第六章 恶臭气体净化

1、第六章恶臭气体净化第一节恶臭气体及污染控制一、大气及大气污染大气又称为大气层或大气圈,它是包围地球的空气层,是自然环境的重要组成部分之一,是人类及一切生物赖以生存的物质基础。大气污染主要是指人类在生活、生产活动中向大气排放的污染物超过环境所允许的极限时,给人们的生活、工作、健康精神状态、设备财产以及生态环境遭受到恶劣影响和破坏的现象。二、恶臭气体与大气污染恶臭指凡是能刺激人的嗅觉器官,普遍引起不愉快或厌恶、损害人体健康的气味。恶臭污染是大气、水、废弃物等物质中的异味通过空气介质,作用于人的嗅觉思维而感知的一种感知污染,是一种日益引起全球重视的大气污染公害。地球上存在的200多万种化合物中,1/

2、5具有气味,约有1万种为重要的恶臭物质。按化学组成分为5类:含硫的化合物,如硫化氢、二氧化硫、硫醇、硫醚类等;含氮的化合物,如胺、氨、酸胺、吲哚类等;卤素及衍生物,如卤代烃等;氧的有机物,如醇、酚、醛、酮、酸、脂等;烃类,如烷、烯、炔烃以及芳香烃等。除硫化氢和氨外,恶臭物质大都为有机物。这些有机物具有沸点低、挥发性强的特征,我们又称其为挥发性有机化合物,简称VOC s(挥发性的有机化合物。恶臭物质分布广、影响大,它除了刺激人的嗅觉器官使人觉得不愉快外,还对人的呼吸系统、消化系统、内分泌系统、神经系统和精神产生不利影响,高浓度情况下会导致急性中毒甚至死亡。这表现在以下几个方面。危害呼吸系统人们闻

3、到恶臭,对呼吸产生反射性抑制,甚至憋气,妨碍正常呼吸功能。危害循环系统随呼吸变化,会出现脉搏和血压变化。如氨会使血压出现先下降后上升的现象。危害消化系统人经常接触恶臭,会使人产生厌食、恶心,甚至呕吐,进而发展到消化功能减退。危害内分泌系统经常受恶臭刺激,会使人的内分泌系统功能紊乱,影响机体代谢。危害神经系统恶臭的刺激,会使嗅觉疲劳甚至丧失。“久闻不知其臭”最后会导致大脑皮层兴奋和抑制的调节功能失调。影响精神状态恶臭使人烦躁不安,思想不集中,工作效率降低,判断力和记忆力下降,影响大脑的思维活动。有机恶臭物质的危害易引起各类中毒。大多数中毒症状表现为呼吸道疾病,多为积累性。在高浓度污染物突然作用下

4、,有时可能造成急性中毒,甚至死亡。一些有机物接触皮肤,可引起皮肤病,有些有机污染物具有致癌性,如氯乙烯、聚氯乙烯,尤其是一些稠环化合物,如苯并芘等。三、恶臭气体污染治理基本方法治理恶臭气体的主要方法有物理法、化学法和生物法三类。物理法不改变恶臭物质的化学性质,只是用一种物质将它的臭味掩蔽和稀释,或者将恶臭物质由气相转移至液相或固相。常见方法有掩蔽法、稀释法、冷凝法和吸附法等。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。常见的方法有燃烧法、氧化法和化学吸收法(酸碱中和法等。生物法是20世纪50年代发展起来的新兴脱臭技术,是应用自然界

5、中微生物能够在代谢过程中降解恶臭物质这一原理开发的大气污染控制新技术。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。常见方法有生物过滤池法、生物滴滤池法和生物制剂法。掩蔽法:即采用更强烈的芳香气味或其他令人愉快的气味与臭气混和,以掩蔽臭气或改变臭气的性质,使气味变得能够为人们所接受。或采用一种能抵消或部分中和恶臭的添加剂,以减轻恶臭。稀释法:亦称为稀释扩散法,是将有臭味的气体由烟囱排向高空扩散,或者以无臭的空气将其稀释,以保证在烟囱下风向和臭气发生源附近工作和生活的人们不受恶臭的袭扰,不妨碍人们的正常生活。吸附法:是使得恶臭气体通过吸附剂填充层而

