生物滴濾除臭技術(shù)填料比較

李 亮

(中國(guó)市政工程西南設(shè)計(jì)研究總院，四川 成都 610081)

城市污水處理廠(chǎng)污水污泥處理過(guò)程中，產(chǎn)生大量的惡臭氣體。臭味給人以感官不悅，甚至?xí)＜叭梭w生理健康。我國(guó)于1994年和2003年起分別實(shí)施了《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB145542－1993)和《城鎮(zhèn)污水處理廠(chǎng)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB189182－2002)，對(duì)惡臭污染物的排放作了嚴(yán)格的規(guī)定。除臭工程已成為新建污水處理廠(chǎng)不可或缺的部分和已建污水處理廠(chǎng)改造的重要部分。

1 除臭工藝選擇

城市污水處理廠(chǎng)溢出的惡臭物質(zhì)一般可以分為五類(lèi)［1］:第一類(lèi)為含硫化合物，如硫化氫(H2S)、硫醇類(lèi)等;第二類(lèi)為含氮化合物，如氨(NH3);第三類(lèi)為烴類(lèi)化合物;第四類(lèi)為含氧有機(jī)化合物，如醇、醛、酮、酚、有機(jī)酸等;第五類(lèi)為鹵素及其衍生物。針對(duì)污水處理廠(chǎng)的臭味，有直接焚燒法、催化劑氧化法、酸堿洗凈法、臭氣氧化法、化學(xué)吸附法、活性碳物理吸附法、生物除臭法等。

2 生物滴濾除臭技術(shù)

滴濾式生物除臭是在適宜條件下，利用載體填料比表面積上微生物的作用除臭。臭氣通過(guò)生物濾床時(shí)，惡臭污染物從氣相中轉(zhuǎn)移到生物膜表面，以下3個(gè)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行，可達(dá)到除臭的目的(圖1)。

(1)臭氣在散水的作用下與濕潤(rùn)狀態(tài)的生物填料表面水膜接觸，污染物通過(guò)傳質(zhì)作用溶解于水膜中;

(2)進(jìn)入生物膜的惡臭污染物成分在生物膜中微生物的吸收分解下被清除;

圖1 滴濾式生物除臭傳質(zhì)原理

(3)微生物把吸收的惡臭污染物作為能量來(lái)源，用于進(jìn)一步的繁殖，使得生物膜不斷更新。

臭氣物質(zhì)先被填料上附著的水膜吸收，然后被填料上附著的微生物氧化分解，從而完成臭氣的除臭過(guò)程。為了使微生物保持高的活性，必須為之創(chuàng)造一個(gè)良好的生存環(huán)境，比如:適宜的濕度、pH值、氧氣含量、溫度和營(yíng)養(yǎng)成分等。

因?yàn)樘盍鲜俏⑸锷婧凸ぷ鞯膱?chǎng)所，既是微生物生長(zhǎng)的支撐載體，又是氣液固傳質(zhì)介質(zhì)，其性能直接影響除臭效果，因此填料是生物除臭裝置最核心技術(shù)。一種好的載體填料必須滿(mǎn)足以下條件:①比表面積大，容許生長(zhǎng)的微生物種類(lèi)豐富，微生物的相容性好;②親水保濕性能好，能為微生物的生存創(chuàng)造良好的環(huán)境;③抗強(qiáng)酸耐腐蝕，對(duì)產(chǎn)生的強(qiáng)酸有耐腐蝕性;④具有一定的機(jī)械強(qiáng)度，無(wú)壓密性，保證氣體停留時(shí)間和通量;⑤不隨水分的多少產(chǎn)生膨脹和收縮，保證各種情況下的通氣量;⑥結(jié)構(gòu)均勻孔隙率大，壓力損失小，通氣阻力小;⑦自身無(wú)異味，具有一定的吸附能力;⑧耐老化，使用壽命長(zhǎng);⑨填料材料易得且價(jià)格便宜;⑩運(yùn)行、養(yǎng)護(hù)簡(jiǎn)單。

3 生物滴濾除臭用填料及比較

3.1 填料分類(lèi)

生物滴濾填料種類(lèi)繁多，如塑料、半軟性塑料、炭質(zhì)生物媒、干樹(shù)皮(木片)、干草、陶粒、沸石、纖維性泥炭或其混合物等等。污水廠(chǎng)除臭工程中常用的大致可劃分為木片樹(shù)皮類(lèi)有機(jī)填料、塑料填料、陶粒填料和炭質(zhì)填料幾種。

