油烟废气微生物处理技术

油烟废气微生物处理技术樊建军2513214021 白瑞峰 2512214030 曹雷 2513214018袁立伟2512214014 王一 2512214013油烟是食用油及食品在高温下经过热氧化、热裂解和米拉德反应产生的大量挥发性物质，含有许多有毒有害成分，主要是醛类、酮类、烃、脂肪酸、芳香族化合物及杂环化合物等物质[1]。

以国内某著名方便面企业为例，在油炸方便面的制程中,调理车间煮酱过程中连续不断地有油雾、蒸汽和酱包气味等排出,尤其是冬天季节,情况更为糟糕,从锅中逸散出来的油雾凝结成油滴,散布在厂区，甚至飘散到周围，对环境造成不利影响。

1、微生物处理原理1.1气-液-生物膜传质过程微生物处理废气三相传质过程一般要经历以下3个步骤：①废气中的有机污染物首先同水接触并溶解(或混合)于水中，即由气膜扩散进入液膜；②溶解（或混合）于液膜中的有机污染物在浓度差的推动下进一步扩散到生物膜内，进而被其中的微生物捕获并吸收；③进入微生物体内的有机污染物在其自身的代谢过程中作为能源和营养物质被分解，最终转化为无害的化合物。

在此净化过程中，总吸收速率主要取决于气、液两相中的有机污染物扩散速率(气膜扩散、液膜扩散)和生化反应速率[2]。

1.2油烟废气的降解过程由于油脂类成份进入生物过滤器后容易凝结，堵塞管道，同时沉积在生物填料表面，大量沉积会污染填料，影响微生物生长，因此废气首先要进行除油处理。

油烟废气有机污染物经过前期预处理后，进入微生物过滤床，被微生物填料吸附，在微生物填料作用下，进入微生物细胞体内，在各种细胞内酶（如脱氢酶、氧化酶等）的催化作用下，微生物对其进行氧化分解，同时进行合成代谢产生新的微生物细胞。

有机物通过氧化分解最终转化为H2O和CO2等无害的稳定无机物质，并从中获取合成新细胞物质（原生质）所需要的能量[3]。

此过程可用下式表示：油烟废气中气体成份复杂，以油脂类及挥发性有机化合物VOCs为主，这类VOCs为可生物降解成份，浓度不高，但是味道很大，综合分析适宜采用生物过滤的方法[4]。

微生物是生长于填料表面，填料为有机成份和无机成份复合而成，有机填料本身能为微生物提供必要的营养成份，同时，填料预先也加入了一些微生物必须的各种微量营养成份。

有机和无机复合的结构稳定性好，不会出现床层塌陷、气流短路等现象。

在调试前，将植入菌种，菌种是根据臭源的类型筛选而得到的，微生物将以污染物为食，把污染物转化为自身的营养物质，使碳、氢、氧等元素从化合物的形式转化为游离态，进入微生物的自身循环过程，从而达到降解的目的。

与此同时，专性细菌等微生物又可实现自身的繁殖过程，当作为食物的污染化合物与专性细菌的营养需要达到平衡。

2、微生物处理工艺根据油烟废气体的主要性质，采用“两级水洗冷却除油+生物过滤”的联合处理工艺进行处理。

工艺流程如下：2.1生物过滤特性生物过滤式的特点是工业废气经过去尘增湿或降温等预处理工艺后，采用升流式或下降式穿过由滤料组成的滤床，废气由气相转移至水—微生物混和相，通过固着于滤料上的微生物代谢作用而被吸附、吸收[5][6]。

生物滤床的最主要部分是除臭和除油生物模块，其中填料经过严格筛选，采用有机物和惰性组合式填料，并进行合理地级配；具有良好的机械结构与生物特性；粗细颗粒有机结合，具备优异机械性能，并有效防止收缩，可长期保持低压降；在填料表面生长大量的微生物菌群，该菌群为优势菌种，经过驯化后，对恶臭物质的去除高于一般生物除臭细菌。

