（环境科学专业论文）多层生物滤塔净化硫化氢废气研究.pdf

摘要 摘要 恶臭污染被认定为世界七大公害之一，其中含硫的污染物危害极大，一般 以硫化氢的形式广泛存在。本课题以硫化氢作为研究对象，利用生物过滤法处 理硫化氢气体，实验采用玉米芯和木屑作为填料，着重研究了脱硫菌的筛选、 单层和多层滤塔的净化效果以及生物降解宏观动力学，主要的研究结论如下： 1 从堆肥中，经过筛选驯化得到降解s 2 。的脱硫菌株，具有较好的去除效果， 驯化成熟的菌液，经过十个小时左右，s 2 的降解率可达到8 0 ，对脱硫菌株的 生长条件进行研究，结果表明该菌株生长的最适p h 为4 o ，最适温度为3 0 。 2 采用单层填料进行去除硫化氢的实验，硫化氢的去除率随着进气流量的 增大而降低，综合考虑各种因素，实验选择0 2 m 3 h 作为进气流量，要保持9 0 以上的去除率，玉米芯填料塔的迸气负荷应小于1 4 4 7g ( h 2 s ) ( m a d ) ，木屑填料 塔的进气负荷应小于9 9 4g ( h 2 s ) ( m 3 - d ) 。在生物滤塔运行初期，填料的吸附起 主要作用，这时去除效果很好，随着填料的吸附饱和，去除率短时间下降，但 随着微生物的大量繁殖，活性提高，去除率会再度升高，在一定的进气负荷范 围内，去除率基本保持稳定。 3 采用三层生物过滤塔处理硫化氢，要保持9 0 以上的去除率，玉米芯填 料塔的进气浓度应低于2 0 0 m g m 3 ，木屑填料塔的进气浓度应低于16 0 m g m 3 ， 当进气浓度较低时，玉米芯塔具有很好的去除效果，当进气浓度小于6 0 m g m 3 时，去除率保持在9 8 以上。 4 通过研究各层填料的去除效率，结果表明，进气浓度较低时，下层填料 起了主要作用，随着进气浓度的增高，下层填料中的微生物去除能力已经达到 饱和，过高的进气浓度反而会抑制微生物的活性，使下层的填料的去除能力下 降，中层和上层这时开始起主要作用。 5 通过对填料含水率和去除率关系的研究，结果表明，单层填料时，玉米 芯塔的含水率大于6 0 时；木屑塔的含水率在4 5 5 0 之间时，去除效率最高。 三层填料时，玉米芯塔含水率应保持在6 0 7 0 ，而木屑塔的含水率在 5 0 6 0 范围时，h 2 s 的去除率最高，三层填料时，木屑塔的最适填料含水率 有所提高。 6 实验对填料的p h 进行了连续两个月的监测，木屑填料的初始p h 在6 9 摘要 左右，玉米芯填料在6 5 左右，随着填料塔的运行，填料的p h 有所下降，在运 行末期时，p h 降到4 5 之间，硫化氢的去除率并没有下降，酸性环境更加有利 脱硫菌的生长。 关键词：生物滤塔：玉米芯；木屑； 硫化氢：生物宏观动力学 l i i a b s t r a c t a b s t r a c t o d o rp o l l u t i o ni sc o n s i d e r e dt ob eo n eo ft h es e v e np o l l u t i o np r o b l e m so ft h e w o r l d h 2 s c o n t a m i n a t e dg a ss t r e a m sw a sv e r yh a r m f u l u s i n gc o r n c o ba n ds a w d u s t a sf i l l e r ，b i o f i l t r a t i o nt e c h n i q u ef o rt r e a t i n gh 2 s - c o n t a m i n a t e dg a ss t r e a m sw a s i n v e s t i g a t e d t h e s u i t a b l e t e c h n o l o g i c a lc o n d i t i o n s ，d e s u l f u r i z i n g b a c t e r i a a n d r e m o v a lk i n e t i c sh a v eb e e ns t u d i e di n t h i sp a p e r t h em a i n l yr e s u l t sw e r ea s f o l l o w s ： 1 t h r o u g has e r i e so fe x p e r i m e n t s ，t h ea c t i v a t e dm i c r o o r g a n i s m sc a m ef r o mt h e c o m p o s tl e a c h a t e t h ed e s u l f u r i z i n g - b a c t e r i ah a dag o o dc a p a c i t yf o rd e s u l f u r i z a t i o n t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a tt h er e m o v a lr a t eo fs 2 。