6、被吸附去除的方法,常用的吸附剂一般为活性炭、硅藻土、以及陶瓷碎片等。有时也根据吸附气体成分的特殊性使用添加药剂的吸附填料。在吸附法中较常用的方法是活性炭吸附法。吸收法(洗涤法:使用水等溶剂溶解臭气中的恶臭物质。有水洗法和化学吸收法(酸碱中和法。化学氧化法:是采用强氧化剂如臭氧、高锰酸钾、次氯酸盐、氯气、二氧化氯、过氧化氢等氧化恶臭物质,将其转变成无臭或弱臭物的方法。燃烧法:实质是高温氧化,将臭味物质氧化为无臭无害的二氧化碳和水等,根据是否使用催化剂可分为直接燃烧与催化燃烧。直接燃烧直接燃烧也称直接火焰燃烧,它是把废气中可燃的有害气体组分当作燃料直接烧掉,因此这种方法只适用于净化可燃有害组分浓度

7、较高的废气,或者是用于净化有害组分燃烧时热值较高的废气,因为只有燃烧时放出的热量能够补偿散向环境的热量时,才能保持燃烧区的温度,维持燃烧的继续。催化燃烧法催化燃烧实际上为完全的催化氧化,即在催化剂作用下,使废气中的有害可燃组分完全氧化为CO2和H2O。由于绝大部分恶臭有机物均具有可燃烧性,因此催化燃烧法是消除恶臭气体的有效手段之一。与其它种类的燃烧法相比,催化燃烧法具有如下特点:A、催化燃烧为无火焰燃烧,所以安全性好;B、燃烧温度要求低,大部分烃类和CO在300-400之间即可完成反应,由于反应温度低,故辅助燃料消耗少;C、对可燃组分浓度和热值限制少;D、为使催化剂延长使用寿命,不允许废气中含

8、有尘粒和雾滴;E、由于燃烧开始时,气体的温度较低,需要补充热量启动装置,故对频繁间歇、短期排放有机废气的场合不太合适。催化燃烧法工艺流程:a.进入催化燃烧装置的气体首先要经过预处理,除去粉尘、液滴及有害组分,避免催化床层的堵塞和催化剂的中毒。b.进入催化床层的气体温度必须要达到所用催化剂的起燃温度,催化反应才能进行,因此对于低于起燃温度的进气,必须进行预热使其达到起燃温度。特别是开车时,对冷进气必须进行预热,因此催化剂燃烧法最适用于连续排气的净化,经开车时对进气预热后,即可利用燃烧尾气的热量预热进口气体。若废气为间歇排放,每次开车均需对进口冷气体进行预热,预热器的频繁启动,使能耗大大增加。气体

9、的预热方式可以采用电加热也可采用烟道气加热,目前应用较多的为电加热。c.催化燃烧反应放出大量的反应热,因此燃烧尾气温度很高,对这部分热量必须回收。一般是首先通过换热器将高温尾气与进口低温气体进行热交换减少预热能耗,剩余热量可采用其他方式进行回收。在生产装置排出的有机废气温度较高的场合,如漆包线、绝缘材料等的烘干废气,温度可达300以上,可以不设置预热器和绝热器,其燃烧尾气的热量仍应回收。催化燃烧工艺流程有分建式和组合式两种。在分建式流程中,预热器、换热器、反应器均作为独立设备分别设立,其间用相应的管路连接,一般应用于处理气量较大的场合。组合式流程将预热、换热及反应等部分组合安装在同一设备中,即

10、所谓的催化燃烧炉,流程紧凑,一般应用于处理气量较小的场合。我国有这类装置的定型产品,可根据处理气量的大小进行选择。进行催化燃烧的设备为催化燃烧炉,主要应包括预热与燃烧部分。在预热部分,除设置加热装置外,还应保持一定长度的预热区,以使气体温度分布均匀并在使用燃料燃烧加热进口废气时,保证火焰不与催化剂接触。为防止热量损失,对预热段应予以良好保温。在催化燃烧反应部分,为方便催化剂的装卸,常设计成筐状或抽屉状的组装件。生物制剂法:主要应用于禽畜养殖场或垃圾场等地方的恶臭治理。它是利用筛选出来的有效微生物菌株制成固态或液态制剂,利用微生物生长繁殖的一系列生物化学反应降解恶臭物质,从而达到除臭的目的。生物