3.2 填料比較

筆者從填料理化性能和經(jīng)濟(jì)性?xún)蓚€(gè)方面對(duì)這四類(lèi)填料進(jìn)行簡(jiǎn)單的比較(表1、表2)。

3.3 木片樹(shù)皮類(lèi)有機(jī)填料

木片樹(shù)皮類(lèi)有機(jī)填料由于成本低，取材方便，在我國(guó)污水處理廠(chǎng)導(dǎo)入生物除臭技術(shù)的早期階段被廣泛采用，應(yīng)用實(shí)例較多。

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該類(lèi)填料存在下述幾個(gè)比較明顯的缺欠。首先，木片樹(shù)皮類(lèi)填料抗酸能力較差，容易腐爛。往往除臭裝置在使用初期效果尚可，但是在使用2～3年之后，由于填料變形腐爛，逐漸失去原有的形狀，物理性質(zhì)也發(fā)生了改變。填料的最終充填高度塌陷至初始充填高度的60%左右，致使除臭系統(tǒng)的長(zhǎng)期費(fèi)用明顯增加。頻繁的更換填料不但造成工程量的增加，也給日常的運(yùn)行管理造成很多麻煩，每次更換填料后的微生物馴養(yǎng)(工程調(diào)試)階段，勢(shì)必會(huì)對(duì)周?chē)沫h(huán)境造成一定的影響，除臭系統(tǒng)長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行會(huì)受到影響。其次，木片樹(shù)皮類(lèi)填料機(jī)械強(qiáng)度差，塌陷變形后，降低了空氣在填料中的停留時(shí)間，從而降低了處理效果;同時(shí)導(dǎo)致空氣通過(guò)阻力增加，通過(guò)風(fēng)量減少，容易造成氣流、水流在填料中的不均勻分布，影響傳質(zhì)過(guò)程。從而使整個(gè)系統(tǒng)處理能力和處理效果大幅度下降。

3.4 塑料填料

塑料填料是最廉價(jià)、形式最多種多樣的無(wú)機(jī)填料，具有強(qiáng)度高、通透性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性良好;生物膜易生易落;pH值穩(wěn)定;壓力損失低;使用壽命長(zhǎng);不易被腐蝕;不易產(chǎn)生厭氧情況而產(chǎn)生另外的臭味等優(yōu)點(diǎn)，但是同時(shí)也存在比表面積小，保濕性親水性差，吸附能力差的缺點(diǎn)。以前用在對(duì)工業(yè)臭氣的化學(xué)處理上面比較多，比如酸堿液洗滌、植物提取液洗滌等等，主要起到吸收液再分布、擴(kuò)大氣液接觸面積的作用。

3.5 陶粒填料

陶粒是以粘土、陶瓷等為主要生產(chǎn)原料，摻加少量輔助原料和造孔劑，經(jīng)配料、破碎、成球、高溫?zé)啤⒑Y分等一系列工藝加工而成的球形材料。表面粗糙微孔發(fā)達(dá)，顆粒粒徑分為多種，其機(jī)械強(qiáng)度、孔隙率、比表面面積、容重等理化指標(biāo)因制作原料和工藝不同而有所區(qū)別。

陶粒填料的內(nèi)部孔隙主要由孔徑約5μm左右的不貫通孔洞構(gòu)成，屬較大孔徑，因此其吸附能力雖強(qiáng)于塑料填料，但弱于炭質(zhì)填料。但同時(shí)這類(lèi)尺寸的孔徑有利于微生物附著生長(zhǎng)，有更多種類(lèi)的微生物可以進(jìn)入陶粒內(nèi)部，進(jìn)而被吸附的有機(jī)物可以有更長(zhǎng)的時(shí)間被降解。同時(shí)由于微生物分布情況和所處的條件不同，較容易形成不同微生物群落，繼而處理不同性質(zhì)的污染物。陶粒填料是一種是較理想的生物載體，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3.6 炭質(zhì)填料

炭質(zhì)填料其特性是多孔質(zhì)、保水性高、有良好的透水性和通氣性。其具有多孔性表面，與微生物的相容性好，有利于多種微生物生長(zhǎng)，可形成種類(lèi)豐富的生物群落，使各種臭氣成分同時(shí)被有效去除。由于炭質(zhì)填料保濕性好，可在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)維持一定的含水率，有利于微生物的存活，噴淋水間歇運(yùn)行，水的消耗量少，并且脫臭裝置在閑置一定時(shí)間后重新運(yùn)行啟動(dòng)相對(duì)容易，可長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