w a s8 0 a f t e r10 h s d e g r a d a t i o n ，t h eg r o w t hp r o c e s so ft h ed e s u l f u r i z i n g - b a c t e r i ai nd i f f e r e n tc u l t i v a t i o n c o n d i t i o nh a v eb e e ns t u d i e d ，t h er e s u l t ss h o w e dt h a tt h ea p p r o p r i a t ep hv a l u ea n d t e m p e r a t u r e sw e r e4 0a n d3 0 c 2 u s i n gt h es i n g l el a y e rb i o f i l t e rt o t r e a th 2 s - c o n t a m i n a t e dg a ss t r e a m s ，t h e r e m o v a le f f i c i e n c yd e c l i n e dw i t ht h ei n c r e a s eo ft h ei n l e tc o n c e n t r a t i o no fh 2 s i n t h ee x p e r i m e n t ，t h eg a sf l o ww a s0 2 m 3 h t h er e m o v a lr a t eo fh 2 sw a sh i g h e rt h a n 9 0 w h e nt h ei n l e tv o l u m e t r i cl o a d i n gr a t eo fh 2 sb e l o w14 4 7 9 ( h 2 s ) ( m j d ) ，a n d t h ei n l e tv o l u m e t r i cl o a d i n gr a t eo fh 2 ss h o u l db e l o w14 4 7 9 ( h e s ) ( m 。d ) w h e n s a w d u s tu s e da sf i l l e r 3 u s i n gt h em u l t i l a y e rb i o f i l t e rt ot r e a th 2 s c o n t a m i n a t e dg a ss t r e a m s ，t h e f a c t o r sa f f e c t e dt h ee f f i c i e n c yo fh 2 sp u r i f i c a i t o nw e r er e s e a r c h e db yc o m p a r i n gt h e p e r f o r m a n c eo fd i f f e r e n tf i l l e r s u s i n gc o m c o ba sf i l l e r ，t h er e m o v a lr a t eo fh 2 sw a s h i g h e rt h a n9 0 w h e nt h ei n l e th y d r o g e ns u l f i d ew a sl o w e rt h a n2 0 0 m g m t h e r e m o v a lr a t eo fh 2 sw a sh i ! g h e rt h a n9 8 w h e nt h ei n l e th y d r o g e ns u l f i d ew a sl o w e r t h a n6 0 m g m t h em u l t i l a y e rb i o f i l t e rh a dah i g h e rr e m o v a lr a t eo fh 2 st h a nt h a to f