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生物膜除臭技術(shù)在污水處理中的應(yīng)用
隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程不斷加速，其規(guī)模也日益擴(kuò)大，就造成了可利用土地不斷減少，并導(dǎo)致城市污水廠的位置越來越靠近居民生活區(qū)。近年來，各種除臭技術(shù)也都相繼在研發(fā)、應(yīng)用、進(jìn)展當(dāng)中，而生物除臭作為一種新型綠色環(huán)保技術(shù)以其經(jīng)濟(jì)，實(shí)效，操作性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)而得到大力推廣。文章簡(jiǎn)要介紹利用生物膜技術(shù)脫除污水處理廠等臭氣的研究進(jìn)展。
一、污水處理廠氣味的特征與危害
惡臭物質(zhì)是指能引起嗅覺器官多種多樣臭感的物質(zhì)。在污水處理工藝過程中產(chǎn)生的氣味物質(zhì)主要由碳、氮和硫元素組成。只有少數(shù)的氣味物質(zhì)是無機(jī)化合物，例如：氨、膦和硫化氫;大多數(shù)氣味物質(zhì)是有機(jī)物，比如低分子脂肪酸、胺類、醛類、酮類、醚類、鹵代烴以及脂肪族的、芳香族的、雜環(huán)的氮或硫化物。值得注意的是，這些物質(zhì)都帶有活性基團(tuán)，容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，特別是被氧化。當(dāng)活性基團(tuán)被氧化后，氣味就消失，生物除臭工藝就是基于這一原理。
城市污水中產(chǎn)生的惡臭分布廣，影響大，對(duì)人體主要有呼吸系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、精神狀態(tài)等幾個(gè)方面危害。
二、生物除臭的基本原理
生物處理臭氣的基本原理是利用微生物把溶解于水中的惡臭物質(zhì)吸收于微生物自身體內(nèi)，通過微生物的代謝活動(dòng)使其降解的一種過程。被作用物最終被微生物分解為無機(jī)酸，形成不利于腐敗微生物生活的酸性環(huán)境，并從根本上降解分解時(shí)產(chǎn)生惡臭氣體的物質(zhì)。
微生物除臭可分為三個(gè)過程：
1.惡臭氣體的溶解過程，即由氣相轉(zhuǎn)移到液相;
2.水溶液中惡臭成分被微生物吸收，即溶于水中的臭氣通過微生物的細(xì)胞壁和細(xì)胞膜被微生物吸收，而不溶于水的臭氣先附著在微生物體外，由微生物分泌的細(xì)胞外酶分解為可溶性物質(zhì)，再滲入細(xì)胞;
3.進(jìn)入微生物細(xì)胞的惡臭成分作為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)為微生物所分解、利用，使污染物得以去除。
三、生物除臭的主要方法
根據(jù)微生物在除臭作用中的存在形式，處理方法主要分為生物過濾法和生物吸收法，生物膜除臭技術(shù)正是結(jié)合了這兩種方法，可以有效的去除污水處理廠等惡臭物質(zhì)。
1.生物過濾法
生物過濾法除臭是目前研究最多、工藝最成熟、應(yīng)用最廣泛的生物除臭方法。該除臭法是在適宜條件下，使收集到的廢氣在通過長(zhǎng)滿微生物的填料，臭源物質(zhì)先被填料吸收，然后被其上的微生物氧化分解為二氧化碳和水，由此臭味除去。
除臭過程中，固體載體上生長(zhǎng)的微生物承擔(dān)著物質(zhì)轉(zhuǎn)換的重要任務(wù)，微生物生長(zhǎng)需要足夠的有機(jī)養(yǎng)分，所以固體載體中應(yīng)含
有一定濃度的有機(jī)物質(zhì)。同時(shí)，為保持微生物的活性，必須為其創(chuàng)造良好的生存環(huán)境，在操作過程中，應(yīng)注意控制溫度、濕度、pH、養(yǎng)份等指標(biāo)。
