生物過濾除臭工藝簡介
摘要:介紹了污水處理廠臭氣的處理方法，重點介紹了生物過濾除臭工藝及影響因素，提出生物過濾法處理污水處理站（廠）臭氣是今后的發展方向。
關鍵詞:生物過濾法,污水處理廠臭氣,除臭工藝
1 引言
污水處理過程中的惡臭氣體主要產生在排污泵站、進水格柵、曝氣沉沙池、初沉池等處，以及污泥處理過程中的污泥濃縮、脫水干化、轉運等工序。
污水處理中的除臭工藝在國外已經有幾十年的運營經驗，國內也開始興起并有蓬勃發展的趨勢。目前，國內外主要的污水處理除臭技術有活性炭吸附法、熱氧化法、除臭溶液法、氧離子基團除臭法、化學洗滌法和生物過濾法等。
（1）活性炭吸附法
活性炭吸附法主要是利用活性炭對臭氣的物理吸附作用來除臭的方法。該方法的優點是設備簡單，缺點是只適用低濃度、小氣量臭氣的處理。通常不用作第一級主要除臭裝置，而是用作后續的精處理裝置。
（2）熱氧化法
熱氧化法主要是利用高溫下的氧化作用將臭氣分解成CO2和H2O或是部分氧化的方法。該方法的優點是對臭氣和揮發性有機化合物非常有效；缺點是投資和運營成本較高，適用于處理重度污染的大型設施的高流量、難處理的臭氣。目前國內尚未了解到有使用該方法的污水處理廠。
（3）溶液除臭法
除臭溶液除臭法主要是利用人們可以接受的氣味較強的氣體氣味掩蓋和中和難聞的臭氣氣味的方法。該方法的主要優點是簡單、投資少和見效快；缺點是很難完全改變臭氣成分，對人畜、設備和環境等仍可能存在危害。
（4）氧離子基團除臭法
氧離子基團除臭法主要是利用高壓靜電裝置，在新風補給空氣中產生氧離子基團，在常溫常壓下將臭氣分解成CO2、H2O等或是部分氧化的方法。該方法的優點是對臭氣和揮發性有機化合物有效；缺點是仍然缺乏實際應用的定量分析數據報告，投資、運營成本直接受到“電暈”燈管壽命和更換空氣預過濾器的頻度等因素的影響，適用于處理輕度污染且具有通風過濾系統的室內空間的臭氣。特別注意的是酸性反應產物可能對室內設備和通風空調風管產生腐蝕。目前，尚未了解到國內有使用該方法的大型污水處理廠。
（5）化學洗滌法
化學洗滌法主要是利用化學制劑和臭氣經過化學反應生成沒有臭味或臭味較低的化學產物來消除臭氣的方法。該方法的優點是改變了臭氣的成分，降低了臭氣對人畜、設備和環境的危害程度；缺點是投資大，運營成本較高，特別是化學反應后的產物有造成新的環境污染的可能性，需要對洗滌之后的化學產物進行嚴格處理。
（6）生物過濾除臭法
生物過濾除臭法主要是利用細菌和微生物對臭氣的吸收和生物降解過程來自然除臭的方法。該方法的優點是投資適中、見效快、運行成本較低、效率高，是真正的綠色環保方法；缺點是難以確立設計標準，不適合用于處理特高濃度的臭氣。
2 生物過濾除臭工藝
生物過濾除臭技術當今在國際上被譽為治理惡臭氣體污染的綠色解決方法，近年在國內已被越來越多的企業認同、接受和采納，其處理工藝對環境的友善性和建造運行的經濟性倍受歡迎。
2.1 系統的組成
生物過濾除臭系統主要由四大部分組成：氣體收集輸送系統、加濕保溫系統、生物過濾系統和檢測控制系統。
（1）氣體收集輸送系統
該系統的主要功能是將構筑物內自由揮發的氣體封閉收集起來并輸送到后續處理系統。具體包括構筑物加蓋密封系統、管道收集系統和風機。
（2）加濕保溫系統
