生物滴濾塔除臭效果影響因素分析

尹成彬 于東海

（普羅生物技術（上海）有限公司 上海 200000）

引言

隨著我國居民的生活質量不斷提高，對周圍生活環境的要求日益嚴格。由于惡臭氣體對居民生活影響范圍較廣，已成為引發居民投訴的主要對象。長時間處于低濃度惡臭氣體環境中，不僅對人的嗅覺、呼吸系統以及消化系統等身體部位產生損害，同時也會使人產生一系列精神層面的負擔[1]，例如食欲不振、情緒波動較大、精神恍惚以及記憶力下降等。高濃度的惡臭氣體可以短時間致人昏迷、永久性損害人體神經系統，甚至致人死亡，從而釀成嚴重的環境安全事故。所以，要應用行之有效的技術方法對惡臭氣體加以處理，為此誕生了“生物除臭”技術，其特點是避免二次污染環境，建設、運行成本較低。目前，生物滴濾塔裝置是一個功能配制齊全、運行耗能低、處理效果好的綜合處理系統，惡臭氣體去除率一般都能達到90%～95%或以上，可廣泛適用于污水處理廠、污水泵站、糞便污水預處理廠、垃圾堆場及各種工業廢氣和異味的場所，具有非常好的工程應用前景。

1 生物滴濾塔工作原理

生物滴濾塔的生物除臭工作原理是將除臭微生物以載體（活性污泥和有機、無機填料）附著的形式存在生物滴濾塔中進行發揮作用，惡臭氣體通過布氣管道從填料底部均勻通過床層，致臭氣體有機物被固定吸附在具有一定高度的填料孔隙表面上的微生物膜，并被微生物膜中微生物所消耗，充分利用除臭微生物的繁殖代謝活動將致臭氣體中復雜有機物等轉變為簡單的無機物并利用合成自身的細胞結構，最終轉化成為無害物質（二氧化碳、水和中性鹽類）。生物除臭裝置具有前級噴霧洗滌吸收處理（必要時可添加洗滌吸收液）、多級生物濾床吸收分解及后級強化處理功能，并附有營養液添加、自來水和循環水可切換、生物填料保濕噴淋等輔助系統；并配備有自動控制系統實現整套裝置的連續自動運行。生物滴濾塔所填充的大多為無機（惰性）填料，如竹炭、多面空心球（pp）、火山巖等，生物滴濾塔內填料一般設置一層或多層結構，空隙率較大的填料會先布設在網格支架上，孔隙率以及粒徑較小的填料鋪設在上層。營養劑投加在循環水箱中并通過循環水泵抽吸至生物滴濾塔上方，將營養液均勻地噴淋在微生物降解段的填料上使其為微生物提供營養。營養液自上向下沿著填料流動，流至生物滴濾塔塔底循環水箱中進行循環噴淋。生物除臭裝置啟動掛膜成功后均勻附著在填料表面，填料層同時有厭氧、缺氧和好氧區域，根據填料層不同區域中生存環境的差異，生物滴濾塔內分布不同功能的除臭菌。生物滴濾塔具有對惡臭氣體良好的去除效果，其中惡臭氣分子與營養液以逆流接觸方式，大大提高了氣液接觸時間進行相溶，惡臭分子由氣相轉化成液相被填料表面附著的生物膜吸收，經生物滴濾塔凈化后的氣體再從塔頂排出至后續深度處理裝置。

2 生物滴濾塔除臭效果影響因素分析

2.1 除臭菌種

生物滴濾塔除臭效果關鍵在于附著在填料上形成的對應去除污染物質的微生物膜，但微生物膜形成的好壞的核心在于除臭菌種。惡臭氣體分子中的有機質被除臭微生物吸收氧化分解，產生能量主要維持自身的新陳代謝以及自身生命活動，同時將代謝產生無毒害的無機鹽排出體外，隨著營養液流至塔底循環水箱，從而實現除臭目的。除臭微生物同時決定了生物滴濾塔去除惡臭氣體的種類。目前，國外學者對除臭微生物菌種展開了深入的應用研究，通過不同組分類型的惡臭氣體對除臭菌種篩選，從生物除臭裝置中篩分出多種具有不同功能特性的細菌，其中，最常見以去除含氮化合物的亞硝化單胞菌、以去除硫化物的硫氧酸硫桿菌、以去除芳香烴化合物的假單胞桿菌、以去除萜烯類化合物的紅球菌屬。另外，在生物滴濾塔裝置中分離出厭氧性細菌[2]。相對而言，國內學者對應用惡臭氣體去除的優菌種的研究較少，大多數研究將活性污泥接種至生物滴濾塔中，通過進氣來進行篩選馴化，以提高生物滴濾塔的污染物去除效率。

2.2 惡臭氣體分子

惡臭氣體分子自身結構特性決定了其是否能被除臭菌種的利用和降解是否徹底。當惡臭氣體分子在氣相和液相兩相轉移時，會受到傳質阻力的作用，當氣體分子溶解度較低，傳質阻力集中在液膜。反之，當氣體分子溶解度很高，傳質阻力集中在氣膜。同時惡臭氣體的去除效率與組分濃度存在著一定的關系，在臭氣濃度較低情況，去除率隨著惡臭濃度的不斷升高而逐步遞增。當惡臭濃度增大到一定值，降解效果隨惡臭濃度的增大而降低，惡臭濃度的提升對微生物菌種具有一定的毒害作用。其中惡臭氣體分子的氣/水分配系數、存在非碳氫氧取代基、競爭共代謝特性都影響著惡臭氣體的去除效果。

