BTF系統(tǒng)處理兼氧池惡臭廢氣工程設計【含CAD圖紙+文檔】

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任務書 題目名稱 BTF系統(tǒng)處理兼氧池惡臭廢氣工程設計 學 院 專業(yè)班級 姓 名 學 號 一、畢業(yè)設計（論文）的內容 生物滴濾池處理惡臭廢氣工程設計，包括生物滴濾池的工藝原理與結構、生物滴濾池處理惡臭廢氣的治理工藝、主體設備選型和非標準設備設計，管道輸送系統(tǒng)設計及工程投資概算等。 二、畢業(yè)設計（論文）的要求與數據 廢氣處理量：某煉油廠的14200m3/h惡臭氣體； 廢氣成分：畢業(yè)實習收集； 畢業(yè)實習10天以上；實習報告（含資料調研報告）10000字以上； ??? 畢業(yè)設計說明書30000字以上； 繪制工程設計圖紙8張（A4）以上。 三、畢業(yè)設計（論文）應完成的工作 查閱和翻譯文獻資料； 參與畢業(yè)實習并編寫實習報告； 編寫畢業(yè)設計說明書； 進行工程概算和運行可行性分析； 繪制工程設計圖紙。 序號 設計（論文）各階段內容 起止日期 1 參與畢業(yè)實習 3月15日~4月12日 2 編寫實習報告、查閱和翻譯文獻資料 4月13~4月25日 3 研究設計方案，進行設計的有關計算 4月26日~5月10日 4 編寫畢業(yè)設計說明書 5月11日~5月25日 5 進行工程概算和運行可行性分析 5月26日~5月29日 6 繪制工程設計圖紙 5月30日~6月8日 7 答辯準備及答辯 6月9日~6月12日 四、畢業(yè)設計（論文）進程安排 五、應收集的資料及主要參考文獻 1. 王志魁主編 . 化工原理 .第二版.北京：化學工業(yè)出版社，1998.10 2. 赫吉明 馬廣大主編 . 大氣污染控制工程. 第二版.北京：高等教育出版社，2002 3. 賀匡國主編.化工容器及設備簡明設計手冊.化學工業(yè)出版社，1989 4. 黃學敏.張承中主編. 大氣污染控制工程實踐教程.北京：化學工業(yè)出版社. 2003.9 5. 立本英機.安部郁夫（日）主編.高尚愚譯編. 活性炭的應用技術ü其維持管理及存在問題.南京：東南大學出版社，2002.7 6. 林肇信主編.大氣污染控制工程.高等教育出版社.1991.5 7. 全燮.楊鳳林主編. 環(huán)境工程計算手冊.中國石化出版社.2003.6 8. 吳忠標主編 . 實用環(huán)境工程手冊ü大氣污染控制工程 化學工業(yè)出版社. 2001.9 9. 姜安璽主編. 空氣污染控制 .北京：化學工業(yè)出版社. 2003 10. 朗曉珍. 楊毅宏主編. 冶金環(huán)境保護及三廢治理技術. 東北大學出版社. 2002 11. 童志權等主編. 工業(yè)廢氣污染控制與利用. 北京：化學工業(yè)出版社，1988 12. 王紹文.張殿印.徐世勤.董保澍主編. 環(huán)保設備材料手冊.冶金工業(yè)出版社 2000.9 13. 朱世勇，《環(huán)境與工業(yè)氣體凈化技術》，化學工業(yè)出版社，2001 14. 李光超，《大氣污染控制技術》，化學工業(yè)出版社，2002 15. L.Ekman.LIFAC-經濟有效的脫硫方法.芬蘭：Fortum Engineering Ltd. 16. 唐敬麟，張祿虎編. 除塵裝置系統(tǒng)及設備設計選用手冊化學工業(yè)出版社.2004 17. 《給水排水設計手冊 （第11卷）》，中國建筑工業(yè)出版社，1986. 18. 趙毅，李守信，《有害氣體控制工程》，化學工業(yè)出版社，2001. 19. 陳常貴、曾敏靜、劉國雄等編，《化工原理》，天津科學技術出版社，2002 20. Licht,W《Air Pollution Control Engineering》.Publisher,New York,NY(US);Marcel Dekker,Inc.System Entry Date:2001 May 13. 21. Dry Removal of Gaseous Pollutants from Flue Gases with the GFB(FGD by CFB).Lurgi Report,Germany,1990.. 22. 劉天齊主編，三廢處理工程技術手冊：廢氣卷，北京：化學工業(yè)出版社 1999.5 發(fā)出任務書日期：20xx年3月10日 指導教師簽名： 預計完成日期： 年 月 日 專業(yè)負責人簽章： 主管院長簽章： 2 目錄 1 引言 1 2 研究的方法 2 2 1 可行性研究 2 2 1 1 微生物與培養(yǎng)槽條件 2 2 1 2 微生物活性與生物反應器的啟用 2 2 1 3 實驗裝置 2 2 2 實際過程操作應用研究 3 2 2 1 實驗裝置 3 2 2 2 開始動作與實際環(huán)境 4 2 3 分析方法 4 3 結果與探討 4 3 1 可行性研究 4 3 1 1 微生物生長和 VFA 降低率在化學反應中的變化 4 3 1 2 淹沒式 FB 凈化效能 5 3 2 探討操作步驟 5 3 2 1 反應器啟動 6 3 2 2 生物反應器雷動時 VFA 的濃度 6 3 2 3 生物反應器表現中氣流量速率的結果 6 3 2 4 反應器壓降和長期穩(wěn)定 7 4 結論 7 譯 文 生物滴管處理發(fā)臭揮發(fā)性脂肪酸 摘要 本文研究一種新型纖維生物反應器 用于牌被污染的空氣中的臭味化合物 卻除臭味揮發(fā)性脂肪酸 VFA 的實用性 VFA 是一種覺的臭味污染物 產生于 有機化合物的厭氧降解中 及潛在生物反應器在不同 VFA 大眾載體中的表現 95 以上的 VFA 去除效率在大眾載體高達 22 4g m3 h 第二階段中 臭味處理 程序進入系統(tǒng)的設計及實施階段 我們采用帶有人造綜合纖維包介質 調查研 究放入 VFA 濃度物和 EBRT 時的去除效果 生物反應器的效率達到 32 g m3 h 除了這些 VFA 在再流通液體中又開始聚集 這證明了 生物膜并不 能分解所有的 VFA 雖然 VFA 在液體聯合體聚集 但是去污效果仍達到 99 以上 這說明了是生物化學反應 而不是氣轉液在處理過程中更為有用 除此 之外 生物滴濾器在長期操作中更為穩(wěn)定 需要的壓強也比較低和穩(wěn)定 在四 個月的研究中 打包的物質 沒有發(fā)生堵塞與降解 1 1 引言 臭味放出在環(huán)境問題中比較常見 它導致周圍環(huán)境的困擾 不適 它關 系國家與國際社會的利益 特別是在人口稠密的地區(qū) 臭味化合物的排放 并 不只是關系到公眾的健康 也關系到個人的舒適度 臭味化合物 包括酚類 VFA 氨氣 硫化氫和硫醇 主要通過各式各樣 的活動中的有機排泄物的碰厭氧分解 比如說 糞池 堆肥池和污水處理廠 正如前面所提及的氣體污染物的危害性在增加 在許多工作不同國家 如 澳 大利亞 新西蘭 荷蘭 美國的工業(yè)面臨著嚴格的條約和標準來約束各種活動 排放出的污染的空氣 為了符合排放標 他們戌并應用了各種各樣的污氣處理 技術 從物理 化學 生物 幾方面入手 在這些處理技術里 生物技術從九 十年代開始得到極大的關注 因為它們的高效率 投入成本有效性高 穩(wěn)定性 高 可信度高 操作簡單 能量消耗最少 二次污染低 生物過濾是最覺的利用生物處理臭味方法 廢氣通過一個具有生物活性的 多孔過濾介質 污染物則通過生物手段被微生物降解 生物過濾器的性能絕大 部分是由作為載體的物質的特性所決定的 不同類型的介質曾被用于實驗 如 自然的 惰性珠 合成的 或任意兩種的混合物 被實驗過的介質有 絲狀炭 活性炭 聚氯化 聚氨酯泡沫塑料 多孔陶瓷及耐火磚 燒氣 泥炭 活樹皮和堆肥 過 濾器填料不僅僅作為一個自由微生物生長的載體 也提供吸收污染物的地方 被吸收的污染物將用于進一步的生物降解 而吸收點的更新換代取決于微生物 活動的反應速率 雖然傳統(tǒng)的生物過濾器與泥土和混合肥料混在一起也能夠達到有效去除臭 味的效果 但是仍有一些操作上的問題經常出現 因為打包的物質材料少孔太 緊湊導致阻力太大與易從一部分流失管涌這些生物過濾在長時間工作后 容易 堵塞及變得干燥 第 2 5 年對打包的介質維護而進行的物質材料的更換也占了 操作成本很大的一部分 在更換介質時 正常的操作也會被打斷 另外 更換 介質材料后 新的材料也需要一定時間才能夠達到以前的去除效果 而且 傳 統(tǒng)生物過濾器的體積也限制了他們只能在寬敞的空間里面使用 近年來出現了一種有螺旋纏繞的多孔纖維層物質 材料 的打包基座的新 型生物反應器 多孔 90 表面積大的纖維基座為微生物 生物化學反應 2 提供了一個理想的環(huán)境 生長進行這種纖維基座的生物反應器 曾成功地應用 于 BTE 地面污水的處理 本次研究的主要目標是 1 研究調查纖維基座的生物反應器 對臭味 控制的實用性 2 研究 在實際操作條件下 理論參數 的處理效果 其中 包括 氣流率 內鑲濃縮物大小和體積的測量 3 優(yōu)化處理臭味的纖維反 應器的設計 結構 2 研究的方法 2 1 可行性研究 2 1 1 微生物與培養(yǎng)槽條件 從 Tai Po 污水處理廠 香港 收集來的活性污泥用作第一次培養(yǎng)槽 活 性微生物則由 3 個 VFA 用震蕩燒瓶培養(yǎng)槽選出來 微生物挑選其中使用的介質 包括 2 5 g l 的 NH 4 SO 4 1g l 的 KH2PO4 1g l 的 K2HPO4 1g l 的 MgCL2 7H2O 0 5g l 的 CaCl2 1g l 酵母菌提取物 6 67g l 醋酸 丙酸 和 6 67g l 的基丁酸 3 種 VFA 用作微生物與一共 20g l 的 VFA 濃縮物的碳源 2 1 2 