t h es i n g l el a y e rb i o f i l t e r 4 t h er e m o v a lr a t eo f e a c hl a y e rw a ss t u d i e d w h e nt h ei n l e th y d r o g e ns u l f i d e w a sl o w e rt h a n4 0m g m 5 ，t h el o w e rl a y e rw h i c hw a s2 0 0m mt h i c kr e m o v e dm o r e i v t h a n9 5 o ft h et o t a lr e m o v a lr a t e t h er e m o v a lr a t eo ft h e l o w e r1 a y e rd e c l i n e dw i t h t h ei n c r e a s eo ft h ei n l e tc o n c e n t r a t i o no f h 2 s ，t h eo t h e rt w ol a y e r sp l a y e dam a i o r r o i e s ow em u s t d e s i g nt h eh e i g h to fp a c k i n g l a y e ra c c o r d i n gt ot h ei n l e t c o n c e n t r a t i o no fh 2 sa n dp u r i f i c a t i o nd e m a n di np r a c t i c e 5 t h er e l a t i o nb e t w e e nt h em o i s t u r ec o n t e n ta n dt h er e m o v a lr a t eh a v eb e e n s t u d i e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a ta c c o r d i n gt ot h es i n g l el a y e rb i o f i l t e r t h es u i t a b l e m o i s t u r ec o n t e n tr a n g e df r o m6 0 t o7 0 w h e nu s i n gc o r n c o b 懿f i l l e r , a n di t r a n g e df r o m4 5 t o5 0 w h e nu s i n gs a w d u s ta s f i l l e r a c c o r d i n gt 0t h et h e m u l t i l a y e rb i o f i l t e r , t h es u i t a b l em o i s t u r ec o n t e n tr a n g e df r o m5 0 t o6 0 w h e n u s i n gs a w d u s ta sf i l l e r u s i n gt h em u l t i l a y e rb i o f i l t e r , t h es u i t a b l em o i s t u r ec o n t e n to ft h es a w d u s tw a s s o m e w h a ti n c r e a s e d t h es u i t a b l em o i s t u r ec o n t e n to f t h ec o r n c o bk e p ti n v a r i a n t 6 p hv a l u eo ft h ef i l l e r sw e r ed e t e r m i n e df o rl a s tt w om o n t h s a tt h e b e g i r u l i n g ， p hv a l u eo ft h ec o m c o bw a s6 5 ，a n dt h es a w d u s tw a s6 9 a st h et i m ew a s g o i n g ， p hv a l u ed e c l i n e d a tt h ee n do ft h ep e r i o d ，t h ep hv a l u ew a s4t o5 t h er e m o v a