11、过滤法:生物过滤法的处理流程是含恶臭物质的气体经过去尘增湿或降温等预处理工艺后,从滤床底部由下往上穿过滤床,通过滤层时恶臭物质从气相转移至水-微生物混合相(生物层,由附着在滤料上的微生物的代谢作用而被分解掉。生物过滤法分为土壤脱臭法、堆肥脱臭法和生物滤池脱臭法等。联合法:当除臭要求高且被处理的恶臭气体难以用单一去处方法满足要求时,或虽能满足要求但运行费用很高时,可采用联合脱臭法。如“洗涤-吸附”联合法、“吸收-吸附”联合法、“吸附-氧化”联合法和“吸收-氧化”联合法等。除以上方法外还有脉冲电晕放电法、土壤蒸汽抽提技术及其增效技术等用于恶臭气体的去除。第二节生物法净化恶臭气体工艺和技术生物法净化

12、恶臭气体具有净化效率高、设备结构简单,投资低、操作简单、处理成本低、运行维护容易、可避免二次污染等优点,进而成为近十年的研究应用重点。在国外的一些生产性实践中,该技术能成功地处理大量来自污水厂、公共区域的恶臭、VOC和有毒气体排放物,去除率可超过90%。目前主要的生物净化方法为土壤及堆肥法、生物过填法、生物滴填法以及生物洗涤法等。一、土壤及堆肥法1、土壤法土壤法是较早出现的净化恶臭气体的方法之一,该法是以缓慢的速度将臭气通入土壤后,臭气成分首先被土壤颗粒吸附或溶解于土壤水溶液中,然后在土壤微生物的作用下将其氧化分解转化达到消除臭气的目的。土壤生物处理系统是最早在工业上应用的生物脱臭法。日本已成

13、功地应用土壤脱臭法去除粪便处理厂、畜牧厂、污水处理厂的臭气。土壤法原理土壤过滤装置通常采用床型过滤器,由送风机将臭气送入土壤下部的主通风道,然后由支通风道出来的臭气通过较大石块的空隙依次进入砂层和土壤层,并逐渐扩散开来被土壤颗粒吸附,最终被土壤中微生物分解转化。土壤除臭装置中,除臭用的土壤层一般在50cm左右(最初土壤层厚度在60cm左右,久后逐渐压实到50cm左右,设计除臭能力一般以通入空气中的NH3(在此以NH3计平均含量在200mg/L以下为宜。土壤下部通气静止压力最好在20003500Pa,通入的空气温度不能超过40,相反,低于10也会降低微生物的除臭能力。土壤法适用于处理低中含量臭气

14、,而且所用的土壤要求具有质地疏松、富含有机质、通气性和保水性能强等特点。符合这些条件的土壤主要有火山灰土和腐殖质土(如森林表层土,其他土壤需进行改良。土壤处理法的优点是脱臭能力强,运行稳定,设备简单,运行费用低,维护管理方便,在不影响土壤通气的情况下还可适量种植花草进行绿化。缺点是占地面积大,开放式的场地在大雨天会由于土壤通气性的恶化而降低处理效果。影响土壤除臭效果的因素土壤微生物降解速率与下列因素有关。有机物浓度生物降解速率与土壤中有机物浓度成正比,但超过一定浓度,降解速率与浓度无关。环境因子如温度、湿度、pH值应控制适当,不应过高或过低。一般温度为530、湿度为50%70%、pH值为78。

15、土壤处理系统使用一年后会发生酸化,需加入石灰石调整pH值。土壤厚度土壤层越厚,其中的微生物量越多,因此处理效果越好,但随着土壤层厚度的增加,系统压降一般会增加,从而影响去除效果。2、堆肥脱臭法堆肥发酵脱臭法是以污水处理厂的污泥、城市垃圾、动物粪便等有机物为原料,经好氧发酵得到的熟化堆肥中存在着许多微生物,因此将臭气直接通入处于后熟阶段的堆肥材料中,以达到消除臭气的目的。堆肥法一般分为两种类型:堆肥覆盖在废气发生源或出口处,自然生化除臭;废气发生源较多时,集中送到除臭装置中除臭,其装置流程与土壤法类似,利用泥炭、堆肥、木屑、植物枝杈等为填料,彼此相互混合形成一种有利于气体通过的疏松结构,即堆肥层

16、。堆肥脱臭法的优点是:好氧细菌的繁殖密度高,因而整个设备紧凑,去除效果好,占地面积小,不需专门建设除臭装置,节省土地和设备投资。缺点是:除臭效果不稳定,常因堆肥种类和性质不同除臭效果相差很大。因堆肥由可生物降解的物质构成寿命有限,应及时调整pH值,定期补充碳素养料,一般两年补给一次。3、土壤及堆肥法填料选择土壤及堆肥法填料选择理想的填料应具有以下性质。最佳的微生物生长环境使营养物、湿度、pH值和碳源的供应不受限制。较大的比表面积。较大的比表面积可以为臭味去除的两种机制(微生物增长和吸附提供路径。有机填料的吸附能力可以使去除臭味的生物过滤器耐冲击能力增加。一定的结构强度,较低的个体密度,防止填料

