生物过滤除臭技术处理污水

由于城市建设的不断发展，可利用土地的不断减少，导致城市污水处理厂的位置越来越靠近居民生活区。许多国家原来建在郊区的污水厂，随着城市的膨胀现在却位于市中心，因此污水处理过程中排放的恶臭气体不可避免地影响了周围居民的正常生活。恶臭对人的生理和心理都会产生影响。随着人们生活水平的提高以及公众对生活质量、环境质量要求的不断提高，对恶臭的治理日益得到重视。欧美、日本等国从70年代便开始研究脱臭技术，并用于工程实践。1992年在土耳其召开的有关工农业废弃物管理问题的国际研讨会上，专家们一致呼吁，必须坚决治理恶臭，保护人类的生活环境。

近十几年来，脱臭技术，尤其是生物过滤除臭技术得到了迅速的发展，在德国和荷兰的一些生产性实践中，这一技术成功地处理了大量来自污水厂、公共区域的恶臭、VOC和有毒气体排放物，去除率可超过90%。低廉的运行成本、低能耗、避免污染物转移等特点使该项技术较其它废气处理技术更具优势。

1 污水处理厂的恶臭来源

城市污水处理厂的恶臭主要来源于污水处理构筑物和污泥处理构筑物，在污水处理阶段，污水经过长距离的管网运输，进入泵站、粗格栅、细格栅等构筑物，由于水流湍动剧烈，常会有带气味的气体从污水中散逸。这些气体含有H2S、NH3等，因此是恶臭源。当污水进入沉淀单元时，恶臭在初沉池的进水廊道、出水廊道等水流湍动处也会产生。由于初沉池的水流主体是相当平稳的，仅有少量的恶臭排放，但污水处理厂经常在低于设计流量下运行，污水在初沉池停留时间较长导致硫化物的产生而影响其它处理单元。生化处理单元的曝气过程常常伴随着恶臭问题，这一阶段产生的恶臭强度虽然比前两阶段弱，但如果曝气不足在流量过高时就会出现厌氧区而产生H2S、NH2、乙酸、硫醇等恶臭气体。

在污泥处理阶段，由于污泥中污染物浓度大，因此产生的恶臭强度也非常大。进行污泥浓缩、脱水处置时，使用压滤和化学絮凝剂都可能引起湍动并释放恶臭气体，使用带式压滤机和重力压滤机时尤为突出。如果最后进行污泥堆肥处置，在最初的1～5d中会释放大量的无机硫化物、有机硫化物和氨等气体。

2 生物过滤技术的应用

2.1 生物过滤技术应用的历史发展

早在1923年的有关文献中就提出用生物过滤处理恶臭气体。到了50～60年代，西方一些发达国家开始将这一方法应用到实践中。美国的Pomerroy在California安装出一个成熟的土壤床装置用于处理H2S气体，并于1957年获得了专利，这是最早的生物滤池的雏形。1959年原西德Nurembery的一个城市污水处理厂也安装了土壤床，以去除来自污水干管的恶臭。随后日本人用土壤脱臭法处理化工厂的臭气，原恶臭气体中NH3、H2S的浓度分别为0。04mmol/kg 和0。00018mmol/kg，处理后均未检出两种恶臭物质。在随后的20年中，许多美国学者，如HinrichBohn进一步地研究了土壤脱臭的原理，并在生产实践中推广应用。

虽然土壤床能够有效地去除一定类型的恶臭和挥发性有机物(VOC)，并且成本和运行费用低廉，但是它的应用却因其生物降解容量较低，占地面积较大有所限制。近年来随着研究的深入，逐渐开发出生物吸收装置和生物过滤装置。前者是将恶臭气体与生物悬浮液(含有活性污泥)逆流通过吸收器，恶臭物质被悬浮液中活性污泥吸收，净化了气体由顶端排出，其脱

臭原理与活性污泥处理污水的原理相同。该装置对于去除含氨、酚、乙醛等恶臭气体效果较好，但处理含硫的恶臭物质效果不明显。生物过滤装置即生物滤池，其内部装有固体填料，为微生物生长提供了巨大的表面积并附着了大量的生物膜，经过加湿的恶臭气体流经生物膜并形成一层液膜，液膜吸附气体中恶臭污染物，保证了微生物进行分解转化。这种装置基质利用率高，抗冲击负荷，处理含硫恶臭气体如H2S的处理效果良好。目前各国都在研究开发新型反应器及填料，生物过滤除臭技术正在以较快的速度发展。