l r a t eo fh 2 sk e p ts t i l l i tw a ss u i t a b l ef o rt h ed e s u l f u r i z i n g b a c t e r i ag r o w i n gi n a c i d e n v i r o n m e n t k e y w o r d s ：b i o f i l t e r ；c o r n c o b ；s a w d u s t ；h y d r o g e ns u l f i d e ；r e m o v a lk i n e t i c s v 目录 目录 摘要i i a b s t r a c t i v 目录v l 1 引言1 1 1 恶臭污染的概念1 1 1 1 恶臭污染的概念1 1 1 2 恶臭气体的危害1 1 1 3 恶臭气体的评价2 1 1 4 恶臭气体的测定方法2 1 2 硫化氢气体的污染现状3 1 2 1 硫化氢的来源3 1 2 2 硫化氢的危害4 1 2 3 硫化氢的排放标准4 1 3 硫化氢的主要去除方法4 1 3 1 生物过滤法5 1 3 2 生物滴滤法5 1 - 3 3 生物洗涤法6 1 3 4 生物法除臭的影响冈素7 1 4 硫化氢转化机理8 1 4 1 生物法净化硫化氢气体8 1 4 2 微生物降解动力学9 1 5 国内外研究现状及问题1 l 1 5 1 研究现状。l 1 1 5 2 存在问题。12 2 实验内容与方案1 3 2 1 实验内容和目的1 3 v i 目录 2 1 1 生物除臭：i ：艺的选择1 3 2 1 2 实验目的13 2 1 3 实验内容。13 2 2 实验装置1 4 2 2 1 实验装置的构成。1 4 2 2 2 填料的选择1 4 2 2 3 工艺流程15 2 3 分析项目及方法15 2 4 微生物计数1 6 2 4 1 培养基l6 2 4 2 样品稀释液的制备1 7 2 4 3 平板涂布法测定1 7 3 生物滤塔的启动1 8 3 1 脱硫菌的筛选1 8 3 1 1 菌种的来源1 8 3 1 2 菌种的富集驯化18 3 1 3 脱硫效果的验证。1 9 3 2 脱硫菌适宜生长条件的研究2 0 3 2 1 初始p h 对脱硫菌的生长的影响2 0 3 2 2 初始接种量对脱硫细菌的生长的影响2 0 3 2 3 培养温度对脱硫菌生长的影响2 1 3 3 填料性质的测定2 2 3 3 1 填料的物理性质。2 2 3 3 2 填料干燥速率曲线测定2 2 3 3 3 填料浸出液的营养成分分析2 3 3 4 驯化挂膜实验2 5 4 单层生物滤塔处理硫化氢气体研究。2 7 4 1 实验材料和方法2 7 4 1 1 实验装置2 7 4 1 2 实验方法2 7 v i i 目录 4 2 实验的结果与讨论2 8 4 2 1 进气浓度对去除率的影响2 8 4 2 2 容积负荷对去除率的影响31 4 2 3 填料含水率对去除率的影响3 2 4 2 4 填料p h 值的变化3 4 4 2 5 生物量的测定3 4 5 多层生物滤塔处理硫化氢气体研究3 6 5 1 实验材料和实验方法。3 6 5 1 1 实验装置3 6 5 1 2 实验方法3 6 5 1 3 实验目的。3 7 5 2 木屑填料塔实验结果与讨论3 7 5 2 1 气体流量和质量浓度对h 2 s 去除效率的影响。3 7 5 2 2 填料含水率对h 2 s 去除效率的影响3 8 5 2 3 各层填料对h 2 s 去除效率的贡献3 9 5 2 4 生物宏观动力学4 0 5 2 5 结果与讨论41 5 3 玉米芯填料塔实验结果与讨论4 l 5 3 1 填料分层对h 2 s 去除率的影响4 l 5 3 2 气体流量和质量浓度对h 2 s 去除效率的影响4 2 5 3 3 填料含水率对h 2 s 去除效率的影响4 3 5 3 4 各层填料对h 2 s 去除效率的贡献4 4 5 3 5 填料上硫酸根积累与容积负荷的关系4 4 5 3 6 生物宏观动力学4 5 5 3 7 结果与讨论4 6 6 主要研究结论与展望4 8 6 1 主要结论及分析4 8 6 1 1 脱硫菌的筛选及培养条件4 8 6 1 2 单层生物过滤塔去除硫化氢。4 8 6 1 3 三层生物滤塔去除硫化氢4 9 v i i l 目录 6 2 建议和研究展望5 1 6 2 1 生物滤塔工艺5 1 6 2 2 生物降解机理5 1 参考文献5 2 个人简历5 6 致谢5 7 i x 1 引言 1 引言 1 1 恶臭污染的概念 1 1 1 恶臭污染的概念 恶臭是各种异味的总称，大气、水、废弃物中的异味通过空气介质，作用 于人的嗅觉思维而被感知，表征它不仅要靠分析数据，还要通过人们的感知思维 进行分析和判断。