可以在一定程度上減少占用土地面積。但使用一定時(shí)間后，除了因?yàn)榧?xì)小的土壤顆粒進(jìn)入這些無(wú)機(jī)材料的小孔隙使其通透性降低外，土壤本身也會(huì)逐漸變得堅(jiān)實(shí)，使其通氣性大大降低，而且會(huì)發(fā)生酸化。因此使用一段時(shí)間后應(yīng)將土壤翻起進(jìn)行人工疏松以利于空氣流通，并加入石灰石調(diào)整pH值。此外，在溫暖季節(jié)土壤表層容易生長(zhǎng)雜草，因?yàn)楦档纳L(zhǎng)也會(huì)影響土壤的通氣性，所以最好及時(shí)除去。當(dāng)然，在不影響通氣的情況下也可以種植少量花草美化環(huán)境。 為了克服土壤除臭法占地面積大的缺點(diǎn)，近幾年又開(kāi)發(fā)出了珍巖棉除臭法。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中珍珠巖棉通常作為營(yíng)養(yǎng)液栽培的基質(zhì)破廣泛使用，由于該材料膨松、密度小(400kg/m3左右)，通氣阻力只有土壤的1/5~1/3，使用該材料制作的除臭裝置充填高度可為土壤的3～5倍，因此除臭裝置占地面積大大減少。但是因?yàn)檎渲閹r棉材料膨松、通氣性好，因此很容易失水而干燥，因此在庚用這種方法時(shí)除臭槽的上部必須配有散水管道定時(shí)補(bǔ)充散失的水分。另外，珍珠巖棉是一種無(wú)機(jī)性材料，本身的吸附能力很小，無(wú)除臭能力。所以必須通過(guò)接種微生物和提供微生物活動(dòng)所需的營(yíng)養(yǎng)物隕后，除臭裝置才具有除臭效果。通常在制作除臭裝置時(shí)，向珍珠堵棉中混合一定比例的富含微生物的有機(jī)性材料，如腐殖質(zhì)土、活性污泥等，需經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的馴化后就有非常好的除臭效果。 3.1.2堆肥除臭法 堆肥發(fā)酵除臭是以污水處理廠的污泥、城市垃圾、動(dòng)物糞便等腎機(jī)物為原料，經(jīng)好氧發(fā)酵得到的熟化堆肥中存在著許多微生物，目此將臭氣直接通人處于后熟階段的堆肥材料中，以達(dá)到消除臭氣目的。 堆肥法一般分為兩種類(lèi)型：1、堆肥覆蓋在廢氣發(fā)生源或出口自然生化除臭；2、廢氣發(fā)生源較多時(shí)，集中送到除臭裝置中除其裝置流程與土壤法類(lèi)似，利用泥炭、堆肥、木屑、植物枝權(quán)為填料，彼此相互混合形成一種有利于氣體通過(guò)的疏松結(jié)構(gòu)，即巴層。在地面挖淺坑或筑池，池底設(shè)排水管，在池的一側(cè)或中央設(shè)輸總管，總管上再接出直徑約125mm的多孔配氣支管，并覆蓋沙等材料，形成厚50～100mm的氣體分配層，在分配層上再攤放500～600mm的堆肥過(guò)濾層。過(guò)濾氣速通常在0.01～0.1m/s。堆肥是微生物繁殖最適宜的場(chǎng)所，好氧細(xì)菌的繁殖密度高，因整個(gè)設(shè)備緊湊，去除效果要比土壤法好，氣固接觸時(shí)間只需30s，而土壤法則需60s以上。 因而與土壤法相比，占地面積可大大縮小。為保證凈化效果，必須保證濾層溫度適當(dāng)、阻力均勻而穩(wěn)定，所以在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中要經(jīng)常觀測(cè)。濾層表面受損或材料腐蝕，可能造成濾層板結(jié)；溫度不均勻或過(guò)分干燥，濾層可能形成裂縫。出現(xiàn)上述情況，必須用機(jī)械將濾層扒松、平整。如經(jīng)上述處理后，濾層阻力仍過(guò)大，則必須更換填料。如果廢氣含塵過(guò)大則最好經(jīng)過(guò)預(yù)除塵處理。