余姮蓉

摘 要：目前市面上惡臭污染物的控制方式有多種多樣，例如生物除臭、植物液除臭和離子除臭技術(shù)等。從前期投資、運(yùn)行成本、處理效果、運(yùn)行穩(wěn)定性、維護(hù)管理、技術(shù)成熟度等幾個(gè)方面綜合考慮，生物除臭有著明顯的優(yōu)勢(shì)，而其中生物滴濾池工藝廣受用戶(hù)的青睞。

關(guān)鍵詞：生物滴濾池；除臭工藝；數(shù)學(xué)模型

污水廠、污水泵站等市政行業(yè)實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生對(duì)人體損害較大污染物主要有硫化氫、氨氣和臭氣濃度（無(wú)量綱）等，本文將著重對(duì)生物滴濾池工藝的特性和模型研究展開(kāi)剖析和描述。

一、生物除臭技術(shù)概述

生物除臭主要是通過(guò)專(zhuān)門(mén)培養(yǎng)在生物填料上的高效微生物菌株形成的生物膜，一方面以廢氣中的污染物為養(yǎng)料，進(jìn)行生長(zhǎng)繁殖；另一方面將廢氣中的有毒、有害惡臭物質(zhì)分解，降解成無(wú)毒無(wú)害的 CO2，H2O，H2SO4，HNO3等簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)物，以達(dá)到惡臭的治理目的。

目前生物惡臭治理技術(shù)主要有由土壤脫臭法和填充塔型生物脫臭法。其中填充塔型生物脫臭反應(yīng)器可分為生物濾池、生物滴濾池和生物洗滌器：生物濾池填料采用樹(shù)葉、樹(shù)皮、木屑、土壤、泥炭等，惡臭氣體需進(jìn)行預(yù)濕化，占地面積大；生物滴濾池填料采用多孔、比表面積大的無(wú)機(jī)惰性填料，富集的微生物量多，占地面積??；生物洗滌器主要是將惡臭物質(zhì)吸收、轉(zhuǎn)換成液相后再脫臭處理。

二、生物滴濾池除臭技術(shù)原理

惡臭物質(zhì)無(wú)法直接被微生物利用或者消解，需先溶解于液相并通過(guò)液相傳播，促使惡臭物質(zhì)被微生物吸附、吸收，最后通過(guò)微生物的新陳代謝活動(dòng)進(jìn)行能源以及營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和分解，從而形成無(wú)害的化合物質(zhì)。生物滴濾池的進(jìn)氣方式可分為水氣逆流、并流兩種，填料層的厚度一般約為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。

微生物菌種經(jīng)接種、馴化后，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)散作用外排。

生物滴濾池采用表面系數(shù)較低的無(wú)機(jī)惰性填料作為微生物載體，這就為氣體通過(guò)提供了大量的空間，使氣體通過(guò)填料時(shí)的壓力損失小，同時(shí)也避免了由微生物生長(zhǎng)和生物膜疏松引起的空間堵塞現(xiàn)象。常用的填料有：絲網(wǎng)、ACOF、爐渣、浮石、海藻石、鮑爾環(huán)、拉西環(huán)、鋼環(huán)、陶粒、沸石、瓷環(huán)、輕質(zhì)陶塊、多面空心塑料小球、塑料填料、顆?；钚蕴?、碳素纖維等。

從上圖可知，生物脫臭工藝主要是通過(guò)三相交匯、傳播、轉(zhuǎn)換等方式達(dá)到消除惡臭物質(zhì)的處理過(guò)程。例如甲苯的濃度在 500～1000mg/m3以下的時(shí)候所產(chǎn)生的反應(yīng)被稱(chēng)之為一級(jí)反應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)生物膜表面當(dāng)中的某一反應(yīng)面進(jìn)行反應(yīng)；若其中產(chǎn)生的生化反應(yīng)速率較快時(shí)，可實(shí)現(xiàn)在氣液中直接處理。當(dāng)液相中的濃度產(chǎn)生降解作用時(shí)，氣相轉(zhuǎn)入液相的能力也隨之增加，吸收速率也快速增加，最終實(shí)現(xiàn)生物快速脫臭。惡臭氣體成分不同，微生物種類(lèi)不同，分解代謝的產(chǎn)物也不一樣。例如生物底濾工藝處理H2S，流程如下：

H2S+O2+自氧硫化細(xì)菌+CO2→合成細(xì)胞物質(zhì)+SO42-+H2O+CH3SH→CH4+H2S→CO2+H2O+ SO42-

專(zhuān)性的自養(yǎng)型硫氧化菌會(huì)在一定條件下將H2S氧化成硫酸根；當(dāng)惡臭氣體為甲硫醇等有機(jī)硫時(shí)，首先需要異養(yǎng)型微生物將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化成H2S，然后再由自養(yǎng)型微生物氧化成硫酸根；當(dāng)惡臭氣體為NH3時(shí)，在有氧條件下，經(jīng)亞硝酸細(xì)菌和硝酸細(xì)菌的硝化作用轉(zhuǎn)化為硝酸，在兼性厭氧的條件下，硝酸鹽還原細(xì)菌將硝酸鹽還原為氮?dú)?；?dāng)惡臭物質(zhì)為胺類(lèi)時(shí)，在有氧的條件下氧化成有機(jī)酸，再進(jìn)一步氧化分解成二氧化碳和水。