根据国内外有关论述，可将恶臭定义为：凡是能损害人类生 活环境、产生令人难以忍受的气味或使人产生不愉快感觉的气体通称恶臭。 常见的恶臭物质按化学组成可以分为以下5 类：( 1 ) 含硫化合物，如硫化 氢、二氧化硫、硫醇类、硫醚类等；( 2 ) 含氮化合物，如胺类、氨、酰胺、吲 哚类等；( 3 ) 卤素及衍生物，如氯气、卤代烃等；( 4 ) 含氧的有机物，如醇、酚、 醛、酮、有机酸、酯等；( 5 ) 烃类，如烷烃、烯烃、炔烃以及芳香烃等，除硫化 氢和氨气以外全是有机物，这些有机物沸点低，挥发性强，能散发到大气中， 为此我们有时称其为v o c t 。 迄今为止，凭人的嗅觉即能感觉到的恶臭物质有4 0 0 0 多种，其中对健康危 害较大的有硫醇类、氨、硫化氢、甲基硫、三甲胺、甲醛、苯乙烯、酪酸、酚 类等几十种。恶臭物质分布广，影响范围大，已成为一些国家的公害。例如日 本的公害诉讼中，恶臭案件仅次于噪声，居第二位1 2 j 。 恶臭气体具有以下污染特征：( 1 ) 污染范围比较广，排放到大气中，容易造 成大范围污染。( 2 ) 恶臭污染源多为短时间、突发性的无组织排放源，扩散方式 复杂，难以测量和评价，迄今世界上还没有一种公认的恶臭评价方法。( 3 ) 恶臭 污染以心理影响为主，极低的浓度就可使人产生不快， 测定起来也非常困难。 ( 4 ) 根本治理困难，恶臭给人的感觉和恶臭的浓度的对数成正比，因此即使将恶 臭物质的浓度去除9 0 ，人的感觉上认为只去除了5 0 ，低浓度的恶臭气体较 难处理。 1 1 2 恶臭气体的危害 恶臭气体的危害主要有六个方面1 3 】：( 1 ) 危害呼吸系统。人们突然闻到恶臭， 1 引言 就会产生反射性的抑制吸气，使呼吸次数减少，影响了j 下常的呼吸功能。( 2 ) 危 害循环系统。随着呼吸的变化，脉搏和血压也会相应变化。如氨等刺激性臭气 会使血压出现先下降后上升，脉搏先减慢后加快的现象。( 3 ) 危害消化系统。经 常接触恶臭，会使人厌食、恶心，甚至呕吐，进而发展为消化功能减退。( 4 ) 危 害内分泌系统。经常受到恶臭刺激，会产生内分泌系统功能紊乱，影响机体正 常的代谢活动。( 5 ) 危害神经系统。长期受到一种或几种低浓度恶臭物质的刺激， 会降低嗅觉的敏感度，使嗅觉丧失了，第一道防御功能，但脑神经仍不断受到 刺激和损伤，最后直接导致大脑皮层兴奋和抑制的调节功能失调。( 6 ) 对精神的 影响。恶臭使人精神烦躁不安，思想不集中，工作效率降低，判断力和记忆力 下降，影响大脑的思考活动。 1 1 3 恶臭气体的评价 人类嗅觉能够感受到极微量的气味，如对人工麝香感知量为4 1 0 一m g l 、 对樟脑为1 6 x 1 0 一m g l ，对粪臭素为4 x l o m g l 。所以在对恶臭物质的种类、性 质和臭气强度进行检测和评价时，采用询问法和嗅觉法，可以作为化学分析的 补充【4 】o 恶臭物质的臭味，不仅取决于它的种类和性质，也取决于它的浓度。同一种物 质浓度不同，气味也会发生改变。比如将很臭的吲哚稀释到极低的浓度时，就 会变成茉莉的香味，高浓度的丁醇发出恶臭，低浓度的则放出苹果酒的芳香。相 反，高浓度的香水也会给人不愉快的感觉。所以在进行恶臭评价时，应该以感 受到的浓度强弱为准，而不能单单以香或臭来划分。恶臭的评价标准主要有恶 臭强度、臭气浓度、臭气指数、恶臭散发率及厌恶度等几种。 1 1 4 恶臭气体的测定方法 恶臭物质的嗅觉阈值一般都比较低，因此对其检测的要求也比较高，同时， 恶臭污染与人的心理也有重要关联，所以单用定量的方法来表示并不准确p j 。 关于恶臭气体的测定方法，目前采用较多的主要是：仪器分析法和官能测 定法。仪器分析法是对恶臭气体的单一组分做出定性和定量分析，或对复杂的 恶气混合物通过测定一种或几种代表性强的物质浓度来评价恶臭强度的分析方 法。仪器分析法具有测定精度高、数据客观、可连续测定、可定性、定量地了 解臭气组分等优点，一般用作制定法律的依据，可作为选择脱臭方法、装置、 2 1 引言 脱臭剂等控制对策的依据。官能测定法是依据嗅检员的嗅觉来判断恶臭的强弱 程度的分析方法。包括：直接法和空气稀释法，空气稀释法又可以分为静态法 和动态法，静态法又分为无臭室稀释法、三点比较式臭袋法和a s t m 注射器稀 释法，动态法可分为嗅觉法和臭气浓度测定器法。官能测定法的适用范围广， 可用于不了解成分的场合，单一组分或多组分均可给出总强度，不需要复杂的 操作和熟练的技术，因此一般用于恶臭强度形状评价或者恶臭综合治理效果的 评定【6 订】。