（环境工程专业论文）生物滴滤塔处理含h2s与nh3恶臭气体的实验研究.pdf

摘要 摘要 随着生活水平的提高，人们对环境质量的要求越来越高，对恶臭问题也更加 敏感。恶臭物质尤其是含硫物质与含氮化合物来源极广，毒性极大，其中以h 2 s 与n h 3 最为常见，低浓度的h 2 s 就具有强烈的臭鸡蛋恶臭气味，n h 3 具有强烈 的刺激性气味，它们不仅直接危害人体健康，对动物的生长极其不利，而且在有 氧和湿热的条件下，严重腐蚀设备、管道和仪表等。另外，它在空气中易被氧化 为二氧化硫，转化为硫酸导致酸雨。所以，净化含h 2 s 与n h 3 臭气已成为国民 经济、环保领域中迫切需要解决的问题。目前去除含h 2 s 与n h 3 臭气的方法有 物理法、化学法和生物法，其中由于生物法具有设备简单、能耗低、产生二次污 染的可能性小等优点已成为国内外恶臭防治研究与应用中的主流方法，但是国内 一般只对单组分物质进行处理，着重在工艺参数的确定与填料选择这方面的研 究，而对处理含多种组分的恶臭气体，生物塔中生物质的积累以及生物降解的菌 种的研究报道还很少。本试验就是针对此研究现状，进行了含h 2 s 与n h 3 臭气 的生物滴滤塔处理研究。 获得如下结论： 1 研究了生物滴滤塔净化含h 2 s 与n h 3 臭气最佳的生态条件为：在温度为2 5 、气体通气量为0 4 m 3 l l 、营养盐喷淋量为8 o l h 、入口h 2 s 浓度在7 1 2 8 0 9 4 8 8 0 m g m 3 、入口n h 3 浓度在4 2 2 2 0 一一7 9 5 4 0 m g m 3 、p h 值在7 0 8 0 之间的情 况下，去除效率仍可达9 0 以上。 2 生物滴滤塔在处理硫化氢和氨气混合气时，塔内p h 值保持在6 5 8 5 之间， 此p h 值对反应器中优势菌的生长繁殖不会造成太大影响，对处理效果影响不大， 因此反应过程可不用对p h 值进行调节，可节约运行成本。 3 在处理含h 2 s 与n h 3 臭气时，循环液的喷淋量对n h 3 去除效果的影响比对处 理h 2 s 强。 4 填料高度对恶臭气体的处理效率有一定的关系，研究表明：h 2 s 臭气的处理 浓度在6 8 2 4 9 5 5 8 r r m 3 时，下层净化效率可达5 0 6 0 ：下、中两层填料的 净化效果则可达9 0 以上，大部分污染物气体在填料下部分被去除。 查三些奎兰三兰堡圭兰垡笙苎 5 生物滴滤塔内的压降变化情况，随着运行时间的增加，塔内压降也在逐渐升 高，分上、中、下三层看，升高最快的是下层，由6 3 7 4 p a 上升到2 3 5 3 6 p a ，上 层变化较小。运行过程中未出现生物质积累堵塞现象。 6 通过对混合菌液及纯化后的优势菌进行特征鉴定可知：混合菌主要菌种为丝 状硫磺细菌中的贝日阿托氏菌属、脱硫杆菌、芽孢杆菌属中的枯草芽孢杆菌。 综上所述本试验用生物滴滤塔处理含h 2 s 与n h 3 臭气的研究，具有较好的 净化效果，这为我国在处理臭气污染方面提供一条有效的治理途径。 关键词：硫化氢；氨气；生物滴滤塔；脱硫杆菌；芽孢杆菌 i i a b s t r a c t a sl i v i n gs t a n d a r d si i n p r o v e ，p e o p l ea r cb e c o m i l l gm o r ed e m a n d 访go nt h e q u a i i t yo ft h ee n v i r o 啪e n t ，a 1 1 dm o r es e n s “i v et os t e n c h t h eo d o r 丘o ms u l p h u r c o i 印o u n d sa n dn i t r o g e n o u sc o h l p 0 1 】1 1 d s ，e s p e c i a l l yt h eh y d r o g e ns u l f u r ( h 2 s ) a n dt h e a r m o l l i a f n h 3 1a r ee ) ( t e n s i v ea n dt o x i ce v e na tl o wc o n c e n t r a t i o i l s t h e yc o u l da l s o d a m a g et h eh e a n ho fh u m a nb e m ga n dc o r r o d ee q u i p 邛屺n t s i na d d i t i o n ，i tc a nb e o x i d i z e dt os 0 2o rn 0 2b yo x y g e na n do z o n e ，r e s u l t i i l gi na c i d i cr a i r ia n dd e s t r o yo l l r e n v i r o n m e n t t h e r c 南r e ，d e c r e a s i i l gh 2 sa 1 1 dn h 3c o n c e n t r a t i o i l s 趾l dt h e i ro d o ri