3.生物除臭法
前已提及,气味物质的成分大都是低分子脂肪酸、胺类、醛类、酮类、醚类以及脂肪族的、芳香族的、杂环的氮或硫化物,带有活性基团的这些物质被
液相吸收后,特别易被生物氧化,当活性基团被氧化后,恶臭气味就消失了。臭气经不同种类的微生物分解后,产物不一样。如含氮的臭气,经微生物的氨化作用后,分解为NH3,NH3又通过亚硝化细菌、硝化细菌的作用,进一步氧化为稳定的硝酸态化合物;而含硫的臭气经微生物分解后产生H2S,H2S可以被硫化细菌氧化为硫酸, 生物除臭工艺就是基于这一原理,所以该方法要求被去除的臭味物质有好的水溶性。生物除臭法因具有简单、投资省、运行费用低、维护管理方便、效果好等优点而发展得很快。美国、德国、日本对污水处理厂的恶臭多采用生物除臭技术进行治理。生物处理脱臭法主要分为
液相脱臭法和固相脱臭法。
3.1
液相脱臭法
液相脱臭法中比较有代表意义的是活性污泥脱臭法。常用的是活性污泥曝气脱臭法和活性污泥洗涤法。
活性污泥曝气脱臭法是日本福山等人在80年代初最先开发成功的,现已应用于屎尿处理场和污水处理场的臭气处理。该脱臭方法是将恶臭物质以曝气形式分散到活性污泥的混合液体底部,臭气溶解于混合液中,通过悬浮的微生物降解恶臭物质。这与废水的活性污泥法处理过程极为相似,只是用恶臭气体象空气一样注入活性污泥中。试验证明,一般活性污泥浓度控制在5000—10000mg/L为宜,臭气的送入速度以20m3/h以下为好,该方法适用于各种不同极限负荷范围内的恶臭气体。效果很好,其去除效率均可高达99%以上。影响恶臭气体去除率的主要因素有曝气水深、曝气强度、污泥浓度、酸碱度以及营养物质的投放等。另外如果要想取得好的去除效果,需要对污泥进行一定的驯化。活性污泥曝气脱臭法不需要新的除臭装置,福山丈二指出本脱臭方式可以和污水处理场的活性污泥曝气池并用,所以该法既经济又节省能源。但是,该法必须控制空气与污水的体积比,使其不能对活性污泥不利,压缩机的叶轮和管道必须防腐。该法适用于臭气浓度低、氧气浓度高的气体。东京、横滨、大阪、札幌等城市都有该法的应用。
活性污泥洗涤法是在回流塔中让活性污泥和臭气逆向气液接触除臭的方法。其原理与活性污泥曝气法相同,只是与活性污泥曝气法相比具有体积更小的优点。活性污泥通过循环槽循环使用,运行过程可以采取厌氧、好氧或者间歇的方式。如间歇过程中,回流塔工作时活性污泥停止曝气,利用夜间和休息等装置停止时段进行曝气,保证溶液中的溶解氧水平。处理过程往往需要添加炭源和含磷元素的营养液。需要定期加入新鲜污泥和排除剩余污泥。活性污泥洗涤法可以长期以高的脱臭效果运转,运行费用低,效果较好。
3.2生物固相脱臭法
生物固相脱臭法基本可以分为生物填充脱臭法和土壤处理法笔者认为土壤处理法比较适合我国的国情,尤其是对于城镇的小规模发生源臭气处理具有广阔的前景,所以特别介绍一下。
土壤处理法是利用土壤中存在的土壤胶粒吸附难降解和难溶性恶臭成分,利用土壤中栖息的种类繁多的细菌、放线菌、霉菌、原生动物、藻类等微生物吸收降解臭气物质的,从而消除和降低臭气的方法。1957年R.D.Pomeray 就利用土壤微生物处理H2S废气,并获得美国专利。70年代后,各国开始在这一领域开展广泛研究。近年来,在废水处理中的应用不断增加。该法具体工艺如图-所示。装置中所用的土壤以腐植土为好,其它土质需进行改良。普通做法是用黑土。先把黑土与鸡肥、混合肥料很匀,做成厚度为0.5米的土层,水分保持在40%一70%。在土层的底部铺放破碎石块、卵石和气体导管,由导管输送到支持层底部的臭气通过土壤微生物被净化。
