（环境工程专业论文）生物滤塔组合工艺处理恶臭气体h2s和nh3的研究.pdf

摘要 摘要 在对恶臭污染物进行了初步调研的基础上，介绍了恶臭污染的主要来源，臭气的基 本成分及危害，污水行业常用的除臭技术；选取引起恶臭污染的主要污染物h 2 s 和n h 3 作为研究对象，采用生物滤塔组合工艺( 酸性洗涤塔一生物滤塔一碱性洗涤塔) 进行以生物 法为主，结合物理法和化学法治理恶臭气体h 2 s 和n i l 3 的研究，探讨了除臭微生物的培 养驯化，生物脱臭的机理以及影响生物滤塔工艺运行的因素。这为净化恶臭废气为代表 的多组分复杂气体提供了切实可行的新技术，具有很好的市场应用前景。 本论文主要研究结果如下： ( 1 ) 从污水处理厂污泥中可以驯化得到脱硫微生物和脱氮微生物，培养驯化时间需要 二周左右： ( 2 ) 以软性纤维为填料的生物滤塔采用排泥挂膜法，经过一周的挂膜可以很好的移置 脱硫微生物；以沸石作为生物载体的s b r 经过一周的运行可以很好富集微生物，强化了 传统的s b r 工艺的脱氮效果，生物滤塔和s b r 反应器启动较快，启动运行一周可以达到 较好的脱硫除氮能力，分别可以达到8 5 7 和9 2 以上。 ( 3 ) 对生物滤塔处理恶臭气体硫化氢研究：在进气流速为5l m i n ，停留时间时间为6 0 秒，h 2 s 进气浓度不高于1 3 0m g m 3 ，生物滤塔最高容积负荷低于1 8 8 2g ( h 2 s ) ( m 3 - d ) 时， h 2 s 的去除率基本稳定在9 8 以上，残留部分经过碱性洗涤塔吸收后基本上可以完全去 除。h 2 s 大部分在生物滤塔中下部就可以去除，硫酸盐是生物脱硫的产物之一，其积累 会导致反应器内液相的p h 值逐渐降低，低浓度硫酸盐的积累和较低的p h 值并没有影响 生物滤塔的除臭能力。 ( 4 ) 对生物滤塔处理组合工艺处理恶臭气体硫化氢和氨气的研究：在氨气进气浓度 1 0 0 m g m 3 以下，酸性洗涤塔进气流量为1 0 l m i n 以下，洗涤循环液喷淋量3l 1 1 以上，硫 化氢进气浓度8 0 m g m 3 以下，h 2 s 进气流量应控制在5 l m i n 下，生物滤塔组合工艺( 酸 性洗涤塔一生物滤塔一碱性洗涤塔) 对恶臭气体h 2 s 和n h 3 可以得到很好的去除效果，出气 可以达到恶臭污染物排放标准( g b l 4 5 5 4 9 3 ) 中的排放标准。以沸石为填料的s b r 可以对氨气洗涤液进行生物脱氮，对氨氮浓度为1 1 2 m g l 左右的洗涤液，氨氮去除率可 以高达9 7 7 ，出水可以达到国家排放标准。 ( 5 ) 生物滤塔对h 2 s 进气容积负荷变化的缓冲能力较强，在偶尔超负荷条件下运行短 时间内并不会导致系统崩溃，及时调整气体流量可以迅速恢复反应器的处理能力。生物 滤塔停工3 天、1 周、2 周、1 个月后重新启动( h 2 s 进气浓度为3 0 m g m 3 ，进气流量为 5 l m i n ) 所需时间分别为8 h 、1 6 h 、3 6 h 、4 8 h 即可以恢复对h 2 s 的去除能力。 关键词：恶臭；硫化氢；氨：生物滤塔；生物脱臭；生物过滤 a b s t r a c t a b s t r a c t b a s e do nt h ei n v e s t i g a t i o na n da n a l y s i so fo d o rg a s m a i no r i g i no fo d o rp o l l u t i o n ， o z o n ef u n d a m e n t a lc o m p o n e n ta n dh a r m ，a n dt h et e c h n i q u eo fs e w a g ep r o f e s s i o nc o m m o n l y u s e dd e o d o r i z e sw e r ei n t r o d u c e d ，w es e l e c t e dh y d r o g e ns u l f i d ea n da m m o n i aa st h et a r g e t p o l l u t a n t s b i o f i l t e rc o m b i n e ds y s t e m ( a c i d i cw a s h e r - b i o f i l t e r - a l k a l iw a s h e r ) f o rt r e a t i n gt h e s e p o l l u t a n t sw a si n v e s t i g a t e d ，t h ep r i m a r yb i o l o g i c a ll a w t h ea b s o r p t i o no fu n i o nt h ec h e m i c a l a n dp h y s i c a ll a wo fo d o rg a sc o n t m n l n gh y d r o g e ns u l f i d ea n da m m o n i aw e r ee m p h a t i c a l l y