生物滴滤塔除臭效果影响因素分析

尹成彬 于东海

（普罗生物技术（上海）有限公司 上海 200000）

引言

随着我国居民的生活质量不断提高，对周围生活环境的要求日益严格。由于恶臭气体对居民生活影响范围较广，已成为引发居民投诉的主要对象。长时间处于低浓度恶臭气体环境中，不仅对人的嗅觉、呼吸系统以及消化系统等身体部位产生损害，同时也会使人产生一系列精神层面的负担[1]，例如食欲不振、情绪波动较大、精神恍惚以及记忆力下降等。高浓度的恶臭气体可以短时间致人昏迷、永久性损害人体神经系统，甚至致人死亡，从而酿成严重的环境安全事故。所以，要应用行之有效的技术方法对恶臭气体加以处理，为此诞生了“生物除臭”技术，其特点是避免二次污染环境，建设、运行成本较低。目前，生物滴滤塔装置是一个功能配制齐全、运行耗能低、处理效果好的综合处理系统，恶臭气体去除率一般都能达到90%～95%或以上，可广泛适用于污水处理厂、污水泵站、粪便污水预处理厂、垃圾堆场及各种工业废气和异味的场所，具有非常好的工程应用前景。

1 生物滴滤塔工作原理

生物滴滤塔的生物除臭工作原理是将除臭微生物以载体（活性污泥和有机、无机填料）附着的形式存在生物滴滤塔中进行发挥作用，恶臭气体通过布气管道从填料底部均匀通过床层，致臭气体有机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谢活动将致臭气体中复杂有机物等转变为简单的无机物并利用合成自身的细胞结构，最终转化成为无害物质（二氧化碳、水和中性盐类）。生物除臭装置具有前级喷雾洗涤吸收处理（必要时可添加洗涤吸收液）、多级生物滤床吸收分解及后级强化处理功能，并附有营养液添加、自来水和循环水可切换、生物填料保湿喷淋等辅助系统；并配备有自动控制系统实现整套装置的连续自动运行。生物滴滤塔所填充的大多为无机（惰性）填料，如竹炭、多面空心球（pp）、火山岩等，生物滴滤塔内填料一般设置一层或多层结构，空隙率较大的填料会先布设在网格支架上，孔隙率以及粒径较小的填料铺设在上层。营养剂投加在循环水箱中并通过循环水泵抽吸至生物滴滤塔上方，将营养液均匀地喷淋在微生物降解段的填料上使其为微生物提供营养。营养液自上向下沿着填料流动，流至生物滴滤塔塔底循环水箱中进行循环喷淋。生物除臭装置启动挂膜成功后均匀附着在填料表面，填料层同时有厌氧、缺氧和好氧区域，根据填料层不同区域中生存环境的差异，生物滴滤塔内分布不同功能的除臭菌。生物滴滤塔具有对恶臭气体良好的去除效果，其中恶臭气分子与营养液以逆流接触方式，大大提高了气液接触时间进行相溶，恶臭分子由气相转化成液相被填料表面附着的生物膜吸收，经生物滴滤塔净化后的气体再从塔顶排出至后续深度处理装置。

2 生物滴滤塔除臭效果影响因素分析

2.1 除臭菌种

生物滴滤塔除臭效果关键在于附着在填料上形成的对应去除污染物质的微生物膜，但微生物膜形成的好坏的核心在于除臭菌种。恶臭气体分子中的有机质被除臭微生物吸收氧化分解，产生能量主要维持自身的新陈代谢以及自身生命活动，同时将代谢产生无毒害的无机盐排出体外，随着营养液流至塔底循环水箱，从而实现除臭目的。除臭微生物同时决定了生物滴滤塔去除恶臭气体的种类。目前，国外学者对除臭微生物菌种展开了深入的应用研究，通过不同组分类型的恶臭气体对除臭菌种筛选，从生物除臭装置中筛分出多种具有不同功能特性的细菌，其中，最常见以去除含氮化合物的亚硝化单胞菌、以去除硫化物的硫氧酸硫杆菌、以去除芳香烃化合物的假单胞杆菌、以去除萜烯类化合物的红球菌属。另外，在生物滴滤塔装置中分离出厌氧性细菌[2]。相对而言，国内学者对应用恶臭气体去除的优菌种的研究较少，大多数研究将活性污泥接种至生物滴滤塔中，通过进气来进行筛选驯化，以提高生物滴滤塔的污染物去除效率。

2.2 恶臭气体分子

恶臭气体分子自身结构特性决定了其是否能被除臭菌种的利用和降解是否彻底。当恶臭气体分子在气相和液相两相转移时，会受到传质阻力的作用，当气体分子溶解度较低，传质阻力集中在液膜。反之，当气体分子溶解度很高，传质阻力集中在气膜。同时恶臭气体的去除效率与组分浓度存在着一定的关系，在臭气浓度较低情况，去除率随着恶臭浓度的不断升高而逐步递增。当恶臭浓度增大到一定值，降解效果随恶臭浓度的增大而降低，恶臭浓度的提升对微生物菌种具有一定的毒害作用。其中恶臭气体分子的气/水分配系数、存在非碳氢氧取代基、竞争共代谢特性都影响着恶臭气体的去除效果。