但由于堆肥是由可生物降解的物質(zhì)所構(gòu)成的，因而壽命有限。運(yùn)行一年后，系統(tǒng)也會(huì)發(fā)生酸化，應(yīng)及時(shí)調(diào)整pH值，同時(shí)要定期補(bǔ)充微生物生長(zhǎng)所需的碳素養(yǎng)料，一般兩年補(bǔ)給一次。這種除臭方法的效果不穩(wěn)定，常因堆肥種類(lèi)和性質(zhì)不同除臭效果相差很大。但由于這種方法不需要專(zhuān)門(mén)建設(shè)除臭裝置，因而可以節(jié)省土地和設(shè)備投資，所以是一種非常有前途的除臭方法。近幾年來(lái)，為克服開(kāi)放式系統(tǒng)的缺點(diǎn)并增強(qiáng)過(guò)程的控制能力，歐美一些國(guó)家開(kāi)發(fā)了許多封閉式的生物過(guò)濾器產(chǎn)品。目前，對(duì)于如何提高該方法的除臭效果正處于研究之中。 3.1.3土壤及堆肥法填料選擇 土壤及堆肥法填料選擇理想的填料應(yīng)具有以下性質(zhì)： 1、最佳的微生物生長(zhǎng)環(huán)境使?fàn)I養(yǎng)物、濕度、pH值和碳源的供應(yīng)不受限制。 2、較大的比表面積。堆肥和土壤的比表面積都在1～100m2/g。較大的比表面積可以為臭味去除的兩種機(jī)制(微生物增長(zhǎng)和吸附)提供路徑。有機(jī)填料的吸附能力可以使去除臭味的生物過(guò)濾器耐沖擊能力增加。 3、一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，較低的個(gè)體密度，防止填料壓實(shí)。填料壓實(shí)會(huì)使壓降升高、氣體停留時(shí)間縮短；增加氣體流速、減小填料的粒徑會(huì)使流經(jīng)填料的壓降增加。而任何壓降的增加都會(huì)導(dǎo)致運(yùn)行費(fèi)用的提高。常用的堆肥、泥煤等都具有較低的個(gè)體密度，但是其含有的有機(jī)物會(huì)逐漸降解，這不僅使填料壓實(shí)，還要在一定時(shí)間千更換，即有壽命限制。將有機(jī)填料和惰性的填充劑混合使用，壽可高達(dá)5年，一般為2～4年。為了提高填料性能、降低壓降，一般要求60％的填料顆粒直徑大于4mm。填料的填充高度一般為0.5～2.5m，常用1.0m，因?yàn)樯疃仍黾涌梢詼p少占地面積，但卻使壓降增加。 4、填料的濕度(含水量)是生物過(guò)濾器最重要的操作參數(shù)。嚏料的濕度太低會(huì)使微生物失活，并且填料會(huì)收縮破裂而產(chǎn)生氣體匠流；填料的濕度太高，則不僅會(huì)使氣體通過(guò)濾床的壓降增高、停日時(shí)間降低，而且由于空氣/水界面的減少而引起供氧不足，形成飛氧區(qū)域從而產(chǎn)生臭味并使降解速率降低。大多數(shù)試驗(yàn)表明：填料的濕度在40％～60％(濕重)范圍內(nèi)時(shí)生物濾膜的性能較為穩(wěn)定；對(duì)于致密的、排水困難的填料和憎水性VOC，最佳含水率在40％附近；而對(duì)于密度較小、多孔性的填料和親水性VOC，則最掛濕度為60％或更多。影響填料濕度變化的主要因素有：濕度未飽和的進(jìn)氣、生物氧化、與周?chē)鷾囟冗M(jìn)行熱交換等。泥炭和堆肥有很好的持水能力。泥炭的含水率在75％～80％時(shí)微生物的活性較高，當(dāng)其含水率低于30％時(shí)，微生物基本失活。 5、高孔隙率使氣體有較長(zhǎng)的停留時(shí)間?？紫堵蕦?duì)氣體通過(guò)濾床的壓降有重要影響。有機(jī)濾料的孔隙率范圍，土壤為40％～50％，堆肥為50％～80％，泥炭有高達(dá)90％的孔隙率，而且有1/5的孔徑小于30μm。