国际上也曾经专门召开过两次研讨会，分别讨论了“测定和评价污染 源与大气环境中的恶臭物质的方法”和“地区恶臭暴露的评价”。1 9 7 2 年日本第九 号环境厅告示首先规定了五种恶臭物质的分析方法。我国国家标准 ( g b t 1 4 6 7 6 1 4 6 8 0 9 3 ) 规定了含硫、含氮和苯系化合物中主要恶臭物的标准 仪器分析法。 1 2 硫化氢气体的污染现状 1 2 1 硫化氢的来源 硫化氢多数来源于天然，自然界中存在的大量硫酸盐在缺氧和还原性条件 下，微生物能使其还原为硫化氢，除逸入大气外，也会转移到天然气、原油和二 煤炭等资源中，因而硫化氢废气主要来源于上述自然资源的开采和加工利用过 程【8 。9 1 。 ( 1 ) 天然气开采时的脱硫尾气。天然气中都含有数量不等的硫化氢以及硫 醇、硫醚和环状硫化物等有机硫化物。 ( 2 ) 炼油工业废气。石油和煤炭中均含有一定的硫，加热分解过程中可有硫 化氢产生，含硫较高的石油，在开采过程中硫化氢气体会大量喷出。 ( 3 ) 煤气中的硫化氢污染。煤气制造时将煤干馏或者气化，其过程温度为 1 0 0 0 c 左右，在这样的高温下，煤中的有机硫受热裂解转变成为硫化氢，与少 量的有机硫一起进入煤气。 ( 4 ) 化学反应的含硫尾气。染料化工厂生产硫化染料，有机磷农药厂在生产 过程中都会产生大量的硫化氢气体，制革、橡胶、医药、二硫化碳等生产也会 产生一定数量的硫化氢。 ( 5 ) 其他来源。日常生活中也有不少可产生硫化氢气体的机会，如处理变质 1 引言 的鱼、肉、蛋制品，咸菜腌制，清理粪池、垃圾、阴沟等，均会产生硫化氢。 1 2 2 硫化氢的危害 硫化氢具有明显的臭鸡蛋气味，是恶臭气体的主要成分之一，同时也是大 气污染物中毒性很大的污染物之一，直接危害人体健康，必须严格控制【l o - 1 3 】。 一般人对硫化氢的敏感度为o 0 l 1 0 击g m 3 ，低浓度的硫化氢对人的黏膜和 呼吸道有刺激作用，会引起眼结膜炎，同时极易被肺和胃所吸收。硫化氢进入 血液后，与血红蛋白结合，生成不可还原的硫化血红蛋白，发生中毒的症状。 硫化氢可能与组织呼吸酶中的三价铁结合，抑制呼吸酶的活性，特别是与谷脱 甘肽相结合，影响了生物酶过程，阻碍组织的氧化、还原能力，以致组织缺氧。 长期接触低浓度的硫化氢会出现头痛、疲倦无力、记忆力减退、失眠、恶心和 腹泻等症状，还会出现点状角膜炎。 另外，硫化氢对铁等金属有强烈的腐蚀性，易和多种金属离子发生反应， 生成难溶于水或酸的硫化物沉淀。气体中的硫化氢则会引起设备和管路腐蚀、 催化剂中毒等1 1 4 】。 1 2 3 硫化氢的排放标准 我国在恶臭污染物排放标准( g b l 4 5 5 4 1 9 9 3 ) 中规定了硫化氢的厂界排放 标准，见表1 1 。 表1 i 硫化氢的排放标准 t a bi 一1e m i s s i o ns t a n d a r do fh 2 s 1 3 硫化氢的主要去除方法 恶臭气体作为一种特殊的大气污染物，它的嗅觉阈值很低，通过呼吸系统 对人体产生影响，需要处理后降到极低的浓度，甚至为0 ，这就使得恶臭污染 的治理有别于一般空气污染的治理。 目前，治理恶臭气体的主要方法有物理法、化学法和生物法三类，脱臭方 4 1 引言 法的选择，要依据恶臭物质的来源、浓度、性质及处理要求来确剧”一7 | 。 物理化学方法是传统的处理方法，物理法是用另一种物质将它的臭味掩蔽 或稀释，或者将恶臭物质由气相转移至液相或固相。化学法是使用另外一种物 质与恶臭物质进行化学反应，改变恶臭物质的化学结构，使之转变为无臭物质 或臭味较低的物质。常见的物理化学有中和法、吸附法、燃烧法、光分解法和 电晕法等。 生物法是指利用微生物的代谢活动降解恶臭物质，使之氧化为最终产物， 从而达到无臭化、无害化的目的1 1 8 - 2 0 】。 生物净化技术是针对既无回收价值又严重污染环境的中低浓度有机废气净 化处理研究而开发的一项新技术，被认为是成本低的、清洁的恶臭气体处理技 术，尤其是在处理低浓度可生物降解的气体污染物方面更具优越性。与常规的 脱臭方法相比，它拥有诸多不可比拟的优势：集吸附、降解于一体，脱臭效率高， 装置简单，成本低廉，运行维护方便，运行费用低廉，恶臭物质被生物降解生 成c 0 2 、水、硝酸盐、硫酸盐、卤化物等，二次污染的可能性小，且污染物不 会转移1 2 1 1 。 1 3 1 生物过滤法 生物过滤法是目前研究得最多、技术也较为成熟、在实际中也是最常用的 生物脱臭方法。