s t u d i e d t h er e s e a r c ha i m e da tt h ee n r i c h m e n ta n d 仃a i l l i n go fb a c t e r i a ，u n d e r s t a n d i n g p a r a m e t e r sa f f e c t i n gb i o r e a c t o rp e r f o r m a n c ea n db i o d e g r a d a t i o nm e c h a n i s mo fp o l l u t a t s s u c hs y s t e mc a r lo f f e ran e w t e c h n i q u et op u r i f yc o m p l e xg a s e sc o n t a i n i n gm a n yc o m p o n e n t s s u c ha st h eo d o r o u sg a s ，t h u st h e r ea r eg r e a tm a r k e ta p p l i c a t i o np r o s p e c t s b a s e do nt h e r e s u l t so ft h e s ei n v e s t i g a t i o n s ，t h em a j o rc o n c l u s i o n sa r es h o w na sf o l l o w i n g ： ( 1 ) t h em i c r o o r g a n i s mf o rr e m o v i n gh y d r o g e ns u l f i d ea n da m m o n i ac a nb ed o m e s t i c a t e d f r o mw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t s ，t h et i m eo ft r a i n i n ga n dd o m e s t i c a t i n gn e e d sa b o u tt w o w e e k s ( 2 ) t h em e t h o do fr e m o v i n gs l u d g ew a sa d o p t e df o rt h ef o r m a t i o no ft h eb i o f i l mi nt h e b i o f i l t e rw h i c hf i l l e dw i t hf l e x i b l ef i b r e ，w h i c hh a sag o o de n r i c h e m e n ta f t e rh a n g i n gf o ro n e w e e k ；z e o l i t ei sa l le x c e l l e n ti o ne x c h a n g e ra n da d s o r b e n t b e s i d e s z e o l i t ei st h eg o o d b i o l o g i c a lc a r r i e r t h es b rp r o c e s su s i n gz e o l i t ea st h eb i o c a r r i e ri nt 1 1 et r e a t m e n to f w a s t e w a t e rc o n t a i n i n gn i t r o g e nw a ss t u d i e di nt h i sp a p e r ，a st h er e s u l t sd e m o n s t r a t e d ，s b r p r o c e s sh a dg o o dp e r f o r m a n c ew i t ht h es h o r t e n e dt i m ea n dt h es l u d g eh a sb e a e rs e t t l i n g p r o p e r t i e s t h eb i o f i l t e ra n ds b rs t a r t e du pq u i c k l y ，w h i c hh a dg o o dp e r f o r m a n c er u n n i n g a r e rr t m n i n gf o ro n ew e e k t h e yc a nr o m o v i n g8 5 7 s u l f u ra n d9 2 n i t r o g e nr e s p e c t i v e l y ( 3 ) t h em e t h o do fb i o f i l t e rf o rt r e a t i n go d o rg a sc o n t m n i n gh y d r o g e ns u l f i d ew a s i n v e s t i g a t e d t h er e s u l t ss u g g