17、压实。一般填料的寿命限制为24年,而将有机填料和惰性的填充剂混合使用,寿命可达5年。填料的湿度(含水量是生物过滤器最重要的操作参数。填料的湿度太低会使微生物失活和产生气体短流;湿度太高会使降解速率降低。影响填料湿度变化的主要因素有:湿度未饱和的进气、生物氧化、与周围温度进行热交换等。高孔隙率使气体有较长的停留时间。二、生物过滤池1、生物过滤池原理生物脱臭是一个气体扩散和生化反应的综合过程。含污染物的气体首先进入调节器进行润湿,然后进入生物滤池。当润湿的废气通过附有生物膜的填料层时,气体中的恶臭物质溶于水,被附着在填料表面的微生物吸附、吸收,在生物细胞内分解为CO2、H2O、S、SO42-、SO

18、32-、NO3等无害小分子物质。净化后的气体经过排气口排出。生物滤池的进气方式可采用升流式或下降式,前者容易造成深层填料干化,后者则可避免填料的干化,并可防止未经填料净化的颗粒性污染物排出。为防止气体中颗粒物造成滤池堵塞,废气进入滤池前必须除尘。生物滤池的技术特点是体系中的微生物是固定附着在填料上的,而且所用填料可以为微生物提供足够的养分,无需另外添加营养物质,填料的使用寿命视种类一般为35年,因此具有设备少、操作简单、不需外加营养物、投资运行费用低、除臭效率高等优点。但其缺点是反应条件控制较难、占地面积大,基质浓度高时,因生物量增长快而易堵塞填料、影响传质效果。生物滤池填料层的厚度一般约为1

19、.02.0m,可以为单级或多级,面积视处理气体量和处理效果而定。常用的填料种类有:含微生物量较高的木屑,富含纤维质物质,质地疏松、通气性好和非常适合于微生物生长和繁殖的泥炭土(或草甸土,以及透气性好、吸附性强、持水性适中的锯末、树皮、树叶、干草、谷壳、木渣和贝壳等组成的单一填料或混合填料,这些物质本身含有大量各种微生物及其所需无机营养成分,因此不需外加营养物。2、影响生物过滤池除臭效果的因素影响生物过滤池除臭效果的因素主要有:废气中污染物质种类及含量、湿度、温度、pH 值以及所用填料特性等。废气中污染物质种类及含量废气中的污染物应为可以被微生物利用和降解的有机或无机物质,而且不含有对微生物生长

20、产生抑制作用的有毒物质。对于生物过滤池,废气中的污染物含量不宜过高。废气中的化合物应是溶于水和可生物降解的,废气中不含大量对微生物有毒的物质及大量的灰尘、油脂等。湿度在生物过滤池中,填料层的均衡润湿性制约着生物滤池的透气性和处理效果。润湿效果不够,导致填料变形,影响除臭效果;过分润湿,会减少废气中污染物与填料层的接触时间,并生成带有气味的挥发物。温度和pH值每种微生物均有一合适的生长温度和pH值,因此,温度和pH值是影响微生物生长的关键因素。生物过滤池的一般正常运行温度为565。在废气生物净化过程中,含氯有机物、NH3、H2S的氧化分解会导致净化环境中的pH下降,影响微生物的生化作用,可通过在

21、生物滤池的填料上喷洒pH值缓冲剂来稳定pH值。所用填料特性生物过滤池所选用的填料特性也是影响其处理效果的关键因素。填料的选择不仅要考虑到比表面积、机械强度、化学稳定性及价格等,还要考虑持水性的问题。3、生物滤池的应用研究目前,有关生物滤池的研究主要集中在选择更优的填料,改善现有填料的性能。三、生物滴滤池生物滴滤池是介于生物过滤池和生物洗涤池之间的生物除臭装置,该装置与生物滤池的最大区别在于其填料上方喷淋循环液,在循环液中接种了经污染物驯化的微生物菌种。1、生物滴滤池原理含有污染物的气体经过或不经过预处理,进入生物滤池。当润湿的废气通过附有生物膜填料层时,气体中的恶臭物质溶于水,被循环液和附着在

