生物制药废水处理恶臭气体去除路线研究

卢艳洁

（天方药业有限公司，河南驻马店 463000）

与城市污水相比，生物制药废水中所含的有机废物浓度较高，而处理期间产生的恶臭气体主要成分包括硫化氢（H2S）、氨气（NH3）、甲硫醇（CH3SH）、磷化氢（PH3）以及醛类等，此类气体具备一定的刺激性，若不能对其进行良好处理，不仅会造成环境污染，危害到周围居民的身体健康，而且会给企业形象带来负面影响。本文以生物处理技术为例，展开恶臭气体处理路线的分析，以期为后续处理路线的优化完善奠定基础。

1 生物制药废水恶臭气体的种类及来源

含有大量油脂和蛋白质的高浓度废水在收集和输送过程中极易形成厌氧环境，废水中部分有机物会转化成可散发恶臭气体的化合物前体，如硫醇、硫醚、酰胺、腐胺等。当废水流入水处理构筑物时，水流的扰动导致硫化氢、氨气、甲硫醇等恶臭气体迅速逸散到周边大气中。预处理阶段隔油池截留的油脂、气浮池截留的浮渣发酵后会释放出大量恶臭气体。水解酸化池和厌氧池中的厌氧硫化菌以硫酸盐为最终电子受体，氧化有机污染物以获取能量，而硫酸盐则被还原为亚硫酸盐和硫化物，产生硫化氢、硫醇、硫醚等含硫气态化合物。在厌氧微生物作用下，含硫有机物被降解为硫化氢，含氮有机物被转化为氨氮并以氨气的形式从水中逸散出来。隔油池、气浮池、沉淀池收集的污泥浓缩脱水，含硫有机物再次聚集，且长期停留，高浓度的恶臭污染物从污泥中释放，使场站局部大气质量急剧恶化。

2 生物制药废水恶臭气体常用处理方法

2.1 物理处理技术

在恶臭气体的处理过程中，物理处理技术属于常用的处理方法，包括掩蔽法、吸附法等。以吸附法为例，其原理是当臭气通过特定的材料层，被材料层的材料吸附而达到除臭的目的。一般使用的材料有活性炭、活性炭纤维、沸石和某些金属氧化物，如氧化铝、二氧化硅等。其中，活性炭是应用最多、最广泛的材料，其具有比表面积大、高孔隙体积、表面高疏水性等特点，相比于其他吸附材料还具有价格低廉、制造容易等优点，但也有吸附能力有限、再生循环利用差等缺点。因此在实际应用中，吸附法多作为辅助技术使用，以加快恶臭气体的处理速度。

2.2 化学处理技术

在化学处理技术应用过程中，经常使用到的处理方法有吸附法和燃烧法。（1）吸收法。该方法主要用于处理含有二氧化硫（SO2）、氨气（NH3）、氮氧化物等污染物的恶臭气体，其原理是使用含有特定反应物的溶液，利用化学反应来完成恶臭气体的吸收，如NH3可以和酸性溶液发生化学反应、SO2可以和碱性溶液发生反应，从而起到净化恶臭气体的作用。但是，此方法在应用中所产生的衍生产物，如氨水、亚硫酸、稀硫酸等化学物质，也会带来二次污染，需要对衍生物进行再次处理，所带来的综合效益较低。（2）燃烧法。在生物制药过程中，会产生许多可燃性气体，如芳香烃、醚类有机物等，这些有机物在和空气进行比例混合后，可以作为燃料使用，从而起到去除恶臭的作用。该方法适用于挥发性有机物，但是燃烧过程中也可能产生衍生物污染，是后续研发的重要方向。

2.3 生物处理技术

除了前两种处理技术外，目前使用较多的处理技术便是生物处理技术，在具体的应用过程中常用技术内容如下。第一，生物过滤法。该方法是将集中采集的废气利用调节装置进行加压加湿处理，随后将其从生物过滤池底部通入，使得气体在上浮过程中，可以与生物膜上的微生物组成水-微生物混合相，借助微生物的代谢作用，将臭气分子转换为无害的二氧化碳、水分子，从而起到去除臭味的目的。第二，生物滴滤法。该方法是将集中采集的废气利用调节装置进行加压加湿处理，同时系统内增加了喷淋装置，借助水泵来完成反应池的循环操作，得到液-微生物混合相，利用微生物的代谢作用，将臭气分子进行分解。在反应池材料的选择上，多使用比表面积较大、耐久程度高、稳定性强的填料，如陶瓷材料、硬性塑料、聚丙烯材料等。第三，生物除臭剂。该方法是对于生活在生物池内的活性污泥中的菌种进行筛选，将几种微生物放入到特定载体中形成药剂，随后将臭气通过填充此类物质的反应塔，利用生物的代谢反应来完成臭气处理，达到净化气体的作用。

3 生物制药废水处理恶臭气体去除路线

3.1 臭气收集

3.1.1 建立密闭构筑物

基于以往的分析可知，废水处理过程中产生的恶臭气体具备了较强的逸散性，在对其进行处理时，首要任务是做好臭气的采集工作。在具体的应用过程中，需要先完成露天建筑的封闭式处理，搭配新通风管道完成臭气的集中采集。目前，生物制药废水处理站的密闭构筑物主要包括出泥房间、压泥房间、总污泥房间等，为了确保臭气的采集效率，需要在此基础上对构筑物的局部进行钢格栅板的布设，所选择的钢格栅板材料，其厚度不能小于4 mm，同时需要具备较强的耐久性，营造出负压环境来加快臭气的采集速度。此外，需要对以往未封闭的区域进行封闭式处理，如生物调节池、沉淀池、粗格栅、气浮池等。对于这些处理单元，在处理过程中围绕其建设隔离罩，搭配新的集气管道来完成臭气的集中采集，而且隔离罩内也需要设置进风口、观察口，确保密闭环境下臭气浓度的合理性，以免浓度过高引起爆炸事故。