e s t e dt h a th 2 sr e m o v a le f f i c i e n c yw a sh i g h e rt h a n9 8 w h e n t h ei n l e tf l o wo fh 2 sw a s5l m i n ，t h eg a sr e t e n t i o nt i m ew a s6 0s ，t h em a s sc o n c e n t r a t i o no f i n l e th 2 sw a sb e l o w13 0m e g m 3 a n dt h em a x i m u mv o l u m e t r i cl o a d i n g sf o rh 2 st r e a t m e n t w a sb e l o w18 8 2 ( m d ) t l l er e m a i nh 2 sw a sa b s o r b e de n t i r e l yb ya l k a l iw a s h e r ，t h em o s t h 2 sw a sr e m o v e da tt h em i d d l ea n db o t t o mo ft h eb i o f i l t e r ，s u l f a t ew a so n eo ft h e o u t c o m e ，w h i c hc a nd e c r e a s et h ep h ，t h ed e c r e a s eo fp hd i dn o ta f f e c tt h er e m o v i n g e f f i c i e n c yo fh y d r o g e ns u l f i d e ( 4 ) t h es t u d yo nt h et r e a t m e n to fo d o rg a sc o n t a i n i n gh 2 sa n dn h 3b yb i o f i l t e rc o m b i n e d s y s t e m ( a c i d i cw a s h e r - b i o f i l t e r - a l k a l iw a s h e r ) ：i th a sag o o dr e m o v i n ge f f i c i e n c yo fh 2 sa n d n h 3w h e nt h ei n l e tf l o wo fn h 3w a s10l m i n ，t h em a s sc o n c e n t r a t i o no fi n l e tn h 3 w a s b e l o w10 0m e g m 3 ，s p r a yf l o wo fc i r c u l a t i n gl i q u i dw a sa b o v e3l h ，t h ei n l e tf l o wo fh 2 sw a s b e l o w5l m i n t h em a s sc o n c e n t r a t i o no fi n l e th 2 sw a sb e l o w8 0m g m , a n dt h ee x h a u s t i o n o fh y d r o g e ns u l f i d ea n da m m o n i ac o u l db o t hr e a c ht ot l l ep r i m a r yd i s c h a r g es t a n d a r d t h e s b rp r o c e s su s i n gz e o l i t ea st h eb i o c a r r i e rc o u l dr e m o v e112 m g ln i t r o g e nf r o m c i r c u l a t i n gl i q u i da b o v e9 7 7 w h i c hc o u l dr e a c ht ot h ed i s c h a r g es t a n d a r d ( 5 ) t h er e a c t o rc o u l dr e c o v e rq u i c k l yi nas h o r tt i m eo fs h o c kl o a d i n g b i o f i l t e r sr e s t a r t u p t i m ew a s8 h ，1 6 h ，3 6 h ，4 8 ha f t e r3d ，7 d ，1 5 d ，3 0 do f i d i ep h a s e k e y w o r d s ：o d o r ：h y d r o g e ns u l f i d e ： a m m o n i a ；b i o f i l e n b i o l o g i c a ld e o d o r i z a t i o n ； b i o f j1 t r a t i o n 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取 