生物除臭填料分類與應(yīng)用分析
（上海技華環(huán)?？萍加邢薰? 技術(shù)開發(fā)部 上海 浦東新區(qū)）
隨著城市建設(shè)和居民生活水平的不斷提高，居民投訴惡臭事件近年不斷增加，在此背景下，除臭技術(shù)得到迅速的應(yīng)用和發(fā)展，從采用的水洗法，逐步發(fā)展到酸堿洗凈法、焚燒法、活性炭吸附法、臭氧氧化法、催化劑氧化法、生物除臭法、離子除臭法等。生物除臭因其具有除臭效率高、 投資及運(yùn)行成本低、綠色環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水處理廠的惡臭污染治理，而生物填料作為生物除臭系統(tǒng)的核心組成部分，對(duì)生物除臭系統(tǒng)的穩(wěn)定性和除臭效率起到至關(guān)重要的作用。
生物除臭是利用專門培養(yǎng)的附著在生物填料表面上的高效微生物的生物化學(xué)作用，將惡臭氣體中的無機(jī)、有機(jī)組 分作為其生長繁殖所需要的基質(zhì)，通過微生物的同化、異化作用將惡臭污染物氧化成簡單的水、二氧化碳等無害或減少有害物質(zhì)。根據(jù)污染物進(jìn)入生物體的形式，依據(jù)吸收過程中傳統(tǒng)的雙膜理論提出的“吸收 - 生物膜”理論認(rèn)為，生物法凈化氣體可分為三個(gè)步驟 ：（1）臭氣中的污染物通過擴(kuò)散由氣膜進(jìn)入液膜 ；（2）溶解于液膜中的有機(jī)物利用濃度差擴(kuò)散到生物膜，并被微生物捕獲和吸收 ；（3）微生物通過代謝作用將有機(jī)污染物分解并轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳、水、硫酸 鹽等。惡臭氣體中的污染物可以不經(jīng)歷氣液傳質(zhì)過程直接擴(kuò)散至生物 填料或生物膜表面，被生物載體生物膜吸附，進(jìn)而被微生物降解。
生物除臭根據(jù)臭氣處理過程中微生物存在形式、填料類型的不同大致可分為 ：生物濾池、生物滴濾、生物洗滌除臭三大類，其各自區(qū)別及特點(diǎn)如表 1 所示。
| 生物濾池 | 生物滴濾 | 生物洗滌除臭 |
機(jī)理 |
廢氣經(jīng)預(yù)加濕后，進(jìn)入生物濾池，流經(jīng)附著有微生物的生物填料，利用微生物作用實(shí)現(xiàn)惡臭氣體的凈化 |
濾池內(nèi)填充填料，循環(huán)水不斷噴灑在填料上，填料表面被微生物形成的生物膜所覆蓋，利用微生物作用實(shí)現(xiàn)惡臭氣體的凈化 | 由填料洗滌器和裝有活性污泥的生物反應(yīng)器構(gòu)成，利用吸收液洗滌惡臭氣體，氣體中的惡臭成分一旦溶入水中后，進(jìn)入生物反應(yīng)器被微生物分解，實(shí)現(xiàn)惡臭氣體的凈化 |
生物相 | 附著態(tài) | 附著態(tài) | 懸浮態(tài) |
液相 | 固定液相 | 流動(dòng)液相或周期性流動(dòng)液相 | 流動(dòng)液相 |
填料 | 有機(jī)活性填料 | 無機(jī)惰性填料 | 無機(jī)惰性填料 |
氣液接觸面積 | 大 | 大 | 中 |
處理負(fù)荷 | 低 | 中 | 高 |
噴淋方式 | 預(yù)加濕 | 循環(huán)噴淋或間歇噴淋 | 循環(huán)噴淋 |
微生物營養(yǎng)源 | 臭氣、填料 | 臭氣、外部投加或噴淋水中補(bǔ)充 | 臭氣、外部投加 |
表1 生物除臭技術(shù)分類及優(yōu)缺點(diǎn)
填料分類 | 除臭類型 | 填料名稱 | 填料特點(diǎn) |
有機(jī)填料 |
生物濾池 |
樹皮 | 表面粗糙多孔，易于微生物附著，能作為營養(yǎng)源；使用一段時(shí)間后會(huì)礦化壓實(shí)，床層壓降增大 |
木屑 | 堆積密度小，持水量大，能作為營養(yǎng)源；使用一段時(shí)間后礦化壓實(shí)， 床層壓降增大 | ||
堆肥/改良土壤 | 堆積密度大，空隙率低，床層壓降大 | ||
無機(jī)填料 |
生物滴濾/生物洗滌 | 炭質(zhì)填料 | 比表面積大，堆積密度小，孔隙率高，易于微生物附著 |
火山巖 | 較大的比表面積，表面粗糙，適宜微生物生長 | ||
陶粒 | 表面粗糙、孔徑較大、適宜微生物生長、堆積密度大 | ||
沸石 | 良好的機(jī)械強(qiáng)度，較適宜微生物生長，床層壓降較大 | ||
