生物过滤法处理恶臭气体探讨

林新尧



生物过滤法处理恶臭气体探讨

林新尧

三明市环境保护科学研究所

恶臭污染作为日益严重的环境问题，越来越受到人们的重视，各种除臭的技术不断涌现，但是恶臭气体的控制和去除技术还有许多工作需要探讨。该文先介绍了恶臭气体的成因，然后介绍生物除臭技术发展现状，并对当前主流的除臭技术进行简单对比分析，结合实例重点论述生物过滤除臭的技术原理、去除效率和效果。

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恶臭污染是一种感知污染，它不仅给人感觉器官以刺激产生厌恶感，而且含有的某些有害物质能直接危害人体的健康，已被认为是仅次于噪声污染的六大公害之一，直接影响人们的生活质量，甚至危害到人们的健康，已越来越受到人们的关注。恶臭物质一般散发在大气中，有些会随废水和废渣进入水体，不仅使水发生恶臭，还会影响水生生物的生存[1]。因此，对处理恶臭越来越来受到人们的关注，对除臭技术的研究也越加深入，本文主要对生物过滤法处理恶臭气体进行探讨。

1 恶臭气体的形成和类别

臭味产生的直接原因是恶臭物质的存在。恶臭污染物指一切能刺激嗅觉器官、引起人们不愉快及损害人的健康和生活环境的有害恶臭物质及挥发性有机污染物（VOCs）气体物质。恶臭物质产生的原因是有机物在厌氧环境条件下发生各种复杂的还原性反应。发酵过程中，蛋白质、氨基酸会因微生物的活动而进行脱羧作用和脱氨作用，这是发酵过程臭味产生的主要因素。

恶臭物质中只有少数的气味物质是无机化合物，如：氨(NH3)和硫化氢(H2S)；绝大多数恶臭气体为挥发性有机物，如：低分子脂肪酸、胺类、醛类、酮类、醚类、卤代烃以及脂肪族的、芳香族的、杂环的氮或硫化物。

恶臭污染物从其组成可分为五类[2]：① 含硫的化合物，如H2S、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。其中H2S和NH3是臭味的主要组成，具体见表1。

表1 主要恶臭污染物与产生行业

这些物质都带有活性基团，容易发生化学反应，易被氧化。当活性基团被氧化后，气味就消失，各种除臭工艺就是基于这一原理。但是恶臭物质形成机理极为复杂，且臭气源复杂，监测困难，造成臭气的机理研究受到限制。人的嗅觉十分敏感。恶臭可引起呼吸障碍、头疼、恶心、心血疾病、神经功能减退等疾病[3]，对人类健康有极大的危害。因此，臭味去除技术的研究迫在眉睫。

2 生物除臭技术发展现状

早在1920年，在德国，人们就对废水处理厂的废气进行处理，当时将恶臭气体通过简单的生物过滤器，发现气体经过生物过滤器后，臭气的臭味可以得到降低。上世纪60 年代，欧美的一些研究表明，废气中臭味的物质主要是由于微生物降解气体中的污染物，后来生物过滤器成功用于清洁一些废气。如今对挥发性有机物质(VOC)气体，传统的生物过滤器的效率比较低，容易形成较大的压差。在70 年代后，废气生物过滤在欧洲，特别是德国，开始比较广泛地应用于一些低浓度的工业废气，特别是含有VOCs的气体。

目前国内对VOCs研究主要集中在对于一些单一化合物的处理，受研究设备和实验手段的限制，这些研究还有局限。应用方面还处于模仿阶段，对生物过滤的机理和核心技术的了解和掌握还需要一定时间，所以在有毒有臭（VOCs）废气处理方面，我国尚处于起步阶段。

目前，治理恶臭气体的方法主要有物理法、化学法和生物法三大类。生物法处理废气污染物是一项新兴的技术。各种处理方法的原理、特点详见表2。

表2 物理、化学及生物脱臭的主要方法及比较

由表2可知，这些除臭方法都有各自的优缺点，但用物理法和化学法都存在投资大、操作复杂，运行成本高、存在二次污染等问题，而且受外界的影响较大。生物法除恶臭气体具有净化效率高，可处理复杂组分的恶臭气体，无二次污染等特点，是除臭技术发展的方向。

3 生物过滤法除恶臭

3.1 生物过滤法除臭原理

生物过滤除臭技术利用微生物在纤维质或多孔材料表面形成的生物膜能够吸附、吸收和降解恶臭气体成分，并将其转化为无毒、无害、无味的简单物质的原理，选择有机或无机材料作为微生物膜的载体，将人工筛选的脱臭微生物固定于生物过滤器内，利用风机负压的作用，将臭气输送到加湿保温系统，流过含有丰富微生物的过滤介质（滤料），完成吸附、吸收和降解过程。而Ottengraf等提出了生物膜理论，并建立了理论模型来描述低浓度有机废气的生物净化过程[4]。