微生物活性與生物反應器的啟用 把 1ml 的活性污泥放入一個裝有 100ml 接著媒介的 500ml 在的燒瓶中 保持在 300C 和 200rp 三天的生長期過后 反 100ml 的細胞培養(yǎng)液 注入 41ML 到攪拌罐中 生長的環(huán)境控制在 300C 及 PH 值在 75 到 80 之間 用 VFA 作碳 源的污泥的生長活性也在此次培養(yǎng)中研究 在微生物生長停止后 在攪拌罐中的培養(yǎng)液在介質以每分鐘 200ml 的速度 滴漏 15 天后 液體循環(huán)不斷循環(huán)流動直到攪拌罐中的細胞濃縮物趨于穩(wěn)定 圖 1 再把三種氣態(tài) VFA 導入生物反應器 2 1 3 實驗裝置 實驗用的生物過濾系統(tǒng)如圖 2 這個系統(tǒng)包括了一個圓柱體狀的玻璃 X 子 內直徑 5cm 高 73cm 大小為 52 30cm 的棉花狀 X 包物質 材料 與同樣大 小的不銹鋼線布螺旋形纏繞在一起 反應器最佳的反應容積是 11ml 孔隙度 0 9 所選的醋酸 丙酸和基丁酸是用作模似臭味實據中的臭味污染物 模擬的臭 3 氣是由空氣吹入 20 v v VFA 溶劑產生的 不同的氣流量是用于在入口處 產生不同的 VFA 濃縮物 圖 2 生物反應器系統(tǒng) 1 壓縮的空氣 2 用于可行性研究中的控制總氣體 流速的流計 3 用于控制 VFA 濃縮的流量計 4 6 VFA 溶劑 7 混合的 VFA 的 污氣 8 纖維基座的生物反應器 9 11 取樣點 分別是氣體入口 氣體出口 液 體內部反應器 臭味 VFA 從反應器的底部引入 而處理過的氣體從頂部出去 攪拌罐是用于培養(yǎng)選擇并作為在微生物停止流動階段的再渡過容器 在停 止流動階段之后 這個容器就與柱狀反應器斷開連接 打包的媒介 介質 則 放在液體中以維持微生物 細菌 的溫度 氣體取樣點位于反應器的入口與出 口 而液體取樣器則位于反應器的下方 氣體流量范圍在 1 41 min 同等的 EBRT 則為 15 60s VFA 濃縮物的速度在 0 1 0 43g m3 之間波動 而同樣的 VFA 則在 5 1 104 2g m3 h 范圍內 2 2 實際過程操作應用研究 2 2 1 實驗裝置 這個生物反應器與可行性研究中的那個相似 系統(tǒng)包括了一個丙烯酸 壓 克力 圓柱形柱狀物反應裝置 內直徑 74mm 高 120cm 纖維打包物質大小為 為 60 70cm 與同樣大小的不銹鋼線布 螺旋狀地纏繞在一起 反應器的最佳 反應容積是 31 孔隙度 0 95 基丁酸和甲 酰 酸用來模擬臭味空氣中的臭味污染物 氣態(tài)的 VFA 從底部引入而處理過 的氣體從反應器頂部排出 生物反應器在氣流與液體流流動反方向作為一個生物滴濾器動作著 瑞系 統(tǒng)比可行性研究中的系統(tǒng)多了兩個泵與一個再流通容器 再流通液體從打包的 基座上面的 200m min 的速度滴漏 再從底部流出回到再流通容器中 再流通 液體不僅出回到再流通容器中 再流通液體不僅保持為纖維基座保持溫度 也 為我行我素生長提供養(yǎng)傷 再流通容器也作為一個沉淀用的容器 沉淀那些生 物反應器去除的超額生物量 4 2 2 2 開始動作與實際環(huán)境 本階段的培養(yǎng)槽選擇與反應器啟動過程 與可行性研究階段相似 除了甲 酰酸用來代替可行性研究中的醋酸與丙酸 每種酸的濃縮物在實際操作階段的 乃是是 10g l 反應器啟動后 氣狀 VFA 的引入速度為 2 到 61 min EBRT 則 為 30s 到 90s 濃縮物的速度在 0 01g 到 0 86g m3 間波動 同樣的 VFA 在 3 2 至 103 2g m3 h 波動 2 3 分析方法 在氣體階段的 VFA 的濃縮程度是由裝備有 HP FFAP 和火焰離子探測器的 HP5859 氣體色析 層離 機決定的 實驗中用氮氣作載體 流量 20ml min 注射器與探測器的溫度分別是 280oC 和 300oC 爐的溫度控制 80oC 到 200oC 之 間 每分鐘溫度變化不超過 20oC 氣體探測管在 0 125 25ppm 與 1 100ppm 周 期性使用 根據 Levett 的說法 VFA 在再流通液體中的濃度必須一定的 液體櫚首 先用 12000rpm 離心分離 5 分鐘 之后 沒有細胞的樣品用嘗試 50 的 H2SO4 酸化 然后與 diethylether 細胞的密謀是波長 6m 的分光溶解度計決定的 結果 顯示光學 1u 等于細胞密度 0 685g h 纖維基座上的生物反應器的壓力是壓力計 測量的 打包的基座的 PH 值由含 10 過濾介質的調勻溶劑的 PH 值決定的 而過濾介質的溫度是由 105Co 干燥后的減少重量多少來計的 在電子掃描顯微鏡 SEM 觀察纖維打包介質和包裹著的薄膜 樣品的周圍包 裹著一層 25nm 的金 鈀混合物 用電子掃描顯微鏡放大 1000 3000 倍觀察 3 結果與探討 3 1 可行性研究 此項研究的目的是調查帶來活性污泥中精選出來的微生物的纖維基座反應 器在臭味 VFA 處理中的實用性 同時也研究了培養(yǎng)槽階段中的微生物生長活性 與 VFA 降解 3 1 1 微生物生長和 VFA 降低率在化學反應中的變化 圖 1 所顯示的是微生物在攪拌器中的生長率和 VFA 濃度在肉湯培養(yǎng)中的變 5 化率 具體的微生物生長率是 0 05 h 觀察所得的最高細胞濃度是 12 6g h 在 條件不變的情況下 微生物在生長率達到 100h 就停止生長 但加入 1g h 的發(fā) 酵菌后 微生物繼續(xù)生長 然而 由于 VFA 的衰竭 細胞又停止生長 在肉湯培養(yǎng)中 乙酸是以 0 13g l h 的揮發(fā)性脂肪酸 在 48 小時以后 乙酸 就消失了 相對于乙酸來說 丙酸和丁酸的揮發(fā)速度比較慢 他們的速度分別 是 0 007g h l 和 0 005g l h 但乙酸揮發(fā)完以后 丙酸和丁酸的揮發(fā)速度就迅速 增加 總的來說 它們在 100 小時以后就消失 在實驗中 乙酸 丙酸和丁酸 的最高揮發(fā)率分別是 0 30g l h 0 05g l h 0 06g l h 根據上述數據 乙酸在 VFA 處理過程中是最快消失 3 1 2 淹沒式 FB 凈化效能 圖 3 和表格 1 所顯示的是在生物反應器中承載量的結果 在以下條件中 VFA 的份量是 22 4g m3 h PH 值不變 在揮發(fā)的氣體中和生物反應器的液體中 的 VFA 濃度幾乎為零 在這樣的條件下 我們也沒有發(fā)現 VFA 的堆積 這意 味著 在生物反應器里面的微生物能夠降解被被引進的 VFA 當 VFA 的份量 超過 22 49g m3 h 的時候 VFA 開始在再流通液體里積聚 在 VFA 的份量是 104 2g m3 h 里面含有 37 2g m3 h 的乙酸 36 6g m 3 h 的丙酸和 30 4g m3 h 的丁 酸 PH 值在半穩(wěn)定的情況下 VFA 的降解能力下降為 87 8 具體數據如下 乙酸為 94 4 丙酸 85 4 丁酸 82 7 同時 這三種酸溶于反應器液體里的 程度分別為 0 54g l 3 06g l 3 08g l 綜觀上述三種情況 VFA 能在乙酸存在 的狀況下得到理想的降解效果 同時 根據表格上所示 乙酸與其他揮發(fā)酸相 比 其溶解于液體的程度是最低 這與微生物成長動力學中的理論相符 乙 酸能夠生物降解 3 2 探討操作步驟 在該項研究中 反應器根據系統(tǒng)配置和操作的需要而調整設置 從而優(yōu)化 處理氣體的能力 在長期的調查研究中 我們不是使用棉料 而使用合成纖維 當包裝材料 生物滴濾床能夠去掉多余的微生物 此次研究中 我們利用生物 滴濾床做實驗 利用其結果與浸沒式生物濾池的實驗結果作比較 同時 我們 6 也研究犧牲滴濾床在不同份量情況下的反應 3 2 1 反應器啟動 在實驗前期 濃度為 0 2g m3 的 VFA 被引進生物滴濾床 同時 EBRT 被設 置為 90s 在這種情況下 犧牲反應器能夠去除 99 的 VFA 這表明 微生物 它們已經在培養(yǎng)選擇期里適應了 VFA 的消耗程度 能完全發(fā)揮作用 并不需 要適應期 我們從浸沒式生物濾池所拍的圖片中了解到細菌被膜的情況 如圖 4a 4b 21 天后 我們所了解的細菌被膜發(fā)生在纖維基座上 3 2 2 生物反應器雷動時 VFA 的濃度 在實驗中 我們把 EBRT 調整為 90s 60s 45s 和 30s 從而觀察 VFA 濃度在 生物反應器轉動時的變化 如圖 5 所示 當 EBRT 為 90s 時 VFA 的降解率為 99 當 VFA 的進入濃度增加到 0 86g m3 時 生物反應器在再流通液體中積累 VFA 而不是有效降解 VFA 當 EBRT 被調整為 60s 時 VFA 的進入嘗試為 06 2g m3 而且 VFA 液化積聚在反應器的液體里 當 EBRT 是 45 和 30s 時 我 們得到相似的情況 所不同的是 其氣體進入濃度分別是 0 42g m3 和 0 31g m3 液體階段 VFA 化合物的聚集表明了生物膜是能夠降解引入的全部 VFA VFA 在液體階段以大概一樣的速度 34 4 37 8g m3 h 加載著 3 2 3 生物反應器表現中氣流量速率的結果 本次研究也調查了氣體在處理時的停留時間 當入口濃度設置在 0 08 0 2 0 4 和 0 7g m3 時 通過加快氣體表面流動速度或者減少 EBRT 來實現 的 如圖 6 所示 入口濃度為 0 08 和 0 2g m3 時 去除效果高達 99 以上 并 且在液體再循環(huán)階段沒有 VFA 聚集 即便 EBRT 短到 30s 時操作 表面流動 速度為 88 1m3 m2 h 