塑料或陶瓷做成的各種化工填料（拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、多孔球等） | 填料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、堆積密度低、床層壓降小，但比表面積小，不易微生物附著、吸附能力差 | ||
復(fù)合填料 |
生物濾池/生物滴濾 | 鈣基復(fù)合填料 | 具有一定的酸堿緩沖能力 |
陶粒生物質(zhì)復(fù)合填料/樹皮塑料球復(fù)合填料等 | 彌補(bǔ)了單一組分填料的缺陷，各類型填料優(yōu)勢互補(bǔ) |
表2 生物填料性能對(duì)比
隨著生物除臭研究及實(shí)踐的積累，生物除臭填料種類得到不斷的擴(kuò)展，根據(jù)填料材質(zhì)及能否提供營養(yǎng)源大致可分為有機(jī)填料、無機(jī)填料、有機(jī)無機(jī)混合填料等三大類，有機(jī)或有機(jī)無機(jī)混合填料在生物除臭系統(tǒng)中既可以作為微生物的載體，同時(shí)也可作為微生物營養(yǎng)源，但無機(jī)填料則多為惰性填料，僅僅為微生物的附著提供載體。
對(duì)于生物過濾中常規(guī)有機(jī)填料，長期在濕潤及微生物活躍的環(huán)境下，使得填料腐爛礦化速率較快，填料壽命較短，針對(duì)該類填料存在的問題，通過構(gòu)建營養(yǎng)緩釋功能的復(fù)合填料，提高填料養(yǎng)分的利用率，延長填料使用壽命，維持生物除臭工藝長期穩(wěn)定運(yùn)行。采用低水溶性有機(jī)礦粉為填料營養(yǎng)源，以碳酸鈣作為 pH 緩沖劑，同時(shí)采用網(wǎng)狀纖維為骨架制備的具有營養(yǎng)緩釋功能的復(fù)合填料，其性能較常規(guī)的泥炭、樹皮類填料在填料比表面積、抗壓強(qiáng)度、堆積密度、使用壽命等方面得到明顯優(yōu)化。
在生物除臭系統(tǒng)中，對(duì)于循環(huán)使用的噴淋液隨著循環(huán)次 數(shù)的增加，循環(huán)液中酸堿度不斷變化，長時(shí)間使用會(huì)對(duì)生物 填料上的微生物生長起到抑制，甚至引起微生物的死亡和生物膜的脫落，因而使用具有 pH 緩沖功能的復(fù)合填料對(duì)維持除臭系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。采用鈣基復(fù)合填料生物除臭系統(tǒng)在設(shè)計(jì)工況條件下，鈣基復(fù)合填料生物除臭系統(tǒng)對(duì) H2S和 NH3 的去除效率分別達(dá)到 99% 和 85% 以上，循環(huán)液的 pH 值穩(wěn)定在 7 左右，具有較好的緩沖pH 值的能力。
（三）負(fù)載功能微生物復(fù)合填料的研發(fā)
生物除臭系統(tǒng)中只有當(dāng)微生物達(dá)到一定密度后才具有足夠的污染物去除能力和效率，在系統(tǒng)開始使用前一般需要進(jìn)行微生物菌種的接種及擴(kuò)大培養(yǎng)，往往需要數(shù)周甚至更長的時(shí)間。 而負(fù)載功能微生物復(fù)合填料直接將微生物包埋進(jìn)填料中，可節(jié)省馴化和掛膜時(shí)間。采用以堆肥為營養(yǎng)源和菌劑載體、多孔珍珠巖和植物纖維為輕質(zhì)骨架、水泥為膠結(jié)材料、CaCO3為pH 緩沖劑，同時(shí)接種功能微生物的菌劑制成了一種具有負(fù)載功能微生物緩釋復(fù)合填料，具有較強(qiáng)的抗污染物負(fù)荷沖擊能力，同時(shí)能顯著縮短生物處理系統(tǒng)的啟動(dòng)周期。目前該品種填料廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水廠生物除臭，適用于傳統(tǒng)活性污泥，A2/O、 A/O、SBR、氧化溝等污水處理工藝。
對(duì)于滴濾除臭系統(tǒng)中常規(guī)的生物填料如塑料填料、陶粒填料等存在的持液量小、微生物附著難、掛膜時(shí)間長等不足， 通過改變填料表面特性，增大其比表面積，提高表面粗糙度或結(jié)構(gòu)形式改造等方法對(duì)填料進(jìn)行優(yōu)化。
紋翼多面球、改性毛刺球和空心多面柱等生物滴濾填料，測試表明較常規(guī)的塑料填料其比表面積可達(dá)到 200m2/m3，同時(shí)縮短了微生物掛膜時(shí)間。
復(fù)混填料就是由幾種不同填料，按一定比例和填充方式混合而成，可以彌補(bǔ)單一組分填料的缺陷，充分發(fā)揮各填料的優(yōu)勢。
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