3.1.2 优化集风管道设计

为了确保气体集中收集活动的顺利进行，多利用负压吸气方式，在此过程中所使用到的管道材料为玻璃纤维增强塑料（Fibreglass Reinforced plastics，FRP），材料自身环刚度不能小于5 kN/m2，且具备较强的耐久性、抗腐蚀性及耐温性。在臭气收集过程中，也需要降低噪音，避免噪音污染。在换气次数这一参数的设计环节中，需要结合封闭构筑物的内部容积、人员进出频率等参数来完通风风量的计算，具体参数可参考表1。

表1 某生物制药场场不同封闭构筑物通风量参考

在负压集气罩引风管的设计过程中，也会利用手动调节阀动态调整管道引风量，借此提升集气管道应用过程中的引风效果。参考表1中内容，为满足引风要求，需要将主风管道风速设计在10～12 m/s，辅助风管道风速设计在8～10 m/s，旁支管道风速设计在6～8 m/s，从而形成密闭稳定的引风系统，满足臭气处理的基本要求[1]。

3.2 预洗段设计

生物制药过程涉及许多生物反应、化学反应、物理反应，因此在废水处理的各个环节都会有臭气产生，初始位置处的臭气浓度也更大。基于此，为了确保进入到生物处理环节中的臭气浓度可以维持在较为稳定的状态，需要预设好处理段，对于臭气中的固定污染物（如硫化氢、氨气等）进行处理，并对采集到臭气的温度和湿度进行调整，使其进入到生物滤箱内时，不会对微生物活性带来干扰。结合以往的应用经验，预处理段所使用到的填料主要以化工吸附性颗粒物为主，同时整个填料段高度控制在1.2～1.5 m，填料体积结合生物制药厂规模进行选择，以满足实际应用过程的个性化需求[2]。

3.3 生物滤箱设计

完成预处理段的处理工作后，开始进入到生物滤箱的制作环节，为了确保进入到生物处理环节中的臭气可以在箱体内得到充分反应，需要加强生物滤箱参数的控制工作。结合以往的应用经验，生物滤箱所使用到的制作材料以合金材料为主，搭配FRP（制作观察口）完成整个结构制作。其摆放位置需要高出地表，多放置在混凝土基座上面，高度控制在1.8～3.0 m，总体积也需要结合生物制药厂规模进行选择，以满足实际应用过程的个性化需求。同时，在箱体结构的设计中，也需要提前预留好观察口（2～4个）与检修口（4～6个），便于故障出现后及时展开维修活动，确保生物滤箱的工作效率[3]。

3.4 生物箱填料筛选

完成生物滤箱的设计工作后，开始进入到筛选生物箱填料的制作环节，这也是确保臭气处理效果的核心环节。结合以往的应用经验，生物滤箱中的填料需要具备比表面积大、保湿性能良好、亲水性稳定、孔隙率高、耐久性强、化学性质稳定及总成本较低等特点。基于上述应用特性，在具体的选择中，可供选择的生物箱填料种类包括有机填料、无机填料等。无机填料主要包括陶瓷材料、炭质材料、沸石材料等，但是应用成本相对较高，对于一些小规模生物制药厂适用性较低。有机材料包括土壤、树木碎屑等，其耐久性较差需要定期进行更换，繁琐度较高。因此，很多工厂也会将两类材料混合在一起进行使用，借此达到处理效果最大化，确保生物滤箱的工作效率[4]。

3.5 生物菌种培养

生物处理技术在使用过程中，需要对微生物进行定向培养，这也是确保臭气处理效率的核心环节。通常情况下，滤箱内的微生物主要来源于生物制药厂的活性污泥中，从中提取样品之后，开始对微生物进行驯化，经过多次迭代筛选之后，得到所需的定向除臭菌种。具体的培养流程如下：在前期培养过程中，需要每天在采集样品中定量投放Na2S，将其搅拌均匀后洒在生物箱填料中，同时通入臭气进行迭代筛选，中期中断营养物供给，继续通入臭气进行迭代筛选，后期则是从中筛选稳定微生物进行扩大培养，从而得到目标菌群[5]。

3.6 噪音及电气控制

在设备管理上，需要加强噪音与电气控制，以营造出良好的设备运行环境。基于以往经验，受到管道共振影响，在机械运行时管道会产生不低于85 dB的噪音，长期在此环境下工作影响身体健康，因此需要在设备中布置减振橡胶底座和隔音吸音罩，使外部噪音可以控制在65 dB以下，不影响周围居民生活。同时，建立自动化电气控制系统，利用系统的自检功能来监督系统的运行状态。系统中设置智能预警功能，在出现故障问题后提示检修人员故障位置、故障原因，以加快故障检修速度，维持整个系统工作状态的稳定性[6]。

4 结语

在生物制药废水处理过程中，进行臭气的合理处理属于非常重要的工作内容，通过建立高效可靠的除臭系统来完成臭气处理，对于提升系统运行过程稳定性，减少环境污染有着积极的意义。