生物滴滤池处理恶臭废气工程设计

设计总说明

随着环保意识的增强，人们对环境质量的要求越来越高，对因恶臭所带来的污染也更加敏感。恶臭物质不仅可使人产生不快和厌恶感,而且许多恶臭物质还危害着人们的健康甚至生命。我国的恶臭污染现象十分普遍，严重影响着环境空气质量，所以控制和治理恶臭污染己经刻不容缓。本文是针对我国恶臭污染的现状，为了正确合适地处理硫化氢、硫醇类、硫醚类、氨、胺类、吲哚类、硝基化合物、烃类、醛类、脂肪酸类、酚类、酮类、酯类及有机卤系衍生物等散发出来的恶臭气味，而讨论了经济、高效的脱除恶臭技术。其中生物滴滤池脱除恶臭气体工艺具有工艺简单，操作简便，投资、运行和维护费用低廉，可有效减少环境污染等特点。

本设计主要是以生物滴滤池来处理某炼油厂所散发出14200 m3/h的恶臭气体。首先浓度为300.0~400.0 mg/m3的恶臭气体经气管在风机的输送下，然后调节阀门使气体以0.49m/s的气速进入生物滴滤池中。在生物滴滤池的微生物作用下，大部分的恶臭被微生物吸收、分解，因此14200 m3/h的恶臭气体就能按地方气体排放标准合格排放，从而达到去除恶臭污染的目的。

本文主要着重于对生物滴滤池的设计及设备的选取。首先，本文概述了恶臭气体的控制现状及生物净化的原理；其次，本文详细地讲述了各种生物净化工艺的原理和特点；再次，本文对14200 m3/h的恶臭气体进行初步的计算，以确定后续设备的选择；最后，本文根据上述的计算进行设备的选取和调试。

关键词：生物滴滤池，恶臭废气，炼油厂污染，H2S

注：本设计题目来源于教师的企业科研项目，项目名称为：深圳石化工业废气综合治理。项目编号：2006074

Design Notes

With the enhancement of environmental protection awareness, the people are more and more high to the environment quality request, due to the pollution brought about by the odor is also more sensitive. Not only the odor material may cause the human to produce not quick and tires of the malice, moreover many odor materials are also harming people's health and even their lives. Now odor pollution is widespread, having a serious impact on air quality, so it's no time to delay to control and treat odor pollution. This text is to aim at the present condition of odor pollution in our country, in order to dispose of sulfureted hydrogen, mercaptan, thioether, ammonia, amines, indole, nitro compounds, hydrocarbons, aldehydes, fatty acids, phenols, ketones, salts and organic halogen derivatives becomingly, discuss the technology of getting rid of odor pollution effectively. The technology of the biological-trickling filter removing odor pollution has bring extensive because of its simple technique and manipulation, the low cost of investment, operation and maintenance costs, reducing pollution effectively.

The design is aimed at dealing with 14200m3/h stench gas for biological-trickling filter, which come from of refinery. First of all, the concentration of 300.0~400.0mg/m3 stench gas is transmit by the trachea, and then adjust the gas valves to 0.49 m/s velocity of the gas into the biological-trickling filter. In the biological- trickling filter role of microorganisms, most of the stench gas was absorbed or decomposition, therefore 14200m3/h stench gas can be determined by the local gas emission standards for qualified emissions so as to achieve the purpose of odor pollution removal.

This paper is focused on designing of equipment selection about biological-trickling filter. At first, I will introduce the overview status of the control of stench gases and the principle of biofilter. The second, I will describe the principle and features about various of biological purification process. At last, I will pay preliminary calculations to 14200m3/h stench gas, so as to select the equipment. At the supplement, I based on the above calculation for selecting and debugging the equipment.

Key words：Biological-trickling filter，Odor pollution，Refinery，H2S

目录

1 概述 (1)

1.1恶臭的污染概况 (1)

1.2恶臭物质的来源与危害 (1)

1.3恶臭的控制现状 (3)

2 恶臭治理技术的机理和特点 (4)

2.1恶臭气体的生物净化特点及原理 (4)

2.1.1恶臭治理概述 (4)

2.1.2恶臭气体的生物处理特点 (6)

2.1.3 恶臭气体物的生物转化机理 (6)

2.2 净化恶臭气体的微生物类型与特征 (7)

2.3 净化恶臭气体的填料 (8)

2.3.1选择填料基本原则 (8)

2.3.2常用填料类型与特征 (10)

