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生物法處理技術

基于單項技術的設備與產品

概述

VOCs和臭氣等廢氣的生物處理過程，實質是附著在載體介質上的微生物，在適宜的環境條件下，利用廢氣中的污染物作為碳源或能源，維持其生命活動，并在特定生物酶的作用下將污染物轉化為CO₂和H₂O等無害物質的過程。

技術原理：廢氣中的污染物在濕潤的條件下或是直接與水接觸后，被吸附或是溶解于水中，由氣膜轉移進入液膜；溶解于液膜中的污染物成分在濃度差的作用下被推動進入或是被吸收擴散進入生物膜，最后被生物膜中的微生物捕獲，成為其生長代謝的基礎物質。

目前在VOCs處理和臭氣凈化方面的處理方式可分為三種生物洗滌法、生物過濾法和生物滴濾法，三種方法的比較如表6。

表6 三種生物處理法的比較

處理方法	原理	適用范圍	優點	缺點
生物洗滌法	微生物及其補充營養元素存在于液體中，氣體中的污染物通過與懸浮液接觸后轉移到液體中而被微生物降解轉化為無害物質。一般懸浮泥漿采用活性污泥，效率取決于生物懸浮液的活性強度和再生能力	范圍廣泛	可處理多種氣體，操作條件易于控制	設備成本高，操作復雜，活性污泥再生時間較長
生物過濾法	微生物附著生長于固體介質（填料）上，廢氣通過由介質構成的固定床層（填料層）被吸附、吸收，后被微生物降解轉化為無害物質。一般填料層采用具有吸附性和生物活性的填料，如土壤、堆肥、木屑等，具有吸附污染物質和向微生物提供營養物質的作用	通常用于臭氣去除，適用于親水性和易降解物質	運行費用低	占地面積大，填料需定期更換，過程不易控制，對疏水性和難降解物質處理能力低
生物滴濾法	原理同生物過濾相似，區別在于所使用的填料多為竹炭、塑料、陶粒等惰性材料，補充營養物質的提供需額外噴淋營養液。	適用范圍廣泛，可針對待處理廢氣利用特定微生物菌種	裝置內生物數量大，抗沖擊性強于生物過濾法，惰性填料可長期使用，造成的壓力損失小，操作條件容易控制	需經常添加營養物質，操作較復雜

生物洗滌器一般由一個裝有惰性填料的傳質洗滌器和生物降解反應器組成，出水需要設置沉淀池。廢氣首先進入洗滌器與生化反應器過來的泥水混合物進行傳質吸附、吸收，部分容易降解的污染物在此即被微生物降解，大部分污染物進入生化反應器，被活性污泥的代謝作降解，生化反應器出水進入沉淀池進行泥水分離，上清液排出，污泥回流。洗滌器主要是物理溶解過程，生物反應器中一般采用好氧處理。該工藝有很多優點，如反應條件容易控制，壓降低，填料不易堵塞等;而缺點在于:設備多，需外加營養物，成本較高，填料比表面積小，對液相中菌體生長活動的控制比較困難，限制難溶氣體的處理效率等。

生物過濾除臭設備采用一體化的集裝箱式，結構如圖12所示，主要包括，箱體、風機、加濕器和填料床等。廢氣首先通過風機和集氣管道收集進入組合式生物過濾設備，然后氣體緩慢地通過生物活性濾床，被附著其上的微生物處理并以擴散氣流的形式離開。生物過濾器內的固態介質一般使用土壤、堆肥、木屑等。其優點在于：設備少，操作簡單，成本低廉，處理效率高等；其缺點在于：反應條件較難控制，占地面積較大，處理效率不夠持續穩定、載體使用周期短等，且該工藝不適于處理較高濃度的廢氣和產酸廢氣。

