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生物除臭填料分類與應(yīng)用
隨著城市建設(shè)和居民生活水平的不斷提高，居民投訴惡臭事件近年不斷增加，在此背景下，除臭技術(shù)得到迅速的應(yīng)用和發(fā)展，從采用的水洗法，逐步發(fā)展到酸堿洗凈法、焚燒法、活性炭吸附法、臭氧氧化法、催化劑氧化法、生物除臭法、離子除臭法等。生物除臭因其具有除臭效率高、 投資及運行成本低、綠色環(huán)保等優(yōu)點，廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水處理廠的惡臭污染治理，而生物填料作為生物除臭系統(tǒng)的核心組成部分，對生物除臭系統(tǒng)的穩(wěn)定性和除臭效率起到至關(guān)重要的作用。
- 生物除臭技術(shù)
城鎮(zhèn)污水廠生物除臭是利用專門培養(yǎng)的附著在生物填料表面上的 高效微生物的生物化學(xué)作用，將惡臭氣體中的無機、有機組 分作為其生長繁殖所需要的基質(zhì)，通過微生物的同化、異化 作用將惡臭污染物氧化成簡單的水、二氧化碳等無害或 少害物質(zhì)。根據(jù)污染物進入生物體的形式，依據(jù)吸收過程中 傳統(tǒng)的雙膜理論提出的“吸收 - 生物膜”理論認為，生物法凈化氣體可分為三個步驟 ：（1）臭氣中的污染物通過擴散由氣膜進入液膜 ；（2）溶解于液膜中的有機物利用濃度差擴散到生物膜，并被微生物捕獲和吸收 ；（3）微生物通過代謝作用將有機污染物分解并轉(zhuǎn)化為無害的二氧化碳、水、硫酸 鹽等。惡臭氣體中的污染物可以不經(jīng)歷氣液傳質(zhì)過程直接擴散至生物 填料或生物膜表面，被生物載體生物膜吸附，進而被微生物降解。
生物除臭根據(jù)臭氣處理過程中微生物存在形式、填料類 型的不同大致可分為 ：生物濾池、生物滴濾、生物洗滌除臭三大類，其各自區(qū)別及特點如表 1 所示。
| 生物濾池 | 生物滴濾 | 洗滌 |
機理 |
廢氣經(jīng)預(yù)加濕后，進入生物濾池，流經(jīng)附著有微生物的生物填料，利用微生物作用實現(xiàn)惡臭氣體的凈化 |
濾池內(nèi)填充填料，循環(huán)水不斷噴灑在填料上，填料表面被微生物形成的生物膜所覆蓋，利用微生物作用實現(xiàn)惡臭氣體的凈化 | 由填料洗滌器和裝有活性污泥的生物反應(yīng)器構(gòu)成，利用吸收液洗滌惡臭氣體，氣體中的惡臭成分一旦溶入水中后，進入生物反應(yīng)器被微生物分解，實現(xiàn)惡臭氣體的凈化 |
生物相 | 附著態(tài) | 附著態(tài) | 懸浮態(tài) |
液相 | 固定液相 | 流動液相或周期性流動液相 | 流動液相 |
填料 | 有機活性填料 | 無機惰性填料 | 無機惰性填料 |
氣液接觸面積 | 大 | 大 | 中 |
處理負荷 | 低 | 中 | 高 |
噴淋方式 | 預(yù)加濕 | 循環(huán)噴淋或間歇噴淋 | 循環(huán)噴淋 |
微生物營養(yǎng)源 | 臭氣、填料 | 臭氣、外部投加或噴淋水中補充 | 臭氣、外部投加 |
表1 生物除臭技術(shù)分類及優(yōu)缺點
二、生物除臭填料的種類
填料分類 | 除臭類型 | 填料名稱 | 填料特點 |
有機填料 |
生物濾池 |
樹皮 | 表面粗糙多孔，易于微生物附著，能作為營養(yǎng)源；使用一段時間后會礦化壓實，床層壓降增大 |
木屑 | 堆積密度小，持水量大，能作為營養(yǎng)源；使用一段時間后礦化壓實， 床層壓降增大 | ||
堆肥/改良土壤 | 堆積密度大，空隙率低，床層壓降大 | ||
無機填料 |
生物滴濾/生物洗滌 | 炭質(zhì)填料 | 比表面積大，堆積密度小，孔隙率高，易于微生物附著 |
火山巖 | 較大的比表面積，表面粗糙，適宜微生物生長 | ||
陶粒 | 表面粗糙、孔徑較大、適宜微生物生長、堆積密度大 | ||
沸石 | 良好的機械強度，較適宜微生物生長，床層壓降較大 | ||
塑料或陶瓷做成的各種化工填料（拉西環(huán)、鮑爾環(huán)、階梯環(huán)、多孔球等） | 填料化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、堆積密度低、床層壓降小，但比表面積小，不易微生物附著、吸附能力差 | ||