2.2 生物脱臭理论研究进展

在应用的同时，理论的研究也不断发展，当前比较公认的是Ottengraf的生物膜-双膜理论。按照Ottengraf的模型，生物滤池的模型分成了微观动力学和宏观动力学两过程。他的宏观基本模型是固体颗粒滤床，颗粒表面被一层具有生物活性的水膜包裹，即所谓的“生物膜”，生物膜的概念经常用来解释水系中的降解过程。气体中的污染物分子(底物)经过滤池时，通过相界面转移扩散到膜内，供给膜内微生物氧气和营养物质。每一种污染物质的气相和液相浓度在相界面总是平衡的，并且遵循亨利定律。另外，还假设在生物膜内发生生物降解的微观动力学遵循米-门公式；气体以活塞流方式流过滤池，一个初步的，生物膜-双膜模型如图1所示。

如果气体是单组分，当该物质气相浓度Cg高于其临界浓度Ccrit(图1曲线1)时，Ottengraf 假设生物膜内分解反应遵循零级反应，即分解速率与底物浓度无关，则应用上述方法会得到下面的结果:该物质在膜内达到饱和，污染物的去除只受到膜内生物活性的限制。

在这种情况下，该模型预测了滤床中污染物浓度会线性减少。而当Cg低于Ccrit(图1曲线2)时，分解速率与底物浓度呈线形关系，生物膜中的扩散活动将会成为污染物去除的限制，生物膜不再饱和，去除速率随气体中污染物浓度的降低而下降。

该模型的有效性可由许多实验得到验证。如在去除甲醇、苯类等挥发性有机物时，其气相浓

度较高时去除率与浓度无关，只与滤池的高度呈线性关系，当浓度低于Ccrit时，由于受到扩散的限制，去除速率随浓度的下降而下降。

Ottengraf的模型描述了生物过滤的基本工艺，并提出了处理单元素气体时生物滤池的设计参数。然而，对于多组份气体，由于数学上的复杂性和气体中各成分相互影响，限制了该模型的应用，而排放源排放的气体通常含有许多成分，因此，用较小的滤池进行了小规模的生产性试验，通常可以获得正式生产时的滤池结构尺寸。

2.3 生物滤池的设计和运行参数

2.3.1 恶臭排放量

各处理构筑物产生的恶臭，其排放量和浓度各不相同，其具体的计算也有所不同。一种方法是利用水表面所散逸的水蒸气速率来计算；另一种方法是在恶臭排放源的下风向按一定格局采样，通过测量采样点的风速和样品中目标污染物浓度，可绘制污染物浓度和风速曲线，根据该曲线可计算出恶臭排放量。

2.3.2 生物滤池内的pH值

生物滤池中的大部分微生物在接近中性的环境下生物活性较高，恶臭的去除率也较高。因此对于堆肥滤池pH在7～8之间适宜细菌和放线菌生长。在一些情况下，处理含有H2S气体时会产生酸性副产品，如H2SO4，如果长时间保持较高的H2S负荷则会堆积大量的酸性物质，导致pH的下降破坏现有的菌种，如果未及时排除还会降低滤池的降解能力，在这种情况下，应添加化学缓冲剂如石灰等。

2.3.3 滤料的湿度

维持滤料的最佳湿度对于生物滤池来说是主要的运行要求。水分不仅对于微生物的生长和新陈代谢是必不可少的，而且有助于滤料保持缓冲能力。不适宜的湿度会导致滤料紧密，气体处理不完全，形成厌氧区而释放有气味的物质。一般情况下，土壤滤池水分在10%～25%，堆肥滤池水分在20%～50%。

2.3.4 恶臭气体停留时间

由于滤料种类和所处理气体的不同，则反应器内的吸收/吸附速率和生物降解速率不同，停留时间也就有所不同。Hellmer推荐堆肥滤池的气体停留时间不少于30s，土壤滤池则需要更长些。

2.3.5 滤料压降

滤料在使用过程中不断被压实，孔隙度降低，气体通过滤料的阻力不断增大，压降和能耗也随之加大。图2所示为两种滤料在表面负荷作用下的压降。在大部分滤池中，整个滤床的压降可由监测器连续测定以便更换滤料。生物滤池的压力损失一般为400～2000Pa。