si n g r e a td e m a n d mb o t he i l v i m n m e m a l 锄de c o n o i i l i ca s p e c t s t h c r e 南r e ，p u r i f i c a t i o n c o n t a i l l i i l 2h 2 s 肌dn h 3s m e ul l a sb c c o m et h en a t i o n a le c o n o m y ，a n dt h cu r g e n tn e e d t oa d d r e s st h e 缸e ao fe n v i r o m e m a lp r o t e c t i o ni s s u e s c o i n 口a r i i l gw “ht h ec h e m i c a l m e t h o d so rp h y s i c a lr n c t h o d s ，b i 0 1 0 9 i c a lm e t h o di ss i i i l p l e ，c o s t e 伍c t i v c ，e n v i r o n m e n t 仔i e n d l yw 砒l1 0 wc o n s u m p t i o na n dw i t h o u ts e c o n d a r yp o l l u t i o n i tb e c o m et h e m a i n s t r e a mr e s e a r c ha n da p p l i c a t i o nm e t h o d st ot h eo d o rt r e 砒m e n t 【0 s ts t u d i e sh a v e i n v e s t i g a t e dt h er e m o v “o f h 2 sa ss i l l g i ep o l l u t a n tmb i o t r i c k l i i l gf i h e r 1 1 1 e y 如c u so n t h er e s e a r c ho nt h et e c i l i l o l o g i c a l p a r a m e t e r ss e t ，t h ec h o i c e o ft h e p a c k m g m a t e r i a l s t h e r ea r ef b wr e d o r t sa b o u tt h er e s e a r c ho nn l cc o t r c a t m e mo fd i f f e r e n t p o i i u t a l l t s i l lab i o t r i c k l i n g f i l t e r ，t h ep r e v c m i o no fp l u g g i n gd u et oa c c u n m l a t 抽g b i o m a s s ，a n dt h er e s e a r c ho nt h eb a c t e r i a sa n ds oo n a c c o r d i i l gt ot h e s e ，t h e c o - t r e a t m e mo ft h eh 2 sa 1 1 dn h 3i ss t u d i e di i lt l l i st c s t ，a n dr e s u l t so ft h ce x p e r i m e n t w e r ea c l l i e v e da sf b l l o w s ： 1 t h es u i t a b l ee c o l o g i c a lc o n d i t i o i l sf o ri n i c r o b i a ld e 雕i d a t i o no f t h eh 2 sa n d n h 3a r e ：t e m p e r a t u r ea t2 5 ，t h en u t r i e n ts p r i i 止l i n gr a t ea t8 l 1 1 ，a e r a t i o nr a t e a t0 4 m hw i t hi n c o m i i l gh 2 sc o n c e n t r a t i o na t7 1 2 8 0 ，9 4 8 8 0 m g i n ja i l dn h 3 a t4 2 2 2 0 7 9 5 4 0 m g m j ，p ha t 7 0 8 o ，l l l l d e r 、v h i c h ，b o t ho ft h ec 】朗n j n g e m c i e n c yc o u l db eu pt o9 0 2 a st h ec o t r c a t m e n to f t h eh 2 sa n dn h ，t h ep hv a l u eb e c o i n et o6 5 8 5 b u ti t h a sm t k i m p a c to n i ed o m 