2.3 填料

填料在生物滴滤塔中既是除臭菌种生长的载体，同时是气液固三相之间传递的介质。理想填料的选择应该具有如下特性[3]：（1）具有较大的比表面积，为微生物提供附着生长场所；（2）对水分具有一定持水率；对恶臭气体分子具有一定的吸附性能；（3）具有较大孔隙率，避免填料造成堵塞和产生沟流，从而形成厌氧区增大压降；（4）具有一定的机械强度和防腐能力；（5）价格低廉，易就地取材等。

按照其组成可分为有机填料和无机填料[4]。如：天然泥土、农业堆肥、木屑、硅藻土、活性炭、火山岩、陶粒、聚乙稀塑料等。填料的选择和搭配组合（占比）需要根据进气种类的结构特征和其对应筛选出的微生物菌落的特性来进行综合比较后进行选材。

2.4 容积负荷

生物除臭装置的容积负荷是反映该反应器对恶臭气体去除量和效果的重要指标，但生物装置在设计时应与进气量想匹配，当进气风量和浓度过高就会很容易对填料上附着的微生物产生毒害作用或者抑制作用，使生物滴滤塔的除臭效率显著下降。

2.5 空床停留时间

空床停留时间是指填料上未挂膜前，恶臭气体从填料底部到达填料顶部所用的时间。因为臭气从气相转为液相再与生物膜吸附降解需要一定的停留时间，若恶臭气体在填料层间停留时间过短，恶臭气体分子来不及被微生物降解就被排除生物装置，从而影响除臭效果；但是如果恶臭气体的空床停留时间过长，在工程设计除臭装置时需考虑增大反应器有效容积，从而增大投资成本，一般工程设计空床停留时间在25～40s 范围内。

2.6 气液比（Q/L）

气液比是指恶臭气体进气量与生物滴滤塔底部水箱中水量的体积之比，工程设计中需要根据现场实际处理废气量进行合理设计其比值，控制参数在合理范围内，是生物滴滤塔高效发挥其作用的重要因素[5]。如果气液比过大，相对来说循环液喷淋量过小，会导致填料持水率较低致使除臭菌种生存环境恶劣，从而挂膜成功率大大降低；若气液比过低时，相对来说循环液喷淋量则过大，导致填料孔隙形成水封，在生物滴滤塔长时间运行过程中压降大幅度增加，填料层的透气性下降乃至形成厌氧区；同时过大的喷淋量可能会将已经在填料上的生物膜冲刷掉，并且在挂膜调试期间过强的冲刷力不利于菌种挂膜。

2.7 温度

除臭微生物对恶臭气体中的有机污染物的降解是放热过程，所释放出来的热量会使生物滴滤塔填料反应区域的温度升高，而微生物降解段随着喷淋头对喷淋液的雾化后喷洒在填料表面以及风量会带走一部分热量，二者共同会使区域温度下降，两种作用的结果使得生物滴滤塔中的温度和湿度变化需要维持成一个动态平衡。温度对于微生物的生长、代谢和繁殖起着至关重要的作用，温度是微生物生存环境的控制基本条件之一，应严格控制循环水箱中的水温，最好控制在25～35℃之间，适宜的温度有利于生物滴滤塔中填料上的除臭微生物活性大大提高，从而生物滴滤塔的除臭效果有所增加。

2.8 pH

安装在循环水箱实时检测pH 计进行实时检测，pH 值的控制也是确保生物滴滤塔内填料上的除臭微生物高效发挥效果的影响因素之一，循环水箱中的pH 值高低会直接喷淋至填料表面，因此会直接影响着填料表面的微生物的生存环境，微生物的繁殖代谢活动时刻受到循环液的冲刷，从而影响对恶臭气体分子的去除效率，微生物降解段pH 值最好控制在5～8 范围内。但对于特殊污染物质和对应微生物则可能出现极端的情况。

2.9 湿度

恶臭气体首先进入生物滴滤塔的预处理段一部分气体分子被溶解，另一部分气体被加湿进入生物降解段，一方面可以提高传质效率，同时防止填料层风干。一般工程设计中生物滴滤塔需要维持的湿度在45%～60%。

2.10 其他

生物滴滤塔调试期间以及日常运行管理过程中需要定期进行补充营养物质来维持微生物新陈代谢活动。同时需要保证臭气中含有足量的氧气通入生物滴滤塔的填料层中。另一方面需要定期更换生物滴滤塔水箱中的营养液，至少每月一次或者依据电导率≥10000us/cm 进行清水更换。

结语

近年来，随着生物除臭装置的不断优化，生物除臭装置逐渐广泛应用于不同行业，并取得了显著的应用效果。尽管生物滴滤除臭法的相关研究还尚不成熟，但其一定会在工程实际应用中具有极大的发展潜力。其未来的发展趋势将主要包括以下几个方面：除臭工艺的改进和组合、运行工艺参数的优化、筛选除臭菌种并采用基因序列的重组等手段开发新型高效除臭菌种适用除臭范围广的新菌种、开发与研制新型填料、传质动力学和微生物降解机理的研究对工程的设计与运行提供指导。