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(guó)居民的生活質(zhì)量不斷提高，對(duì)周圍生活環(huán)境的要求日益嚴(yán)格。由于惡臭氣體對(duì)居民生活影響范圍較廣，已成為引發(fā)居民投訴的主要對(duì)象。長(zhǎng)時(shí)間處于低濃度惡臭氣體環(huán)境中，不僅對(duì)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(duì)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(chǎng)及各種工業(yè)廢氣和異味的場(chǎng)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?jiǎn)單的無機(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(jí)噴霧洗滌吸收處理（必要時(shí)可添加洗滌吸收液）、多級(jí)生物濾床吸收分解及后級(jí)強(qiáng)化處理功能，并附有營(yíng)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(yíng)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(yíng)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(yíng)養(yǎng)。營(yíng)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(duì)惡臭氣體良好的去除效果，其中惡臭氣分子與營(yíng)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(duì)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(yíng)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(guó)外學(xué)者對(duì)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(duì)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(duì)而言，國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)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(duì)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〈?、?jìng)爭(zhēng)共代謝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(zhǎng)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(zhǎng)場(chǎng)所；（2）對(duì)水分具有一定持水率；對(duì)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(duì)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(duì)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(duì)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(zhǎng)，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(chǎng)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(duì)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(duì)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(zhǎng)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(duì)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(duì)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(duì)于微生物的生長(zhǎng)、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(cè)pH 計(jì)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，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(duì)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(duì)于特殊污染物質(zhì)和對(duì)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(yíng)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(yíng)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?。其未來的發(fā)展趨勢(shì)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(duì)工程的設(shè)計(jì)與運(yùn)行提供指導(dǎo)。