2.生物吸收法
生物吸收法(也可稱為生物洗滌法)多采用活性污泥的方法，先將惡臭成分轉(zhuǎn)移到水中，然后，再將受污染的水進(jìn)行微生物處理。按氣液接觸方式分為兩種形式：曝氣式和洗滌式。
曝氣式與污水處理廠的生物曝氣類似，只是用臭氣代替空氣注入活性污泥中，所用的設(shè)備通常是曝氣罐，風(fēng)量為0.1～1 mm/s。該方法適用各種不同的惡臭氣體，效果較好，其去除率與污泥的濃度、pH、溶解氧(DO)、曝氣強(qiáng)度有關(guān)。
洗滌法是利用微生物、營(yíng)養(yǎng)物和水組成的微生物吸收液來處理廢氣，此法適合吸收可溶性氣態(tài)物。吸收廢氣的微生物混合液再進(jìn)行好氧處理，去除液體中吸收的污染物，經(jīng)處理后的吸收液可以重復(fù)利用。在生物洗滌法中，微生物及其營(yíng)養(yǎng)物配料存在于液體中，氣體中的污染物通過與懸浮液接觸后轉(zhuǎn)移到液體中被微生物降解。
四、生物膜除臭技術(shù)的在污水處理廠等方面的應(yīng)用
利用升流式厭氧污泥床反應(yīng)器(UASB)能有效的去除蛋氨酸合成時(shí)甲硫基丙醇的惡臭，經(jīng)兩級(jí)串聯(lián)的UASB處理后，其去除率達(dá)100%，而且使廢水的惡臭消失。
利用改進(jìn)型生物脫臭滴濾塔對(duì)硫化氫和氨氣進(jìn)行處理，考察了污水處理廠小試規(guī)模的改進(jìn)型生物滴濾塔對(duì)NH3和H2S的脫臭效能及兩者的相互影響，試驗(yàn)結(jié)果表明，該裝置對(duì)H2S 和NH3去除效果較好，在循環(huán)液噴淋量為10L/s，氣體流量為400L/s 的情況下，H2S容積負(fù)荷為68.2g/(m·h)時(shí)，去除率為99.2%;NH3容積負(fù)荷為10.53 g/(m·h)時(shí)，去除率達(dá)到99.5%。而H2S和NH3之間的相互作用對(duì)兩者的去除效果沒有明顯的影響。同樣，高質(zhì)量濃度NH3對(duì)H2S 去除無影響，甚至高質(zhì)量濃度H2S對(duì)NH3去除也無影響。
利用生物膜法處理惡臭氣體H2S，他們采用PVC彈性立體填料進(jìn)行了好氧生物法脫硫的研究，結(jié)果表明：生物掛膜速度快，馴化時(shí)問短，抗沖擊自荷能力較強(qiáng)，在空速為100～200h-1，噴淋水量為1000～1500 L/(m·h)，H2S質(zhì)量濃度<1200mg/m時(shí)，脫硫率達(dá)90%以上。
針對(duì)污水處理場(chǎng)廢氣進(jìn)行的生物濾池工藝開發(fā)、生物脫臭填料開發(fā)、H2S和NH3的處理效率以及工業(yè)化應(yīng)用等。監(jiān)測(cè)結(jié)果表明：開發(fā)的生物脫臭技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單、操作方便、成本低廉、無二次污染、處理效率高等特點(diǎn)，其中H2S處理效率最高可達(dá)到99%以上，NH3的處理效率可達(dá)到86%以上。
利用生物滴濾池中生物膜凈化低濃度大 風(fēng)量惡臭氣體，他們采用內(nèi)裝塑料片、塑料絲、海綿塊的中空魚網(wǎng)狀塑料球?yàn)樘盍系纳锏螢V池，對(duì)某垃圾壓縮站產(chǎn)生的低濃度大風(fēng)量的含氨臭氣進(jìn)行了近1年的連續(xù)脫臭試驗(yàn)。研究了有關(guān)的凈化效果與生物膜特性，在進(jìn)口氨氣濃度0.8～1.5mg/m3，風(fēng)量8000m3/h，停留時(shí)間2.5s，氨氣去除率為90%以上，達(dá)到國(guó)家一級(jí)排放水平。系統(tǒng)添加營(yíng)養(yǎng)液時(shí)凈化效果從75%提高到90%。