洫a t m g b a c t e r i a s锄dt h e c l e a n i n g e 伍c i e c y t h e r e f o r ei tc a ns a v et h eo p e r a t i o n a lc o s t s 南ri tn c e d n tt or e g u h t et h e p h v a l u e 3 i nt h cc o t r e 砒1 1 1 e n to f t h eh 2 sa i l dn h 3 t h ci i i l p a c to nt h ec l e a n i l l ge m c i e c yo f t h en h 3w i i ht h cn u t r i c ms p r i n k l i n 2r a t ei ss t o n g e rt h a l lt h eh 2 s 4 i tf o u n dt h a tt h eh e i g h to f p a c k m 2a 蜀f e c tt h cc l e a i l i n ge m c i e c v n l cs t u d ys h o w s t l l a t 、v i t ht h e 协c o m m 2h 2 sc o n c e n t r a t i o na t6 8 2 4 9 5 5 8 m g ，一，t h cc k a 洫g e 伍c i e c yi i lt h cu n d e r l a v e ro ft h er e a c t o ri su pt o5 0 “0 ，a n di 1 1t h eb o t ho f t h eu n d e r l a y e ra n dt h e 血d d l e l a v e ri su pt o9 0 1 1 l e r e f o r e ，r n o s to ft h e p 0 1 l u t a n t sa r er e m o v c da tt h cb o t t o mo f t h eb i o t r i c k l h l 2f i h e r 5 t h el o s so ft h ep r e s sd u et ot h ea c c 啪u l a t m gb i o m a s si nt h eb i o t r i c k l i i l gf i h c r r i s e su pw i t ht h ei n c r e a s ei no d e r a t i o i m lt 硫e i tr i s e su 口f h s t e s ta tt h e u n d e r l a y e r 丘o m6 3 7 4 p at o2 3 5 3 6 p a t l l e nt l l em i d d l e l a y e l i th a sl i t t kc h a n 2 e a tt h eu p l a y e r t h e r ei sn o ta n yc l u g g m gd u ot ot h ea c c u m u l a t i o no fe x c e s s b i o m a s sd u r m gt 1 1 eo p c r a t i o n 6 i tw a sr e c o g n i z e dt mt h em a i l l 面c r o b e su s e di nt h ee x p e r i m e ma r e t h i o b a c 川u s 、b e g g i a t o a 、a n db a c i i f u sa n ds o0 n s ot os u mu p ，t h ec o 廿e a t m e n to f t h eh 2 sa n dn h 3i i lt h eb i o t r i c k l i i l gf i h e rh a sa 广东工业大学工学硕士学位论文 g o o dc l e a n i n ge 伍c i e c yi tp r o v i d e saa v a i l a b km e t h o dt os 0 1 v et h ep o l l u t i o ni s s u eo f o d o rc o n t a 访i n gw i t hh 2 sa n dn h 3 k e yw o r d s ：h 2 s ，n h 3 ，b i o t r i c k l i l l gf i h e r ，t h i o b a c i l l u s ，b a c i l l u s 1 1 研究的目的和意义 第一章绪论 1 1 1 臭气的来源及其危害 恶臭污染物是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生活环境的气体 物质。随着社会经济的飞速发展及城市化进程的加速，室内外环境污染日益突出， 恶臭作为环境公害之一，直接影响人们的生活质量，甚至危害人们的身体健康乃 至生命安全，已越来越受到人们的关注。