生物濾池法在工業惡臭氣體治理中的應用研究

肖碧紅，鄒平洲

（深圳市天得一環境科技有限公司，廣東 深圳 51 8052）

惡臭氣體是一種常見的工業廢氣，通常產生于塑料廠、瀝青防水材料廠、制藥廠等企業工廠，會形成嚴重的氣體污染，對人體危害極大。目前，廢氣處理廠治理惡臭氣體的主要目的是改變惡臭氣體的物質結構，從而消除惡臭氣味。工業生產中產生的惡臭氣體可通過廢氣收集、局部通風和綜合通風，再通過廢氣凈化工藝進行綜合治理。惡臭廢氣的治理方法包括中和法、燃燒法、氧化法、吸收法、生物法和吸附法等。其中生物濾池法具有安全可靠、除臭效率較高等特點，但目前的研究大多還停留在小試及中試階段，其在治理工業惡臭氣體工程中的應用報道不多。本文采用“智能生物濾池”工藝對主要成分為苯乙烯的工業惡臭氣體進行凈化，并對工藝及設備進行優化，廢氣經處理后，相應指標優于國家《惡臭污染物排放標準》（GB 14554-93）［1］中15米排氣筒的排放標準，為生物濾池法在治理工業廢氣中的應用提供借鑒與參考。

1 廢氣分析

某企業為生產玻璃鋼管道的制造企業，主要原材料為玻璃纖維、樹脂、固化劑及各類助劑。生產工藝為玻璃纖維通過樹脂混合的膠體浸膠后，經170 ℃高溫加熱固化后成型。在生產過程中廢氣的產生點為三處浸膠點和一處高溫固化點。其廢氣主要成分為苯乙烯，經采樣分析，廢氣濃度≤350 mg/m3，廢氣風量設計為15 000 m3/h。苯乙烯對環境有嚴重危害，被世界衛生組織國際癌癥研究機構列入2B類致癌物清單。

2 生物濾池法的反應機理

工廠生產車間所產生的臭氣經系統收集后集中送至預處理裝置，之后經過高效生物處理塔除臭系統進行初步處理，接著臭氣通過濾層進行進一步處理。濾層多孔、濕潤并且充滿活性微生物，微生物吸附性強、細胞個體小、代謝類型多樣、表面積大，惡臭物質通過微生物細胞的吸附、吸收和降解等系列處理過程，分解為簡單無機物，主要為H2SO4、H2O、CO2、HNO3等。污染物的轉化機理可用圖1表示。

圖1 污染物的轉化機理

生物氧化反應處理臭氣包括三個階段：（1）污染物質的溶解過程；（2）污染物質的生物吸附、吸收過程；（3）污染物質的生物降解過程。有機物進入微生物細胞體內，在脫氫酶、氧化酶等各種細胞內部酶的催化作用下被氧化分解，并進一步合成代謝產生新的微生物細胞。一部分有機物在氧化分解的作用下最終轉化為穩定的無機物，如H2O、CO2等，并在這個過程中具備了生成新細胞物質的能力；同時，另一部分有機物在微生物的作用下，結合其他有機物進行合成代謝也形成了新的細胞物質。

3 工藝選擇

近年來，我國的惡臭氣體污染治理技術發展迅速，從傳統的水洗法、掩蔽法、吸附法進一步發展出新的治理工藝，如催化燃燒法、催化氧化法、生物法、冷凝法、直接燃燒法、等離子體法等，惡臭氣體的去除效率較以往有了較大提高，取得了較好的治理效果。該企業治理項目從各種技術的適用范圍、去除效率、安全性、運維成本等多方面進行對比，首選生物濾池法。生物濾池法工藝流程見圖2。

圖2 生物濾池法工藝流程圖

4 凈化工藝設計

4.1 生物菌種的選擇

生物濾池凈化系統最核心的部分是微生物，微生物的綜合質量決定了臭氣處理凈化效果，研究人員依據臭氣成分，并基于微生物菌種分析技術和研究設備來挑選、培育合適的菌種。只有培育出適宜的菌種才能對惡臭物質進行有效治理，保證吸附、降解效果。目前常用的降解VOCs的微生物種類有細菌、真菌、藻類及其他變形蟲類微生物等［2］，其中細菌類微生物占比最大，常見的細菌類微生物為芽孢桿菌屬、紅球菌屬、葡萄球菌屬及假單胞菌屬。芽孢桿菌屬和假單胞菌屬多用于治理惡臭氣體及VOCs，其降解污染物速度快、去除效率高［3］。Liao等人［4］研究發現采用生物滴濾塔等裝置，無色桿菌對苯乙烯的去除率為80%。本項目生物濾池凈化裝置所采用的微生物菌種包括分別針對不同惡臭氣體及VOCs的功能性菌類，包括氨氧化細菌、硫化細菌、假單胞菌、芽孢菌等20余種，均為項目團隊前期通過篩選與培育獲得。