泥炭開(kāi)放的孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)通過(guò)的氣流產(chǎn)生最小的阻力，但它必須由堅(jiān)挺的物質(zhì)來(lái)支撐以防止變黏。 3.2生物過(guò)濾池 3.2.1生物過(guò)濾池原理 典型的生物過(guò)濾系統(tǒng)如圖所示。生物脫臭是一個(gè)氣體擴(kuò)散和生化反應(yīng)的綜合過(guò)程。含污染物的氣體首先進(jìn)入調(diào)節(jié)器進(jìn)行潤(rùn)濕，然后進(jìn)入生物濾池。當(dāng)潤(rùn)濕的廢氣通過(guò)附有生物膜的填料層時(shí)，氣體中的惡臭物質(zhì)溶于水，被附著在填料表面的微生物吸附、吸收，在生物細(xì)胞內(nèi)分解為CO2、H2O、S、SO42－、SO32－、NO3－等無(wú)害小分子物質(zhì)。凈化后的氣體經(jīng)過(guò)排氣口排出，其裝置如圖3.1所示。 圖3.1 生物濾池裝置 生物濾池的進(jìn)氣方式可采用升流式或下降式，前者容易造成深層填料干化，后者則可避免填料的干化，并可防止未經(jīng)填料凈化的顆粒性污染物排出。為防止氣體中顆粒物造成濾池堵塞，廢氣進(jìn)人濾池前必須除塵。生物濾池的技術(shù)特點(diǎn)是體系中的微生物是固定附著在填料上面，而且所用填料可以為微生物提供足夠的養(yǎng)分，無(wú)需另外添加營(yíng)降物質(zhì)，填料的使用壽命視種類(lèi)一般為3～5年，因此具有設(shè)備少、降作簡(jiǎn)單、不需外加營(yíng)養(yǎng)物、投資運(yùn)行費(fèi)用低、除臭效率高等優(yōu)點(diǎn)。但其缺點(diǎn)是反應(yīng)條件控制較難、占地面積大，基質(zhì)濃度高時(shí)，生物量增長(zhǎng)快而易堵塞填料、影響傳質(zhì)效果。生物濾池填料層的厚度一般約1.0～2.0m，可以為單級(jí)或多級(jí)，面積視處理氣體量和處理效果而定。常用的填料種類(lèi)有：含微生物量較高的木屑，富含纖維質(zhì)物質(zhì)，質(zhì)地疏松、通氣性好和非常睡合于微生物生長(zhǎng)和繁殖的泥炭土(或草甸土)，以及透氣性好、吸附性強(qiáng)、持水性適中的鋸末、樹(shù)皮、樹(shù)葉、干草、谷殼、木渣和貝殼等組成的單一填料或混合填料，這些物質(zhì)本身含有大量各種微生物及其所需無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)成分，因此不需外加營(yíng)養(yǎng)物。但由于在運(yùn)行過(guò)程中填料本身為附著于其上的微生物提供一定的養(yǎng)分，能被微生降解，因此存在運(yùn)行一定時(shí)間后因填料降解而導(dǎo)致的透氣性、去除效果變差等問(wèn)題，應(yīng)注意觀察填料的變化，以便及時(shí)更換。 3.2.2影響生物過(guò)濾池除臭效果的因素 廢氣中污染物質(zhì)的種及含量、濕度、溫度、pH值以及所用填料特性等。 1、廢氣中污染物質(zhì)的種類(lèi)及含量 廢氣中的污染物應(yīng)為可以微生物利用和降解的有機(jī)或無(wú)機(jī)物質(zhì)，而且不含有對(duì)微生物生長(zhǎng)抑制作用的有毒物質(zhì)。對(duì)于生物過(guò)濾池，廢氣中的污染物含量宜過(guò)高，若含量過(guò)高將會(huì)使微生物大量繁殖，從而導(dǎo)致填料的空率大大降低，最終影響除臭效果和使用壽命。研究表明，使用生過(guò)濾池時(shí)，適宜的有機(jī)物質(zhì)量濃度為1000mg/m3以下，不應(yīng)高于3000～5000mg/m3。另外，廢氣中的化合物應(yīng)是溶于水和可生物降解的，廢氣中不含大量對(duì)微生物有毒的物質(zhì)及大量的灰塵、油脂等。 