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圖12 生物過濾系統示意圖

生物滴濾池一般包括引氣風機、塔體、填料和循環水系統等，在生物滴濾池內充滿了惰性填料，微生物在填料表面附著生長并形成生物膜。生物膜中微生物以廢氣為碳源和能源，其它必需的營養物質由循環液提供。一部分廢氣通過微生物的分解代謝被轉化為無害的水和二氧化碳，并為微生物提供能量；另一部分有機污染物通過合成代謝被轉化為微生物自身的生命物質。有機廢氣的凈化一般經歷傳質和生物降解兩個過程。在生物滴濾池中，廢氣從塔底進入反應器后，其中的有機物質則通過微生物的分解、代謝后轉化為小分子無機物質，凈化后的氣體從塔頂排出。特點為設備少、操作簡單、壓降低、填料不易堵塞、處理效率高等。與生物過濾器相比，生物滴濾法的反應條件更易控制，因而微生物的活性更容易保持。其不足在于:填料比表面較小，運行成本較高，不適于處理水溶性差的化合物，此外結構和操作均比生物過濾器復雜，同時需要注意，營養物添加過量還易造成菌體大量繁殖，床層堵塞、壓降升高。

總之，生物洗滌器適用于處理凈化廢氣量較小、污染物質濃度大、易溶解、生物代謝較慢的廢氣。對于氣量大、濃度低的廢氣可采用生物濾池處理系統。而負荷較高及污染物降解后會生成酸性物質的，則以生物滴濾池為好。在以往的生物法處理廢氣的實踐中，一般采用廢水處理所使用的菌群經目標污染物培育馴化后，直接用于廢氣的凈化處理，但往往難以達到預期的凈化效果，因此培育馴化廢氣凈化專用菌種可以有效提高生物反應器處理效率、穩定性和縮短掛膜啟動時間。將馴化成熟的菌種利用工業發酵的方法進行擴大培養，發酵液經離心濃縮后制備成凍干粉機，使用時添加到生物反應器和活化營養物質即可。該微生物菌劑尤其適用于具有循環水的生物滴濾裝置，其它設備需考慮微生物菌劑流失問題。

一體式生物濾池除臭設備

設備（產品）概述：一般來講，惡臭氣體成分復雜，任一場所、甚至是同一場所的不同時間，惡臭氣體的成分都可能相差很大，因此，在菌種的篩選過程中，要充分的考慮到惡臭氣體成分的復雜性，并針對不同種類的惡臭氣體，正確的選擇菌種。生物濾池除臭裝置所采用的微生物菌種包括分別針對不同惡臭成分的功能性菌類。已經用于除臭工程的菌種種類有：硫化細菌、氨氧化細菌、芽孢菌、假單胞菌等20余種。例：高倍顯微鏡下拍攝的二種典型除臭微生物菌膠團。

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圖13 細菌、真菌、藻類、原生動物組成的菌膠團和顆粒狀的菌膠團

加濕方式，加濕區設計為連續循環散水，對進入的惡臭氣體進行預處理，生物濾床頂部設計為間隙式散水。若處于干燥狀態，生物將失去活性，若濕度過高，載體表面水膜加厚，通氣的壓損增大，阻礙氣體流動，因此加濕程度從保持生物活性和空氣溶解接觸效率兩方面考慮。選擇合理的散水條件主要考慮以下三點：a.為生物填料層提供適度的濕度，避免微生物產生的弱硫酸和弱硝酸過剩積存，保持微生物良好的生成環境；b.增加對水溶性污染物的吸收效率；c.不增加除臭設備的壓損。因此散水間隙即淋水周期視處理對象而定。

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圖14 生物濾池除臭示意圖

溫度控制，大部分除臭微生物的生存溫度為10~50℃，最佳在25℃左右；在10℃以下生物活性大幅下降。考慮到生物濾池除臭設備溫度降低問題，我司采用的生物濾池殼體為100mm厚玻璃鋼復合板，內部填充聚氨酯保溫材料，具有良好的保溫效果，能夠在冬季保持生物濾池內部溫度的穩定。同時，污水池加蓋后，構筑物內部廢氣的較低溫度，及微生物新陳代謝所產生的熱量能夠保持溫度在15℃以上，維持微生物在冬季的正常運行。pH控制，含硫系列臭氣被氧化分解成S、SO32-、SO42-。硫黃氧化菌的作用是清除硫化氫、甲硫醇、甲基化硫等硫黃化合物。含氮系列臭氣則被氧化分解成NH4+、NO2-、NO3-，消化菌等氮化菌的作用是清除惡臭成分中的氨。當惡臭氣體為H₂S時，專性的自養型硫氧化菌會在一定的條件下將H₂S氧化成硫酸根；當惡臭氣體為有機硫如甲硫醇時，則首先需要異養型微生物將有機硫轉化成H₂S，然后H₂S再由自養型微生物氧化成硫酸根。