其处理流程是恶臭气体经过去尘增湿或降温等预处理工艺后， 由滤塔底部进入滤塔，通过滤层使恶臭物质从气相转移至水微生物的混合相， 由附着生长在滤料上的微生物的代谢作用而被分解掉，净化后的气体由塔顶排 出【2 2 1 。 生物过滤法的特点是生物相和液相都是不流动的，而且只有一个反应器。 它具有气液接触面积大、运行和启动容易、运行费用低等优点；缺点为反应条 件不易控制、占地面积大、填料因营养物质耗竭和不断压实而需要定期更换等 缺陷。此外，当滤床面积增大时，还会由于填料布置或配气的不均匀，使滤床 内部易形成短流，从而导致去除效果下降。但由于生物过滤法运行费用很低、 操作管理方便、处理效率极高，仍是实际中最常用的生物脱臭方法1 2 引。 1 3 2 生物滴滤法 生物滴滤床的结构与生物过滤床相似，不同之处在于所用填料是不能提供 5 1 引言 营养物质的。该填料只起到生物生长载体的作用，其空隙率比生物过滤池的高， 使用寿命长、阻力小、避免产生填料的压实、短流以及填料损耗等现象；营养 物和缓冲液可以通过回流液的投加来实现；微生物代谢产物可以通过更换回流 液体而得到去除1 2 训。 生物滴滤池可以承受比生物过滤池更大的污染物负荷，同时它还具有缓冲 能力，对于处理卤化物、硫化物和含氮化合物会产生酸的污染物，生物滴滤系 统更容易调整p h 值。因此生物滴滤系统更适宜处理含卤化物、硫化物和含氮 化合物的恶臭气体污染物。 对于难溶于水的恶臭气体，采用生物滴滤池可以达到一定的净化效果，郭 静1 2 5 】等采用生物滴滤池处理苯乙烯恶臭气体，其填料是焦炭，由于焦炭是一种具 有吸附型的填料，其对废气的净化是一个吸附生物降解的双重过程，这与不具有 吸附性能的填料是不同的。实验表明焦炭经过2 l 天的挂膜，系统达到稳定状态， 其生物脱臭过程实现了生物降解和物理吸附的协同作用，从而可以认为在达到 饱和的焦炭表面的生物降解反应是填料的再生过程。孙佩石、李国建、吴志超、 马肖卫、羌宁、姜安玺等1 2 6 。o 】用生物滴滤池进行脱臭恶臭气体的实验研究，在 动力学模型、工艺条件、填料的性能以及菌种培养上取得了一定的进展。马红 利用固定化技术处理微生物，将硝化污泥包埋在海藻酸钠中，制成填料用来 处理含氨氮的废气，实验效果很好。 目前生物滴滤床存在的主要问题是：控制因素较多，运行一段时间后生物 生长过剩而易引起填料堵塞。生物滴滤床的运行情况受到气体的性质、菌种、 填料的物理和化学性质、温度、含水率等条件的影响，由于生物滴滤床的操作要 求高、运行费用较大，在气体污染物净化方面的应用少于生物过滤床1 3 玉 j 。 1 3 3 生物洗涤法 生物洗涤法是将恶臭气体与生物悬浮液逆流接触，恶臭物质被悬浮液中活 性污泥吸收，净化的气体由顶端排出，其脱臭原理与活性污泥处理污水的原理 相同。该方法适合处理负荷较高、污染物水溶性较大的恶臭气体。该过程的控 制比较方便，占地面积小、压力损失小、有较大的应用范围。当活性污泥经过 驯化后，对于任何不超过极限负荷的臭气成分，其去除率均可达到9 9 5 。生 物洗涤法的脱臭效率与气液比、气液接触方式、恶臭物质的溶解性、污泥浓度 以及p h 值等因素有关1 3 弘3 6 j 。 6 1 引言 目前生物洗涤法的研究重点在于改善恶臭物质的溶解性、提高反应器的缓 冲能力以及对脱臭过程进行理论探讨1 3 7 1 。 1 3 4 生物法除臭的影响因素 ( 1 ) 微生物参与恶臭物质降解的微生物种类很多，起主要作用的是细菌、 放线菌和真菌。研究表明经过驯化的微生物具有较好的降解能力，生物过滤池 就主要是利用土壤、堆肥及垃圾填埋场自身内部的微生物种群，而生物滴滤池 中恶臭物质降解所用的微生物则主要是利用经由污泥驯化后的菌种。对于某种 特定的污染物而言生物的活性决定了反应器的性能。因此反应器的条件应适合 微生物的生长与新陈代谢活动的进行1 3 8 刁9 。 ( 2 ) 含水率水分是系统内特定微生物种群生长与代谢的基本条件，同时 填料的含水率还影响着目标污染物的传质过程，因此保持一定的填料含水率是 生物脱臭系统正常运行的重要要求，一定的含水率还可以为生物过滤器提供一 定的缓冲能力。 由于微生物代谢是放热反应，再加上进气的风干作用，过滤床层的含水率 会下降很快，如果反应器内的含水率太低，会影响气相向生物膜的传质过程， 并抑制微生物的正常代谢，有资料表明，含水率低于3 0 时，系统就基本上失 去了去除能力，填料的环境含水率接近饱和时为最佳。含水率过高会降低填料 的透气性，增大运行阻力。可能会造成滤塔堵塞、气流短路甚至会形成厌氧区 域，造成净化效能降低。大多数的实验结果表明，以堆肥为介质的生物过滤器 较佳的含水率在4 0 6 0 ( 重量) 之间，而对于活性炭之类的无机介质最佳含水 率应该在4 0 5 0 之间。