三、生物滴濾池除臭技術(shù)模型研究

生物膜是一種典型的軟凝聚態(tài)物質(zhì)，代表了一種穩(wěn)定的由微生物細(xì)胞組成的復(fù)雜混合物的微生態(tài)系統(tǒng)，細(xì)胞鑲嵌在胞外聚合物基質(zhì)中，并且附著在固體表面。通過(guò)構(gòu)建出一系列的數(shù)學(xué)模型，直接利用這些生物膜模型可以更好地了解生物膜的結(jié)構(gòu)和種群動(dòng)力學(xué)，評(píng)價(jià)特定微生物種群的行為特性，闡明生物膜附著和解附的機(jī)理，研究生物膜中不同微生物群落的生態(tài)效應(yīng)。生物膜數(shù)學(xué)模型可分為穩(wěn)態(tài)生物膜模型和生物膜增長(zhǎng)動(dòng)力學(xué)模型。穩(wěn)態(tài)生物膜模型研究前提假設(shè)條件為生物膜表面須光滑、厚度均一；具有均一細(xì)胞密度，且垂直膜厚方向分布均勻；生物膜質(zhì)量傳遞方式為分子擴(kuò)散，底物濃度僅在垂直膜厚方向上改變；除限制性底物外，其他營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)均足量；不區(qū)分底物降解速率的快慢；不考慮捕食生物作用以及生物膜水流主體之間物質(zhì)的相互作用等。

在本文當(dāng)中，主要以生物滴濾池去除H2S的除臭技術(shù)為主要的研究對(duì)象，對(duì)載氣和基質(zhì)（H2S）的混合氣體進(jìn)行研究，在研究的過(guò)程當(dāng)中，需要從濾池底部將氣體送入，從而保證池內(nèi)混合氣體呈現(xiàn)出推流式流動(dòng)的狀態(tài)，在經(jīng)過(guò)生物膜的填料凈化之后就可以達(dá)到從頂部排出的效果。在進(jìn)行降解的過(guò)程當(dāng)中可以實(shí)現(xiàn)噴淋水自上而下均勻地流過(guò)生物膜表面，從而達(dá)到與混合氣體充分接觸的效果。

在這個(gè)過(guò)程當(dāng)中，主要是呈現(xiàn)出了穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的狀態(tài)，其中在反應(yīng)器內(nèi)部的基質(zhì)可以實(shí)現(xiàn)在氣體自身當(dāng)中的傳播速率，保證其基質(zhì)內(nèi)部的濃度等一系列參數(shù)，其中的氣體和生物膜之間的接觸阻力方面也可以進(jìn)行忽略不計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)在界面處生物膜內(nèi)的基質(zhì)濃度呈現(xiàn)出平衡關(guān)系的狀態(tài)當(dāng)中。在進(jìn)行模型的建立當(dāng)中，如果生物膜的厚度δ遠(yuǎn)小于填料的直徑，并且在氣體的傳播過(guò)程當(dāng)中主要是以擴(kuò)散的方式進(jìn)行傳播的，因此在基質(zhì)自身的濃度較低的情況下，對(duì)于生物膜內(nèi)部的基質(zhì)消耗的速率就可以按照零級(jí)反應(yīng)計(jì)算；在進(jìn)行模型計(jì)算的過(guò)程當(dāng)中，在密度方面是可以實(shí)現(xiàn)均勻的現(xiàn)象，因此在生物膜當(dāng)中呈現(xiàn)出了穩(wěn)態(tài)生物膜的現(xiàn)象。因此綜上所述，進(jìn)行生物膜內(nèi)基質(zhì)消耗速率方程為：

在進(jìn)行實(shí)現(xiàn)生物滴濾池的降解過(guò)程當(dāng)中，主要可以分為氣相、液相、生物相三種形式，其中在進(jìn)行降解消耗的過(guò)程當(dāng)中由于溫度所引起的變化可以忽略不計(jì)，因此可以將溫度作為常量來(lái)進(jìn)行研究。

在生物膜法中，污染物的去除是依靠生物膜的正常代謝活動(dòng)和保持好氧層膜的生物活性來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此底物及溶解氧與生物膜接觸并擴(kuò)散到生物膜中試擺正生物膜發(fā)揮生物氧化作用的前提條件。

結(jié)語(yǔ)：綜上所述，去除惡臭是進(jìn)行環(huán)境治理的一項(xiàng)重要的內(nèi)容。在進(jìn)行惡臭治理的過(guò)程當(dāng)中需要充分的利用生物滴濾池的的運(yùn)行，來(lái)有效的實(shí)現(xiàn)對(duì)氨氣等污染物的去除，實(shí)現(xiàn)對(duì)氣體當(dāng)中的氨氣濃度在生物作用的基礎(chǔ)上進(jìn)行效率的限制，達(dá)到對(duì)惡臭環(huán)境的相關(guān)治理，保證人們對(duì)于環(huán)境的最大需求。

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