得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文 中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含本人为获得江南 大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志 对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 签 名：日 期： 关于论文使用授权的说明 本学位论文作者完全了解江南大学有关保留、使用学位论文的规定： 江南大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允 许论文被查阅和借阅，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文， 并且本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致。 保密的学位论文在解密后也遵守此规定。 签各踅麦 导师签名： 日 期： 第一章绪论 1 1 研究背景 第一章绪论 1 1 1 恶臭污染的危害、种类及来源 恶臭属于公害的范畴，即使浓度很低，也会对人体感官产生强烈的刺激作用，直接 危害人体的健康甚至危及生命，所以它具有恶臭污染和有害气体污染的两重性。美国许 多专家指出，对于恶臭不必说哪种有害哪种无害，单单是其存在就构成了公害。在日本 的公害诉讼中，恶臭是在七种典型公害( 大气污染、水污染、土壤污染、噪音污染、振 动污染、地面污染、恶臭污染) 中仅次于噪音污染而居于第二位【l 】。 产生恶臭的物质很多，人们凭嗅觉能感受到的恶臭物质有四千多种，其中1 3 0 余种 为典型恶臭物质i z j 。 恶臭气体从其组成可分为五类：1 ) 含硫的化合物，如h 2 s 、硫醇类、硫醚类；2 ) 含 氮的化合物，如胺类、酰胺、吲哚类：3 ) 卤素及衍生物，如氯气、卤代烃；4 ) 烃类， 如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃：5 ) 含氧的有机物，如醇、酚、醛、酮、有机酸等。 恶臭物质的来源极为广泛，它可以来源于天然的动植物体在生态环境循环系统的自 然腐败过程，更重要的是来自于工厂加工生产过程中产生、释放的恶臭气体，如来自粪 尿场、畜禽舍、城市污水处理厂、食品加工场地、沼气、天然气、石油炼制、焦化、制 苯、煤制气、农药生产、人造纤维等生产过程 3 1 。 结合文献报道可以发现，硫系化合物中的h 2 s 以及氮系化合物中的n h 3 是影响面最 为广泛的恶臭物质，尤以h 2 s 为最典型的代表，它是具有刺激性的、嗅阂值很低的有剧 毒的臭味物质【4 】。本论文将以h 2 s 和n h 3 为对象展开实验研究。 1 1 2 国内外恶臭治理现状 国外早在5 0 年代末就已进行了恶臭污染及其治理方法的研究，并且积累了相当多的 经验。日本在6 0 年代时宫城公害防止条例最早规定了恶臭浓度标准，在7 0 年代就颁布实 施了恶臭防治法，同时还制定了臭气浓度及2 2 种单一恶臭物质的排放标准。美国在1 9 7 1 年颁布了清洁空气法，同时各州也规定了相应的法律和标准。德国在联邦侵害防 止法和有关空气质量的控制的技术指针中对有关恶臭污染作出了规定。 而我国 在这方面的研究工作起步较晚，直n 2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代初才开始进 行恶臭污染的调查( 卢迎红，1 9 9 9 ) 、有关测试和标准方面的研究。1 9 9 3 年对恶臭 污染物的排放标准作了暂时的规定，大气污染防治法第3 2 条、第3 4 条对恶臭气体排 放作了严格规定，限制恶臭污染事故的发生。2 0 0 2 年1 2 月2 4 日颁布的城镇污水处理厂 污染物排放标准( g b l 8 9 1 8 2 0 0 2 ) 限定了污水处理厂废气污染物的控制项目和标准值。 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定。国内外常用的方法归纳起来有 6 种，即：吸收法，也叫洗涤法；吸附法；燃烧法；化学氧化法；冷凝法；生物脱臭法【5 1 。 1 江南大学硕士学位论文 ( 1 ) 吸收法，又叫药物洗涤法。适用于处理中浓度的臭气，利用酸或碱液与恶臭成 分发生反应，使之转化为无臭成份；也可以用高锰酸钾、氯、过氧化氢等氧化剂加入吸 收液中吸收恶臭物质。 ( 2 ) 吸附法，是利用某些具有吸附性能的物质，如活性炭、分子筛等，将恶臭气体 吸附，然后再脱附，使吸附剂再生回用。 ( 3 ) 燃烧法，有直接燃烧法和催化燃烧法。直接燃烧法是在6 0 0 一1 0 0 0 的高温下， 把恶臭物质氧化分解为二氧化碳和水，净化效果比较好。催化氧化法是利用催化剂的作 用，使恶臭物质在2 0 0 4 0 0 温度下催化燃烧，提高了反应速度。 ( 4 ) 化学氧化法，是在常温下通入臭氧和氯气，使某些恶臭物质氧化分解。 ( 5 ) 冷凝法，是将恶臭气体冷却或深冷，使其中恶臭物质冷凝成液体或固体而与气 相分离。用于可回收利用恶臭物质或对恶臭气体进行第一级的处理中。 ( 6 ) 生物脱臭法，就是利用微生物的氧化能力使恶臭物质氧化分解，从而达到除臭 的目的。 上述方法中前5 种是常规的物理、化学方法，技术较为成熟，但亦有其局限性，均 不能从根本上根除恶臭物质，吸收法虽然净化效率较高，但动力消耗大，投资运行费用 高，控制条件苛刻，产生二次污染等问题；吸附法具有工艺简单，净化效率高的特点， 但活性炭价格昂贵，而且再生过程又存在许多技术问题；燃烧法需耗费燃料，使成本增 加；氧化法和冷凝法存在处理不完全等缺点。基于此，人们需要寻求一种更简单有效、 费用低廉的脱臭方法，生物脱臭法不需要再生过程和其它高温处理，与其它净化法相比， 其处理设备简单，费用低，并可达到无害化，以其独特的处理过程受到重视【6 】。 1 2 生物除臭法 生物法在土壤脱臭法的基础上，向生物过滤法( 生物固着态) 和生物洗涤法( 生物 悬浮态) 两个方向并行发展。 1 2 1 生物洗涤法( 生物悬浮态系统) 1 2 1 1 曝气式生物脱臭法 该方法是1 9 7 4 年日本福山等人率先提出的，与废水处理厂生物曝气类似，只是臭 气代替空气通入活性污泥法曝气池中进行脱臭。该方法的处理效率受活性污泥浓度、曝 气强度、溶解氧、营养盐的投加、p h 等因素的影响，适用于各种不同的恶臭成分( h 2 s 、 胺类化合物、低级醇醛、低级脂肪酸等) ，效果较好。 若单独使用该方法进行脱臭，其运行费用较高，但如果已建有污水处理装置，则用 该方法处理恶臭还是比较经济的。 1 2 1 2 洗涤式生物脱臭法 这种方法的除臭效率受气液比、气液接触方式、恶臭物质的溶解性、污泥浓度以及 p h 值等因素的影响。该方法的优点是可以处理气量大的臭气，操作条件宜于控制，占 2 第一誊绪论 地面积较小，耐冲击负荷，在实际中有较太的使用范围，且脱臭效率高。据报道1 7 j ，德 国开发的二级洗涤脱臭装置，不仅处理效果好，而且运行费用极低，不会产生二次污染。 1 2 2 生物过滤法( 生物固着态系统) 生物过滤法是研究较早且技术相对比较成熟的种大气污染控制技术。国外1 9 世 纪2 0 年代就采用生物过滤技术处理污水处理厂产生的恶臭。早期的生物滤池由布气管 上覆盖土壤构成，美国早在1 9 5 3 年就将这种土壤生物过滤床广泛应用于污水处理厂的 恶臭污染控制( c a r l s o n ，e ta l ，1 9 6 6 ) 。1 9 5 7 年rdp o m e r o y 获得了第一项利用土壤生 物滤池处理下水道恶臭的专利。到了7 0 年代，敞开式生物滤池在欧洲，特别是德国和 荷兰等国家得到广泛应用( 见图1 1 ) 。日本在1 9 6 9 年开始安装并使用生物过滤装置， 1 9 世纪8 0 年代中期生物过滤装置已用于8 0 生活污水处理厂恶臭控制，7 2 废水处理 厂恶臭控制( t e r a s a w a e t a l ，1 9 8 6 ) 。到1 9 9 3 年在德国，生物过滤已成为其污水处理厂 主要的恶臭处理技术( f r e c h e n ，1 9 9 5 ) 。各国从8 0 年代开始进行抗生物降解且易挂膜 的多孔新型填料的开发，以及运行条件的自动控制等的研究。9 0 年代以来，该方法已茇 展到去除废气中的难降解有机物，如苯、甲苯和氯代烃类( o t t e n g r a f e t d ，1 9 8 6 ：h o l d g e e t a l 1 9 9 1 ，s h a r e e f d e e ne t a l ，1 9 9 3 m a d v a n l i t he t a l ，1 9 9 7 ) 。在德国、荷兰及日本等 国家，脱臭及有机废气净化实践中已有成功采用生物法的实例，约有近千座装置投入实 际运行吼 图1 1 敞开式生物滤池 f i 9 1 1 0 p e 出n gs o i lo r c o m p o s tb i o f i l t e r ( w e f a s c e ，1 9 9 5 ) 生物过滤法的设备形式包括生物滤池( 塔) 和生物滴滤池( 塔) 。这些设各的运行 都是基于相同的原理，即吸附，吸收和生物降解，只是它们的设计和控制参数、操作的灵 活性和性能特性有所不同。 12 2 l 土壤生物滤池 该法是人们最早利用的生物脱臭方法，它是将恶臭气体通入土壤中，使其在通过土 壤层时恶臭成分被土壤颗粒吸附，再通过土壤微生物的降解作用，以达到脱臭处理的目 的。土壤中存在的土壤胶粒和种类繁多的细菌、放线苗、霉菌、原生动物等微生物是土 壤降解的原动力。该法对低浓度的工业废气来说是一种简单、稳定、经济的处理方法， 而且无二次污染，其最大的缺点是占地面积大，因而限制了使用。而且土壤处理系统 3 江自 学硕学位论文 使用一年后可能会发生酸化，应及时加入石灰调节口h 值。 12 22 堆肥生物滤池 该法是以污泥、城市生活垃圾和畜禽粪便等有机废物为原料，经好氧发酵、热处理 而进行脱臭的处理技术。一般有两种类型：一种是把堆肥覆盖在臭气发生源或出口处， 自然生化脱臭：另一种是臭气发生源较多时，集中送脱臭装置脱臭，其装置类似于土壤 法。堆肥中微生物量比土壤中高，用土壤法2 分钟才能去除的恶臭成分，用堆肥法仅需 3 0 秒即可完成。因此，整个处理装置设备紧凑，去除恶臭的效果好。