2、濕度 在生物過(guò)濾池中，填料層的均衡潤(rùn)濕性制約著生物濾池的透氣性和處理效果。若潤(rùn)濕效果不夠，生物過(guò)濾池中的填料會(huì)變干并生成裂紋，嚴(yán)重影響廢氣通過(guò)填料層的均勻性，導(dǎo)致除臭效果變差；但是過(guò)分濕潤(rùn)會(huì)形成高氣動(dòng)阻力的無(wú)氧區(qū)，從而會(huì)減少?gòu)U氣中污染物與填料層的接觸時(shí)間，并生成帶有氣味的揮發(fā)物。因此廢氣在進(jìn)入生物濾池之前須先經(jīng)過(guò)潤(rùn)濕，一般進(jìn)氣的濕度應(yīng)大于95％，以保證填料具有一定的持水率。 3、溫度和pH值 每種微生物均有一合適的生長(zhǎng)溫度和pH值，因此，溫度和pH值是影響微生物生長(zhǎng)的關(guān)鍵因素。廢氣生物凈化的中溫是20～37℃，高溫是50～65℃，在此范圍內(nèi)生物過(guò)濾池都可正常運(yùn)行。一般溫度為5℃～65℃。在廢氣生物凈化過(guò)程中，含氯有機(jī)物、NH3、H2S的氧化分解會(huì)導(dǎo)致凈化環(huán)境中的pH下降，它將影。向微生物的生化作用，可通過(guò)在生物濾池的填料上噴灑pH值緩沖劑來(lái)穩(wěn)定pH值。 4、所用填料特性 生物過(guò)濾池所選用的填料特性也是影響其處理效果的關(guān)鍵因素。填料的選擇不僅要考慮到比表面積、機(jī)械強(qiáng)度、化學(xué)穩(wěn)定性及價(jià)格等方面，還要考慮持水性的問(wèn)題。 3.3生物滴濾池 3.3.1生物滴濾池原理 生物滴濾池是介于生物過(guò)濾池和生物洗滌池之間的生物除臭裝置，該裝置與生物濾池的最大區(qū)別在于其填料上方噴淋循環(huán)液，在循環(huán)液中接種了經(jīng)污染物馴化的微生物菌種。含有污染物的氣體經(jīng)過(guò)或不經(jīng)過(guò)預(yù)處理，進(jìn)人生物濾池。當(dāng)潤(rùn)濕的廢氣通過(guò)附有生物膜的填料層時(shí)，氣體中的惡臭物質(zhì)溶于水，被循環(huán)液和附著在填料表面的微生物吸附、吸收，達(dá)到凈化氣體的目的。凈化后的氣體經(jīng)過(guò)排氣口排出。典型的生物滴濾系統(tǒng)如圖3.2所示。 圖3.2 生物滴濾池裝置 在運(yùn)行啟動(dòng)初期，首先要在填料表面掛上生物膜。具體做法如：在循環(huán)液中接種丁經(jīng)馴化的微生物菌種，微生物利用溶解于液相中的污染物進(jìn)行代謝繁殖，并附著于填料表面，形成微生物膜。掛膜后，當(dāng)氣相主體的污染物和氧氣經(jīng)過(guò)傳輸進(jìn)入微生物膜時(shí)，微生物進(jìn)行好氧呼吸，將污染物分解，其代謝產(chǎn)物則通過(guò)擴(kuò)散作用外生物滴濾池的進(jìn)氣方式可以分為水氣逆流、并流兩種。生物滴濾池的技術(shù)特點(diǎn)是體系中的微生物既有固定附著在填料上的，也有懸浮在循環(huán)液中的，因此生物滴濾池兼有生物過(guò)濾和生物洗滌雙重作用。而且生物滴濾池不要求氣體在進(jìn)入裝置前進(jìn)行預(yù)濕處理，生物滴濾池的吸收和液相的再生同時(shí)發(fā)生在一個(gè)反應(yīng)裝置內(nèi)。一般情況下，氣體很快會(huì)到達(dá)水飽和液，如果廢氣中含有灰塵或顆粒物，它們?cè)诮?jīng)過(guò)載體時(shí)會(huì)被清除。 生物滴濾池的優(yōu)點(diǎn)是：設(shè)備少、操作簡(jiǎn)單，液相和生物相均循環(huán)流動(dòng)，生物膜附著在惰性填料上，壓降低，填料不易堵塞，對(duì)污染物的去除效率高；但其缺點(diǎn)是需外加營(yíng)養(yǎng)物，運(yùn)行成本較生物濾池高等。