恶臭种类繁多，分布广泛，其来源只要 有生活源与工业源。生活源是指日常生活中产生的恶臭，如家用卫生问、公厕、 污水处理厂、垃圾转运站等【l ；工业源是指工业生产中产生的恶臭，如造纸厂、 化工厂、制药厂、农药厂、养殖厂、屠宰场、畜牧场、涂料厂、炼焦厂、污水处 理厂、粪便处理厂等掣“”。目前凭人的嗅觉感知的恶臭物质有4 0 0 0 多种，按照 化学组成成分可分为五大类：( 1 ) 含硫的化合物，如h 2 s 、s 0 2 、硫醇等。( 2 ) 含氮化合物，如氨、胺类等。( 3 ) 卤素及其衍生物，如卤代烃等。( 4 ) 烃类。( 5 ) 含氧的有机物，如醇、酚、醛、酮、酸等。我国在大气污染防治法与g b l 4 5 5 4 9 3 恶臭污染物排放标准中对以下八种污染物做出限量排放的规定：硫化氢、 氨、三甲胺、甲硫醇、二甲二硫、二硫化碳、甲硫醚、苯乙烯。这些污染物中有 些具有毒性，通过接触、呼吸或水和食物等途径进入人体内，分布于血液以及各 器官中，引起呼吸系统、循环系统、消化系统、内分泌系统以及神经系统等疾病， 浓度高时，还会直接抑制呼吸中枢和心跳骤停，产生点击样死亡l 】。因此，随 着人们对环境质量要求的提高，此类恶臭污染治理问题成了继粉尘、s 0 2 、氮氧 化物后逐步引起各国广泛重视和关注的问题。 1 1 2 除臭的常规处理方法及其应用 根据净化方法的特点，恶臭污染物处理方法有物理法：如掩蔽法、扩散稀释 法；化学法：如燃烧法、氧化法、分解法、吸收法，吸附法等；生物法【m 1 5 1 。 广东工业大学工学硕士学位论文 1 1 2 1 掩蔽法 掩蔽法是将两种发臭气体的物质按一定比例混合，使混合气体的气味变小。 稀释法是用烟囱使恶臭气体向大气扩散，以保证下风向和附近不受影响。这种物 理方法主要适合生活源产生的臭气或对工业有组织排放源产生的臭气，但对高浓 度，大流量的臭气处理效果差，且不能从根本去除臭气污染物。 1 1 2 2 吸收法 吸收法净化气态污染物，是用适当的吸收剂( 如水、酸、碱等) ，从废气中 选择性地吸收除去气态污染物以消除污染。此法适用于低浓度、中浓度的硫化氢 与氨气等恶臭物质的处理。在大气污染控制工程中，这种方法已广泛用于处理含 s o ，、n h 3 、n o ，、氟化物及其它气态污染物废气的净化上。成为控制工业废气中 气态污染物的重要技术之一。然而吸收法具有明显的缺陷：( 1 ) 需要处理的废气 往往是气量大、温度高、压力低，而吸收净化这样的废气在技术和经济上存在问 题。( 2 ) 吸收了气态污染物的溶液需要处理，否则将造成二次污染。( 3 ) 吸收过 程中直接得到的或者经过二次处理后再得到的副产品，往往是价格低廉的产品， 难于补偿吸收过程的运行费用。 1 1 2 3 吸附法 由于大多数恶臭物质都具有可吸附性，因此可采用吸附法来脱除。吸附法是 一项较为传统的技术，其原理是将活性炭等吸附剂填充于吸附塔中，恶臭成分被 吸附于吸附剂上，从而达到脱除效果。适用于低浓度的、高净化要求的恶臭气体 处理。目前吸附法已经广泛应用于各种恶臭发生源的治理。由于吸附剂往往具有 高的选择性和高的分离效果，所以吸附法净化气态污染物的最大特点是净化效率 高，可处理多组分的恶臭气体，但吸附剂费用昂贵，对待处理的恶臭气体要求高， 即较低的湿度和含尘量。依据吸附装置的类型，吸附脱臭的工艺又分为三种形式： 固定床、流动床及旋流浓缩床。其基本原理相同，都是将恶臭物质浓缩，再进行 后处理，主要区别在吸附剂的使用与再生方式不同。 1 1 2 4 氧化法 氧化法( 催化氧化、o 。等) 是用氧化剂或催化剂的作用下将恶臭物质氧化成 无臭或弱臭物质。氧化法适用于中低浓度恶臭物质的处理，此法设备简单，关键 在于氧化剂和催化剂的选择，但有些氧化剂对人体有毒害作用，如0 。、h c l o 等， 而某些恶臭气体对催化剂有一定的毒害性，可使催化剂中毒失活，且催化剂价格 昂贵。 1 1 2 5 分解法 目前，分解法有热分解法和微波分解法两种。热分解法利用热能把h 2 s 分 解为氢气和硫璜，h 2 s 高温分解是热力学不利反应，低的平衡转化率使反应不能 继续进行，而膜反应器则可以在反应过程中移走产物，消除平衡控制的影响，因 而膜反应器用于硫化氢分解的研究一直很活跃。微波分解法技术可用于将天然气 的h 2 s 分解为氢气和硫磺。该技术将用于把天然气中的h 2 s 分解为硫和氢，这 样氢就能和硫同时被回收，用作燃料或用于油品炼制。 1 1 2 6 燃烧法和药液洗净法 燃烧法适用于高浓度、小气量的可燃性恶臭物质的处理，但随后出现了燃烧 费用及氮氧化物排放等问题，目前已发展为催化氧化和蓄热燃烧等高效、经济的 脱臭技术。燃烧法特别适用于有机溶剂类物质的处理。随着挥发性有机化合物限 制的趋势严格，将对该技术的开发带来一定的影响。药液洗净法主要用于脱除高 浓度的恶臭气体，不适用于中、低浓度的复合型恶臭气体的脱除。近年来，该技 术也呈现出多样化的趋势。 国内以往对工业上臭气的净化主要采用的是物理法和化学法，这些方法虽然 治理的效果较好，但要求高温高压条件，需要大量的催化剂和其他的化学药剂， 严重腐蚀设备，产生二次污染等缺点。而生物法具有的优点使其在处理臭气方面 已获得很大的发展，在我国的应用趋势也越来越广泛。 