2.3 填料

填料在生物滴濾塔中既是除臭菌種生長的載體，同時是氣液固三相之間傳遞的介質。理想填料的選擇應該具有如下特性[3]：（1）具有較大的比表面積，為微生物提供附著生長場所；（2）對水分具有一定持水率；對惡臭氣體分子具有一定的吸附性能；（3）具有較大孔隙率，避免填料造成堵塞和產生溝流，從而形成厭氧區增大壓降；（4）具有一定的機械強度和防腐能力；（5）價格低廉，易就地取材等。

按照其組成可分為有機填料和無機填料[4]。如：天然泥土、農業堆肥、木屑、硅藻土、活性炭、火山巖、陶粒、聚乙稀塑料等。填料的選擇和搭配組合（占比）需要根據進氣種類的結構特征和其對應篩選出的微生物菌落的特性來進行綜合比較后進行選材。

2.4 容積負荷

生物除臭裝置的容積負荷是反映該反應器對惡臭氣體去除量和效果的重要指標，但生物裝置在設計時應與進氣量想匹配，當進氣風量和濃度過高就會很容易對填料上附著的微生物產生毒害作用或者抑制作用，使生物滴濾塔的除臭效率顯著下降。

2.5 空床停留時間

空床停留時間是指填料上未掛膜前，惡臭氣體從填料底部到達填料頂部所用的時間。因為臭氣從氣相轉為液相再與生物膜吸附降解需要一定的停留時間，若惡臭氣體在填料層間停留時間過短，惡臭氣體分子來不及被微生物降解就被排除生物裝置，從而影響除臭效果；但是如果惡臭氣體的空床停留時間過長，在工程設計除臭裝置時需考慮增大反應器有效容積，從而增大投資成本，一般工程設計空床停留時間在25～40s 范圍內。

2.6 氣液比（Q/L）

氣液比是指惡臭氣體進氣量與生物滴濾塔底部水箱中水量的體積之比，工程設計中需要根據現場實際處理廢氣量進行合理設計其比值，控制參數在合理范圍內，是生物滴濾塔高效發揮其作用的重要因素[5]。如果氣液比過大，相對來說循環液噴淋量過小，會導致填料持水率較低致使除臭菌種生存環境惡劣，從而掛膜成功率大大降低；若氣液比過低時，相對來說循環液噴淋量則過大，導致填料孔隙形成水封，在生物滴濾塔長時間運行過程中壓降大幅度增加，填料層的透氣性下降乃至形成厭氧區；同時過大的噴淋量可能會將已經在填料上的生物膜沖刷掉，并且在掛膜調試期間過強的沖刷力不利于菌種掛膜。

2.7 溫度

除臭微生物對惡臭氣體中的有機污染物的降解是放熱過程，所釋放出來的熱量會使生物滴濾塔填料反應區域的溫度升高，而微生物降解段隨著噴淋頭對噴淋液的霧化后噴灑在填料表面以及風量會帶走一部分熱量，二者共同會使區域溫度下降，兩種作用的結果使得生物滴濾塔中的溫度和濕度變化需要維持成一個動態平衡。溫度對于微生物的生長、代謝和繁殖起著至關重要的作用，溫度是微生物生存環境的控制基本條件之一，應嚴格控制循環水箱中的水溫，最好控制在25～35℃之間，適宜的溫度有利于生物滴濾塔中填料上的除臭微生物活性大大提高，從而生物滴濾塔的除臭效果有所增加。

2.8 pH

安裝在循環水箱實時檢測pH 計進行實時檢測，pH 值的控制也是確保生物滴濾塔內填料上的除臭微生物高效發揮效果的影響因素之一，循環水箱中的pH 值高低會直接噴淋至填料表面，因此會直接影響著填料表面的微生物的生存環境，微生物的繁殖代謝活動時刻受到循環液的沖刷，從而影響對惡臭氣體分子的去除效率，微生物降解段pH 值最好控制在5～8 范圍內。但對于特殊污染物質和對應微生物則可能出現極端的情況。

2.9 濕度

惡臭氣體首先進入生物滴濾塔的預處理段一部分氣體分子被溶解，另一部分氣體被加濕進入生物降解段，一方面可以提高傳質效率，同時防止填料層風干。一般工程設計中生物滴濾塔需要維持的濕度在45%～60%。

2.10 其他

生物滴濾塔調試期間以及日常運行管理過程中需要定期進行補充營養物質來維持微生物新陳代謝活動。同時需要保證臭氣中含有足量的氧氣通入生物滴濾塔的填料層中。另一方面需要定期更換生物滴濾塔水箱中的營養液，至少每月一次或者依據電導率≥10000us/cm 進行清水更換。

結語

近年來，隨著生物除臭裝置的不斷優化，生物除臭裝置逐漸廣泛應用于不同行業，并取得了顯著的應用效果。盡管生物滴濾除臭法的相關研究還尚不成熟，但其一定會在工程實際應用中具有極大的發展潛力。其未來的發展趨勢將主要包括以下幾個方面：除臭工藝的改進和組合、運行工藝參數的優化、篩選除臭菌種并采用基因序列的重組等手段開發新型高效除臭菌種適用除臭范圍廣的新菌種、開發與研制新型填料、傳質動力學和微生物降解機理的研究對工程的設計與運行提供指導。