利用生物脱臭技术处理硫化氢及氨气的技术研究

摘要:硫化氢和氨气已经成为污染环境的最普遍也是最重要的恶臭气体物质,针对其来源及危害,采用生物脱臭技术,利用微生物的代谢活动降解恶臭物质,使之氧化为最终产物而达到无臭化、无害化。

关键词:硫化氢 氨气 生物脱臭

1、概述

随着全球城市化和工业化程度不断提高,越来越多的污染物排放到大气中,严重地危害了生态环境及人体健康。地球上存在的200多万种化合物中,五分之一具有气味,约有1万种为重要的恶臭物质。在这些物质中,对人们的生产、生活影响最为普遍的是硫化氢和氨气,并且二者通常都相伴相随。

2、硫化氢和氨气的危害及来源

2.1 危害

硫化氢（H2S）为无色气体,具有腐蛋的恶臭味,能溶解于水。硫化氢在大气中不稳定,能逐渐氧化成单质硫、硫酸盐等含硫化合物,水蒸汽和阳光会促进这种氧化作用。人对硫化氢的嗅觉最低值约是0.00143mg/m3。氨气（NH3）是一种有强烈刺激性气味的物质,易溶于水,呈强碱性。氨在自然界中很少单独存在,它通常是某些废气中的一种成份。

有资料表明,长期接触低浓度氨、硫化氢的作业工人更易患上呼吸道慢性炎症和眼疾。即使氨与硫化氢浓度低于国家卫生标准,由于两者的联合作用,毒性也会增强。它们轻者使人不快,重者对人的消化系统、内分泌系统、神经系统等产生危害,导致消化功能减退、内分泌系统功能紊乱、判断力和记忆力下降等情况发生。

目前许多国家环境法规已经明确规定了硫化氢、氨气等恶臭气体的最高浓度。在我国,居民区大气中硫化氢一次最高容许浓度是0.01mg/m3;车间工作地点空气中的最高容许浓度是10mg/m3;氨的一级厂界标准值是1.0mg/m3。

2.2 主要来源

大量的硫化氢和氨气在生产过程中产生并释放出来,如在养殖场、肉食品加工厂等生产运行过程中,天然的动植物体内的蛋白质、脂肪和碳水化合物等在厌氧或好氧条件下分解,不断地产生氨气、硫化氢等恶臭物质;而石油工业、化学工业、橡胶工业、冶金、造纸、炼焦和医药、农业等行业,各种天然材料或化工合成的产品在加工、生产或储存、运输过程中的跑、冒、滴、漏,正常排放或意外事故,也都可能向大气中排放大量的恶臭物质。各种污染源中,城市垃圾、污水、污泥处理设施所逸出的恶臭气体是大气恶臭污染的主要挥发源之一。以污水处理厂为例,从预处理装置到生化处理装置,污水处理的各个单元均产生恶臭。大量的调查结果表明,污水处理厂的恶臭物质主要是氨、硫化氢、甲硫醇等。因此国内外的许多污水厂都在积极地研究控制恶臭的对策,以改善环境质量。

3、生物脱臭技术

3.1 生物脱臭技术的优点

生物法是利用微生物的代谢活动降解恶臭物质,使之氧化为最终产物而达到无臭化、无害化。同传统的物理化学方法相比,生物法具有无可比拟的优点:

(1)生物脱臭一般将硫系、碳系、氮系等各种恶臭成分,以及苯酚、氰等有毒成分氧化和分解成CO2、H2O、H2SO4等物质。通过过滤、曝气、洗涤等人工创造的环境,进行人为的控制与管理,因而可减少或避免二次污染。

(2)生物脱臭法是以恶臭成分作为生物体内的能源,只要使微生物与恶臭成分相接触,就可以完成氧化和分解过程。与物化脱臭法相比,微生物生长适宜的温度一般为20～30℃,接近常温,因此生物脱臭过程一般勿须加热,不仅可节省能源和资源,而且处理成本也比较低廉。

(3)只要控制适当的负荷条件与气液接触条件,就能达到极高的脱臭效率。

(4)只需设置诸如生物过滤器、曝气槽、捕集器等简单装置。

(5)生物脱臭的微生物通常是在低营养条件下进行的,因此所生成的剩余污泥少。

3.2 主要的生物脱臭方法

微生物在脱臭装置中的存在形式有两种:悬浮生长系统和附着生长系统。悬浮生长系统即微生物及其营养配料存在于液体中,气体中的污染物通过与悬浮液接触,转移到液体中,从而被微生物所降解;而附着生长系统则是微生物附着生长于固体介质上,废气通过由介质构成的固定床时被吸附、吸收,最终被微生物所降解。因此,生物脱臭法可分为生物过滤法(附着生长系统)、生物洗涤法（悬浮生长系统）、生物滴滤法（介于二者之间）。

3.2.1 生物过滤法

生物过滤法是目前研究得最多,技术较成熟,在实际工程中最常用的一种生物脱臭法。其处理流程是:含恶臭物质的气体经过去尘增湿或降温等预处理工艺后,从滤床底部由下往上穿过滤床,通过滤层时恶臭物质从气相转移至水—微生物混合相（生物层）,由附着生长在滤料上的微生物的代谢作用而被分解掉。其特点是生物相和液相都是不流动的,只有一个反应器,气-液接触面积大,运行启动容易,操作费用低。

3.2.2 生物洗涤法

生物洗涤法通常由装有填料的洗涤器和一个具有活性污泥的生物反应器构成。洗涤器里的喷淋柱将微小的水珠逆着气流喷洒,使废气中的污染物与填料表面的水接触,被水吸收而转入生物反应器,在生物反应器中,污染物通过活性污泥中的微生物的氧化作用,最终被去除。与生物过滤法不同的是:生物洗涤法的液相（通常带有悬浮微生物）是流动的,在两个分开的部分连续循环。

3.2.3 生物滴滤法

生物滴滤法是介于生物过滤法和生物洗涤法之间的处理技术。在生物滴滤系统中,恶臭物质的吸收和降解都在同一反应器中进行。滴滤池内装有惰性填料,微生物都以生物膜形式生长在填料上,含有微生物新陈代谢所需营养物质的液体不断地喷洒在填料上,当恶臭气体通过滴滤池时污染物被降解。

4、生物脱臭技术的发展趋势

随着生物脱臭技术及相关领域的研究进展,生物脱臭法越来越受到重视,应用范围进一步拓展,但由于受研究和发展时间的限制,微生物脱臭尚有许多亟待解决的问题主要有:

(1)寻找适合于处理特定有机物的微生物菌种筛选和驯化的方法,并进一步筛选出优势高效菌种,以加快生物反应进程,提高处理效率。

(2)加强生物膜内污染物降解的动力学研究以及生物量控制方法的研究,为设计更优的操作方案,选择更精良的操作参数创造条件。

(3)对影响反应器运行的各因素诸如温度、湿度、进气浓度、动态负荷等进行进一步的研究,为专用高效的净化装置与设备的设计、施工提供理论依据。

(4)进一步拓展生物法的研究对象,对高浓度的恶臭废气、难降解物质和复杂的混合气体的处理都有待于进一步研究。