該系統用來對不滿足溫度濕度處理條件要求的氣體進行預處理，使之達到較為理想的溫度和濕度，保障微生物能有效地去除臭氣物質。
（3）生物過濾系統
該系統主要是在適宜的條件下，利用載體填料表面上生長的微生物的作用脫臭。臭氣通過填料時，先被填料表面附著的微生物膜吸附，然后被氧化分解，從而完成除臭過程。
（4）檢測控制系統
該系統主要用來檢測系統的運行狀態和技術參數,通過人機對話的方式，調整工藝參數，檢測設備的運行，從而使設備處于最佳運行狀態，實現無人值守、遠程監控的運行方式并可將有關信息遠傳到企業網絡或控制室。
2.2 系統工作原理
生物過濾除臭技術利用微生物在纖維或多孔材料表面形成的生物膜能夠吸附、吸收和降解惡臭氣體成分，并將其轉化為無毒、無害、無味的簡單物質的原理，選擇有機或無機材料作為微生物膜的載體，將人工篩選的脫臭微生物固定于生物過濾器內，利用風機負壓的作用，將臭氣輸送到加濕保溫系統，流過含有豐富微生物的過濾介質（濾料），完成吸附、吸收和降解過程。生物過濾器處理后的清潔氣體經過風機和排風管排放到大氣中。
生物過濾器一般有封閉式和開放式兩種，單體生物過濾器可處理氣體的流量為200～20,000m3/h。對于超過單體要求的大氣量，可以根據處理氣量的大小選擇組合構建系統，以滿足處理流量的需求。
根據配方配料的不同，生物過濾器的濾料壽命在3～ 8年之間，深度在1～2m，氣體停留時間在30～90s之間，甚至更快。污染物濃度范圍在5～150ppm之間時，生物過濾系統的臭氣去除率可達96%以上。
生物過濾器具有安裝、運行和維護費用較低，操作簡單，除臭效率高，能徹底降解惡臭污染物，不產生二次污染等優點，在惡臭治理中具有廣闊的應用前景。生物過濾除臭技術可以應用于惡臭氣體量大、濃度高、需要長期連續除臭的工農業污染源和城市公共設施污染源的污染治理。
3 生物過濾除臭工藝的影響因素
3.1 濕度
對于生物過濾的系統來說，由于臭氣中的污染物質要先被液相吸收并被微生物氧化，所以要求臭味物質要保持一定的濕度。生物過濾濕度太低，會使水溶性惡臭成分難以及時進入液相，且易造成填料干燥，降低床內生物活性，既會影響整體除臭效率，又使得代謝產物不易排出濾池。但是，當生物濾池的濕度過高時，傳質效率也會受到影響，且因氣體穿過阻力增大還可能造成局部厭氧而影響除臭效率。影響濾池濕度的因素較多且關系復雜，因此對濕度的控制具有相當的難度。影響濾池濕度的因素包括加濕系統、生物新陳代謝產生的熱量、陽光輻射、輻射熱轉移、傳導熱轉移、降雨等。床體的濕度根據基質材料的不同，宜保持在20%～60%。如果床體濕度過低，不僅濕床內生物活性降低，亦會造成臭氣短流，進一步影響除臭效果。當以堆肥和污泥構成的基質的床內含水率高于30%時，含水率的變化對臭氣中 H2S的去除基本無影響；而當含水率低于30%時，去除率直線下降。生物過濾保持濕度的方法一般為直接淋洗濾床或對進氣加濕。
3.2 pH值