广东工业大学工学硕士学位论文 1 1 2 6 生物法 生物脱臭法是近年来开发处理臭气的一种新方法，它是利用微生物去除恶臭 物质，达到去除臭味的方法。此法可适用于生物去除的水溶性恶臭物质的处理， 微生物只能利用水中溶解性的物质，因此被去除的恶臭物质首先应溶解于水中， 再转移到微生物体内，通过微生物的代谢活动而被去除。常见的生物脱臭法有生 物过滤法( 固着态) 和生物吸收法( 悬浮态) 两种方法。现分别介绍如下： ( 1 ) 生物过滤法 其原理是：废气从反应器的底部进入，通过附着在填料上的微生物，将废气 中的污染物氧化分解为二氧化碳、水、硝酸根和硫酸根，达到废气净化目的，生 物过滤法按滤料不同可分为生物滤池式和生物滴滤池式脱臭法。 生物滤池式法 其主要原理是恶臭气体经过去尘增湿或降温等预处理工艺后，从滤床 底部由下向上穿过由滤料组成的滤床，恶臭物质由气相转移到水一微生物混 合相，通过固着于滤料上的微生物的代谢作用而被分解。 生物滴滤池式脱臭法 该方法脱臭过程与生物滤池式脱臭法相近，只不过使用的滤料是诸如 聚丙烯小球、陶瓷、木炭、塑料等不能提供营养物质的惰性材料。生物滴 滤池中，只有针对某些恶臭物质而降解的微生物附着在填料上，而不会出 现生物滤池中混合微生物群同时消耗滤料有机质的情况，因而池内微生物 数量大；惰性滤料可以不用更换，而且它造成的压力损失也较小；同时生 物滴滤池的操作条件极易控制，使得它成为目前生物脱臭研究中的重点。 ( 2 ) 生物吸收法 生物吸收法( 也可称为生物洗涤法) 多采活性污泥的方法，先将恶臭成分转 移到水中，然后，再进行受污染水的微生物处理，按气液接触方式分为两种形式： 曝气式和洗涤式。 、 洗涤式活性污泥脱臭法 该脱臭法的主要原理是将恶臭气体和含悬浮泥浆的混合液充分接触， 在吸收器中把恶臭物质从恶臭气体中去除掉，洗涤液再送到反应器中，通 过悬浮液生长的微生物的代谢活动降解溶解的恶臭物质。 曝气式活性污泥脱臭法 该脱臭法是将恶臭物质以曝气形式分散到含活性污泥的混和液体中， 通过悬浮生长的微生物降解恶臭物质。这与废水的活性污泥法处理过程极 为相似，只是用恶臭气体代替空气注入活性污泥中，所用设备通常是曝气 罐，该方法适用各种不同不超过极限负荷量的恶臭气体，效果很好，其去 除效率均可高达9 9 5 以上1 1 6 】。影响恶臭气体去除率的主要因素有曝气水 深、曝气强度、污泥浓度、酸碱度以及营养物质的投放等1 7 】。一般活性污 泥浓度控制在5 0 0 0 1 0 0 0 0 m g l 为宜，臭气的送入速度以2 0m 3 ( m 3 h ) 以 下为好；营养盐的投加也很重要。 1 1 3 生物法除臭的意义 生物法脱臭有以下几方面的优点： 选择性和脱除率高，经过筛选特定菌种，对特定污染物进行降解， 具有高的选择性与高的去除率，有的脱除率高达9 9 以上； 操作费用较低。与普通物理、化学处理技术相比，生物处理技术的 投资及运行费用是最低的1 8 】，因为生物处理技术不需要添加昂贵的催化剂 和特殊的氧化剂。国外有人曾以地热发电站每天脱除5 吨量的硫化氢为基 础，计算微生物脱硫的总费用，结果表明，微生物脱硫费用约为常规湿法 脱硫的5 0 。对于个大中型工厂来说，用于h 2 s 处理的投资和运行费用 很高，节约5 0 的投资就是很可观的数目； 整个工艺闭式循环，无废料排出，不会造成二次污染； 设备比较简单，工程造价低。由于生物法在常温、常压下操作，生 物反应器、吸收塔和其它容器可用普通碳钢加橡胶衬里制造或用强化有机 玻璃制造。 综上所述，工业硫化氢、氨气等臭气生物处理是种实用性强、应用范围广 的脱臭方法 1 9 1 ，其具有脱臭效率高，脱臭装置简单，处理成本低廉，运行维护容 易，产生二次污染的可能性小等传统方法不可比拟的优越性和安全性【2 0 ，因此， 工业含h 2 s 与n h 3 等臭气的微生物处理成为一个新的研究方向，并且微生物脱 臭技术具有良好的发展前景，已成为国内外恶臭气体防治研究与应用中的主流方 厂乐工业大学工学坝十学位论文 法【2 1 ，2 2 1 。为了降低投资，节约运行费用，提高环境效益，保证排气达标，大力加 强对这方面的研究，并应用到实际的恶臭废气治理中去，具有很强的现实意义。 虽然生物法脱臭在国内的应用越来越广泛，但是由于受研究和发展时间的限 制，生物脱臭法尚有许多亟待解决的问题。主要有： 恶臭废气往往成分复杂，如何有效的同时降解多种恶奥污染物需要 进一步研究。 在生物滴虑池长期运行过程中，当有机物浓度较高时易导致多余生 物量的过渡积累，发生堵塞现象，造成整个系统的压降增大，最终导致系 统瘫痪。 关于生物膜中降解污染物的微生物生态系统和动力学的研究，以及 如何控制生物膜生态系统的能力。 如何更好的提高降解污染物的微生物活性，分析膜中各种菌种的相 互影响的作用机理 优化各种运行参数，如控制p h 值的变化，以达到更好的处理效果 与降低处理成本。 我国对臭气污染方面的研究，目前只处于实验研究阶段，还没有工业化的 实例。 目前生物滴滤池的基础理论研究较少，在国内尚无大规模工业应用实例。