2.2生物填料的性能理想的填料一般包括以下几个要素：①填料应具有较好的持水性，以保持生物过滤床在间隔运行后，保持微生物的液体环境，使微生物的生物降解能力在重新启动后能较快恢复；②具有良好的流体流动和传质性能，长期运行无结块现象，不会造成气体或水分的断流；③为微生物提供生长表面以提高反应器内单位体积的微生物浓度；④使处理对象具有吸附功能从而增大向微生物群落的传质量，从而相应提高去除速率；⑤价格便宜，容易得到[7]。

生物填料一般选用透气性好、吸附性强、持水性适中的锯末、树皮、树叶、干草和木渣等和5-8mm泡沫滤珠（可发性聚苯乙烯）组成的混合填料。

这些木质物质本身含有大量各种微生物及其所需无机营养成分，运行后不需外加营养物[8]，由于填料本身是有机养分，当过滤池暂停运行时，微生物可以利用填料的有机成分继续维持生命活动，因此可适用于间歇性的工艺过程；无机复合的泡沫滤珠因其特有的性能，能确保生物过滤床保持持久的过气性和稳定性，不会出现床层塌陷、气流短路等现象。

为了防止设备在高温下连续工作而导致填料湿度的下降，特在滤床顶部配备有喷淋装置[9]。

滤床顶部散水有以下三个目的：为生物填料层提供适度的湿度，避免微生物产生的弱硫酸和弱硝酸过剩积存，保持微生物良好的生成环境[10]；增加对水溶性污染物的吸收效率；不增加除臭设备的压损。

因此散水间隙即淋水周期视处理对象而定。

可见，微生物降解VOCs废气的能力受不同的填料以及不同填料间的相互混合等因素的影响，所以应根据微生物的种类、VOCs的性质选择适宜的填料或者混合填料来提高反应器的性能。

2.3生物菌种筛选不同微生物对特定有机污染物的降解性能有很大差别。

近几年的研究发现，真菌对有机物的去除能力明显高于细菌，而且真菌忍受低湿度、酸性条件的能力也明显好于细菌。

因此，用真菌代替细菌作为降解有机物的主体。

针对气体中特定的污染成分，利用复合菌群中都有其特定的适宜处理的微生物群落降解恶臭气体，并且随着时间的推移，除臭效果越来越好。

在精心筛选的生物填料上，辅以适宜的温度、湿度、酸碱度、氧以及营养物质，使起净化作用的多种微生物能够共同繁殖[11]：复合菌群中的自养菌核和异养菌通过各自的氧化、还原、消化、反消化等方式来获得其所需的营养和能量，从而达到同时处理多种臭气污染物的目的。

2.4水洗除油油烟废气经收集后温度较高，在油炸方便面收集后废气的气温通常在120—140℃左右，同时含有大量油气成分，需要进行降温和除油处理。

系统采用两级水洗除油，确保进入后续生物处理段的油烟及温度。

油烟废气成分通过水洗时，在填料层表面与水充分接触，热量从气相传至液相，温度降低，同时油分冷凝，漂浮在水表面，水部分循环后，油含量达到一定的程度，即直接排放到污水站，通过污水站的隔油池和生物池进行处理。

水洗塔填料根据所处理的废气性状选择，一般常用鲍尔环和阶梯环填料。

在处理油烟废气时一般选择不锈钢304鲍尔环，鲍尔环这种构造提高了环内空间和环内表面的有效利用程度，使气体流动阻力大为降低；在使用时可堆积放置，即使相邻填料形成线接触，也不会阻碍气液两相的流动，不致产生严重的偏流和沟流现象[12]。

2.5运行指标控制大多数实验表明，填料湿度在40％—60％(湿重)范围内时生物滤池的性能较为稳定；对于致密的、排水困难的填料和憎水性挥发性有机物，最佳含水量在40％附近；而对于密度较小、多孔性的填料和亲水性挥发有机物，最佳湿度为60％或更多。