炭質(zhì)填料內(nèi)部孔隙主要由納米級(jí)的微孔構(gòu)成，因此炭質(zhì)填料與陶粒相比，有數(shù)倍于陶粒的表面積，因此其自身具有較強(qiáng)的吸附能力，在運(yùn)轉(zhuǎn)前期生物沒(méi)有培養(yǎng)好的時(shí)候，也可以保證對(duì)臭氣起到處理作用。但該吸附能力隨運(yùn)行時(shí)間增長(zhǎng)而趨于飽和，取而代之是生物吸附。

4 應(yīng)用實(shí)例

4.1 木片樹(shù)皮類(lèi)有機(jī)填料

深圳市羅芳污水處理廠(chǎng)二期工程厭氧池生物除臭系統(tǒng)。此系統(tǒng)處理設(shè)計(jì)氣量2萬(wàn)m3/h。此系統(tǒng)于2001年設(shè)計(jì)，2002年8月建成并投入運(yùn)行，經(jīng)測(cè)試臭氣處理效率大于90%。深圳市環(huán)境保護(hù)局監(jiān)測(cè)站的采樣監(jiān)測(cè)，除臭設(shè)備排氣中硫化氫的濃度平均為值0.0005 mg/m3，氨濃度平均為值0.05 mg/m3。

運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)除臭生物濾池中的填料出現(xiàn)了壓實(shí)現(xiàn)象，是由于有機(jī)填料的腐爛，在填料自重的作用下出現(xiàn)了填料壓實(shí)現(xiàn)象。

4.2 塑料填料

廣州某污水廠(chǎng)一、二期泥系統(tǒng)生物除臭工程的臭氣源為一、二期污泥濃縮池、離心脫水機(jī)房、污泥料倉(cāng)等產(chǎn)生的臭氣，通過(guò)臭氣管路系統(tǒng)將臭氣分別收集至洗滌－生物濾床聯(lián)合除臭裝置進(jìn)行除臭處理，污泥濃縮池處理氣量23000 m3/h，離心脫水機(jī)房及污泥料倉(cāng)處理氣量40000 m3/h。

洗滌－生物濾床聯(lián)合除臭裝置前段為化學(xué)洗滌，采用塑料填料。后段生物濾床采用多種粒徑無(wú)機(jī)混合填料。該系統(tǒng)于于2005年底投入調(diào)試運(yùn)行，2006年1月，經(jīng)過(guò)廣州市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所的采樣監(jiān)測(cè)，除臭設(shè)備排氣中硫化氫的濃度平均為值0.020 mg/m3。

4.3 陶粒填料

寧波某泵站生物除臭工程，泵站格柵、泵坑等部位臭氣通過(guò)臭氣管路收集至生物濾床除臭裝置進(jìn)行除臭處理，處理氣量4000 m3/h。生物濾床除臭裝置采用陶粒惰性填料。該系統(tǒng)于于2005年11月通過(guò)驗(yàn)收，經(jīng)過(guò)寧波市環(huán)保監(jiān)測(cè)中心檢測(cè)結(jié)果表明，尾氣排放完全符合GB/T14544－1993標(biāo)準(zhǔn)的要求。

4.4 炭質(zhì)填料

深圳市某污水處理廠(chǎng)生物除臭工程的臭氣源為離心脫水機(jī)房、污泥料倉(cāng)頂部、卸泥間、A段前濃縮池、后濃縮池及污泥均質(zhì)池產(chǎn)生的臭氣，通過(guò)臭氣管路系統(tǒng)將臭氣收集至生物除臭裝置進(jìn)行除臭處理，處理氣量37000 m3/h。除臭裝置用炭質(zhì)填料濾床，噴淋加濕采用沉淀池出水，該系統(tǒng)試運(yùn)轉(zhuǎn)一個(gè)半月之后，經(jīng)過(guò)深圳市環(huán)境保護(hù)局監(jiān)測(cè)站的采樣監(jiān)測(cè)，除臭設(shè)備排氣中硫化氫的濃度平均為值0.010 mg/m3，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于廠(chǎng)界二級(jí)標(biāo)注的0.06 mg/m3。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)多年的工程實(shí)踐，多種生物填料在生物滴濾除臭裝置中，均可以取得較好的微生物膜生長(zhǎng)及臭氣吸附效果，綜合考慮，認(rèn)為陶粒和炭質(zhì)填料更為理想。