因 此，本课题针对生物法净化脱臭的研究现状，对生物滴滤池处理含硫化氢与氨气 等臭气进行了研究，研究生物滴滤池在各种环境下的降解特性，从而为提高微生 物降解活性选择最佳的运行参数，并对其降解机理做进一步的探讨，旨在建立一 套能有效处理含恶臭废气的生物滴滤池系统，并解决工业应用中面临的主要难 题，最终实现生物滴滤池的工业化应用。 1 2 国内外研究概况 随着社会经济的飞速发展及城市化进程的加速，咀及人们对环境的意识的逐 渐提高，对一些煤化工、橡胶再生、污水污泥及城市垃圾处理等工业过程会产生 大量的h 2 s 等恶臭气体越来越受到关注【2 3 1 ，已越来越受到人们的关注。恶臭作 为环境公害之一，直接影响人们的生活质量，甚至危害人们的身体健康乃至生命 第一章绪论 安全。所以在发展经济的同时，应防治环境污染，尤其是日益突出的、影响极大 的恶臭污染。现分别介绍国内外对生物除臭的研究概况。 1 2 1 国外研究概况 国外早在5 0 年代末便进行了恶臭污染防治及其治理方法的研究，并积累了 相当的理论和实践经验。最早的利用微生物处理恶臭的报道见1 9 5 7 年 p o r n c m y r d 发表在美国专刊上，它是利用土壤处理硫化氢臭气的方法，开辟了 以生物法净化废气的新领域。进入7 0 年代以来，各国开始在这一领域开展了研 究，其研究的主要内容包括：脱臭的原理和方法；脱臭装置及操作工艺条件；能 降解臭气的微生物种群和填料表面形成生物膜的条件；微生物降解动力学以及生 物吸收剂的成分等。比较广泛的研究是从8 0 年代初荷兰和德国的科研人员获得 良好治理效果后才开始的，随即引起美国、日本和许多其它国家的重视。随着研 究的进展，已有各类微生物除臭的装置和设备开始运用于冶金、石油、化工、畜 牧业、污水处理厂等实际中，并取得明显的效果，其中日本、德国在这方面取得 的成就最为显著【2 4 0 5 1 ，所以这一方法已逐渐变成了世界工业废气净化研究的前沿 热点课题之一。 在各种除臭治理方法中，生物脱臭法由于脱臭效率高、装置简单、处理成本 低等优点而成为近1 0 年来的研究重点。按生物法的几种类型介绍国外的研究概 况。 ( 1 ) 生物滤池法 生物滤池法处理臭气时，因其运行费用极低，处理效率也很高，所以是目前 研究得最多，工艺也最成熟，尽管其占地面积很大，填料也需要定期更换以及脱 臭不易控制，在实际中仍得到广泛地应用。1 9 9 1 年统计，欧洲有5 0 0 多座生物 滤池在运行，它们中的大多数用于家禽和食品加工工业【2 6 0 7 1 ，处理效率在9 0 以上。近几年已逐渐用于化学工业产生的难降解恶臭物质的处理。采用该法处理 h 2 s 气体、甲醛和氨口9 ，30 1 、有机污染物0 1 3 2 1 、脂肪类碳氢化合物【3 3 ，3 4 1 等都取得 了显著的效果。日本大谷等人曾采用盐化维尼龙系卷毛纤维作为填充物，高度为 1 5 m ，空塔线速度为o 3 2 耐s ，空间速度为每时6 6 7 ，在h 2 s 浓度为1 0 5 1 3 0 p p m 条件下实验，去除率为9 8 ，晟大去除率为2 8 0 0 9 ，m 3 d 。该法的脱臭效率受滤 广东工业大学工学硕士学位论文 料中的含水率、n h 值、温度、布气的均匀性和自然条件等因素的影响。 最近的研究动向在于选择更优的滤料，改善现有滤料的性能，改进生物滤池 的构造和建立描述、预测滤池降解、运行的数学模型。d r m s c h o n 的文章指出， 传统的有机滤料由于使用时间短、压力损失大而趋于淘汰，富含纤维的物质，如 草根碳、可可纤维等被越来越多地使用。d r j m a k o w i a k 指出，几种滤料混合使 用的脱臭效率比使用单一滤料要高，在改善滤料性能方面，d l m n i t s c h e 提出在 滤料中加入少量的活性炭可提高滤池对污染负荷的缓冲能力。y o n g h u ay a n g 则 指出在堆肥滤料中混入少量污泥，可提高细菌数量，使得滤池的测试时间短口”。 传统生物滤池脱臭法的占地面积极大，s a b of s c l l n e i d e r 等人提出了用高效 生物滤池来解决这一难题。即把生物滤池这些小的单元可互相堆放，重叠在一起， 这样可减少占地面积并克服滤池面积大时滤料布置、布气不均匀等缺陷。斯图加 特大学目前正研制一种新型的生物滤池，即转动式生物滤池。o t t e n 铲a f 等人发 表了不少关于滤池中恶臭物质降解过程的理论和数学模型的文章口9 1 ，并出版 了许多有关这些方面的专著。 ( 2 ) 生物滴滤池法 生物滴滤池是在生物滤池的基础上加于改良，原理都是使微生物生长在填料 上，使经过填料的污染物被捕捉降解。其主要的区别有两点：填料不同，生物 滴滤池的填料一般采用无机填料，如炉渣、碎石、陶粒、珍珠岩等，而生物滤池 一般采用堆肥、泥炭、木屑、植物枝等混合后形成的有机活性填料，因此生物滴 滤池比生物滤池的运行生命周期要长；操作工艺不同，生物滴滤池一般池顶设 有喷淋装置，通过喷淋液向池中添加营养物质，以及保持池中的相对湿度。由于 生物滴滤池的填料具有较强的机械强度、易堆砌、质轻，因此，池可做成塔状结 构，即可减少占地面积，又可承受比生物滤池更大的污染负荷【4 0 ，4 ”，同时它还有 很大的缓冲能力，对反以塔内的各种参数控制能力更强，即使中断供给营养物质 几天后，系统仍保持很高的脱臭效率h 2 1 。