生物滴濾池填料層的厚度一般約1.0～2.0m，可以為單級(jí)或多級(jí)視處理氣體量和處理效果而定。與生物濾池不同的是，生物濾池所用的填料為無(wú)機(jī)惰性填料，不能為微生物的生長(zhǎng)提供營(yíng)養(yǎng)作為微生物附著的載體，填料的表面系數(shù)(即單位柱體積接)比較低，這就為氣體通過(guò)提供了大量的空間，使氣體通過(guò)填料柱時(shí)的壓力損失小，同時(shí)也避免了由微生物生長(zhǎng)和生物膜疏松起的空間堵塞現(xiàn)象。常用的填料有：絲網(wǎng)、ACOF、爐渣、浮藻石、鮑爾環(huán)、拉西環(huán)、鋼環(huán)、陶粒、沸石、瓷環(huán)、輕質(zhì)陶面空心塑料小球、塑料填料、顆粒活性炭、碳素纖維等。 3.3.2生物滴濾池凈化效果的影響因素 影響生物滴濾池除臭效果的因素主要有：填料、溫度、濕度、PH值、營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)以及操作方式等。 3.4生物洗滌池 3.4.1生物洗滌池原理 生物洗滌池，又稱(chēng)生物洗滌器(裝置)，實(shí)際上是一個(gè)懸浮活性污泥處理系統(tǒng)，對(duì)惡臭氣體的去除過(guò)程分為吸收和生物降解反應(yīng)兩個(gè)過(guò)程。生物洗滌池由傳質(zhì)洗滌器和生物降解反應(yīng)器組成，它們的容積比為1.5～2.0，出水需設(shè)二沉池。廢氣首先進(jìn)入洗滌器，與惰性填料上的微生物及由生化反應(yīng)器過(guò)來(lái)的泥水混合物進(jìn)行傳質(zhì)吸附、吸收，部分有機(jī)物在此被降解，液相中的大部分有機(jī)物進(jìn)人生化反應(yīng)器，通過(guò)懸浮污泥的代謝作用被降解掉，生化反應(yīng)器出水進(jìn)入二沉池進(jìn)行泥水分離，上清液排出，污泥回流。生物吸收裝置的一般流程如圖3.3所示。 圖3.3 生物洗滌池裝置 生物洗滌池的技術(shù)特點(diǎn)是：水相和生物相均循環(huán)流動(dòng)，生物為懸浮狀態(tài)，洗滌器中有一定生物吸附和生物降解作用。其優(yōu)點(diǎn)是反應(yīng)條件易控制，壓降低，填料不易堵塞；但設(shè)備多，需外加營(yíng)養(yǎng)物，成本較高，填料比表面積小，限制了微溶化合物的應(yīng)用范圍。 在生物洗滌過(guò)程中，吸收過(guò)程是一個(gè)物理過(guò)程，主要決定于所選的吸收器中流體的流動(dòng)狀態(tài)。通常吸收過(guò)程是較快的，水的停留時(shí)間大約只需幾秒鐘。而水在生物反應(yīng)器中的再生過(guò)程則較慢，水在生物反應(yīng)器中的停留時(shí)間從幾分鐘到12h。由于吸收和再生所需要的時(shí)間不同，生物的再生就需要用專(zhuān)門(mén)的生物反應(yīng)器。 生物反應(yīng)器可以是一個(gè)敞開(kāi)的槽或封閉的容器。在生物反應(yīng)器中，含有細(xì)菌、污染物和氣泡的水叫做生物懸浮液，生物生長(zhǎng)所需的氧用分散氣泡的方法輸入，在空氣通過(guò)生物反應(yīng)器的過(guò)程中，其中的氧溶于水以維持生物生長(zhǎng)，并從水中吸收二氧化碳和包含在生物懸浮液中的部分氣態(tài)污染物，因此生化反應(yīng)進(jìn)行的速度主要取決于氧的輸入速度。 3.4.2生物洗滌池的影響因素 影響洗滌法處理惡臭氣體的去除效率的因素主要有氣液比、氣液接觸方式、惡臭物質(zhì)的溶解性和可生物降解性、污泥濃度以及pH值等因素。 