该装置在运行一年 后也可能发生酸化现象，此时系统应及时调整p h 值；同时应定期补充微生物生长所需的 养料。 1223 填充塔生物脱臭法 封闭式就是通常所说的填充塔式生物处理系统，该装置加强了对脱臭过程的控制能 力。生物滤塔和生物滴滤塔的构造如图i 一2 所示。 图l - 2 生物滤塔( a ) 和生物滴滤塔( b ) f 瑭1 - 2c l o s e da e r a t e db l o f i l t e r ( w e f a s c e ，1 9 9 s ) 生物滤塔的载体通常采用泥炭、堆肥、木屑、灌木等有机物。润湿的恶臭气体进入 塔内，通过约o5 1 m 厚的生物活性填料层，恶臭物质被微生物捕获，并氧化分解转化成 无臭的化台物。生物滤塔喷淋水量较少，因此适用于处理气一水分配系数大至1 0 的化合 物，而且塔内有机填料物质的非极性部分可以促进非极性物质的吸附和后续的生物降 解。生物滤塔的缺点是反应器体积大，由于无循环水相，反应器运行条件较难控制长 期运行填料会被分解、压实，导致塔内压降增大，处理硫系、含氯恶臭气体还会出现 填料酸化，因此填料需定期更换。 生物滴滤塔出现于8 0 年代后期，塔内采用无机填料( 如陶瓷、塑料等) ，生物滴滤 塔只能处理气一水分配系数小于00 1 的化合物，且需要较多的喷淋水和安装循环水系统， 为微生物生长提供所必须的营养物质，因此，从气一水分配系数的角度来看，该法不适 宜用于处理挥发性有机化合物。与生物滤塔不同，恶臭物质首先溶解在液膜中，然后再 被载体表面的微生物分解。该反应器的优点是能够利用循环水相更好地控制反应条件 ( 如p h 、温度、营养盐的添加、除去积累的反应产物) ，适用于处理有酸性副产物产生 第一章绪论 的恶臭物质的处理，填料无需更换。 1 3 生物滤塔组合工艺( 酸性洗涤塔一生物滤塔一碱性洗涤塔) 介绍 1 3 1 生物滤塔组合工艺( 酸性洗涤塔一生物滤塔碱1 生洗涤塔) 空 恶臭气 ( h 。s 和 塔 s b r 反应器 图1 - 2 生物滤塔组合工艺( 酸性洗涤塔一生物滤塔一碱性洗涤塔) 示意图 f i g 1 - 2b i o f i l t e rc o m b i n e ds y s t e m ( a c i d i cw a s h e r - b i o f i l t e r - a l k a l iw a s h e r ) 本研究拟将氨、硫化氢气体由空压机送入混合室混合模拟恶臭气体。恶臭气体先由 下向上通入酸性洗涤塔，氨气将被吸收，洗涤液经s b r 反应器生物除氮，剩余气体硫 化氢再由下向上进入生物滤塔，被湿润的填料吸附进而被填料上的微生物氧化分解，余 气再经过碱性洗涤塔吸收后直接排入到大气中。 1 3 2 酸性碱性洗涤塔的工作原理 填充床湿式洗涤塔是最常用的化学洗涤器，恶臭气体从洗涤塔底部进入，通过填料孔 隙向上运行，与从塔顶部进入并喷淋到填料上的洗涤液接触而被吸收，随洗涤液降落到填 充塔下部。为提高气液接触混合效果，提高传质速率，通常在接触塔装填填料，并且需要 调整洗涤液的p h 值。对恶臭气体的不同成分而言，最适宜的洗涤液p h 值不同。在实际 操作中应根据恶臭物质成分决定采用洗涤液的性质，如果h 2 s 是主要成份，则采用碱性p h 吸收液；如果氨是主要成份，则采用酸性吸收液；如果臭气是复杂的混合物，则可能需要 多级洗涤塔串联，分别去除不同的恶臭物质。为了达到很高的去除效率，而且可以通过调 节p h 和循环液的循环流量来适应臭气流量和浓度的变化。 1 3 3 生物滤塔的工作原理 恶臭气体进入生物滤塔后，污染物通过气、水界面传递到附着在填料表面的生物膜 中，通过生物膜中的微生物，将恶臭气体中的污染物转化为c 0 2 、h 2 0 、硝酸盐和硫酸 盐等降解产物或合成新的细胞物质，从而达到恶臭净化的目的。恶臭物质的生物降解是 该过程的限速阶段，可见微生物处于生物脱臭的核心地位。生物滤塔去除污染物的基本 原理见图1 3 。 气态污染物在生物滤塔中的去除是不同的物理化学作用和生物作用的复杂结合。污 染物的吸附作用是通过向生物膜内的扩散或者在固体颗粒表面发生直接的气固接触来 实现的。污染物与氧气在气相中靠强制对流传输，传质发生在相界面，并达到界面平衡， 如果填料颗粒很小，气相传质阻力可以被忽略。在生物膜内，污染物的扩散和生物降解 江南大学碰学位镕i 同时发生微生物的存在会导致氧气扩散受阻。生物膜内发生生物降解作用时，会产生 代谢产物，代谢产物也同时会发生扩散生物降解吸附等过程。酸性代谢产物会被石灰 或其它p h 缓冲物质所中和。氧化过程产生的会反向扩散并转移至气相中，其中一部分 会以碳酸盐的形式累积。 图i - 3 生物滤塔原理( i k s h u s s e s1 9 9 7 ) f 培i - 3 t h e b i o n l n 鲥o n p r i n c i p l e 1 3 4s b r 的工作原理 s b r z 艺处理污水，其核心处理设备是一个序批式间歇反应器( s b r 反应器) ，s b r 省去了许多处理构筑物，所有反应嚣都在一个s b r 反应器中运行，通过时间控制来使 s b r 反应器实现各阶段的操作目的，在流态上属于完全混合式，实现了时间上的推流 有机污染物随着时间的推移而降解。