孙石等[5]较早地在国内介绍了该模型，并认为低浓度恶臭气体在生物滤池中的吸附净化一般要经历以下3个步骤：①废气中的有机污染物首先同水接触并溶解（或混合）于水中，即由气膜扩散进入液膜；②溶解（或混合)于液膜中的有机污染物在浓度差的推动下进一步扩散到生物膜内，进而被其中的微生物捕获并吸收；③进入微生物体内的有机污染物在其自身的代谢过程中作为能源和营养物质被分解，最终转化为无害的化合物。在此净化过程中，总吸收速率主要取决于气、液两相中的有机污染物扩散速率(气膜扩散、液膜扩散)和生化反应速率。

3.2 生物过滤系统的组成

生物过滤除臭系统主要由4大部分组成：气体收集输送系统、加湿保温系统、生物过滤系统和检测控制系统（见图1）。气体收集输送系统的主要功能是将构筑物自由挥发的气体封闭收集起来并输送到后续处理系统。具体包括构筑物加盖密封系统、管道收集系统和风机。加湿保温系统用来对不满足温度湿度处理条件要求的气体进行预处理，使之达到较为理想的温度和湿度，保障微生物能有效地去除臭气物质。生物过滤系统主要是在适宜的条件下，利用载体填料表面积上生长的微生物的作用脱臭。臭气物质通过填料时，先被填料表面附着的微生物膜吸附，然后被氧化分解，从而完成除臭过程。检测控制系统主要用来检测系统的运行状态和技术参数,通过人机对话的方式，调整工艺参数，检测设备的运行，从而使设备处于最佳运行状态，实现无人值守、远程监控的运行方式并可将有关信息远传到企业网络或控制室。

图1

3.3 微生物过滤器法去除恶臭组分的实例

某制药有限公司主要生产抗生素。制药废水处理站主要用于处理该制药的生产废水，日设计处理能力为10000m3。该废水处理站属环保“三同时”项目，采用的工艺流程为：废水调节池—水解酸化池—混凝沉淀池—CASS·SBR反应器—达标排放。废水处理站所产废气的主要成份有H2S、NH3，还含有少量的硫醇、硫醚、有机溶剂等恶臭物质。

为处理该污水站的恶臭废气，该厂采用高效生物过滤器来处理恶臭气体，该处理工艺属于二级处理工艺，是完全的生物处理方法，处理效果好，达到设计要求和环保标准，周围居民及厂区人员反映良好。

生物除臭处理工艺采用二级处理：废气加湿塔、高效生物净化器。具体详见图2。

图2 工艺流程图

废气加湿塔：恶臭气体被收集后，通过管道进入加湿塔加湿，然后进入生物净化器。

高效生物净化器：生物净化器内装有填料。填料在预处理时，与三新的3A-3#菌种混合，经培养使得填料上附生着大量的微生物，并形成生物膜。废气进入生物净化器后，微生物将废气VOC转变为CO2+H2O,其中

NH3→ N2,

H2S → S硫磺→ 亚硫酸→ 硫酸。

通过对填料每天的定时冲洗，硫酸随水清洗到水中。由于其浓度低，清洗水可以直接进入水处理池。用于冲洗的水泵不需要连续运行，每天1～2次，每次10分钟即可，冲洗水可以中和，再循环使用。

当废气浓度高时，微生物可以将部分恶臭硫化物转变为硫磺，储存于细胞内，当废气浓度低或停机期间，存于细胞内中的硫磺还可以作为微生物的能量被分解成亚硫酸或硫酸。所以，微生物有自适应能力，同时，生物净化器有一定的抗冲击能力，废气浓度变化将不影响生物净化器的处理效率。

联邦制药(成都)有限公司采用微生物过滤器法去除恶臭后，根据对处理后恶臭气体的监测结果详见表3。

表3 生物处理恶臭气体监测结果一览表

通过以上的数据可知，经过生物过滤器的处理后，恶臭气体被转化为CO2、H2O，处理的整个系统过程中没有产生二次污染物。而且恶臭气体的去除率比较高，处理效果很好。同时工艺流程短、设备简单、运行成本低等，具有很好的发展前景。

4 结束语

随着居民生活水平的不断提高，对生活环境质量的要求不断提高，恶臭污染越来越来受到人们的关注，对除臭技术的研究也越加深入，生物过滤作为一种新型生态臭气处理技术，具有投资省、运行简便、处理效果稳定、无二次污染等优点，是未来恶臭气体处理的发展方向。

[1] 张振家．张仁江．高浓度有机硫废水的厌氧生物除臭处理[J]．中国环境科学, 2000, 20(5)：414-418．

[2] 王延吉，王鸿志，杨光壁．制定无组织排放恶臭物质浓度控制标准值的技术路线探讨[J]．环境科学研究，1992，5(1)：42-45.

[3] RAMIREZ L E，CORONA H J，DENDOOVEN L，et al.Characterization of five agricultural by-products as potential biofilter carriers[J].Bioresource Technology，2003，88（3）：259-263.

[4] O ttengraf S P P. B iologica l sys tem s for w aste gas e lim ina2tion. Trends in B iotechnol, 1987, 5 (5) : 132-136.

[5] 孙石，杨显万，谢蕴国，等．生物法净化低浓度挥发性有机废气的动力学问题探讨[J]．环境科学学报，1999，l9 (2)：153-158 ．