22、填料表面的微生物吸附、吸收,达到净化气体的目的。净化后的气体经过排气口排出。在运行启动初期,首先要在填料表面挂上生物膜,形成生物膜后,微生物进行好氧呼吸,将气相主体中的污染物分解,代谢产物则通过扩散作用外排。生物滴滤池的进气方式可以分为水气逆流、并流两种。生物滴滤池的技术特点是体系中的微生物既有固定附着在填料上的,也有悬浮在循环液中的,因此生物滴滤池兼有生物过滤和生物洗涤的双重作用。生物滴滤池填料载体的厚度一般为1.02.0m,可采用单级或多级。填料材料的选择与生物滤池不同,所用填料为无机惰性填料,不能为微生物的生长提供养分,只作为微生物附着的载体,填料的表面系数比较低,这就为气体通过提供了大

23、量的空间,使气体通过填料柱时的压力损失小,同时也避免了由微生物生长和生物膜疏松引起的空间堵塞现象。生物滴滤池的优点是:设备少、操作简单,液相和生物相均循环流动,生物膜附着在惰性填料上,压降低,填料不易堵塞,对污染物的去除效率高:其缺点是需外加营养物,运行成本较生物滤池高等。2、影响生物滴滤池净化效果的因素影响生物滴滤池除臭效果的因素主要有:填料、温度、湿度、pH值、营养物质以及操作方式等。填料用于生物滴滤池的填料应有较好的表面性质和化学性质,以适合于微生物的生长;有较大的比表面积,以提高生物量及单位面积污染物降解量;具备一定的孔隙率,以防止堵塞和压降升高引起短流;有较好的持水率,以保证液体环境

24、;另外,填料还需一定的机械强度、较为稳定的化学性质以及不含对微生物的生长有抑制或毒性的成分。优势菌种的培养和驯化生物滴滤池中的微生物种类很多,但在除臭过程中一般存在针对恶臭气体中的污染物质的优势菌种,能否在较短时间内培养和驯化出优势菌种也是影响除臭效果的关键因素。温度适宜微生物生长的温度范围在2535之间,随着温度的升高,气体的紊动程度越大,传质速度越快,有利于气态污染物从气相转入液相,但如果温度超过微生物所能承受的温度范围,其活性会大大降低,因此,生物滴滤池内的温度要调节到适宜的温度范围内。湿度生物滴滤池的运行对湿度要求非常严格。当滴滤池中水分过多时,影响通透性进而严重影响净化效果,还可能导

25、致影响微生物的新陈代谢,发生厌氧反应,产生恶臭。滴滤池中水分过少时会导致填料层缺乏微生物生长代谢所必需的水分,微生物的液体环境受到影响,严重时会导致填料干裂。pH值和营养物质的控制生物滴滤池可以通过调节循环水的pH值来达到调节池内的pH值的目的。营养物质的控制也是影响处理效果的重要因素,当营养物质过多时,池内的微生物繁殖过快,导致生物膜大量脱落,严重时会发生堵塞,影响除臭效果;当营养不足时,微生物新陈代谢受到影响,达不到最佳的除臭效果。因此,应根据恶臭气体中的有机物含量来调节营养物的配比及投加量,微量元素一般适量添加即可。操作方式生物滴滤池可采用顺流操作和逆流操作两种操作方式。理论上,逆流操作

26、的传质效果优于顺流操作,但有研究人员认为操作方式对恶臭去除效率的影响与气体性质、填料性质和微生物种类等因素有关,因此,实践中操作方式的选择应视具体情况而定。3、生物滴滤池的应用研究概况由于生物滴滤池在除臭方面的优越性,其已成为国内外研究的热点。我国目前进行的生物脱臭方法的研究大都采用生物滴滤池的方法。四、生物洗涤池1、生物洗涤池原理生物洗涤池,又称生物洗涤器(装置,实际上是一个悬浮活性污泥处理系统,对恶臭气体的去除过程分为吸收和生物降解反应两个过程。生物洗涤池由传质洗涤器和生物降解反应器组成,出水需设二沉池。废水首先进入洗涤器,与惰性填料上的微生物及由生化反应器过来的泥水混合物进行传质吸附、吸收,部分有机物在此被降解,液相中的大部分有机物进入生化反应器,通过悬浮污泥的代谢作用被降解掉,生化反应器出水进入二沉池进行泥水分离,上清液排出,污泥回流。生物洗涤池的技术特点是:水相和生物相均循环流动,生物为悬浮状态,洗涤器中有一定生物吸附和生物降解作用。其优点