生物法处理技术篇——VOCs和恶臭废气污染控制装备产品应用（四）

生物法处理技术基于单项技术的设备与产品

一、概述

VOCs和臭气等废气的生物处理过程，实质是附着在载体介质上的微生物，在适宜的环境条件下，利用废气中的污染物作为碳源或能源，维持其生命活动，并在特定生物酶的作用下将污染物转化为CO₂和H₂O等无害物质的过程。
1.技术原理：废气中的污染物在湿润的条件下或是直接与水接触后，被吸附或是溶解于水中，由气膜转移进入液膜；溶解于液膜中的污染物成分在浓度差的作用下被推动进入或是被吸收扩散进入生物膜，最后被生物膜中的微生物捕获，成为其生长代谢的基础物质。目前在VOCs处理和臭气净化方面的处理方式可分为三种生物洗涤法、生物过滤法和生物滴滤法，三种方法的比较如表6。

表6  三种生物处理法的比较

处理方法	原理	适用范围	优点	缺点
生物洗涤法	微生物及其补充营养元素存在于液体中，气体中的污染物通过与悬浮液接触后转移到液体中而被微生物降解转化为无害物质。一般悬浮泥浆采用活性污泥，效率取决于生物悬浮液的活性强度和再生能力	范围广泛	可处理多种气体，操作条件易于控制	设备成本高，操作复杂，活性污泥再生时间较长
生物过滤法	微生物附着生长于固体介质（填料）上，废气通过由介质构成的固定床层（填料层）被吸附、吸收，后被微生物降解转化为无害物质。一般填料层采用具有吸附性和生物活性的填料，如土壤、堆肥、木屑等，具有吸附污染物质和向微生物提供营养物质的作用	通常用于臭气去除，适用于亲水性和易降解物质	运行费用低	占地面积大，填料需定期更换，过程不易控制，对疏水性和难降解物质处理能力低
生物滴滤法	原理同生物过滤相似，区别在于所使用的填料多为竹炭、塑料、陶粒等惰性材料，补充营养物质的提供需额外喷淋营养液。	适用范围广泛，可针对待处理废气利用特定微生物菌种	装置内生物数量大，抗冲击性强于生物过滤法，惰性填料可长期使用，造成的压力损失小，操作条件容易控制	需经常添加营养物质，操作较复杂

生物洗涤器一般由一个装有惰性填料的传质洗涤器和生物降解反应器组成，出水需要设置沉淀池。废气首先进入洗涤器与生化反应器过来的泥水混合物进行传质吸附、吸收，部分容易降解的污染物在此即被微生物降解，大部分污染物进入生化反应器，被活性污泥的代谢作降解，生化反应器出水进入沉淀池进行泥水分离，上清液排出，污泥回流。洗涤器主要是物理溶解过程，生物反应器中一般采用好氧处理。该工艺有很多优点，如反应条件容易控制，压降低，填料不易堵塞等;而缺点在于:设备多，需外加营养物，成本较高，填料比表面积小，对液相中菌体生长活动的控制比较困难，限制难溶气体的处理效率等。

生物过滤除臭设备采用一体化的集装箱式，结构如图12所示，主要包括，箱体、风机、加湿器和填料床等。废气首先通过风机和集气管道收集进入组合式生物过滤设备，然后气体缓慢地通过生物活性滤床，被附着其上的微生物处理并以扩散气流的形式离开。生物过滤器内的固态介质一般使用土壤、堆肥、木屑等。其优点在于：设备少，操作简单，成本低廉，处理效率高等；其缺点在于：反应条件较难控制，占地面积较大，处理效率不够持续稳定、载体使用周期短等，且该工艺不适于处理较高浓度的废气和产酸废气。

 