一體化生物濾池除臭設備包括預洗段和生物段兩部分。工藝流程詳解如下：預洗段裝填有高效化工填料，通過循環水噴淋能夠去除惡臭污染物中的顆粒物質（粉塵、膠狀物等）、部分溶解于水的臭氣成分。另外，在此過程中氣體被加濕，含有大量的水份，以補充后續生物段中菌種活動的水份需要。生物段由下而上分別是氣體過流面、均流支撐板和有機生物填料、噴淋層。填料經過嚴格篩選，采用火山巖、竹炭混合或單一質作為填料，并進行合理的級配；為了防止因微生物生長而導致填料濕度的下降，特在濾床頂部配備有噴淋裝置。廢（臭）氣經一體化生物濾池除臭設備處理后最終排放的氣體達到國家相關標準，不影響周邊環境。一體化生物濾池除臭設備現廣泛應用于市政污水處理廠、污水泵站、垃圾處理廠、石油石化、醫藥化工、食品加工、噴涂、印刷、紡織印染、皮革加工等行業的惡臭控制。生物除臭工藝能有效的降解以上各行業相關系統產生的硫化氫、氨、甲烷、三甲胺、甲硫醇、甲硫醚、臭氣濃度等污染物質。

一體化生物濾池除臭設備處理效果好，應用領域廣，適用于市政、化工、食品、印染、屠宰等行業的臭氣處理；短期停止運行再使用啟動速度快，且無二次污染；無須另外投加營養劑；設備緩沖容量大，微生物能自動調節濃度高峰，使系統始終正常運行，耐沖擊負荷的能力強；運行采用全自動控制，非常穩定。易損部件少，維護管理簡單，可以實現無人管理，工人只需巡視是否有機器發生故障；設備能耗低，壓力損失800Pa左右。適用廢氣進氣濃度低，略高濃度的廢氣處理效率低；占地面積較大，但可以通過非標設計，使設備能夠放置在構筑物空閑地方，以便節省空間。

設備（產品）說明：一體化生物濾池除臭設備可根據填料、設備結構形式、外裝飾形式等進行分類。一體化生物濾池除臭設備通常可根據填料種類分為2種：單一填料除臭設備和混合填料除臭設備。現有單一填料一般采用單一炭質填料或單一火山巖填料，少量采用半處理對填料進行技術升級。針對于高要求客戶，可采用單一炭質填料除臭設備，該種填料經特殊浸潤處理后，較大的比表面積能夠很好的截留臭氣和微生物，在所有填料種類中，整體處理效果最好。針對于其它使用場合，單一火山巖填料或混合填料都具有良好的效果，完全能夠達到要求的處理效率，且價格較炭質填料便宜，仍具有廣闊的市場。一體化生物濾池除臭設備按結構分種類較多，主要可分為骨架結構、板框結構、組合拼接結構等。因除臭設備采用的材料都需為防腐材料或經防腐處理的材料，且需一定結構強度要求，因此一般除臭設備結構材質為碳鋼防腐、玻璃鋼、304不銹鋼等。同時，某些特殊要求下，一體式生物濾池可做成塔體形式、混凝土地上地下式，材料可擴展至PP、混凝土等領域。一體化生物濾池的結構形式決定了生物濾池的外裝飾形式。通常，可分為不銹鋼、玻璃鋼、鋁塑板、彩鋼瓦等形式。現有一體化生物濾池一般外裝飾采用不銹鋼、玻璃鋼兩種形式。

【參考文獻及說明】

1、文中內容節選自《環保裝備產品工程應用后評估方法（VOCs與惡臭類）》，工業和信息化部委托課題，中華環保聯合會VOCs污染防治專業委員會承擔組織；

2、文中內容涉及有關裝備產品的技術參數和典型案例（含現場圖片）是行業案例征集所得，由企業自愿申報并經專家篩選后確定入選的。

素材來源：轉載自VOCs前沿

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