对于致密的、排水困难的填料和难溶性恶臭气体，最 佳的含水率在4 0 附近，而对于密度较小，多孔性的填料和易溶性恶臭气体， 最佳含水率则为6 0 或更高1 4 1 1 。 ( 3 ) 温度生物只能在一定的温度区间内生存。生物脱臭系统中微生物大 多属于中温菌( 适宜温度为2 5 c 3 5 c 之间) ，低温菌和高温菌相对较少。温度主 要对生物降解过程和传质产生影响，理论上看，温度主要影响了基质向细胞扩 散的速度和酶的活性，细胞内的生化反应速率随着温度的升高会达到一个最高 值，此时若温度进一步升高则会影响酶的活性，导致反应速率下降。 ( 4 ) p h 多数的微生物的活动都有最佳的p h 值范围，生物滤床内的p h 值一般在中性左右，适宜大多数细菌和放线菌的生存。在进行含氮、硫等成分 7 1 引言 的气体净化时，会产生酸性中间产物而使床层的p h 值降低，进而影响到系统 中的微生物，使去除效率降低。为了使生物床能够稳定的运行，一般在生物过 滤器中加入一些偏碱性的缓冲剂，对于生物洗涤器和生物滴滤器则可以通过液 相的p h 值来调节【4 引。 ( 5 ) 营养物质。近年来，是否应该向生物滤塔中添加营养物质一直存在争 议，理论上讲，微生物利用的营养物质，在其死亡后会被循环利用，但还是会 有一部分会通过各种途径流失，同时生物塔系统里发生的一些其它反应，像新 物质的合成等，也会消耗营养物质，所以生物降解恶臭物质时也需要及时补充 氮磷及微量元素等营养物质。一般认为b o d ：n ：p 的比例为1 0 0 - 5 ：1 即可。生 物过滤法一般采用的有机填料，其填料本身通常已含有足够的营养成分，一般 不需要再外加营养【4 4 4 5 1 。 1 4 硫化氢转化机理 1 4 1 生物法净化硫化氢气体 1 4 1 1 脱硫微生物 在微生物氧化h 2 s 的过程中，用于生物降解的微生物叫脱硫菌，又称为硫 细菌，有自养菌、异养菌两大类【矧，其中自养菌合成有机物能力强，有利于无 机物的转化，研究表明经过驯化的微生物具有较好的降解能力，生物过滤池主 要是利用土壤、堆肥及垃圾填埋场自身内部的微生物种群，而生物滴滤池中恶 臭物质降解所用的微生物则主要是利用经由污泥驯化后的菌种1 4 。 据文献报道，分解硫及硫化物的细菌有多种，其中以氧化硫和硫化物获得 能源的细菌主要是硫杆菌属和硫磺菌属【4 引。 在脱臭过程中，因空压机抽吸尾气，所以菌种以好氧菌属较多，并且在反 应中不断产生h 2 s 0 4 ，使溶液p h 值下降，最终将以适宜在酸性条件下生长的 氧化硫硫杆菌居多；同时，h 2 s 不足时，新型硫杆菌和中间型硫杆菌占多数； 而当填料积累硫粒过多时，硫细菌将氧化硫粒为h 2 s 0 4 ，从而获得能量 4 9 - 5 0 j 。 1 4 1 2 硫化氢的氧化途径 目前关于硫化物的氧化主要有两种看法： 8 1 引言 ( 1 ) 硫的氧化过程是经过一系列的多硫酸盐中间体，主要是连四硫酸盐的 积累，然后再转变成硫酸盐，其反应如下： 4 s 2 - - 2 s 2 0 3 2 一s 4 0 6 2 - - s 0 3 2 。+ 5 3 0 6 2 - - 4 s 0 3 2 - - 4 s 0 4 2 当硫被氧化到亚硫酸盐的速率低于硫代硫酸盐的分解速率时，就以单质硫 的形式被排到细胞外面；当硫代硫酸盐的分解被阻，细胞获得能量，将其氧化 到连四硫酸盐，一旦硫代硫酸盐被分解，亚硫酸盐就会抑制硫代硫酸盐氧化酶。 亚硫酸盐被氧化到硫酸盐的两种途径：一是直接氧化到硫酸盐，另一条是通过 中间产物a p s ( 腺苷5 磷酰硫酸盐) 转化到硫酸盐。 ( 2 ) 在硫的氧化过程中，没有多硫酸盐的中间载体，氧化的第一个产物是 亚硫酸盐，然后是亚硫酸盐再被氧化为硫酸盐。反应如下： s s 0 3 2 - - - - s 0 4 2 。 即：2 h 2 s + 0 2 2 s + 2 h 2 0 + 能量 2 s + 3 0 2 + 2 h 2 0 2 h 2s 0 4 + 能量 二者合并为： h 2 s + 2 0 2 一h 2s 0 4 + 能量 在反应中产生的能量，作为新细胞合成的能源，这样使反应循环往复。在 生物氧化h 2 s 的过程中，气相中的溶解氧也不断进入水膜，传到生物膜，供微 生物呼吸及分解h 2 s 1 5 。 1 4 2 微生物降解动力学 1 4 - 2 1 微观动力学 微观动力学是指没有传递等工程因素影响时，生化反应固有的速率。该速 率除反应本身的特性外，只与各反应组成的浓度、温度、催化剂及溶剂性质有