图12 生物过滤系统示意图

生物滴滤池一般包括引气风机、塔体、填料和循环水系统等，在生物滴滤池内充满了惰性填料，微生物在填料表面附着生长并形成生物膜。生物膜中微生物以废气为碳源和能源，其它必需的营养物质由循环液提供。一部分废气通过微生物的分解代谢被转化为无害的水和二氧化碳，并为微生物提供能量；另一部分有机污染物通过合成代谢被转化为微生物自身的生命物质。有机废气的净化一般经历传质和生物降解两个过程。在生物滴滤池中，废气从塔底进入反应器后，其中的有机物质则通过微生物的分解、代谢后转化为小分子无机物质，净化后的气体从塔顶排出。特点为设备少、操作简单、压降低、填料不易堵塞、处理效率高等。与生物过滤器相比，生物滴滤法的反应条件更易控制，因而微生物的活性更容易保持。其不足在于:填料比表面较小，运行成本较高，不适于处理水溶性差的化合物，此外结构和操作均比生物过滤器复杂，同时需要注意，营养物添加过量还易造成菌体大量繁殖，床层堵塞、压降升高。

总之，生物洗涤器适用于处理净化废气量较小、污染物质浓度大、易溶解、生物代谢较慢的废气。对于气量大、浓度低的废气可采用生物滤池处理系统。而负荷较高及污染物降解后会生成酸性物质的，则以生物滴滤池为好。在以往的生物法处理废气的实践中，一般采用废水处理所使用的菌群经目标污染物培育驯化后，直接用于废气的净化处理，但往往难以达到预期的净化效果，因此培育驯化废气净化专用菌种可以有效提高生物反应器处理效率、稳定性和缩短挂膜启动时间。将驯化成熟的菌种利用工业发酵的方法进行扩大培养，发酵液经离心浓缩后制备成冻干粉机，使用时添加到生物反应器和活化营养物质即可。该微生物菌剂尤其适用于具有循环水的生物滴滤装置，其它设备需考虑微生物菌剂流失问题。

二、一体式生物滤池除臭设备

1.设备（产品）概述：一般来讲，恶臭气体成分复杂，任一场所、甚至是同一场所的不同时间，恶臭气体的成分都可能相差很大，因此，在菌种的筛选过程中，要充分的考虑到恶臭气体成分的复杂性，并针对不同种类的恶臭气体，正确的选择菌种。生物滤池除臭装置所采用的微生物菌种包括分别针对不同恶臭成分的功能性菌类。已经用于除臭工程的菌种种类有：硫化细菌、氨氧化细菌、芽孢菌、假单胞菌等20余种。例：高倍显微镜下拍摄的二种典型除臭微生物菌胶团。

 

图13 细菌、真菌、藻类、原生动物组成的菌胶团和颗粒状的菌胶团

加湿方式，加湿区设计为连续循环散水，对进入的恶臭气体进行预处理，生物滤床顶部设计为间隙式散水。若处于干燥状态，生物将失去活性，若湿度过高，载体表面水膜加厚，通气的压损增大，阻碍气体流动，因此加湿程度从保持生物活性和空气溶解接触效率两方面考虑。选择合理的散水条件主要考虑以下三点：a.为生物填料层提供适度的湿度，避免微生物产生的弱硫酸和弱硝酸过剩积存，保持微生物良好的生成环境；b.增加对水溶性污染物的吸收效率；c.不增加除臭设备的压损。因此散水间隙即淋水周期视处理对象而定。

 