4.2 生物填料的選擇

填料是微生物生長繁殖的重要載體，對微生物的生長繁殖速率起著重要作用，理想的生物填料應具備以下功能：（1）比表面積大，接觸面積、吸附容量及單位體積的反應點多；（2）孔隙率高，可使氣體有較長的停留時間；（3）高水分持留能力，避免填料干燥；（4）優良的機械強度，防止填料壓實；（5）使用壽命長；（6）價格便宜。其中生物滴濾常用的填料有陶瓷材料、活性炭、火山巖及其他合成填料。生物質是生物過濾常用的填料，如木屑、堆肥、泥煤、土壤等［5］。

本項目生物濾池凈化裝置填料是以火山巖為主的多樣級配的無機和有機混合填料及天然植物骸體?；鹕綆r主要參數：密度為400～800 kg/m3、孔隙度為70%～80%、抗壓強度為7～8 MPa，比表面積為15～25 m2/g。本項目選用的填料具備以下特點：（1）良好的通透性和結構穩定性；（2）提供適宜的環境，利于微生物生長及吸附污染物；（3）維護簡單、運行費用低；（4）保濕性和透氣性好，載體表面為親水性；（6）混合填料不易腐爛；（7）適宜處理5～40 ℃的廢氣。

為了優化填料性能，本項目優化了填料的組分，添加了少部分無機混合物，其主要作用為：（1）可以提高填料的吸水性、通透性，防止板結；（2）均衡營養；（3）緩沖酸性、防止酸化。適宜微生物生長的pH值為6～8，微生物在吸附、降解致臭物質時會產生酸性物質，隨著運行時間的延長，往往出現濾池pH值下降的情況，pH值下降會影響微生物的生長，降低除臭效果。項目團隊針對此情況，經過多次優化試驗，對填料進行多次改性，使填料實現了自動調節pH值的功能，可保證生物濾池的pH值長期維持在6～8。由于填料本身存在大量可供利用的碳源、木質素、纖維素等，在運行過程中無需添加營養液。其運行的濃度負荷范圍較寬，維護相對較容易，尤其是長時間停機后，生物濾池無需特殊操作，再啟動到正常運行所需的時間較短。

生物濾池可將致臭污染物和VOCs降解成二氧化碳、水和無機鹽，不產生二次污染。本項目使用含有專用微生物的溶液對填料進行了處理，在生物濾池運行過程中不需要添加任何營養液，填料使用壽命不低于10年。生物填料的掛膜情況見圖3。

圖3 生物填料的掛膜情況

4.3 設備殼體設計

溫度對微生物活性是重要的影響因素，在工業惡臭氣體的降解過程中，生物濾池篩選的微生物適宜溫度為5～40 ℃，保證濾池內適宜的溫度非常必要（保證不過冷或過熱），本項目挑選導熱系數小、容重小、抗壓強度大、吸水率低、尺寸變形系數低、阻燃性能高（B1級）的新型材料作為設備的殼體，以達到如下效果：（1）濾池內溫度適宜，微生物繁殖極佳；（2）不變形、不坍塌，壽命長達10年以上；（3）能很好地適應VOCs防爆區域使用。

4.4 噴淋系統

生物濾池篩選的微生物需要適宜的濕度，配置的噴淋系統應選擇優質的耐腐蝕水泵及適宜生物循環液的使用環境；并為北方地區設計了保溫系統，保證循環水的適宜溫度；為了防止生物膜脫落到循環液中堵塞噴嘴，本項目設計了防止停機的維護系統。

4.5 智能化控制

本項目安裝的監控儀表，將濾池內的微生物活性情況等反饋到控制模塊中，根據監測數據實現整個系統的自動化、智能化運行；電控系統包括所有廢氣凈化動力設備的配電、監控、報警、保護等元件；自動化控制設備為模塊化裝置，與項目其他設備配套提供，操作面板設有選擇開關（就地/停/遠程），實現對整個系統用電設備的電氣保護、控制及顯示功能，滿足手動控制及上級控制系統的監控、控制和自動運行。

4.6 污水凈化

生物濾池的排水量為0.10 m3/h，CODCr為400 mg/L左右，廢水的可生化性好，因此項目選擇一套處理能力為3 m3/d的廢水凈化系統治理該廢水。

5 凈化設備參數

生物填料在惡臭氣體治理的過程中會不斷被壓實，生物濾池整個系統的能耗和壓降會逐漸加大，因此表面負荷有著重要影響。一方面，過低的表面負荷會增加填料成本和設備成本；另一方面，表面負荷過高會使填料快速增加壓降、增大能耗、縮短填料壽命。理想的表面負荷應具備以下特點：（1）臭氣濃度變化的沖擊在較大范圍內影響不明顯；（2）填料壓降變化減小；（3）投資成本控制在合理范圍內。因此根據本項目的臭氣來源、濃度測算等，項目團隊選擇生物濾池表面負荷為432 m3/m2·h，以滿足要求。主要設備設計參數見表1。

表1 主要設備設計參數

6 結語

本項目采用“智能生物濾池”工藝凈化主要成分為苯乙烯的工業廢氣，調試完成后，設備運行穩定。廢氣經處理后各項指標優于國家《惡臭污染物排放標準》（GB 14554-93）［1］中15米排氣筒的排放標準，工程效益顯著，具有良好的應用前景。