當入口濃度增至 0 4g m3 VFA 在液體中開始聚集 表面 流動速度為 55 8 m3 m2 h 當 VFA 濃度進一步增至 0 7 g m3 時 VFA 出現在液 體階段在更長的 EBRT 中 60s 表面流動速度為 41 9 m3 m2 h 這表明了當濃度 增加時 充分降解需要更長的保留時間 結果顯示生物反應器的性能很大程度上是由承載量 承載量與入口濃度在 7 EBRT 時 相等 而入口濃度或 EBRT 不只影響處理速度 VFA 開始在承載 量達到 32g m3 h 時 在再循環(huán)液體中匯集 這個承載量是非常重要的 但是 去除效果仍在 99 以上 這暗示著 VFA 化合物從氣體階段到液體階段的大轉 變并不是處理過程中最重要的 VFA 的去除速度主要是由生物膜中生物化學降 解速度限制住的 3 2 4 反應器壓降和長期穩(wěn)定 生物反應器的壓降呈直線上升 從 973 到 2921 帕 米當氣體速上升至 29 4 為 88 1m3 m2 h 相當于 ebrts 之間 30s 和 90s 相對于傳統(tǒng)的生物凈化 纖 維床生物反應器中有一個相對低的壓降 此外 調查結果顯示 該壓降穩(wěn)定在每 速 并沒有隨著時間而增長 它總是出現在常規(guī)生物滴濾由于積累的裂縫而形成 集群萎縮的濾床 此外 經過了 4 個月的考察 如果這個過程中沒有堵塞或老化 的問題出現 低壓降和長期穩(wěn)定的纖維床反應器表現優(yōu)秀 而這樣的表現就歸 功于它高度多孔纖維基而卷繞包裝得當 這些配置 可使其有一個理想的水環(huán)境 和使菌群有效的大規(guī)模轉移 可以防止形成集群且量又維持較高的標準 此外 微生物細胞在纖維床不斷地被新的細胞所替代 從而避免了常見的問題發(fā)生在 常規(guī)生物滴濾的諸如衰老和坍塌的生物膜的缺陷 4 結論 在可行性研究報告中 纖維床生物反應器固定化細菌選自活性污泥法 成功地 處理了臭味揮發(fā)性脂肪酸 為大量承載 22 4g m3 h 以下 實現了 95 以上去除效 率 但是 由于壅塞及退化性包裝材料 浸沒配置反應器是不適于的長期運作 比較浸沒和滴濾這兩種的運作模式 生化過濾更能有效分解惡臭揮發(fā)性脂肪酸 在尾氣排放和獲得較高的去除能力 根據試驗結果顯示 反應器的處理表現 主 要是受承載濃度 由進料濃度或氣體流量的多少來決定的 雖然上級去除效果 達到 99 分別實現了揮發(fā)性脂肪酸的上述臨界質量載荷 32g m3 h 的狀態(tài) 揮 發(fā)性脂肪酸卻開始在液相中累積 這表明揮發(fā)性脂肪酸降解是屬于有限的微生 物活動的反應 而非氣液傳質 新型纖維反應器也顯示低氣壓處理和長期處理 的穩(wěn)定性 證明這種工藝是適用于惡臭處理的全面應用 xxx大學 本科畢業(yè)設計（論文） BTF系統(tǒng)處理兼氧池惡臭廢氣工程設計 學 院 環(huán)境科學與工程學院 專 業(yè) 環(huán)境工程 年級班別 學 號 學生姓名 指導教師 20xx 年 06 月 摘要 惡臭污染物是僅次于顆粒污染物的又一大類氣態(tài)污染物。對于低濃度惡臭污染的控制較難。尋求合理的治理途徑和控制方案已成為世界各國亟待解決的熱點課題。生物法凈化惡臭氣體是近年來發(fā)展起來的工藝，與傳統(tǒng)凈化工藝相比，具有設備簡單、投資少、運行費用低、無二次污染等優(yōu)點，因而受到學者的重視。 本畢業(yè)設計方向是采用生物法處理低濃度惡臭氣體的設計，既是BTF系統(tǒng)處理兼氧池惡臭廢氣工程設計，BTF系統(tǒng)就是指生物滴濾池系統(tǒng)?？紤]到工程實際經濟可行性本畢業(yè)設計決定采用生物滴濾池工藝。設計以闊葉林樹木材鋸末為填料，通過將氣體加濕，調節(jié)PH值，使氣體中的惡臭成分在微生物的作用下分解為二氧化碳和水。具體內容是在氣流量確定的情況下設計生物滴濾池等設備以凈化惡臭氣體其中包括集氣罩、管道布置、風機選擇、鼓風機房、填料等各方面的設計計算，以實現90%祛除惡臭污染物的最終效果。 關鍵詞：惡臭，生物法，生物滴濾 Abstract Odor pollutant particles of pollutants is the second largest category of another gaseous pollutants. To control low-concentration smog pollution is difficult. For rational management and control programs have become the world's countries need to resolve the hot topic. Biological purification odors in recent years to develop the technology with the traditional purification process when compared with simple equipment, small investment, low operating costs and no secondary pollution advantages, thus academics seriously. The graduation design direction is the use of biological treatment of low concentration of odorous gases design, taking into account the economic feasibility of engineering graduates of the design decisions biological trickling filter technology. Lin designed to hardwood timber sawdust as filler, by gas humidification and adjust pH, so that the stench of gas components of the microbial decomposition of the effects of carbon dioxide and water. Specific content of the gas flow is determined by the design of low biological filter, and other equipment to clean up the malodorous gases including gas gathering enclosures. piping layout, fan choice, the blower, fillers and other aspects of the design, to achieve 90% eliminate the stench of the ultimate effect of pollutants. Keywords : Odor，Biological，Biotrickling filter 2 目 錄 1 緒論 1 1.1 研究的目的和意義 1 1.2惡臭氣體與大氣污染簡述 1 1.2.1惡臭氣體的分類與產生 1 1.2.2惡臭氣體物的污染特征及危害 3 1.3 惡臭處理國內外研究狀況和線路 6 1.3.1 惡臭處理目前國內外的研究狀況概述 6 1.3.2 惡臭處理的主要研究線路及未來的展望 6 1.4惡臭治理技術的比較和選取 14 1.4.1惡臭氣體的生物處理特點 14 1.4.2惡臭氣體物的生物轉化 15 1.4.3惡臭氣體物生物去除過程 15 1.4.4生物過濾法的應用 17 1.5設計依據 23 1.6設計原則 23 2 工藝計算 24 2.1廢氣量計算 24 2.2廢氣的收集 24 2.2.1集氣罩的分類和設計 24 2.3管道系統(tǒng)設計 25 2.3.1管網的布置形式 26 2.3.2管道的設計計算 26 2.4風機的選擇 27 2.5生物濾池的設計計算 28 2.5.1生物濾池表面積的計算 28 2.5.2濾料的選擇計算 28 3 平面布置 30 3.1平面布置 30 4工程預計 30 4.1主要建筑物投資概算一覽表 30 4.2各類設備及管道投資一覽表 31 4.3運行費用 31 參考文獻 32 致謝 33 答辯記錄 學 院 環(huán)境科學與工程學院 專 業(yè) 環(huán)境工程 答辯人 畢業(yè)設計題目BTF系統(tǒng)處理兼氧池惡臭廢氣工程設計 記錄人 答辯小組成員： 說明：1. 主要記錄答辯委員所提的問題及答辯人對問題的回答。 2. 本記錄與學生的畢業(yè)設計（論文）資料一同裝訂。 記 錄 內 容 問題1：兼氧池在什么地方會有？ 答：兼氧池是厭氧池的一種，可適應COD濃度較高的廢水的一種厭氧池。 問題2： 兼氧池廢氣濃度？臭氣收集？臭氣量？ 答： 惡臭濃度相對較低，暫時不與考慮；廢氣收集采用傘型的密封加蓋集氣罩，集氣罩 采用不銹鋼板；臭氣量為2000m3/h。 問題3： 臭氣目前可以采用的處理方法有哪些？ 答：有三大類方法，包括物理法，化學法，生物法；物理方法有光學除臭，活性碳吸附， 化學法主要是溶劑吸收的方法，利用強酸、強堿吸收惡臭成分，還有強還原劑強氧化劑 等；生物法也比較多樣，是比較合理的處理方法，特點是無二次污染，成本低，效率高， 包括生物滴濾還有固態(tài)生物膜等。 