生物過濾系統中生物體的新陳代謝與pH密切相關。許多微生物僅在一定的pH值范圍內才能生長，并且絕大多數微生物生長最適宜的pH值均在中性范圍內。當 pH值低于3.2時，去除效率顯著下降，而在pH值較高時，其去除效率基本與pH無關。而臭氣中的污染成分在生物凈化過程中，含氯有機物、H2S的氧化產生鹽酸、硫酸等酸性物質以及有機物分解產生的CO2均會導致生物過濾系統中的pH值下降，影響微生物的生化作用。 Yang等亦研究了生物過濾中pH值變化，通過32天的反應，生物過濾系統的pH值從最初的8降至2.5。Brennan 等亦介紹了這種下降趨勢，他們發現如果不采取措施經過3周時間的反應，pH值從6.5～7.0下降到3.6～ 4.8，經過6個月后，pH值下降至2以下。通過向生物過濾基質中加入碎貝殼、石灰石等物質可以使床內保持較穩定pH值范圍，亦可通過在生物濾池的濾料上噴灑pH值緩沖劑來穩定pH值。
3.3 溫度
較低的溫度有利于臭氣中污染成分被基質表面的生物膜吸收，但會影響微生物的生長，而在較高的溫度下恰恰相反。床溫的控制一般是通過調節臭氣溫度來實現。Knauf等發現在較高的溫度下臭氣的去除效率明顯下降；對于以堆肥為主要成分的生物過濾，當溫度從 40℃升至55℃時，去除效率從95%降至85%；而對于以木塊為主的生物過濾，當溫度從35℃升至50℃時，去除效率從80%降至70%；在25℃～50℃范圍內，床內硫化氫氧化細菌具有較穩定的去除效果，而在這一溫度范圍外，去除效果明顯下降。生物過濾的最佳溫度為20℃～ 37℃，但在5℃～65℃范圍內，生物過濾都可正常運行。由于污染物在生物氧化過程中會釋放出一定熱量，從而使生物過濾系統能保持較高的溫度，因此一般情況下，可以不考慮對床體進行加溫。
3.4 設計負荷
合理的設計負荷有利于降低生物過濾系統的投資，保持運行的穩定性。生物過濾工藝處理城市污水處理廠臭氣的濾料表面負荷一般為30～250m3/m2·h。
3.5 臭氣停留時間
臭氣在生物過濾系統中的停留時間直接影響了其處理效果。如果停留時間過短，臭氣成分還未充分被生物膜吸收，就被排除床體，無法使最大量的臭氣被轉化；如果停留時間過長，則會使床體體積過大，增加投資。因此在生物過濾的設計時有必要確定合理的停留時間，以去除肉食加工廠廢氣為主的生物過濾系統停留時間為 15s；以去除三氯酚為主的生物過濾系統停留時間為3h；以去除H2S為主的生物過濾系統停留時間為23s；針對城市污水處理廠產生的臭氣，生物過濾系統停留時間一般為2～8.5min。
4 生物過濾除臭工藝應用現狀及其局限性
4.1 應用現狀
生物過濾除臭工藝作為一種綠色技術，對環境沖擊少，不需要化學藥品（材料），不會造成二次污染。生物過濾工藝在國外的研究和應用較廣泛，如廢水輸送/處理、食品/飲料行業和化學行業。目前，有關生物過濾工藝的研究在我國也逐漸成為一個熱門課題。
4.2 局限性
生物過濾工藝的局限性表現為：臭氣可能會產生短流或在過氣斷面上分布不均勻；寒冷地區易受冰凍影響；國內對這項技術的研究應用尚處于起步階段，工藝設計參數及應用實例較少，技術上有待進一步探索和完善。
5 結語
隨著國家對居民對生活環境質量要求的不斷提高，嚴格執行《惡臭污染物排放標準》（GB14554-93）和《工作場所有害因素職業接觸限值》（GBZ2-2002），不僅可保護污水處理作業區內操作人員的身心健康，也可同時保障周圍居民生活環境質量。生物過濾作為一種新型生態臭氣處理技術，具有投資較省、運行簡便、處理效果穩定等諸多優點，是我國城市污水處理廠惡臭氣體控制的優選方案之一。
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