復(fù)合填料 |
生物濾池/生物滴濾 | 鈣基復(fù)合填料 | 具有一定的酸堿緩沖能力 |
陶粒生物質(zhì)復(fù)合填料/樹皮塑料球復(fù)合填料等 | 彌補了單一組分填料的缺陷，各類型填料優(yōu)勢互補 |
生物填料作為微生物載體，氣液傳質(zhì)的介質(zhì)，是生物除臭系統(tǒng)的核心組成部分，其性能直接影響生物除臭系統(tǒng)的處理效果。一種好的生物填料應(yīng)具備以下條件 ：（1）較大的比表面積 ；（2）較高的孔隙率 ；（3）良好的親水保濕性能 ；（4）具有一定的酸堿緩沖能力 ；（5）一定的機械強度 ；（6）耐酸堿腐蝕、耐老化，使用壽命長 ；（7）廉價易得。
表2 生物填料性能對比
隨著生物除臭研究及實踐的積累，生物除臭填料種類得到不斷的擴展，根據(jù)填料材質(zhì)及能否提供營養(yǎng)源大致可分為有機填料、無機填料、有機無機混合填料等三大類，有機或有機無機混合填料在生物除臭系統(tǒng)中既可以作為微生物的載體，同時也可作為微生物營養(yǎng)源，但無機填料則多為惰性填料，僅僅為微生物的附著提供載體。
三、高效復(fù)合填料研究新進展
（一）具有營養(yǎng)緩釋功能的復(fù)合填料的研發(fā)
對于生物過濾中常規(guī)有機填料，在濕潤及微生物活躍的環(huán)境下，使得填料腐爛礦化速率較快，填料壽命較短，針對該類填料存在的問題，通過構(gòu)建營養(yǎng)緩釋功能的復(fù)合填料，提高填料養(yǎng)分的利用率，延長填料使用壽命，維持生物除臭工藝穩(wěn)定運行。采用低水溶性有機礦粉為填料營養(yǎng)源，以碳酸鈣作為 pH 緩沖劑，同時采用網(wǎng)狀纖維為骨架制備的具有營養(yǎng)緩釋功能的復(fù)合填料，其性能較常規(guī)的泥炭、樹皮類填料在填料比表面積、抗壓強度、堆積密度、使用壽命等方面得到明顯優(yōu)化。
（二）具有緩沖功能的復(fù)合填料的研發(fā)
在生物除臭系統(tǒng)中，對于循環(huán)使用的噴淋液隨著循環(huán)次 數(shù)的增加，循環(huán)液中酸堿度不斷變化，長時間使用會對生物 填料上的微生物生長起到抑制，甚至引起微生物的死亡和生物膜的脫落，因而使用具有 pH 緩沖功能的復(fù)合填料對維持除臭系統(tǒng)的穩(wěn)定運行至關(guān)重要。采用鈣基復(fù)合填料生物除臭系統(tǒng)在設(shè)計工況條件下，鈣基復(fù)合填料生物除臭系統(tǒng)對 H2S和 NH3 的去除效率分別達到 99% 和 85% 以上，循環(huán)液的 pH 值穩(wěn)定在 7 左右，具有較好的緩沖pH 值的能力。
（三）負載功能微生物復(fù)合填料的研發(fā)
生物除臭系統(tǒng)中只有當微生物達到一定密度后才具有足夠的污染物去除能力和效率，在系統(tǒng)開始使用前一般需要進行微生物菌種的接種及擴大培養(yǎng)，往往需要數(shù)周甚至更長的時間。 而負載功能微生物復(fù)合填料直接將微生物包埋進填料中，可節(jié)省馴化和掛膜時間。采用以堆肥為營養(yǎng)源和菌劑載體、多孔珍珠巖和植物纖維為輕質(zhì)骨架、水泥為膠結(jié)材料、CaCO3為pH 緩沖劑，同時接種功能微生物的菌劑制成了一種具有負載功能微生物緩釋復(fù)合填料，具有較強的抗污染物負荷沖擊能力，同時能顯著縮短生物處理系統(tǒng)的啟動周期。目前該品種填料廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水廠生物除臭，適用于傳統(tǒng)活性污泥，A2/O、 A/O、SBR、氧化溝等污水處理工藝。
（四）填料表面特性的優(yōu)化
對于滴濾除臭系統(tǒng)中常規(guī)的生物填料如塑料填料、陶粒填料等存在的持液量小、微生物附著難、掛膜時間長等不足， 通過改變填料表面特性，增大其比表面積，提高表面粗糙度或結(jié)構(gòu)形式改造等方法對填料進行優(yōu)化。
紋翼多面球、改性毛刺球和空心多 面柱等生物滴濾填料，測試表明較常規(guī)的塑料填料其比表面 積可達到 200m2/m3，同時縮短了微生物掛膜時間。
（五）復(fù)混填料的優(yōu)化
復(fù)混填料就是由幾種不同填料，按一定比例和填充方式混合而成，可以彌補單一組分填料的缺陷，充分發(fā)揮各填料的優(yōu)勢。