利用生物滴濾器處理味精廠揮發(fā)性惡臭的廢氣，報(bào)道了采用以沸石為填料的生物滴濾器凈化處理味精廠內(nèi)揮發(fā)性惡臭廢氣的試驗(yàn)結(jié)果。在一定的試驗(yàn)條件下，當(dāng)高強(qiáng)度惡臭廢氣的進(jìn)氣量<3m3/h時(shí)，系統(tǒng)除臭效果顯著，此外，研究表明，在凈化氨氮臭氣取得良好效果的生物膜基礎(chǔ)之上，加入特定菌液能較快地培養(yǎng)出適宜處理味精廠內(nèi)惡臭廢氣的微生物種群，且能獲得滿意的凈化效果。
采用生物滴濾塔進(jìn)行了惡臭氣體惡臭成分脫除試驗(yàn)，探討了填料層高度、營(yíng)養(yǎng)液噴淋量和停留時(shí)間對(duì)惡臭成分的脫除影響。結(jié)果表明，優(yōu)化工藝條件為：填料層高度500mm，噴淋量為20L/h，停留時(shí)間40s。并在此
條件下進(jìn)行了連續(xù)運(yùn)行試驗(yàn)，取得了良好效果。
五、生物除臭新技術(shù)
1.研制新的填充材料
生物除臭法裝置中的充填材料最初都是采用一些天然材料或經(jīng)適當(dāng)加工處理后的天然材料如土壤、泥炭土、沸石、鋸末等。
盡管這些材料具有價(jià)格便宜、材料易得等優(yōu)點(diǎn)，但是大都存在著占地面積大、保水性不強(qiáng)、pH緩沖性能小、不適于微生物大量著生和不宜商品化等缺點(diǎn)。為了克服上述缺點(diǎn)，許多研究人員努力開發(fā)那些適宜微生物大量著生、吸附性強(qiáng)、保水性強(qiáng)、自身不易分解等兼具各種優(yōu)點(diǎn)的特殊材料。至目前為止已相繼開發(fā)出了多種新材料，如利用天然沸石與活性炭進(jìn)行特殊加工合成的材料、多孔質(zhì)金屬氧化物、泥炭纖維與塑料進(jìn)行特殊加工合成的材料、PVA顆粒等特殊材料，這些新材料的開發(fā)成功，大大促進(jìn)了除臭裝置的商品化，同時(shí)也促使人們?nèi)ラ_發(fā)更加新型的材料。
2.篩選高效除臭菌
微生物除臭法中最主要的作用是除臭微生物，篩選高效除臭菌不僅可以達(dá)到使惡臭物質(zhì)分解速率提高的目的，同時(shí)也可使難生化降解的物質(zhì)得到有效地去除。目前這方面的研究大多采用馴化的城市污水處理廠活性污泥進(jìn)行處理。由于大多情況下由臭氣源排放的臭氣往往是一種復(fù)合臭氣，即多種臭氣的混合物，單一微生物很難將臭氣全部除去，因此將這些微生物進(jìn)行分離、培養(yǎng)后進(jìn)行研究具有較大的科學(xué)意義。
3.微生物菌群除臭劑的研制
制備固定化微生物，如海藻酸鈉包埋的固定化微生物對(duì)甲硫醇的去除率高達(dá)90 %;篩選出對(duì)生化性較差的惡臭物質(zhì)具有特殊降解性能的高效廣譜菌;尋找菌株的最佳組合，或存活容易、適應(yīng)性強(qiáng)及遺傳性穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)菌株，如分解H2S的黃單胞菌DY44等;通過基因工程改造菌株，把許多降解特性組合在一起，培育超級(jí)除臭菌種。
六、結(jié)束語
治理污水廠等方面惡臭的工藝多種多樣，由于地域環(huán)境不同，在設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)根據(jù)自身的實(shí)際情況選擇合適的除臭工藝系統(tǒng)。由于微生物除臭技術(shù)具有其他方法無法相比的優(yōu)越性，如工藝簡(jiǎn)單、操作方便、去除效果好等，有著廣闊的應(yīng)用前景。但是，受時(shí)間和技術(shù)方面的影響，因此還有許多需要解決的問題，如高效率除臭菌株的分離與篩選;高濃度的惡臭氣體、復(fù)雜的混合氣體的處理研究;設(shè)備的除臭率與工藝參數(shù)之間的關(guān)系等等，以上這些將是今后科研人員的研究重點(diǎn)，這些研究將為我國(guó)的微生物除臭技術(shù)實(shí)現(xiàn)更大的突破。