填料接种微生物大部分为中温、高温菌，很多研究表明35℃是好氧微生物的最佳温度。

但温度的提高会降低挥发性有机物在水中的溶解度和填料的吸附性，影响挥发性有机物的去除效率，同时增加运行成本。

所以大多数生物滤池的温度控制在10～40℃[13]。

同一般的生化处理相同，生物过滤器的最佳pH值是7～8。

由于一些有机物的降解中会产生酸性物质，比如硫化氢和含硫有机物导致H2SO4的积累；氨和含氮有机物导致HNO3的积累[14]。

3、净化效率分析3.1工程实例分析以南京某食品公司处理油烟废气为例，废气各项指标：Q=15000m3/h、油烟浓度250 mg/m3、恶臭35000（无纲量）、温度140℃；排放标准：处理完后的气体达到国家恶臭污染物排放标准GB14554-93。

具体为满足《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）中的有组织排放至15m高空的要求排放的气体臭气浓度<2000,厂界臭气浓度在无其他臭气源影响的情况下，臭气浓度<20。

油烟排放达到并远优于《饮食业油烟排放标准》（试行）（GB18483－2001）大型饮食行业排放标准，处理后的油烟浓度≤2mg/m³。

监测依据：GB/T16157-1996 固定污染源排气中颗粒物测定与气态污染物采样方法 GB 18483-2001 饮食业油烟排放标准附录AGB/T 14675-1993 空气质量恶臭的测定三点比较式臭袋法主要检测仪器：AST-YS-006 JDS-105U+红外分光测油仪AST-YS-027 3012H 自动烟尘（气）测试仪废气处理采用的集中式收集，经过两级水洗和生物过滤后达标排放。

一级水洗塔设备尺寸为Φ2800×5000mm，喷淋停留时间7s；二级水洗（喷淋停留时间4.6s）和生物过滤床采用专利技术异味气体微生物处理一体化设备（专利号：ZL 2012 2 0021143.7），设备尺寸为17000×2000×3200mm，其中生物过滤床主要设计参数：过床停留时间8s、填料有效高度1m（其中采用玻璃钢格栅作为支撑床，上下铺设PP格网及陶粒作为垫层）、气体流速0.125m/s、压力降为600—800Pa。

废气处理系统微生物菌种经过激活、驯化，调试运行两周后，各项处理指标基本稳定[15]；处理工程在最后验收阶段监测温度、油烟和恶臭三项基本指标，从以下现场监测数据情况予以分析：伴随着生物过滤床上微生物的稳定生长，废气处理系统的去处效果逐渐趋于稳定，处理效果良好。

表3-1 油烟指标监测表表3-2 恶臭指标监测表图3-1 油烟废气净化效率分析3.2反应动力学关系反应速率常数：对于生物化学和微生物：温度、酶、基质浓度0exp()aE k k RT = 0ln ln a Ek k RT =-本次工程实例生物过滤反应器的长宽比很大，同时介质的密度基本保持不变，所以认为是推流式恒容反应器。

由表3-1和表3-2数据分析生物法净化油烟废气，以33℃恶臭为例，得出恶臭lnC~t 关系为一直线，判断生物过滤反应可认为是一级反应。

图3-2恶臭lnC~t 关系图即得： 00ln ln A A AA C C C C kt -==。

表3-3 不同温度下反应速率常数图3-3 1/T ～lnk 关系由于工程实例所检测的数据偏少，在分析反应速率常数时没有明显趋势，所致分析结果不具有代表性，在此不予分析。

3.3工程实例现场照片4、结论经过几个工程实例运行效果分析，微生物处理油烟废气运行效果十分突出，处理完后的气体远远优于国家恶臭污染物排放标准，可基本实现无味排放，VOCs 的去除率达到95%以上；恶臭物质去除率达到98.5%；油烟的去除率到达97.5%以上。

生物处理油烟废气投资费用少、占地面积小、运行能耗低，处理费用相对于目前工程实例最常用的电化学法、活性炭吸附法及生物膜片等方法节省80%以上，水源利用污水处理后的中水，经水洗后再回到污水处理系统，实现达标排放，整个油烟废气处理工艺实现中水回用及废气无二次污染的节能减排处理。