I 摘要 惡臭污染物是僅次于顆粒污染物的又一大類氣態(tài)污染物 對于低濃度惡臭污染的 控制較難 尋求合理的治理途徑和控制方案已成為世界各國亟待解決的熱點課題 生 物法凈化惡臭氣體是近年來發(fā)展起來的工藝 與傳統(tǒng)凈化工藝相比 具有設備簡單 投資少 運行費用低 無二次污染等優(yōu)點 因而受到學者的重視 本畢業(yè)設計方向是采用生物法處理低濃度惡臭氣體的設計 既是 BTF 系統(tǒng)處理兼 氧池惡臭廢氣工程設計 BTF 系統(tǒng)就是指生物滴濾池系統(tǒng) 考慮到工程實際經濟可行性本 畢業(yè)設計決定采用生物滴濾池工藝 設計以闊葉林樹木材鋸末為填料 通過將氣體加濕 調 節(jié) PH 值 使氣體中的惡臭成分在微生物的作用下分解為二氧化碳和水 具體內容是在 氣流量確定的情況下設計生物滴濾池等設備以凈化惡臭氣體其中包括集氣罩 管道布 置 風機選擇 鼓風機房 填料等各方面的設計計算 以實現 90 祛除惡臭污染物的最 終效果 關鍵詞 惡臭 生物法 生物滴濾 II Abstract Odor pollutant particles of pollutants is the second largest category of another gaseous pollutants To control low concentration smog pollution is difficult For rational management and control programs have become the world s countries need to resolve the hot topic Biological purification odors in recent years to develop the technology with the traditional purification process when compared with simple equipment small investment low operating costs and no secondary pollution advantages thus academics seriously The graduation design direction is the use of biological treatment of low concentration of odorous gases design taking into account the economic feasibility of engineering graduates of the design decisions biological trickling filter technology Lin designed to hardwood timber sawdust as filler by gas humidification and adjust pH so that the stench of gas components of the microbial decomposition of the effects of carbon dioxide and water Specific content of the gas flow is determined by the design of low biological filter and other equipment to clean up the malodorous gases including gas gathering enclosures piping layout fan choice the blower fillers and other aspects of the design to achieve 90 eliminate the stench of the ultimate effect of pollutants Keywords Odor Biological Biotrickling filter I 目 錄 1 緒論 1 1 1 研究的目的和意義 1 1 2 惡臭氣體與大氣污染簡述 1 1 2 1 惡臭氣體的分類與產生 1 1 2 2 惡臭氣體物的污染特征及危害 3 1 3 惡臭處理國內外研究狀況和線路 6 1 3 1 惡臭處理目前國內外的研究狀況概述 6 1 3 2 惡臭處理的主要研究線路及未來的展望 6 1 4 惡臭治理技術的比較和選取 14 1 4 1 惡臭氣體的生物處理特點 14 1 4 2 惡臭氣體物的生物轉化 15 1 4 3 惡臭氣體物生物去除過程 15 1 4 4 生物過濾法的應用 17 1 5 設計依據 23 1 6 設計原則 23 2 工藝計算 24 2 1 廢氣量計算 24 2 2 廢氣的收集 24 2 2 1 集氣罩的分類和設計 24 2 3 管道系統(tǒng)設計 25 2 3 1 管網的布置形式 26 2 3 2 管道的設計計算 26 2 4 風機的選擇 27 2 5 生物濾池的設計計算 28 II 2 5 1 生物濾池表面積的計算 28 2 5 2 濾料的選擇計算 28 3 平面布置 30 3 1 平面布置 30 4 工程預計 30 4 1 主要建筑物投資概算一覽表 30 4 2 各類設備及管道投資一覽表 31 4 3 運行費用 31 參考文獻 32 致謝 33 1 1 緒論 1 1 研究的目的和意義 城市惡臭主要產生于工農業(yè)生產 市政污水 污泥處理以及垃圾處置過程 其 危害是影響人們身心健康和環(huán)境質量 其已被國家列入廢氣污染治理的一部分 以 往的城市污水 廢物處理廠地處人員稀少的郊外 我們的感覺不是很明顯 近幾年 由于城市界域的不斷擴大 它們已經離我們越來越近 同時人們對城市生活工作的 環(huán)境質量要求也越來越高 為了提高污水處理場和周邊的環(huán)境衛(wèi)生質量 我們必須 要對臭氣進行有效處理 1 2 惡臭氣體與大氣污染簡述 惡臭指凡是能刺激人的嗅覺器官 普遍引起不愉快或厭惡 損害人體健康的氣 味 惡臭污染是大氣 水 廢棄物等物質中的異味通過空氣介質 作用于人的嗅覺 思維而感知的一種感知 嗅覺 污染 是一種日益引起全球重視的大氣污染公害 隨著人們對生活環(huán)境質量要求的逐步提高 人們對各種異常氣味造成的不滿情 緒和控告事件不斷增加 尤其在西方發(fā)達國家 關于惡臭的投訴案件已經僅次于噪 聲污染 居第二位 例如在美國 惡臭事件約占大氣污染事件的 60 在日本 1981 年的惡臭訴訟案占所有公害訴訟案的 23 9 目前 對惡臭的研究 治理和評價 已受到世界各國廣泛重視 各國專家和學 者均同意將惡臭污染從大氣污染中單獨分離出來 列為世界七大環(huán)境公害之一 在 我國 惡臭污染問題也變得日益嚴重 惡臭擾民事件也已發(fā)生多次 因此關于惡臭 的研究和治理已經引起了市政各有關部門的注意 1 1 2 1 惡臭氣體的分類與產生 臭味之所以能被人感知是由于其具有高揮發(fā)性及親水和親脂性 惡臭物質的致 臭原因主要是由于含有特征發(fā)臭基團 含發(fā)臭基團的氣體分子與嗅覺細胞作用 經 嗅覺神經向腦部神經傳遞信息 從而完成對氣味的鑒別 瓦德麥克分類法依據氣味物質的結構及人對氣味物質的感覺特征將氣味物分為 9 類 醚類 芳香類 花類或香脂類 琥珀類 韭菜或大蒜類 焦臭 山羊臭 不 快臭 催吐臭 地球上存在的 200 多萬種化合物中 1 5 具有氣味 約有 1 萬種為重要的惡臭 2 物質 按化學組成可分成以下 5 類 1 含硫的化合物 如硫化氫 二氧化硫 硫醇 硫醚類等 2 含氮的化合物 如胺 氨 酸胺 吲哚類等 3 鹵素及衍生物 如鹵代烴等 4 氧的有機物 如醇 酚 醛 酮 酸 酯等 5 烴類 如烷 烯 炔烴以及芳香烴等 除硫化氫和氨外 惡臭物質大都為有機物 這些有機物具有沸點低 揮發(fā)性強 的特征 我們又稱其為揮發(fā)性有機化合物 簡稱 VOCs 揮發(fā)性的有機化合物 VOCs 指碳氫化合物及其衍生物 有機化合物按其結構分為開鏈化合物 或脂肪族化合物 分子鏈是張開的 脂環(huán)化合物 分子鏈呈環(huán)狀 芳香族化合物 單 雙鍵交替連接 的六碳原子環(huán)狀結構 及雜環(huán)化合物 環(huán)上原子除碳外 還有其他原子參加構成 等 四大類 目前估計在 100 萬種以上 而且數量持續(xù)增加 2 1992 年 在土耳其召開的關于工農業(yè)廢棄物管理問題的國際研討會上 許多專 家一致呼吁對于惡臭不必說哪種有害 哪種無害 僅僅因其存在就構成了公害 惡 臭的來源相當廣泛 主要可分為體泌污染源 生活污染源及工業(yè)污染源三類 體泌 污染源主要指腳臭 腋臭 口臭等 生活污染源主要來自廁所 衛(wèi)生間 垃圾桶 下水道等地方 工業(yè)污染源是惡臭污染發(fā)生的最主要來源 污水處理廠 肉產品加 工廠 造紙廠及石油化工企業(yè)都會產生嚴重惡臭 表 1 2 列出了常見的惡臭污染 源 從表 1 2 可看出 硫系惡臭物質涉及的行業(yè)廣泛 在各種惡臭物質污染中影 響是最大的 含硫化合物的主要致臭成分是硫化氫 甲硫醇 甲硫醚及二甲基二硫 化物 它們統(tǒng)稱為總還原硫化物 TRS 這些氣體嗅閾值極低 即使?jié)舛仁窃?10 9 數量級 也會由呼吸器官明顯感覺出來 加之具有極大的毒性 是不容忽視的一類 必須予以消除的惡臭污染物 表 1 2 惡臭物質的主要來源 物質名稱 主 要 來 源 硫化氫 硫醇類 牛皮紙漿 煉油 煉焦 天然氣 石油化工 煉焦化工 煤氣 糞 便處 理 二硫化碳的生產或加工 3 硫醚類 氨 胺類 吲哚類 硝基化合物 烴類 醛類 醚類 醇類 酚類 酯類 脂肪酸類 有機鹵素衍生 物 牛皮紙漿 煉油 煤氣 制藥 農藥 合成樹脂 合成橡膠 合成 纖維 橡膠加工 牛皮紙漿 煉油 農藥 垃圾處理 生活污水下水道 