生物滴滤池以其具有的优点，已经被越 来越多的研究与使用。 生物滴滤池的最新研究动向在于完善操作系统、如何实现自动化、提高系统 内的微生物数量与活性、同时处理多组分污染物气体、生物质积累导致堵塞等问 题。荷兰c l a i r t e c h 公司1 9 9 2 年开始了用于处理高浓度，含酸组分臭气的生物滴 滤池，通过d h 测定和电导率的测定来控制营养物质、水和酸碱的加入量，以提 第一覃绪论 高处理效率。c o x 等m 在生物滴滤池中同时处理含硫化氢与甲苯的实验表明：当 硫化氢浓度在1 7 0 p p m v 、甲苯浓度为1 7 9 i n _ 3 时，反应器内p h 在中性与酸性条件 下，去除容量分别达7 0 9 甲苯m _ 3 h 一，2 0 9 硫化氢i n - 3 h 一，去除效果较好。c r i s t i n a a 1 0 n s o 等m 】和f r a n c i s 等分别对生物滴滤池中生物质的积累做了研究，并提出 控制生物质的一些对策措施。固定化微生物处理技术是近几年研究的废水处理技 术，现已用于臭气治理的研究中，日本在这方面做了不少工作。 ( 3 ) 洗涤式活性污泥脱臭法 洗涤式活性污泥脱臭法可以处理大气量的臭气，同时操作条件易于控制，占 地面积较小，压力损失也较小，实际中有较大的适用范围，日本某铸造厂，德国 某印刷厂【4 6 】采用该法处理恶臭气体都取得了很好的脱臭效果，但这种方法设备费 用大，操作复杂而且需要投加营养物质，对吸收液得进一步处理，增加处理成本， 因而其应用受到了一定的限制，同时此方法的脱臭效率与气液比、气液接触方式、 恶臭物质的溶解性和可生物降解性、污泥浓度以及p h 值等因素有关。 目前该法的研究重点在于改善恶臭物质的溶解性、提高反映器的缓冲能力以 及对脱臭过程进行理论探讨。l o t h a rg 舢位l d 报道，在活性污泥悬浮液中加入颗 粒活性炭和网状的塑料微粒，可适应臭气负荷的变动，并减少泡沫形成和提高去 除率。 ( 4 ) 曝气式活性污泥脱臭法 曝气式活性污泥脱臭法是日本福山等人在8 0 年代初最先开发成功的，现已 应用于屎尿处理场和污水处理场的臭气处理。町田等人从尿处理现场取出活性污 泥，然后把粒径为5 1 0 m m 的木炭浸入其中，将其作为吸附细菌的填充物，填 充高度为6 0 c m ，空间速度为每时1 0 0 ，在硫化氢浓度为8 0 0 p p m 条件下进行实 验，最大去除速度是2 9 0 0 9 硫( m 3 d ) ，可见其速度非常高，其次是标准工厂中 使用，例如选用从尿处理厂的尿调整槽中排出的高浓度恶臭气体进行处理实验， 其硫化氢的负荷是1 0 0 0 1 6 0 0g 硫( m 3 d ) ，结果几乎完全去除。 国外对废气中硫化氢等臭气微生物处理技术已有工业化的实例，比如在欧 洲、日本的城市污水处理厂已有一些应用实例 4 ，代表着空气净化工艺的现代发 展水平与趋势。日本一研究小组从1 9 8 4 年起开展生物滤池脱除v o c s 的系列研 究，已分离出多种具有良好脱除能力的菌株，并在城市污水处理厂中进行了应用 试验，取得良好结果【4 8 1 。岩部秀树等人以多孔陶瓷为载体的研究结果表明：硫化 广东工业大学工学硕士学位论文 氢的浓度为“1 5 3 2 m g ，i 。的臭气，经过固定床式生物脱臭处理后硫化氢的浓度降 为0 3 4 7 4 5 m g l ；青木正信等人以p v a 粒子为载体的研究结果表明：对污染水 处理生化池和污泥处理过程中，产生的臭气，在空塔速度( s v ) 分别为1 0 0 0 l 1 1 和3 0 0 4 0 0 l h 时，硫化氢的去除效果十分理想。河须崎敏明、大越芳男等人以 泥炭为载体的实验结果表明：对污泥浓缩池的高浓度臭气，在s v = 1 0 0 l h 时， 对于含硫化物的臭气，脱臭效果非常好。日本研究者从活性污泥中分离出甲基硫 醚的氧化硫细菌，测定这种菌对甲基硫醚的分解是以2 9 ( g d ) 的高速度进行。 这种菌吸附在泡沫塑料上，采用填充塔方式的脱臭装置，在不同的负荷下，对硫 化氢的去除率大于9 5 、对甲基硫醇的去除率大于8 0 、对甲基硫醚的去除率 大于9 5 。日本的大野胜史从土壤中分离得到对油脂废水有较强的分解能力的枯 草芽孢杆菌，现以制成产品。日本福冈县一机构设计的生物脱臭装置，利用在除 臭土壤、发酵鸡粪、活性污泥中培养出的微生物，使得鸡舍排除的恶臭气只需在 其中停留3 5 s 便可使氨减少到1 m l m 3 的低浓度。 1 _ 2 2 国内研究概况 从工业发展水平和自然条件等方面看，我国恶臭污染状况与特点与国外一些 国家的情况不尽相同，其一是城市与农村的划分比较明显，就现阶段农村的生活 水平和有关设施的发展状况看，恶臭污染的矛盾还不十分明显。二是城镇人口的 相对集中，工业发展速度较快而生产方式、工艺、设备的相对落后使得工业恶臭 源的污染问题比较严重。此外，老城市原有城市建设规划的不合理、工业区与生 活区的混杂、生活设施的不完善也是加剧城市恶臭物染的不利因素。 我国的环境保护工作发展较晚，以往的研究和管理还是着重于大气、水质中 的特征污染物，对于城市恶臭污染的调查和有关测试、标准方面的研究及这方面 的实验室研究是到8 0 年代末9 0 年代初爿开始的，在1 9 9 3 年才对恶臭污染物 的排放标准做了暂时规定。