s b r 工艺整个运行周期由进水、反应、沉淀、出水 和闲置5 个基本工序组成，都在一个设有曝气或搅拌的反应器内依次进行。在处理过程 中，周而复始地循环这种操作周期以实现污水处理目的 s b r 工艺的优越性 ( 1 ) 工艺流程简单，运转灵活，基建费用低。s b r 工艺中主体设备就是一个s b r 反应器 从上面的分析也可以看出，一个s b r 池扮演了多个角色：调解混合池、反应池( 厌氧、 缺氧和好氧三种) 、沉淀池和部分浓缩池。基本上所有的操作都在这样一个反应器中完 成，在不同的时间内进行泥水混合，有机物的氧化、消化、脱氮，磷的吸收与释放以及 泥水分离等。它不需要设二沉池和污泥回流设各，一般情况下也不用设调节池和初沉 池。所以，采用s b r i 艺的污水处理系统大大减少构筑物的数量，节约了基建费用而 且往往具有布置紧凑、节省占地的优点。 第一章绪论 ( 2 ) 处理效果良好，出水可靠。从反应动力学角度分析，s b r 反应器有其独具的优越性。 根据活性污泥反应动力学模型，目前连续流生物处理反应器主要有完全混合和推流式 两种流态，在连续流的推流式反应器中，曝气池的各断面上只有横向混合，不存在纵向的 “返混”。基质浓度从进水处的最高逐渐降解至出水处的最次浓度，提供了最大的生化 反应推动力。在运行的曝气反应阶段，反应器内的混合液虽然处于完全混合状 态，但其基质和微生物的浓度随时间而逐渐降低，相当于一种时间意义上的推流状态。 所以s b r 反应器实现了连续流中两种反应器的特点。 ( 3 ) 较好的除磷脱氮效果。除磷脱氮是一个相对复杂的过程，需要在处理过程中提供厌 氧、缺氧、好氧各阶段，以实现硝化反硝化脱氮和吸收释放磷的目的。在s b r 法中，在 一个单一的反应器就可达到不同目的。因为在s b r 法通过5 个工序时间上的安排，较容 易地实现厌氧、缺氧与好氧状态交替出现，可以最大限度地满足生物脱氮除磷理论上的 环境条件。 ( 4 ) 污泥沉降性能良好。活性污泥膨胀是活性污泥处理过程中常常发生的问题。污泥膨 胀问题9 0 以上是丝状菌污泥膨胀，由于丝状菌过度繁殖，菌胶团的生长繁殖受到抑 制，很多丝状菌伸出污泥表面之外，使得絮状体松散，沉淀性恶化。s b r 法可以有效控 制丝状菌的过度繁殖，污泥s v i 较低，是一种污泥沉降性能较为良好的工艺。 ( 5 ) 对水质水量比变化的适应性强。处理效果会受到水质水量的影响，主要是因为它会 改变处理环境，而微生物对其生存环境条件的要求往往比较严格。所以，从理论上分析， 完全混合式反应器比推流式反应器有更强的耐冲击负荷的能力。s b i 江艺虽然对于时间 来说是理想的推流式处理过程，但反应器构造上保持了典型的完全混合式的特性。因此 能承受较大的水质水量的波动，具有较强的耐冲击负荷的能力。 1 3 5 生物法脱硫除氨的工作原理 1 3 5 1 生物脱硫原理 生物降解h 2 s 的过程可以归纳为以下几个步骤进行： ( 1 ) h 2 s 气体与水接触，溶于水，由气相转移至液相，此阶段反应遵循亨利定律。 ( 2 ) 溶于水的h 2 s 被微生物吸附或吸收在生物体内，当溶液流经填料表面时，溶 解在水中的h 2 s 被栖息在填料上的生物所吸附，由液相转移到生物相，此阶段遵循一般 生物化学反应速度。 ( 3 ) h 2 s 被微生物氧化分解，在转化过程中产生能量，为微生物的生长与繁殖提 供了能源，使h 2 s 转化持续进行。其中，h 2 s 部分转化成为硫磺颗粒，另一部分转化为 硫酸盐溶解于喷淋水中，此过程遵循能量守恒定律。 上述第一步中，h 2 s 溶于水，h 2 s 在水中的溶解遵循亨利定律。当气相压力大时， h 2 s 的溶解度增大，温度升高时，溶解度减小。 同时溶于水的h 2 s 发生电离，存在下列离解平衡： h 2 s = h s - + h + k = 5 7 x10 。8 h s - = h + + s 玉k = 1 2 x10 1 5 7 ( 1 1 ) ( 1 2 ) 江南大学硕士学位论文 在水溶液中，h 2 s 、h s 。、s 2 。的含量与溶液的p h 值、气体温度、压力等有关。在生 物器中，水沿着被生物膜包裹着的填料自上而下流动，含h 2 s 气体自下而上流动。在反 应器内气液接触，使h 2 s 尽可能多的溶于水中。 在第二步中，水中溶解的h 2 s 、h s 等离子逆水流方向，从下向上流动。在滤床内 被微生物吸附，从而从液相中被除去。这一步是由于生物膜表面附着水，即依靠液膜传 递来完成的。生物膜具有很强的吸附能力，表面总有一层附着水，附着水中的h 2 s 被生 物膜吸附、吸收，使水中的h 2 s 浓度减低，同时流动水中的h 2 s 又不断地向水膜传递， 而水相中的h 2 s 减少，又使气相中的h 2 s 不断溶解。 在第三步中，被微生物吸附的h 2 s 被生物氧化分解。目前关于硫化物的氧化主要有 两种看法： ( 1 ) 认为硫的氧化过程是经过一系列的多硫酸盐中间体，主要是四硫酸盐的积累， 然后再转变成硫酸盐，其反应如下： 4 s 2 。一2 s 2 0 3 2 。一s 4 0 6 2 - - * s 0 3 2 。+ s 3 0 6 2 一4 s 0 3 二- - ，4 s 0 4 2 。