氮肥 硝酸 煉焦 糞便處理 肉類加工 禽畜飼養(yǎng) 水產加工 畜產加工 皮革 骨膠 石油化工 飼料 糞便處理 生活污水處理 煉焦 屠宰牲畜 糞便堆積發(fā)酵 肉類 和其他蛋白質腐爛 燃料 炸藥 煉油 石油化工 t ti 電石 化肥 內燃機排氣 涂料 溶劑 油墨 印刷 煉油 石油化工 醫(yī)藥 內燃機排氣 垃圾處理 鑄造 溶劑 醫(yī)藥 合成纖維 合成橡膠 炸藥 照相軟片 石油化工 林產化工 合成材料 釀造 制藥 合成洗滌劑 油脂 加工 肥皂 皮革制造 合成香料 鋼鐵廠 焦化廠 染料 制藥 合成材料 合成香料 溶劑 涂料 油脂加工 照相軟片 合成纖維 合成樹脂 涂料 膠黏劑 石油化工 油脂加工 皮革制造 肥皂 合成洗滌劑 釀造 制藥 香 料 食物腐爛 糞便處理 合成樹脂 合成橡膠 溶劑 滅火器材 制冷劑 1 2 2 惡臭氣體物的污染特征及危害 惡臭氣體作為世界七大環(huán)境公害之一 從大氣污染中單獨分離出來 說明其具 有自身的特點 1 易揮發(fā)性 人通過嗅覺器官感覺到臭味物質的存在 是由于氣味物分子或 微粒運動到達嗅覺器官的結果 一般來說 蒸氣壓大的物質具有更為強烈的氣味 但也有少數例外 如香貓酮和混合二甲苯麝香 在 10 1 10 2Pa 蒸氣壓下也有強烈 的氣味 4 2 易溶解性 一般氣味大的物質是溶于水和脂肪的 因此這樣的物質能夠滲 透嗅覺器官絨毛周圍的水性黏液 然后穿過多脂的絨毛本身而產生嗅覺作用 3 吸收紅外線能力強有氣味的物質能強烈地吸收紅外線 氣味物質對紅外線 的吸收波段可以決定它的氣味 其原理與物質對可見光譜的吸收波段決定該物質的 顏色類似 物質對某波段光的吸收是由于物質分子振動與光振動之間相互干擾的結 果 氣味物質對某紅外線波段的吸收 也說明了該物質具有相同頻率分子內部振動 但是 還沒有充分理由說明為什么氣味物質對紅外線吸收波段的吸收比對紫外光和 可見光吸收波段的吸收更為明顯 石蠟油及二硫化碳例外 它們有氣味 但對紅外 線基本不吸收 4 丁鐸爾 Tyndoll 效應 氣味物質 例如丁香酚 C 10H12O2 黃樟腦 C 10H10O2 等 當測定它們在甘油 石蠟油或水中的溶解度時 發(fā)現在曝光以后 顯示出丁鐸 爾效應 也就是當一束紫外光通過溶液時 由于被溶質微粒散射 呈現出乳白色 5 拉曼 Raman 效應 當一單色光 例如從汞蒸氣燈發(fā)出的綠色光 被一種純物 質散射時 散射光的波長總是大于或小于原來單色光的波長 這種效應稱拉曼 Raman 效應 其波長變化的量稱為拉曼位移 拉曼位移是物質分子振動的一種度 量 而人們通常認為物質的氣味取決于分子內部的振動 故拉曼位移與氣味間應存 在某種關系 比較甲基硫醇 乙基硫醇 丙基硫醇及戊基硫醇的光譜 可以發(fā)現它 們都有 2567 2580cm 1的拉曼位移 它們都有類似的強烈臭味 其他不具有該數值 拉曼位移的物質 沒有硫醇的特殊臭味 1 惡臭氣體的污染特征 1 污染范圍廣 惡臭物質排放到大氣中 可在大氣環(huán)流作用下迅速蔓延 造 成大范圍污染 2 測定困難 惡臭污染以心理影響為主要特征 極低的濃度就可使人產生不 快 這使其測定非常困難 目前還難以找到一個可全面評述惡臭的可檢測性 強度 厭惡度及性質的簡單測定方法 因此 惡臭的有效測定方法是大氣污染控制的一個 重要研究內容 3 評價困難 惡臭污染源多為常見的 局部的無組織排放源 污染又多為短 時間 突發(fā)性的 因而難以捕捉 加之惡臭擴散方式復雜 故迄今世界上還沒有一 種公認的惡臭評價方法 因此目前這方面的研究也相當活躍 4 治理困難 通常有害氣體對人產生的生理影響與其濃度成正比 而惡臭給 5 人的感覺量 惡臭強度 與對人的刺激量 惡臭物質濃度 的對數成正比 韋伯 費希 納 Weber Fechner 公式很好地反映了這種關系 Y klgX 1 1 式中 Y 惡臭強度 X 惡臭物質含量 1x10 6 從式 1 1 推算出 即使將惡臭物質去除 90 人的感覺認為只去除了 50 通常把正常人勉強可以感覺到氣味的含量 即惡臭的最低嗅覺含量稱為嗅覺 閾值 一般情況下 人的嗅覺對多數惡臭物質的嗅覺閾值都在 10 9以下 遠遠超過 了分析儀器對惡臭物質的最低檢出含量 儀器的最低檢出含量在 10 6 10 9 范圍內 迄今為止 有 4000 多種惡臭物質僅憑人的嗅覺即能感覺到 其中對人體健康危害 較大的有氨 硫化氫 硫醇類 二甲基硫 三甲胺 甲醛 苯乙烯 正丁酸 酪酸 和酚類等有機污染物 有些惡臭物質隨廢水 廢渣進入水體后 不僅使水散發(fā)出臭 味 而且使魚類等水生生物也發(fā)出惡臭而不能食用 有些惡臭物質還與環(huán)境中的化 合物結合造成嚴重的二次污染 惡臭物質分布廣 影響大 它除了刺激人的嗅覺器 官使人覺得不愉快外 還對人的呼吸系統(tǒng) 消化系統(tǒng) 內分泌系統(tǒng) 神經系統(tǒng)和精 神產生不利影響 高濃度情況下會導致急性中毒甚至死亡 這表現在以下幾個方面 1 危害呼吸系統(tǒng)人們聞到惡臭 對呼吸產生反射性抑制 甚至憋氣 妨礙正 常呼吸功能 2 危害循環(huán)系統(tǒng)隨呼吸變化 會出現脈搏和血壓變化 如氨會使血壓出現先 下降后上升現象 3 危害消化系統(tǒng) 人經常接觸惡臭 會使人產生厭食 惡心 甚至嘔吐 進 而發(fā)展到消化功能減退 4 危害內分泌系統(tǒng) 經常受惡臭刺激 會使人的內分泌系統(tǒng)功能紊亂 影響 機體代謝 5 危害神經系統(tǒng) 惡臭的刺激 會使嗅覺疲勞甚至喪失 久聞不知其臭 最 后會導致大腦皮層興奮和抑制的調節(jié)功能失調 6 影響精神狀態(tài) 惡臭使人煩躁不安 思想不集中 工作效率降低 判斷力 和記憶力下降 影響大腦的思維活動 7 有機惡臭物質的危害 易引起各類中毒 大多數中毒癥狀表現為呼吸道疾 6 病 多為積累性 在高濃度污染物突然作用下 有時可能造成急性中毒 甚至死亡 一些有機物接觸皮膚 可引起皮膚病 有些有機污染物具有致癌性 如氯乙烯 聚 氯乙烯 尤其是一些稠環(huán)化合物 如苯并芘等 3 隨著工業(yè)生產的不斷發(fā)展 惡臭污染亦日益嚴重 而國內許多行業(yè)產生的惡臭 氣體幾乎未經處理就直接排放到大氣中 隨著人們環(huán)保意識及對生活質量要求的不 斷提高 迫切需要對惡臭污染予以堅決治理 1 3 惡臭處理國內外研究狀況和線路 1 3 1 惡臭處理目前國內外的研究狀況概述 發(fā)達國家在臭氣污染 特別是對污水處理廠惡臭污染的研究和治理等方面起步 較早 經驗較豐富 其中以美國 德國和日本的成果最為顯著 我國對惡臭污染的 研究起步比較晚 參考日本的經驗 于 1993 年制定了惡臭污染物排放標準 包括 臭氣濃度及三甲胺 硫化氫 甲硫酸 甲硫醚 二甲二硫 二硫化碳 苯乙烯 8 種 單一惡臭物質的廠界標準及排放際準 目前并未被人們所普遍重視 現行的惡臭處 理法從脫除的原理上大致可以概括成物理法 化學法和生物處理三種類型 4 1 3 2 惡臭處理的主要研究線路及未來的展望 1 物理脫臭法 物理脫臭法處理通常作為脫臭處理工藝的前處理 對于含有可溶性成分多的臭 氣一般可以臭氣凝縮法 從經濟上比較適合我國國情 但是其應用局限性大 一般 很少采用 物理法中常用的效果比較好是大氣稀釋法和吸附法 大氣稀釋擴散法是將惡臭氣體由煙囪排向大氣 通過大氣的稀釋擴散以及氧化 反應使其濃度降低 以保證下風向和臭氣發(fā)生源附近工作和生活的人不受惡臭的危 害 此法主要適用于臭氣濃度比較低的工業(yè)有組織排放源的惡臭處理 大氣稀釋法 受當地氣象條件和地形條件影響較大 另外對煙囪高度也有一定的要求 以保證受 控點惡臭物質濃度不超過環(huán)境標準 吸附脫臭法是使得惡臭氣體通過吸附劑填充層而被吸附去除的方法 常用的吸 附劑一般為活性炭 硅藻土 以及陶瓷碎片等 有時也根據吸附氣體成分的特殊性 使用添加藥劑的吸附填料 在吸附脫臭法中較常用的方法是活性炭吸附法 活性炭 吸附法分為非再生型和再生型 利用活性炭 Activated Carbon AC 優(yōu)良的吸附能力 可以很高效地吸附臭氣中的硫醇 酚等構成成分 特別的對于濃度低的臭氣更有效 7 對于濃度高的工廠的臭氣 一般使用能夠現場再生的裝置 也就是說在除臭裝置中 加入再生裝置 圖 1 是塔式蒸汽再生 在這個裝置中 蒸汽發(fā)生裝置 脫除臭氣的 蒸汽凝縮裝置及其儲留槽等是必需裝置 為防止活性碳顆粒校粉塵等堵塞 在氣體 流入吸附床層前 應先經過預凈化設備 吸附脫臭法工藝成熟 既能達到凈化的目 的 又能回收有用物質 一般的活性炭吸附均采用固定床吸附 其維護管理比較簡 單并且處理效率也高 但是其交換再生周期受氣體的種類 數量 溫度 水分的變 動影響較大 很難確保 例如處理高濃度的臭氣 活性炭層會很快的被透過而失效 另外 填充吸附層內容易堵塞 易腐蝕設備 在經濟上是不適用的 2 化學法 化學脫臭法主要是利用化學藥劑或化學方法與惡臭物質成分起反應生成無臭物 質而達到脫臭目的的方法 因為惡臭物質成分大多呈現酸性或堿性 因此比較行之 有效的方法是用氫氧化鈉 碳酸鈉 硫酸 鹽酸等酸堿中和反應脫臭 其中水洗法 僅對水溶性的惡臭物質有效 存在二次污染問題 一般只作為預處理手段 所以現 行各國處理工藝中大多采用濕法化學吸收法 燃燒處理法 濕法化學吸收法是發(fā)展最成熟應用最普遍的惡臭脫除方法之一 其中塔式吸收 是多年經驗發(fā)展的主導趨勢 常用的濕法化學吸收塔有三種 填料塔 噴霧塔和文 丘里洗滌塔 化學吸收法其基本原理是 通過噴淋式或填料式吸收塔將惡臭氣體捕 捉到液體中 附著于顆粒物質上的臭氣分子通過濕法吸收氧化后被從空氣中去除 惡臭氣體和藥液中的乳化試劑反應從溶液中去除 也可和強氧化劑反應生成溶于水 的無臭物質吸收去除 使用濕法化學吸收除臭 影響脫除效果的重要因素是惡臭氣體的成分和吸收劑 