恶臭废气的生化处理

恶臭废气的生化处理1.生物脱臭法恶臭废气处理，目前主要采用物理、化学法，例如燃烧、吸附、吸收和还原等。这些方法的工艺或设备较复杂，运行费用较高；用于处理某些恶臭废气时，效果不甚理想。生物脱臭法通过不断改进完善，克服了前述物理、化学方法的缺陷，并显示出处理效率较高、适应性较广、工艺较简单以及费用较省等优点，成为治理恶臭的一个重要发展方向。恶臭废气的微生物处理早在1957年就在美国获得专利，20世纪80年代在德国、日本、荷兰等国家有相当数量的工业规模的各类生物净化装置投入运行，至1990年在德国仅生物滤床便有500余座。废气生物反应器处理结果表明，对于许多一般性的空气污染物控制可达到90%以上。我国在20世纪80年代末、90年代初开始恶臭处理的实验室研究，并有一些研究报道。今后，随着生物脱臭技术及其各种相关研究的发展，以及各国对恶臭物质更加严格的限制，生物脱臭法将会越来越普及。(1)生物脱臭法可避免或减少二次污染：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C、O、S等物质。生物处理的产物是微生物，很容易，而化学氧化法会产生氯和含氯产物，加热法会产生氮氧化物等污染物，还需进一步处理。(2)生物脱臭法投资少，能耗低，运行费用低：生物脱臭是以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，完成氧化和分解过程。在常温常压下进行，处理的能量来自生物利用VOCs成分本身产生的能量，一般不需要加热；不需投加额外的化学品；消耗的动力只是污染气体进入处理系统时所耗的能量(正压送风或负压引风)。与物理化学法相比，不仅可省能源和资源，而且处理成本也比较低廉。荷兰建造的生物滤其总成本是每处理1000m³废气，费用为0.25~1.25美元(1987年价格)。而采用吸附、吸收、氧化等传统物化方法其总成是每处理1000m³废气，费用为2.5~10美元。(3)生物脱臭法的脱臭效率高：只要控制适当的负荷条件与气接触条件，就能达到极高的脱臭效率，对于一般空气污染物去除效率超过90%。(4)生物脱臭装置较为简单：只需设置诸如生物过滤器、曝气槽、捕集器等装置。(5)生物脱臭法生成的剩余污泥少：这是因为活性污泥法脱臭消化，其剩余污泥较少。2.恶臭气体物的生物转化生物脱臭法是利用微生物的生物化学作用，使污染物分解，转化为无害或少害的物质。微生物利用有机物作为其生长繁殖所需的基质，通过不同的转化途径将大分子或结构复杂的有机物经异化作用最终氧化分解为简单的水、二氧化碳等无机物，同时经同化作用并利用异化作用过程中产生的能量，使微生物的生物体得到增长繁殖，为进一步发挥其对有机物的处理能力创造有利的条件。污染物去除的实质是有机底物作为营养物质被微生物吸收、代谢及利用。这一过程是比较复杂的，它由物理、化学、物理化学以及生物化学反应所组成。生物脱臭可以用式(2-1)表达。恶臭物质＋→细胞代谢物＋C＋O···················································(2-1)恶臭污染物的转化过程可用图2-1表示。图2-1恶臭污染物的微生物转化过程恶臭气体成分不同，其分解产物不同，不同种类的微生物，分解代谢的产物也不一样。无硫氮有机物质如苯酚、羧酸、甲醛等，其最终产物为二氧化碳和水；硫类恶臭成分，在好氧条件下分解为硫酸根离子和硫；胺类这样的含氮恶臭物质经氨化作用放出N3，可被亚硝化细菌氧化为亚硝酸根离子，再进一步被硝化细菌氧化为硝酸根离子。3.恶臭气体物生物去除过程臭气物质首先溶解在水中，而后被微生物吸收，作为微生物营养物质被分解、利用，从而除去污染物。与净化有机废气一样，生物膜法净化臭气时，由于有机污染物与生物发生了生化反应，已不同于单纯的物理吸收过程。荷兰学者在1986年提出的双膜—生物膜理论能较好地说明生物膜法净化臭气的机理。该理论认为，生物膜法净化气体分为三个步骤。3.1.恶臭气体的溶解过程废气与水或固相表面的水膜接触，污染物溶于水中成为液相中的分子或离子，即恶臭物质由气相转移到液相，这一过程是物理过程，遵循亨利定律[见式(3-1)]。𝑃𝑖＝𝐻×𝑋𝑖·······························································································(3-1)式中𝑃𝑖——可溶气体在气相中的平衡分压，MPa；𝐻——亨利系数，MPa；𝑋𝑖——可溶气体在液相中的摩尔分数。3.2.恶臭物质的吸附、吸收过程水溶液中恶臭成分被微生物吸附、吸收，从水中转移至微生物体内。水被再生复原，继而再用以溶解新的废气成分。被吸附的有机物经过生物转化，被微生物摄入体内。如淀粉、蛋白质等大分子有机物在微生物细胞外酶(水解酶)的作用下，被水解为小分子后再进入细胞体内。由此可见，当以污泥或膜形态存在的微生物表面一旦通过吸附而被有机物覆盖后，其进一步吸附的作用将受到限制，因而需要通过污泥或膜的表面更新或不断补充具有吸附能力的微生物菌胶团，才能保证此过程的顺利进行。3.3.恶臭物质的生物降解过程。进入微生物细胞的恶臭成分作为微生物生命活动的能源或养分被分解和利用，从而使污染物得以去除。烃类和其他有机物成分被氧化分解为C和O，含硫还原性成分被氧化为S、S−；含氮成分被氧化分解成N+、N−和N3−等。具体转化过程如下：进入微生物细胞体内的有机物，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。一部分有机物通过氧化分解最终转化为C和O等稳定的无机物质；并从中获取合成新细胞物质(原生质)所需要的能量：Cxy𝑧+(𝑥+𝑦-𝑧)酶→𝑥C+𝑦+⊿𝐻·················································(3-2)同时微生物利用另一部分有机物及分解代谢过程中所产生的能量进行合成代谢以形成新的细胞物质：𝑛Cxy𝑧+𝑛N3+𝑛(𝑥+𝑦-𝑧-5)酶→(C57N)𝑛+𝑛(𝑥-5)C+𝑛(y-4)-⊿𝐻··················································(3-3)转化过程中，当有机底物含量充足时，微生物处于快速增长阶段，将有大量新的细胞合成，但随着底物不断氧化分解及微生物和细胞物质数量的不断增长，微生物生长对有机底物的需求量逐渐得不到满足，微生物将进入内源呼吸阶段。此时微生物对自身细胞物质进行氧化分解，并产生能量，成为维持其生长繁殖供能量的主要方式：(C57N)𝑛＋5𝑛酶→5C＋2𝑛＋𝑛N3＋⊿𝐻····································(3-4)双膜-生物膜理论示意如图3-1。图3-1双膜-生物膜理论示意