( 1 3 ) 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 ( 腺苷一5 一磷酰硫 酸盐) 转化到硫酸盐。 ( 2 ) 认为在硫的氧化过程中，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： h 2 s + n a d s + n a d h 2 s 积累在细胞内 ( 1 4 ) s - - , s 0 3 2 - - - * s 0 4 2 。( 1 5 ) 即： 2 h 2 s + 0 2 2 s + 2 h 2 0 + 能量( 1 6 ) 2 s + 3 0 2 + 2 h 2 0 _ 2 h 2s 0 4 + 能量( 1 7 ) 二者合并为：h 2 s + 2 0 2 _ h 2s 0 4 + 能量( 1 8 ) 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 3 5 2 生物法处理氨氮废水原理 生物脱氮是硝化一反硝化反应的应用，包括好氧和缺氧两段生化过程，即将硝化与 反硝化反应结合起来，完成氨氮的硝化与反硝化，析出氮气的过程。它不仅使处理后水中 的氨氮浓度降低，而且同时降解水中的有机物。 硝化一反硝化反应由两阶段构成。第一阶段，硝化作用是指将n h 3 - n 氧化为n o x - - n 的生 物化学反应，这个过程由亚硝酸茵和硝酸菌共同完成，包括亚硝化反应和硝化反应两个 步骤。该反应历程为： 8 第一章绪论 胃t 十i 二0 ， n o ；十月+ 十日，o 十2 7 3 5 k j 亚硝化反应 2 。 一 。 ( 卜9 ) 础f p 后内 2 。+ 二q 弓。3 。+ 7 3 1 9 ( 0 r 2 硝化反应 3 ( 1 - 1 0 ) 总反应式 删3 + 2 0 2 一码一+ 月+ + h a o + 3 4 6 6 9 k i ( 卜i i ) 第二阶段为反硝化过程，也是缺氧生化处理过程。反硝化作用是指在厌氧或缺氧 ( d o 婀- - n o - - 玑d - - m ( 卜1 2 ) n o ；+ 5 日 ( 有机电子供体) j 1 2n 2 + 2 i - 1 2 。+ 。h 。 n o ；+ 3 【h 】( 有机电子供体) 一三2n 2 + h 2 。+ 。h ( 1 - 1 3 ) ( 1 - 1 4 ) s b r 工艺是一种间歇运行的活性污泥法废水处理工艺，是对a o 法的改进，它在同 一反应器内，通过程序化控制充水、曝气反应、沉淀、排水、排泥等5 个阶段，顺序完 成缺氧、厌氧和好氧过程，为生物除氮创造了有利条件，从而实现对氨氮废水良好的脱 除。 1 4 论文研究的意义、创新之处和主要研究内容和目标 1 4 1 研究意义 采用生物滴滤塔组合工艺处理恶臭气体，开展恶臭治理生物技术研究和系列产品开 发，为市场提供恶臭治理新技术和新产品，处理后的气体符合中华人民共和国恶臭污 染物排放标准( g b l 4 5 5 4 9 3 ) 一级标准的规定。通过对恶臭真正绿色环保的治理，消 除其对人们生活和工作的影响，美化和谐环境，提供良好的空气质量，提高该地区的整 体形象，吸引投资，促进旅游业的发展，有利于提高社会效益和经济效益。 利用可以分解恶臭成分的微生物构建生物滤塔，对大量的或特殊的恶臭进行集中处 理，可以应用于城市生活垃圾分拣场、垃圾压缩转运站、粪便处理厂、畜禽养殖场和处 理厂等各种不同性质且恶臭严重的场所除臭。也可以用于具有特殊恶臭气体发生的工 厂、车间。对于城镇污水处理厂的格栅间、泵房、曝气沉沙池、生化池、污泥脱水间等 处，该套装置也可广泛的被运用。 9 江南大学硕士学位论文 因生物除臭比其他技术具有多重优势，市场竞争力明显，现每套装置进口在8 0 2 0 0 万元左右，国产化后应在5 0 1 5 0 万元之间，全国的市场容量每年在1 0 0 0 套左右，产品 需求量在每年5 1 0 亿元，因而生物除臭技术的市场应用前景非常广阔。 1 4 2 课题研究的创新之处 自2 0 世纪2 0 年代土壤微生物首次被应用于处理h 2 s 废气后，生物滤池作为一种生 物处理恶臭气体的简单有效的方法，得到了快速的发展。我国关于除臭的生物法研究起 步较晚，2 0 世纪8 0 年代末和9 0 年代初才开始相关的小试研究，目前仍停留在这一水平 上，其处理设计还存在一定的问题，而且工艺参数还不够明确；国内亦有许多应用生物 法治理硫化氢的研究报道，但系统的应用研究和有效成型设备的研制则尚少【9 1 ；对于生物 滤池的滤料、处理过程中物化条件及动力学方面有过少量报道，但对于处理过程中的优 势微生物的培养与驯化及大量移置的相关研究，却未见报道；对于单一生物滤池去除恶 臭气体小试实验国内有所报道，但对于组合工艺( 酸性洗涤塔生物滤塔碱性洗涤塔) 处理 恶臭气体的研究却未见报道；本课题将通过先进有效的微生物培养与驯化和移置手段， 对除臭生物滤塔的微生物系统进行研究，从高效反应器的设计和研制入手，确定生物滤 塔，酸性碱性洗涤塔的构造参数；构建高效除臭反应系统( 酸性洗涤塔生物滤塔碱性洗 涤塔) ，集合生物、物理、化学处理方法的优点，摒弃单一处理方法的缺点，更加有效稳 定的去除恶臭气体，探讨除臭原理，分析不同运行参数对除臭效果的影响并确定最佳运 行参数，为更好的处理恶臭气体提供科学依据，同时也为生物除臭的应用