的選取以及接觸過程中速率 常用的吸收液可以是清水 化學試劑溶液 酸 堿 強氧化劑溶液或是有機溶劑 鑒于污水污泥處理設施產生的臭氣特點 吸收液的選 擇主要針對氨氣和硫化氫及有機硫化物 所以藥液一般選用是強堿 次氯酸鈉和硫 酸的溶液 氣 液傳質接觸一般采用兩相同流 逆流 交流 水平式氣液接觸方式 同時嚴格控制過程中的氣液比以及氣體通過的線速度 保證接觸時間 這種方法具 有反應速度快 反應溫度低 安全高效 運行可靠 占地相對最小等優(yōu)點 適于排 放量大 高濃度的臭氣排放場合 如污泥穩(wěn)定 干化處理和焚燒過程所產生的惡臭 處理等 同時當惡臭氣流中成分比較復雜時 通常需采用多級吸收系統(tǒng) 讓惡臭氣 體漸次通過裝有不同性能藥液的接觸塔 最后再經過除霧裝置后 直接排放或與干 8 凈空氣混合稀釋后排放到大氣中去 這樣的兩級或三級吸收系統(tǒng) 可以廣泛地除去 多種惡臭氣體 并達到很高的去除效率 同時也可以通過調節(jié)加藥量和溶液的循環(huán) 流量調節(jié)來適應氣流量和濃度的變化 因此濕法化學吸收除臭具有較強的操作彈性 這種臭氣脫除裝置在市政設施如污水處理廠的污泥脫水過程中被廣泛的應用 濕式吸收氧化法也有它的缺點 如酸 堿吸收法都需要對吸收后產生的廢液進 行處理 需要消耗大量的水 化學溶液 電力 排放氣體中夾帶殘留的氯化物等 日本大多數污水處理廠以前普遍選擇的除臭方法之一就是是用酸 堿和次氯酸鈉除 臭的化學吸收法 另一種是用活性碳除臭的吸附法 由于強酸或強堿使用時不夠 安全 化學物質再生的費用不斷上升 近年來已較少采用 但是我們應當看到在未 來相當一段時期內 其仍將是惡臭控制技術的主流 特別是針對老廠的改造和有土 地局限性的新建廠的除惡臭更俱優(yōu)勢 燃燒除臭法是利用高溫熱解惡臭氣體的方法 分為直接高溫燃燒法和催化低溫 燃燒法 一般的直接燃燒處理程序 臭氣用熱交換機換熱后導入脫臭爐 脫臭爐內的溫 度通常設定在 650 800 C 左右 接觸時間為 0 3 0 5 秒 爐內溫度應盡量均勻是 很重要的 溫度分布不均將造成臭氣脫除效率低下 脫臭爐排放的尾氣預熱交換機 以及廢熱回收交換機回收廢熱后大氣排放 這種方式在具有廢熱回收的蒸汽和熱風 的工廠可以有效 經濟的運轉 對于高濃度臭氣處理用直接燃燒法是有效的 但是 燃料費用高 燃燒后的氣體中存有 NOX 等氣體成分 有二次污染的可能 催化燃燒法和直接燃燒法一樣 也是通過使臭氣成分燃燒 氧化分解的除臭方 法 因為使用催化劑可以比直接燃燒法更低溫地運行 燃料的使用量也大幅度的減 少 圖 7 為催化燃燒法的脫臭流程簡圖 被處理的臭氣通過前處理裝置除去有害金 屬 酸性氣體和粉塵等后 通過熱交換機預熱輸送到脫臭爐內處理 通常爐溫設定 在 250 350 C 接觸時間為 0 3 0 5 秒 催化燃燒所用的催化劑一般用鉑 鎳或 非貴重金屬銅 錳 鐵 鈷 鋅的氧化物 也有的用稀土化合物 對于苯類 醚類 酯類的惡臭氣體 凈化率可這 99 以上 催化燃燒法具有凈化效率高 操作溫度較 低 能耗較少等特點 是一種重要的惡臭脫除方法 我國有些煉油廠就已經采用這 種方法脫臭 催化燃燒法雖然能徹底將廢氣中的有害物質轉化為無害物質 達到脫 臭的目的 但整個工藝過程中對于高分子化合物的分解不是很好 還會產生脫硫廢 物及廢催化劑等固體廢物 同時存在設備投資大 運行管理較嚴格 監(jiān)控難度大和 9 實際操作經驗不足等問題 另外一點就是催化劑的造價比較高 燃燒過程中容易使 催化劑中毒 中毒的催化劑經洗滌 熱處理和酸處理后可恢復活性 使用壽命為 3 5a 如何有效延長這些高價催化劑的使用壽命是該項技術的關鍵 這就要求盡 可能減少氣體中含有的使催化劑中毒的成分 所以對氣體的前處理尤為重要 另外 在處理過程中爐溫需要保持在 350 以上 對耐熱材料要求也是該技術的關鍵點 現在工藝中一般采用發(fā)泡金屬和復合材料等擔體 如日本已經開發(fā)出的耐熱溫度高 壓力損失小的石英玻璃纖維催化劑 3 生物除臭法 前已提及 氣味物質的成分大都是低分子脂肪酸 胺類 醛類 酮類 醚類以 及脂肪族的 芳香族的 雜環(huán)的氮或硫化物 帶有活性基團的這些物質被液相吸收 后 特別易被生物氧化 當活性基團被氧化后 惡臭氣味就消失了 臭氣經不同種 類的微生物分解后 產物不一樣 如含氮的臭氣 經微生物的氨化作用后 分解為 NH3 NH3 又通過亞硝化細菌 硝化細菌的作用 進一步氧化為穩(wěn)定的硝酸態(tài)化合 物 而含硫的臭氣經微生物分解后產生 H2S H2S 可以被硫化細菌氧化為硫酸 生 物除臭工藝就是基于這一原理 所以該方法要求被去除的臭味物質有好的水溶性 生物除臭法因具有簡單 投資省 運行費用低 維護管理方便 效果好等優(yōu)點而發(fā) 展得很快 美國 德國 日本對污水處理廠的惡臭多采用生物除臭技術進行治理 生物處理脫臭法主要分為液相脫臭法和固相脫臭法 1 液相脫臭法 液相脫臭法中比較有代表意義的是活性污泥脫臭法 常用的是活性污泥曝氣脫 臭法和活性污泥洗滌法 活性污泥曝氣脫臭法是日本福山等人在 80 年代初最先開發(fā)成功的 現已應用 于屎尿處理場和污水處理場的臭氣處理 該脫臭方法是將惡臭物質以曝氣形式分散 到活性污泥的混合液體底部 臭氣溶解于混合液中 通過懸浮的微生物降解惡臭物 質 這與廢水的活性污泥法處理過程極為相似 只是用惡臭氣體象空氣一樣注入活 性污泥中 試驗證明 一般活性污泥濃度控制在 5000 10000mg L 為宜 臭氣的 送入速度以 20m3 h 以下為好 該方法適用于各種不同極限負荷范圍內的惡臭氣體 效果很好 其去除效率均可高達 99 以上 影響惡臭氣體去除率的主要因素有曝氣 水深 曝氣強度 污泥濃度 酸堿度以及營養(yǎng)物質的投放等 另外如果要想取得好 的去除效果 需要對污泥進行一定的馴化 活性污泥曝氣脫臭法不需要新的除臭裝 10 置 福山丈二指出本脫臭方式可以和污水處理場的活性污泥曝氣池并用 所以該法 既經濟又節(jié)省能源 但是 該法必須控制空氣與污水的體積比 使其不能對活性污 泥不利 壓縮機的葉輪和管道必須防腐 該法適用于臭氣濃度低 氧氣濃度高的氣 體 東京 橫濱 大阪 札幌等城市都有該法的應用 活性污泥洗滌法是在回流塔中讓活性污泥和臭氣逆向氣液接觸除臭的方法 一 般洗滌脫臭裝置如圖 4 所示 其原理與活性污泥曝氣法相同 只是與活性污泥曝氣 法相比具有體積更小的優(yōu)點 活性污泥通過循環(huán)槽循環(huán)使用 運行過程可以采取厭 氧 好氧或者間歇的方式 如間歇過程中 回流塔工作時活性污泥停止曝氣 利用 夜間和休息等裝置停止時段進行曝氣 保證溶液中的溶解氧水平 處理過程往往需 要添加炭源和含磷元素的營養(yǎng)液 需要定期加入新鮮污泥和排除剩余污泥 活性污 泥洗滌法可以長期以高的脫臭效果運轉 運行費用低 效果較好 2 生物固相脫臭法 生物固相脫臭法基本可以分為生物填充脫臭法和土壤處理法筆者認為土壤處理 法比較適合我國的國情 尤其是對于城鎮(zhèn)的小規(guī)模發(fā)生源臭氣處理具有廣闊的前景 所以特別介紹一下 土壤處理法是利用土壤中存在的土壤膠粒吸附難降解和難溶性惡臭成分 利用 土壤中棲息的種類繁多的細菌 放線菌 霉菌 原生動物 藻類等微生物吸收降解 臭氣物質的 從而消除和降低臭氣的方法 1957 年 R D Pomeray 就利用土壤微 生物處理 H2S 廢氣 并獲得美國專利 70 年代后 各國開始在這一領域開展廣泛 研究 近年來 在廢水處理中的應用不斷增加 該法具體工藝如圖 所示 裝置中 所用的土壤以腐植土為好 其它土質需進行改良 普通做法是用黑土 先把黑土與 雞肥 混合肥料很勻 做成厚度為 0 5 米的土層 水分保持在 40 一 70 在土層 的底部鋪放破碎石塊 卵石和氣體導管 由導管輸送到支持層底部的臭氣通過土壤 微生物被凈化 11 該法除臭效果較好 維護容易 操作費用低 也不依賴土地的實際形狀 土壤 高吸附能力可以適應較大的惡臭負荷變動 在東京和橫濱 名古屋 神戶等城市的 污水處理廠都可見到這種方法的應用 但處理氣量較大時的占地面積大 另外為防 止降水和土壤壓實 還需用犁翻地或更換土壤 在都市中 要確保開辟出一塊空地 作為土壤脫臭處理場實際上是很困難的 作為其代替方法的研究 填充塔型脫臭法 被提上應用日程 生物填充脫臭法處理臭氣是通過附著在固體過濾材科表面的微生物降解惡臭成 分來實現脫臭的目的 該法的主要原理是惡臭氣體經過去塵增濕或降溫等預處理工 藝后 從填料層底部由下向上穿過填料 惡臭物質由氣相轉移到水和微生物組成的 混合相 通過固著于填料上微生物的代謝作用而被分解掉 生物填充脫臭法目前研 究得很多 工藝比較成熟 根據載體性質的不同而分為生物濾池 裁體為有機物 和生物滴濾池 載體為無機物 生物填充脫臭法幾乎所有的設施均連接活性炭作為 其后處理裝置 近年來 為了防止水分使活性炭的吸附能力下降 使用活性炭作為 前處理設施的日漸增多 生物填充脫臭法其脫臭效率主要受惡臭氣體的成分以及設 計中空塔速度 填料載體 散水量和散水的溫度以及布氣的均勻性和自然條件等因 素的影響 空塔速度的快慢直接影響脫臭效果 速度或過慢 脫臭效果都不好 不 能充分發(fā)揮裝置的脫臭性能 空塔速度通?？