图14 生物滤池除臭示意图温度控制，大部分除臭微生物的生存温度为10~50℃，最佳在25℃左右；在10℃以下生物活性大幅下降。考虑到生物滤池除臭设备温度降低问题，我司采用的生物滤池壳体为100mm厚玻璃钢复合板，内部填充聚氨酯保温材料，具有良好的保温效果，能够在冬季保持生物滤池内部温度的稳定。同时，污水池加盖后，构筑物内部废气的较低温度，及微生物新陈代谢所产生的热量能够保持温度在15℃以上，维持微生物在冬季的正常运行。pH控制，含硫系列臭气被氧化分解成S、SO₃^2-、SO₄^2-。硫黄氧化菌的作用是清除硫化氢、甲硫醇、甲基化硫等硫黄化合物。含氮系列臭气则被氧化分解成NH₄⁺、NO₂^-、NO₃^-，消化菌等氮化菌的作用是清除恶臭成分中的氨。当恶臭气体为H₂S时，专性的自养型硫氧化菌会在一定的条件下将H₂S氧化成硫酸根；当恶臭气体为有机硫如甲硫醇时，则首先需要异养型微生物将有机硫转化成H₂S，然后H₂S再由自养型微生物氧化成硫酸根。一体化生物滤池除臭设备包括预洗段和生物段两部分。工艺流程详解如下：预洗段装填有高效化工填料，通过循环水喷淋能够去除恶臭污染物中的颗粒物质（粉尘、胶状物等）、部分溶解于水的臭气成分。另外，在此过程中气体被加湿，含有大量的水份，以补充后续生物段中菌种活动的水份需要。生物段由下而上分别是气体过流面、均流支撑板和有机生物填料、喷淋层。填料经过严格筛选，采用火山岩、竹炭混合或单一质作为填料，并进行合理的级配；为了防止因微生物生长而导致填料湿度的下降，特在滤床顶部配备有喷淋装置。废（臭）气经一体化生物滤池除臭设备处理后最终排放的气体达到国家相关标准，不影响周边环境。一体化生物滤池除臭设备现广泛应用于市政污水处理厂、污水泵站、垃圾处理厂、石油石化、医药化工、食品加工、喷涂、印刷、纺织印染、皮革加工等行业的恶臭控制。生物除臭工艺能有效的降解以上各行业相关系统产生的硫化氢、氨、甲烷、三甲胺、甲硫醇、甲硫醚、臭气浓度等污染物质。一体化生物滤池除臭设备处理效果好，应用领域广，适用于市政、化工、食品、印染、屠宰等行业的臭气处理；短期停止运行再使用启动速度快，且无二次污染；无须另外投加营养剂；设备缓冲容量大，微生物能自动调节浓度高峰， 使系统始终正常运行，耐冲击负荷的能力强；运行采用全自动控制，非常稳定。易损部件少，维护管理简单，可以实现无人管理，工人只需巡视是否有机器发生故障；设备能耗低，压力损失800Pa左右。适用废气进气浓度低，略高浓度的废气处理效率低；占地面积较大，但可以通过非标设计，使设备能够放置在构筑物空闲地方，以便节省空间。

2.设备（产品）说明：一体化生物滤池除臭设备可根据填料、设备结构形式、外装饰形式等进行分类。一体化生物滤池除臭设备通常可根据填料种类分为2种：单一填料除臭设备和混合填料除臭设备。现有单一填料一般采用单一炭质填料或单一火山岩填料，少量采用半处理对填料进行技术升级。针对于高要求客户，可采用单一炭质填料除臭设备，该种填料经特殊浸润处理后，较大的比表面积能够很好的截留臭气和微生物，在所有填料种类中，整体处理效果最好。针对于其它使用场合，单一火山岩填料或混合填料都具有良好的效果，完全能够达到要求的处理效率，且价格较炭质填料便宜，仍具有广阔的市场。一体化生物滤池除臭设备按结构分种类较多，主要可分为骨架结构、板框结构、组合拼接结构等。因除臭设备采用的材料都需为防腐材料或经防腐处理的材料，且需一定结构强度要求，因此一般除臭设备结构材质为碳钢防腐、玻璃钢、304不锈钢等。同时，某些特殊要求下，一体式生物滤池可做成塔体形式、混凝土地上地下式，材料可扩展至PP、混凝土等领域。一体化生物滤池的结构形式决定了生物滤池的外装饰形式。通常，可分为不锈钢、玻璃钢、铝塑板、彩钢瓦等形式。现有一体化生物滤池一般外装饰采用不锈钢、玻璃钢两种形式。【参考文献及说明】

1、文中内容节选自《环保装备产品工程应用后评估方法（VOCs与恶臭类）》，工业和信息化部委托课题，中华环保联合会VOCs污染防治专业委员会承担组织；

2、文中内容涉及有关装备产品的技术参数和典型案例（含现场图片）是行业案例征集所得，由企业自愿申报并经专家筛选后确定入选的。