该法除臭效果较好,维护容易、操作费用低,也不依赖土地的实际形状,土壤高吸附能力可以适应较大的恶臭负荷变动。在东京和横滨、名古屋、神户等城市的污水处理厂都可见到这种方法的应用。但处理气量较大时的占地面积大,另外为防止降水和土壤压实,还需用犁翻地或更换土壤。在都市中,要确保开辟出一块空地作为土壤脱臭处理场实际上是很困难的,作为其代替方法的研究,填充塔型脱臭法被提上应用日程。
生物填充脱臭法处理臭气是通过附着在固体过滤材科表面的微生物降解恶臭成分来实现脱臭的目的,该法的主要原理是恶臭气体经过去尘增湿或降温等预处理工艺后,从填料层底部由下向上穿过填料,恶臭物质由
气相转移到水和微生物组成的混合相,通过固着于填料上微生物的代谢作用而被分解掉。生物填充脱臭法目前研究得很多,工艺比较成熟,根据载体性质的不同而分为生物滤池(裁体为有机物)和生物滴滤池(载体为无机物)。生物填充脱臭法几乎所有的设施均连接活性炭作为其后处理装置。近年来,为了防止水分使活性炭的吸附能力下降,使用活性炭作为前处理设施的日渐增多。生物填充脱臭法其脱臭效率主要受恶臭气体的成分以及设计中空塔速度、填料载体、散水量和散水的温度以及布气的均匀性和自然条件等因素的影响。空塔速度的快慢直接影响脱臭效果,速度或过慢,脱臭效果都不好,不能充分发挥装置的脱臭性能。空塔速度通常控制在0.1—0.3m/s的范围内。在生物填充塔内,散水方式采用间歇式或者连续式,一般采用上流和合流气液接触方式两种。散水量应该使填料载体表面形成水膜,使发臭物质能被充分吸收,同时也要满足微生物生存、繁殖的需要,通常处理1m3臭气需要的散水量为0.5—3.0L。另外散水水温应保持在10—40℃的范围内。塔内填料载体的厚度和其布气的均匀性影响气液接触效率的好坏,关系到恶臭物质能否被载体上的水膜充分吸收,进而影响脱臭效果,载体的厚度一般为1.0—3.0mL。填料材料的选择主要因素是适合细菌和其它微生物的生长以及通气阻力小。常用的填料一般是木削、沙、土壤、石头、贝壳等。近年来,一些人工合成材料正逐渐被开发和用作生物滤料。由于人工合成材料的强度、比表面积、均一性等性能均优于天然材料,很大程度上促进了生物过滤法的发展。通常情况下,这些天然填料上本身固有的细菌和其它微生物就足以用来除去臭气,无需细菌接种和添加化学药剂等额外工作。如果填充脱臭装置中使用的滤料是陶瓷、塑料等不能提供营养物质的惰性材料时,需要人为地投加除臭气物质以外的有机和无机营养盐。因为在生物填充层中,通常只有降解某种恶臭物质的单一微生物附着在填料上,不会出现混合微生物群同时存在生长的状况,所以填料内微生物数量大,而且由填料造成的压头损失也较小,可以承受较高的污染负荷,具有很大的缓冲能力,即使中断供给营养物质几天后,系统仍保持很高的脱臭效率。
生物填充法处理臭气具有独特的优点,具有较强的恶臭去除能力、装置简单、能耗低、不受冬季寒冷气候的影响,运行和维护费用很低。主要缺点是占地面积大、操作参数难以控制,生化反应过程需要相对较长的停留时间,大约需要1~6个月。需用大量的水来加湿进气和保持填料的最佳湿度环境,需要处置产生的大量渗沥液和脱落剥离的老化生物残体。另外对于某些成分复杂和高浓度的恶臭处理有局限性,使得其应用受到一定的限制。尽管如此,在实际中生物填充脱臭法仍得到广泛地应用。
如何简化操作控制手段成为目前生物脱臭研究中的重点。近年来,生物填充脱臭法被越来越广泛地用于污水,污泥处理和垃圾处置设施的恶臭控制,但是发展比较还是缓慢,其机理的阐述也比较暧昧不清,有许多方面需要更进一步的理论研究和实践经验。