刂圃?0 1 0 3m s 的范圍內 在 生物填充塔內 散水方式采用間歇式或者連續(xù)式 一般采用上流和合流氣液接觸方 式兩種 散水量應該使填料載體表面形成水膜 使發(fā)臭物質能被充分吸收 同時也 要滿足微生物生存 繁殖的需要 通常處理 1m3 臭氣需要的散水量為 0 5 3 0L 另外散水水溫應保持在 10 40 的范圍內 塔內填料載體的厚度和其布氣 的均勻性影響氣液接觸效率的好壞 關系到惡臭物質能否被載體上的水膜充分吸收 進而影響脫臭效果 載體的厚度一般為 1 0 3 0mL 填料材料的選擇主要因素 12 是適合細菌和其它微生物的生長以及通氣阻力小 常用的填料一般是木削 沙 土 壤 石頭 貝殼等 近年來 一些人工合成材料正逐漸被開發(fā)和用作生物濾料 由 于人工合成材料的強度 比表面積 均一性等性能均優(yōu)于天然材料 很大程度上促 進了生物過濾法的發(fā)展 通常情況下 這些天然填料上本身固有的細菌和其它微生 物就足以用來除去臭氣 無需細菌接種和添加化學藥劑等額外工作 如果填充脫臭 裝置中使用的濾料是陶瓷 塑料等不能提供營養(yǎng)物質的惰性材料時 需要人為地投 加除臭氣物質以外的有機和無機營養(yǎng)鹽 因為在生物填充層中 通常只有降解某種 惡臭物質的單一微生物附著在填料上 不會出現混合微生物群同時存在生長的狀況 所以填料內微生物數量大 而且由填料造成的壓頭損失也較小 可以承受較高的污 染負荷 具有很大的緩沖能力 即使中斷供給營養(yǎng)物質幾天后 系統(tǒng)仍保持很高的 脫臭效率 生物填充法處理臭氣具有獨特的優(yōu)點 具有較強的惡臭去除能力 裝置簡單 能耗低 不受冬季寒冷氣候的影響 運行和維護費用很低 主要缺點是占地面積大 操作參數難以控制 生化反應過程需要相對較長的停留時間 大約需要 1 6 個月 需用大量的水來加濕進氣和保持填料的最佳濕度環(huán)境 需要處置產生的大量滲瀝液 和脫落剝離的老化生物殘體 另外對于某些成分復雜和高濃度的惡臭處理有局限性 使得其應用受到一定的限制 盡管如此 在實際中生物填充脫臭法仍得到廣泛地應 用 如何簡化操作控制手段成為目前生物脫臭研究中的重點 近年來 生物填充脫 臭法被越來越廣泛地用于污水 污泥處理和垃圾處置設施的惡臭控制 但是發(fā)展比 較還是緩慢 其機理的闡述也比較曖昧不清 有許多方面需要更進一步的理論研究 和實踐經驗 4 新脫臭工藝和技術的發(fā)展 實際的惡臭處理中 單一的方法往往不能完全去除臭氣 特別是對成分比較復 雜的惡臭氣體 人們常常采用聯合脫臭法 比如 1985 年 日本三菱重工業(yè)株式會 社公布的吸附 氧化法脫除城市污水處理場和糞便處理場臭氣的技術 惡臭氣體通 過吸附塔進行吸附處理后 未被吸附的臭氣再經臭氧氧化而達到除臭的目的 能將 臭氣強度降至 l 級以下 另外在組合現有脫臭技術的同時 世界各國也尋求新脫臭技術的開發(fā)研究 比 如高能離子凈化系統(tǒng)和新型脫臭劑的研究 高能離子凈化是瑞典的高新技術 開始 13 在歐洲諸國應用于醫(yī)院 辦公樓 公眾大廳等以空氣凈化 它能有效地清除空氣中 的細菌 可吸入顆粒物 硫化合物等有害物質 它的工作原理是利用離子發(fā)生裝置 發(fā)射的高能正 負離子與有機揮發(fā)性氣體分子接觸 并將其分解成二氧化碳和水 對硫化氫 氨也同樣具有分解作用 還可以有效地破壞細菌生存的環(huán)境 降低細菌 濃度或消除 高能離子脫臭技術在法國 英國 蘇格蘭 瑞典等國的應用實例很多 正逐步應用于污水處理廠和污水提升泵房的脫臭方面 新型脫臭劑是針對近幾年來小規(guī)模污染源逐漸增多的嚴峻狀況而開發(fā)的一種可 以有效脫除臭氣 并且安裝簡單的新技術 特別是微生物除臭劑的研究開發(fā)將成為 比較前沿的課題 將具有很大的工業(yè)化應用空間 日本比較重視這一方面的研究 每年都有許多關于脫臭劑的專利問世 如 1984 年日本公開特許公報 59 32937 稱 L 抗壞血酸 亞鐵脫臭劑對氨 甲硫醇 硫化氫有較好的脫臭效果 微生物除 臭劑是根據微生物降解原理將篩選到的高效脫臭微生物固定在載體上 制成一定的 劑型 惡臭氣體通過時便達到除臭的效果 日本學者大野勝史從土壤中分離過濾得 到枯草芽孢桿菌 該菌對油脂臭氣有較好的抑制效果 現已制成除臭劑產品 栗田 工業(yè)與東京工業(yè)大學開發(fā)出用泥炭作載體的亞硝化單細胞菌等微生物除臭劑 將此 除臭劑填充于反應塔中 用以去除硫化氫和氨氣等惡臭成分 在處理低濃度臭氣時 可長時間保持無臭狀態(tài) 日本的河須崎敏明 大越芳男等人將污水廠活性污泥在 30 40 下干燥后粉碎 制成除臭劑 填充進 15cm 直徑 60cm 高的柱管中用以 吸收處理含硫化氫 硫醇的惡臭氣體 取得了很好的效果 微生物除臭劑價格低廉 裝置簡單 效果穩(wěn)定 操作方便 與以往藥液 活性炭法相比較 具有投資省 維 護管理費用低的特點 在除臭劑市場上很有潛力 5 技術展望 目前 嚴格執(zhí)行惡臭污染物排放標準 加強對惡臭的監(jiān)測與治理是污水處理廠 今后的發(fā)展要求 究競選擇何種處理方法合適 則要根據惡臭物質的性質 濃度 處理量及來源等因素決定 筆者認為濕式吸收氧化法和生物過濾法兩種技術是發(fā)展 和應用的方向 濕式吸收氧化法具有處理氣量大 濃度高 操作穩(wěn)定 效率高和占 地面積小等優(yōu)點 將成為主流和首選技術 在占地面積不受局限的情況下 針對中 低濃度的惡臭氣流 生物過濾法同樣是一個很好的選擇 但是無論選用哪一種技術 方案 都必須由專業(yè)人員對整個項目的惡臭的來源 特性和現場的具體情況做全面 科學的調查 研究和分析 才能做出科學 合理的決策 5 14 1 4 惡臭治理技術的比較和選取 在惡臭廢氣處理的主要工藝中 目前主要采用的物理 化學等方法的工藝或設 備都較復雜 運行費用也較高 用于處理某些惡臭廢氣時 效果仍不甚理想 生物 脫臭法通過不斷改進完善 克服了前述物理 化學方法的缺陷 并顯示出處理效率 較高 適應性較廣 工藝較簡單以及費用較省等優(yōu)點 成為治理惡臭的一個重要發(fā) 展方向 惡臭廢氣的微生物處理早在 1957 年就在美國獲得專利 20 世紀 80 年代在德國 日本 荷蘭等國家有相當數量的工業(yè)規(guī)模的各類生物凈化裝置投入運行 至 1990 年在德國僅生物濾床便有 500 余座 廢氣生物反應器處理結果表明 對于許多一般 性的空氣污染物的控制可達到 90 以上 我國在 20 世紀 80 年代末 90 年代初開始惡臭處理的實驗室研究 并有一些研 究報道 今后 隨著生物脫臭技術及其各種相關研究的發(fā)展 以及各國對惡臭物質 更加嚴格的限制 生物脫臭法將會越來越普及 1 4 1 惡臭氣體的生物處理特點 惡臭廢氣生物處理技術是一項新興的有效控制 VOCs 等污染物的技術 近年來 有很大的發(fā)展 特別適用于處理大體積 低濃度的廢氣 以替代設備費用昂貴 運 行維護困難 有二次污染等缺陷的空氣污染控制技術 其可用于控制化工 制藥 電鍍 噴漆 印刷等行業(yè)產生的有害污染物 hazardous air pollutants HAPs 以 及廢水處理廠 堆肥廠 垃圾填埋廠產生的惡臭 odour 等 同傳統(tǒng)的物化處理方 法相比 生物法具有許多其他方法無可比擬的優(yōu)點 6 1 生物脫臭法可避免或減少二次污染 一般將硫系 碳系 氮系等各種惡臭 成分 以及苯酚 氰等有毒成分氧化和分解成 CO2 H 2O H 2SO4等物質 生物處理的 產物是微生物 很容易 而化學氧化法會產生氯和含氯產物 加熱法會產生氮氧化 物等污染物 還需進一步處理 2 生物脫臭法投資少 能耗低 運行費用低 生物脫臭是以臭成分作為生物 體內的能源 只要使微生物與惡臭成分相接觸 完成氧化和分解過程 在常溫常壓 下進行 處理的能量來自生物利用 VOCs 成分本身產生的能量 一般不需要加熱 不需投加額外的化學品 消耗的動力只是污染氣體進入處理系統(tǒng)時所耗的能量 正 壓送風或負壓引風 與物理化學法相比 不僅可省能源和資源 而且處理成本也 15 比較低廉 荷蘭建造的生物濾其總成本是每處理 1000m3廢氣 費用為 0 25 1 25 美元 1987 年價格 而采用吸附 吸收 氧化等傳統(tǒng)物化方法其總成是每處理 1000m3廢氣 費用為 2 5 10 美元 7 3 生物脫臭法的脫臭效率高 只要控制適當的負荷條件與氣接觸條件 就能 達到極高的脫臭效率 對于一般的空氣污染物去除效率超過 90 4 生物脫臭裝置較為簡單 只需設置諸如生物過濾器 曝氣槽 捕集器等裝 置 5 生物脫臭法生成的剩余污泥少 這是因為活性污泥法脫臭消化 其剩余污 泥較少 1 4 2 惡臭氣體物的生物轉化 生物脫臭法是利用微生物的生物化學作用 使污染物分解 轉化為無害或少害 的物質 微生物利用有機物作為其生長繁殖所需的基質 通過不同的轉化途徑將大 分子或結構復雜的有機物經異化作用最終氧化分解為簡單的水 二氧化碳等無機物 同時經同化作用并利用異化作用過程中產生的能量 使微生物的生物體得到增長繁 殖 為進一步發(fā)揮其對有機物的處理能力創(chuàng)造有利的條件 污染物去除的實質是有 機底物作為營養(yǎng)物質被微生物吸收 代謝及利用 這一過程是比較復雜的 它由物 理 化學 物理化學以及生物化學反應所組成 生物脫臭可以用式 2 1 表達 惡臭物質 O 2 細胞代謝物 CO 2 H 2O 2 1 惡臭污染物的轉化過程可用圖 2 1 表示 16 惡臭氣體成分不同 其分解產物不同 不同種類的微生物 分解代謝的產物也 不一樣 對于不含氮的有機物質如苯酚 羧酸 甲醛等 其最終產物為二氧化碳和 水 對于硫類惡臭成分 在好氧條件下被氧化分解為硫酸根離子和硫 對于像胺類 這樣的含氮惡臭物質經氨化作用放出 NH3 可被亞硝化細菌氧化為亞硝酸根離子 再進一步被硝化細菌氧化為硝酸根離子 1 4 3 惡臭氣體物生物去除過程 臭氣物質首先溶解在水中 而后被微生物吸收 作為微生物營養(yǎng)物質被分解 利用 從而除去污染物 與凈化有機廢氣一樣 生物膜法凈化臭氣時 由于有機污染物與生物發(fā)生了生 化反應 已不同于單純的物理吸收過程 荷蘭學者在 1986 年提出的雙膜 生物膜 理論能較好地說明生物膜法凈化臭氣的機理 該理論認為 生物膜法凈化氣體可分 為三個步驟 1 惡臭氣體的溶解過程 