而对脱臭技术的研究则是近几年才开始的，目前仅有 少量报道 4 9 0 2 1 。我国从环境保护的角度出发，已对恶臭污染治理开展了一些研 究并取得了一些进展，例如已成功地采用化学或物理的方法净化处理高浓度恶臭 气体，但恶臭问题仍是市民投诉的热点，所以国内有关恶臭污染防治的呼声越来 越高。在我国利用微生物处理恶臭技术的应用趋势也越来越广泛。并且对硫化氢 第一罩绪论 采用生物处理已有一定的研究。例如马红等采用海藻包埋固定生物颗粒5 3 1 ，利用 固定床反应器处理含氨臭气，气相氨的去除率大于9 2 ，消化速率大于 o 6 3 ( k d ) 。沈根祥等利用a n e w e m 微生物对鸡粪进行除臭实验，结果表明， e m 对垫料中氨氮产生硝化、反硝化和微生物固氮作用而减少氨的挥发，达到除 臭的目的。河北科技大学任爱玲等人采用p v c 弹性立体填料进行了好氧生物法 脱硫的研究。结果表明：生物膜速度快，驯化时问短，抗冲击负荷能力较强，在 空速为1 0 0 2 0 0 m 3 1 1 ，喷淋水量为1 0 0 肚1 5 0 0 l ( m 3 h ) ，硫化氢的质量浓度小 于1 2 0 0 m g m 3 时，脱硫率达9 0 以上。浙江大学殷峻等人研究了泥炭生物滤塔 处理含低浓度硫化氢恶臭气体的技术，实验考察了并研究了气体停留时间和硫化 氢进气负荷对硫化氢去除率的影响，生物滤塔的抗冲击能力以及生物降解宏观力 学，结果表明，当停留时间为2 5 3 0 s 时，迸气浓度为3 7 0 m 鲥m 3 ，去除率达到 9 9 以上，且具有较强的抗冲击负荷【5 ”。在国内对硫化氢臭气的治理多数采用生 物过滤法，因为它对硫化氢臭气的处理有很好的效果。原理是利用以生物膜形式 固定在多孑l 滤料上的微生物代谢硫化氢污染物，滤料装填在生物滤料塔中构成滤 床，气流通过滤床时污染物质从气流中转移到生物膜层上被微生物代谢，从而达 到净化目的口”。同济大学季学李等采用高负荷生物滴滤器( b t f ) 作处理气态挥 发性有机污染物( v o c s ) 甲苯废气的净化实验郾l 。生物滴滤器以纤维附着活性 炭( a c o f ) 为载体材料，用以甲苯为唯一碳源驯化而得的微生物菌种挂膜。结 果表明，该b t f 最大消除能力值可达到2 8 0 ( m 3 h ) ，远大于已有文献的报道 值。在甲苯负荷小于2 8 0 ( m 3 h ) ，停留时间1 5 7 s 条件下，表观气速2 3 0 州h 时， 可保持9 0 以上的净化效率。闲置恢复实验表明：数小时的停运闲置使设备性能 有所下降，但在l 3 h 内便能恢复；2 0 天以上的闲置对b t f 性能影响较大，需 2 3 天才能基本恢复。实验显示了用a c o f 挂膜的b t f 具有净化效率高，缓冲 能力较好等优点。这是由于该生物滴滤器内具有很高的生物膜量( 最大为3 0 3 k m 3 ) ，良好的传质和降解性能，并具有较好的持水特性。 在生物处理臭气过程中，关键在于高效脱臭微生物菌株的筛选。这方面大多 采用驯化的城市污水处理厂活性污泥进行处理研究，如马肖卫和李建国从城市污 水处理厂火星污泥接种的生物滤池经低浓度硫化氢气体直流通气驯化培养出脱 硫化氢效果良好的脱硫菌群【5 7 】。郑士民等人从金矿酸水中分离得到氧化亚铁硫杆 菌p 3 2 0 菌株【5 8 】，以软性纤维和玻璃钢蜂窝作为载体制成生物膜反应器，采用穿 广东工业大学工学硕士学位论文 流栅孔板塔为气体吸收塔，在塔板数为3 块的条件下对石油催化干气和沼气进行 脱硫，硫化氢的去除率分别为7 1 4 5 和4 6 9 1 。 1 3 课题目的与意义 传统的恶臭废气的处理方法不仅价格昂贵而且易造成二次污染。因此，亟需 找到一种新的处理技术。实践证明，生物法净化空气污染廉价高效。生物滴滤法 净化恶臭污染气体是一项较新环境生物技术，也是目前最有前景的废气生物处理 技术。因此生物滴虑池的研究与应用具有巨大的经济效益和环境效益。 目前生物滴滤池的基础理论研究较少，在国内尚无大规模工业应用实例。本 研究旨在建立一套能有效处理含恶臭废气的生物滴滤池系统，并解决工业应用中 面临的主要难题。研究生物滴滤池在各种环境下的降解特性，从而为提高微生物 降解活性选择最佳的运行参数。最终实现生物滴滤池的工业化应用。 1 4 课题的研究内容 ( 1 ) 生物滴滤池去除硫化氢气体的研究： ( 2 ) 生物滴滤池去除氨气的研究 ( 3 ) 生物滴滤池处理含硫化氢与氨气混合臭气的研究 ( 4 ) 生物质积累分析； ( 5 ) 生物膜中微生物群落的观察 ( 6 ) 生物除臭降解机理的探讨 第二章实验材料与方法 2 1 实验材料与仪器 2 1 1 实验材料 2 1 1 1 药品与试剂 表二l 药品与试卉 睛单 ! 旦垒! ! ! ：12 罂墅! 鲤堡! 曼! 坐空! ! ! ! 塑望! ! ! k o h 氯化铵三氯化铁( f e c l 。6 h ：0 ) 2 1 1 2 菌种与气源 实验所用h 2 s 气体为瓶装液体硫化氢，是广东省佛山市科的气体化工有限公司生产， 纯度为h 2 s 9 9 9 9 5 。 所用n h 3 气体为瓶装液体高纯