3.4.3生物洗滌法工藝 通常生物洗滌法有洗滌式活性污泥脫臭法和曝氣式活性污泥脫舉法兩種工藝： 1、洗滌式活性污泥脫臭法 該法的主要原理是將惡臭物質(zhì)和懸浮泥漿的混合液充分接觸，使之在吸收器內(nèi)從臭氣中去除掉，滌液再送到反應(yīng)器中，通過(guò)懸浮生長(zhǎng)的微生物的代謝活動(dòng)降解溶的惡臭物質(zhì)。這種方法可以處理大氣量的臭氣，同時(shí)操作條件易于控制，占地面積較小，壓力損失也較小，實(shí)際中有較大的適用范圍。日本某造廠、德國(guó)某印刷廠采用該法處理惡臭氣體都取得了很好的脫臭果，但這種方法設(shè)備費(fèi)用大、操作復(fù)雜而且需投加營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，因其應(yīng)用受到了一定限制。 2、曝氣式活性污泥脫臭法 這種方法是日本福山等人在20 世紀(jì)80年代初最先開(kāi)發(fā)成功的，是將惡臭物質(zhì)以曝氣形式分散到含活性污泥的混合液體中，通過(guò)懸浮生長(zhǎng)的微生物降解惡臭物質(zhì)，現(xiàn)已應(yīng)用于屎尿處理場(chǎng)和污水處理場(chǎng)的臭氣處理。這與廢水的活性污泥法處理過(guò)程極為相似。而在德國(guó)、美國(guó)的文獻(xiàn)中還沒(méi)看到有關(guān)這種方法的報(bào)道。有報(bào)道指出，當(dāng)活性污泥經(jīng)過(guò)馴化后，對(duì)任何不超過(guò)極限負(fù)荷量的臭氣成分，其去除率均可高達(dá)99.5％以上。對(duì)于已建有污水處理設(shè)備的臭氣處理來(lái)說(shuō)，只需設(shè)置風(fēng)機(jī)和配管，將臭氣引入曝氣池內(nèi)即可進(jìn)行脫臭，因此該法十分經(jīng)濟(jì)，但由于受到曝氣強(qiáng)度的限制，該法的應(yīng)用還有一定的局限性。目前見(jiàn)到的改善方法是向活性污泥中添加粉狀活性炭。這可提高其抗沖擊負(fù)荷的能力，并改善消泡現(xiàn)象和提高對(duì)惡臭物質(zhì)的分解能力. 3.5各種生物法工藝與技術(shù)比較 生物法凈化惡臭氣體工藝與技術(shù)的比較如表3.1所示 表3.1 生物法凈化惡臭氣體工藝與技術(shù)的比較： 生物法工藝 優(yōu)點(diǎn) 缺點(diǎn) 土壤法 土壤法具有脫臭能力強(qiáng)、運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)管理簡(jiǎn)單以及運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低 占用土地面積大，使其通透性降低外，其通氣性大大降低，而且會(huì)發(fā)生酸化 堆肥法 堆肥是微生物繁殖最適宜的場(chǎng)所，好氧細(xì)菌的繁殖密度高，去除效果比土壤法好，占地面積可縮小。 壽命有限，系統(tǒng)發(fā)生酸化，要調(diào)整pH值，定期補(bǔ)充微生物生長(zhǎng)所需的碳素養(yǎng)料，一般兩年補(bǔ)給一次。 生物過(guò)濾池 具有設(shè)備少、操作簡(jiǎn)單、不需外加營(yíng)養(yǎng)物、投資運(yùn)行費(fèi)用低、除臭效率高等優(yōu)點(diǎn)。 反應(yīng)條件控制較難、占地面積大，基質(zhì)濃度高時(shí)，因生物量增長(zhǎng)快而易堵塞填料、影響傳質(zhì)效果。 生物滴濾池 設(shè)備少、操作簡(jiǎn)單，液相和生物相均循環(huán)流動(dòng)，壓降低，填料不易堵塞，對(duì)污染物的去除效率高，生物滴濾池比生物濾池的運(yùn)行生命周期要長(zhǎng)。池可做成塔狀結(jié)構(gòu)，即可減