廢氣與水或固相表面的水膜接觸 污染物溶于水中 成為液相中的分子或離子 即惡臭物質由氣相轉移到液相 這一過程是物理過程 遵循亨利定律 見式 2 2 Pi HXi 2 2 式中 Pi 可溶氣體在氣相中的平衡分壓 MPa H 亨利系數 MPa Xi 可溶氣體在液相中的摩爾分數 2 惡臭物質的吸附 吸收過程 水溶液中惡臭成分被微生物吸附 吸收 惡 臭成分從水中轉移至微生物體內 作為吸收劑的水被再生復原 繼而再用以溶解新 的廢氣成分 被吸附的有機物經過生物轉化 即通過微生物胞外酶對不溶性和膠體 狀有機物的溶解作用后才能相繼地被微生物攝人體內 如淀粉 蛋白質等大分子有 機物在微生物細胞外酶 水解酶 的作用下 被水解為小分子后再進入細胞體內 由 此可見 當以污泥或膜形態(tài)存在的微生物表面一旦通過吸附而被有機物覆蓋后 其 進一步吸附的作用將受到限制 因而需要通過污泥或膜的表面更新或不斷補充具有 吸附能力的微生物菌膠團 才能保證此過程的順利進行 3 惡臭物質的生物降解過程 進入微生物細胞的惡臭成分作為微生物生命活 17 動的能源或養(yǎng)分被分解和利用 從而使污染物得以去除 烴類和其他有機物成分被 氧化分解為 C02和 H20 含硫還原性成分被氧化為 S SO 42 含氮成分被氧化分解成 NH4 N0 2 和 N03 等 具體轉化過程如下 進入微生物細胞體內的有機物 在各種細胞內酶 如脫氫酶 氧化酶等 的催化 作用下 微生物對其進行氧化分解 同時進行合成代謝產生新的微生物細胞 一部 分有機物通過氧化分解最終轉化為 H2O 和 CO2等穩(wěn)定的無機物質 并從中獲取合成 新細胞物質 原生質 所需要的能量 此過程可用式 2 3 表示 8 CxHyOz x y 4 z 2 O 2 酶 xCO2 y 2 H 2O H 2 3 與此同時 微生物利用另一部分有機物及分解代謝過程中所產生的能量進行合 成代謝以形成新的細胞物質 此過程可用式 2 4 表示 nCxHyOz nNH 3 n x y 4 z 2 5 O 2 酶 C 5H7NO2 n n x 5 CO 2 n 2 y 4 H 2O H 2 4 上述轉化過程中 當有機底物的含量充足時 微生物處于快速增長階段 將有 大量新的細胞合成 但隨著底物不斷氧化分解及微生物和細胞物質數量的不斷增長 微生物生長對有機底物的需求量逐漸得不到滿足 微生物將進入內源呼吸階段 此 時微生物對自身細胞物質進行氧化分解 并產生能量 成為維持其生長繁殖供能量 的主要方式 見式 2 5 C 5H7NO2 n 5nO 2 酶 5 CO 2 2n H 2O nNH 3 H 2 5 雙膜 生物膜理論示意圖見圖 2 2 不同生物反應器的惡臭凈化的詳細步驟有所區(qū)別 主要有三種 1 氣流 吸附在有機介質上 在水相解析 溶解 生物降解 2 氣流 在生物膜上直接吸附 生物降解 3 氣流 在水中溶解 生物降解 18 1 4 4 生物過濾法的應用 生物過濾是使收集到的廢氣在適宜的條件下通過長滿微生物的固體載體 填料 氣味物質先被填料吸收 然后被填料上的微生物氧化分解 完成廢氣的除臭過程 固體載體上生長的微生物承擔了物質轉換的任務 因為微生物生長需要足夠的 有機養(yǎng)分 所以固體載體必須具有高的有機成分 要使微生物保持高的活性 還必 須為之創(chuàng)造一個良好的生存條件 比如 適宜的濕度 pH 值 氧氣含量 溫度和營 養(yǎng)成分等 環(huán)境條件變化會影響微生物的生長繁殖 因此在試運行時或改變工況時要考慮 生物過濾池會有一個適應期 生物過濾池工藝流程下圖 19 圖 2 2 圖 1 44 生物濾池工藝流程圖 1 影響因素 影響生物過濾池除臭效果的因素主要有 廢氣中污染物質的種類幾含量 濕度 溫度 PH 值以及所用填料特性等 9 1 廢氣中污染物質的種類幾含量 廢氣中的污染物應為可以被微生物利用 和降解的有機或無機物質 而且不含有對微生物生長產生抑制作用的有毒物質 對 于生物濾池 廢氣中的污染物含量不宜過高 若含量過高將會使微生物大量繁殖 從而導致填料的空隙率大大降低 最終影響除臭效果和使用壽命 研究表明 適宜 的有機物質量濃度為 1000mg m3以下 另外 廢氣中的化合物應是溶于水和可生物 降解的 廢氣中不含大量對微生物有毒的物質及大量的灰塵 油脂等 2 濕度 在生物過濾池中 填料層的均衡濕潤性制約著生物濾池的透氣性 和處理效果 若濕潤效果不夠 生物過濾池中的填料會變干并生成裂紋 嚴重影響 廢氣通過填料層的均勻性 導致除臭效果變差 但是過分濕潤會形成高氣動阻力的 無氧區(qū) 從而會減少廢氣中污染物與填料層的接觸時間 并生成帶有氣味的揮發(fā)物 因此廢氣在進入生物濾池之前須先經過濕潤 一般進氣的濕度應大于 95 以保證 填料具有一定的持水率 3 溫度和 PH 值 每種微生物均有一合適的生長溫度和 PH 值 因此 溫度 和 PH 值是影響微生物生長的關鍵因素 廢氣生物凈化的中溫是 20 30 高溫是 50 65 在此范圍內生物過濾池都可正常運行 在廢氣生物凈化過程中 由于 H2S 等的氧化分解會導致凈化環(huán)境中的 PH 下降 可通過在生物濾池的填料上噴灑 PH 值緩沖劑來穩(wěn)定 PH 值 20 4 所用填料特性 生物過濾池所選用的填料特性也是影響其處理效果的關 鍵因素 填料的選擇不僅要考慮到比表面積 機械強度 化學穩(wěn)定性及價格等方面 還要考慮持水性的問題 2 填料選擇 對于生物膜處理構筑物而言 棲息在填料上的生物膜是凈化惡臭氣體的主體 生物膜的形成和生長主要是依靠微生物在氣 液 固三相中借助于環(huán)境力 物理 化學及生物 的作用下 向載體填料表面?zhèn)鬟f 并以結合固定化的方法實現在載體 表面的附著 同時通過吸附 吸收 利用和氧化廢氣中營養(yǎng)物質而實現其生長 因 此 生物膜法廢氣處理中 載體材料的性能直接影響生物膜的產生其生長 根據載 體材料的特性 所用處理方法及工藝類型 使用和選擇合理的載體 對于快速 有 效 穩(wěn)定地實現微生物的固定化是十分必要的 無機類填料主要有沙子 碳酸鹽類 各種玻璃材料 沸石類 陶瓷材料 碳纖 維 礦渣 活性炭等 無機類載體普遍具有機械強度相對較高的特點 且大多化學 性質比較穩(wěn)定可提供較大的比表面積 微生物主要以附著在其表面 結合固定化途 徑 實現固定化 如形成生物膜等 但在特殊情形下也有以包裹附著的形式實現固 定化的 如通過投加細顆粒無機載體填料作為核心進行顆粒化污泥的培養(yǎng) 但無機 類填料的密度較大 這使其在懸浮生物膜反應器工藝中的應用受到限制 而有機類填料從應用現狀看 有機類填料在生物法治理惡臭氣體方面應用較多 如生物過濾法中多采用土壤 堆肥 生活垃圾 碎木屑 樹皮 樹葉 干草及谷殼 等混合物 聚丙烯小球 塑料環(huán)等活性及惰性材料 有機類填料可根據處理工藝過程的需要 加工成各種形狀便一方面更好地滿足 反應器物理 生物特性的需要 另一方面盡可能地提高載體的比表面積 表 2 7 列出了部分塑料類填料的性能特征參數 21 微生物在廢氣處理實際工程中應用效果的優(yōu)劣 與所用的填料特性有密切關系 不同的填料具有不同的特性 適用于不同的場合 若選用填料不合理 則不僅難以 達到既定的使用目標 甚至可物處理過程失敗 會導致不必要的經濟損失 因而 合理應用是至關重要的 一般而言 選擇填料有以下要求 應具有一定的結構強度及耐腐蝕 耐摩擦的能力 應具有較大的比表面積 可給微生物提供充分的附著及與污染氣體接觸的面積 提高生物量 從而盡可能地提高單位體積有機污染物降解量 應具有較好的表面性質 要有親水性 便于微生物和水的附著 通常表面粗糙 的填料易掛膜 適合微生物生長 應具有足夠的空隙率供生物膜生長 確保供氧充足 同時 防止反應器中微生 物快速增長 引起堵塞和壓降升高 造成短流 無毒 化學性質穩(wěn)定 就地取材 價格合理 因此 在具體選擇和應用過程中 應著重考慮以下幾方面的基本原則 1 足夠的機械強度 填料必須具有足夠的機械強度 惡臭廢氣生物處理過程 中 氣流對填料的剪切作用有時是非常強烈的 它不僅直接作用于填料與微生物的 固定化結合體本身 而且還可引起定化結合體之間的強烈摩擦 因而 要求作為載 體使用的材料必頗具有足夠高的機械強度 以抵抗強烈的氣流剪切力的作用 防止 鎮(zhèn)料運動 碰撞過程中破碎而損失其功能 若使用的填料機械強度不夠 一旦發(fā)生 22 破碎 則不僅影響固定化微生物的數量 而且其直裝后果將是導致出氣濃度發(fā)生波 動 影響除臭效果 2 優(yōu)良的穩(wěn)定性 由于生物反應器中所發(fā)生的污染物轉化過涉及物理化學 生物化學及能量傳遞的錯綜復雜的過程 其反應過程所涉及的也是一個復雜的多元 體系 因而 填料必須具備足夠舶穩(wěn)定性 減少或避免發(fā)生溶解或參與其中的各種 反應 導致自身的捎耗 填料的穩(wěn)定性主要包括生物穩(wěn)定性 化學穩(wěn)定性和熱力學穩(wěn)定等幾方面 首先 載體材料不能參與生物反應過程 具有抗微生物腐蝕戒不可生物降解的 特性 其次 載體材料必須是化學惰性的 具抵抗環(huán)境化學腐蝕的能力 第三 具 有耐溫度變化的性能 廢生物處理中 其溫度一般在 20 50 范圍內波動 若載體 缺良好的熱穩(wěn)定性 則有可能因其軟化或伸縮而影響微生物與載主體的結合程度 雖然土壤 堆肥等填料的穩(wěn)定性較差 但也應具產一定的穩(wěn)定性 以避免填料損耗 而導致頻繁更換 造成維護管困難 3 無毒性或抑制性 顯而易見 作為用于固定微生物的載體材料 本身必須 是無毒 無抑制作用的 這是選擇填料最基本的要求 這里所指的無毒 無抑制包 括對人體和微生物兩個方面 4 填料表面的帶電特性 眾所周知 在一般的環(huán)境條件下 微生物表面通常 帶負電荷 因而可知 使用表面帶有正電