3 生物法净化恶臭气体的工艺原理及比较 (11)

3.1土壤及堆肥法 (11)

3.1.1土壤法 (11)

3.1.2堆肥除臭法 (13)

3.1.3土壤及堆肥法填料选择 (14)

3.2生物过滤池 (14)

3.2.1生物过滤池原理 (14)

3.2.2影响生物过滤池除臭效果的因素 (16)

3.3生物滴滤池 (16)

3.3.1生物滴滤池原理 (16)

3.3.2生物滴滤池净化效果的影响因素 (18)

3.4生物洗涤池 (18)

3.4.1生物洗涤池原理 (18)

3.4.2生物洗涤池的影响因素 (19)

3.4.3生物洗涤法工艺 (19)

3.5各种生物法工艺与技术比较 (20)

4 工程设计参数 (21)

4.1炼油厂的恶臭成分 (21)

4.2设计依据 (21)

4.3设计原则 (21)

4.4设计选择 (21)

4.5设计流程图 (22)

5 工艺设计计算 (23)

5.1生物滴滤池的尺寸 (23)

5.2喷淋量的确定 (23)

6 设备设施的计算及选取 (25)

6.1生物滴滤池附件的选择 (25)

6.1.1气体分布器的选择 (25)

6.1.2液体喷淋装置的选择 (25)

6.1.3塔顶除雾沫器的选择 (26)

6.1.4填料塔总压降 (27)

6.1.5填料的选择 (27)

6.1.6喷淋液的选择 (28)

6.2管道的计算 (28)

6.2.1水管的计算及选择 (28)

6.2.2气管的计算及选择 (29)

6.3风机及配套电机的选择 (30)

6.3.1风机的选择 (30)

6.3.2电机选择 (31)

6.4水泵的选择 (32)

7 工程预算 (33)

7.1过程投资概算 (33)

7.1.1土建工程费用 (33)

7.1.2设备工程费用 (33)

7.2运行费用概算 (34)

7.3工程总投资概算 (34)

结论 (35)

参考文献 (36)

致谢 (37)

1概述

1.1恶臭的污染概况

随着公众环境意识的增强，大气环境恶臭污染问题受到了越来越多的关注。室内外环境污染日益突出，恶臭作为环境公害之一，直接影响人们的生活质量，甚至危害人们的身体健康乃至生命安全。人们对环境质量的要求越来越高，对恶臭问题也更加敏感，解决好脱臭问题，对保护环境，保障健康，延长建筑物寿命和设备的使用期限，都有很重要的意义。

恶臭物质，是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损坏生活环境的气体物质，这些物质的嗅阐值极低，有些还是有毒气体，散发至环境中会影响人们的身心健康，同时也会腐蚀周围的构筑物，影响其牢固性及美观，对恶臭污染的治理可以减弱甚至消除这些危害、保护人们的身心健康。欧美、日本等从20世纪70代便开始研究脱臭技术，并用于工程实践。其中生物法净化恶臭气体具有净化效率高、建备结构简单、投资低、操作简便、处理成本低、运行维护容易、避免二次污染等优点而成为近十年来研究应用的重点，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公共区域的恶臭、VOCs和有毒气体排放物，去除率可超过90％。

1.2恶臭物质的来源与危害

恶臭物质分布广，影响范围大，有的污染源发生的恶臭能波及方圆几千米几十千米。在日本的公害诉讼中，恶臭案件仅次于噪声，居第二位。

恶臭源可分为天然来源和人工来源。天然来源包括在不流动的湖沟沼泽中，各种水草、藻类的分解会产生甲基硫、甲基硫醇等，动物尸体与植物残骸等腐败分解常放出硫化氢、氨等腐败性臭气。

人工来源包括工业源和生活源，具体地说，有以下几个方面：

工业恶臭工业生产中产生的恶臭，如医药、橡胶加工、石油精炼等工厂的硫醇类物质（散发烂洋葱、烂洋白菜臭），牛皮纸浆厂、农药厂的硫醚类物质（蒜、烂韭菜臭），炼油厂、化肥厂的硫化物（腐蛋臭、强刺激性臭），汽车废气、石油化工厂的醛类物质（刺激性臭、不快臭、催泪），骨胶、油脂、鱼肠、兽骨等厂的胺类物质（刺激性臭、腐败鱼臭），金属冶炼厂、化工厂的酚类物质（不快臭）。

农牧业恶臭农牧业的畜牧场、家禽饲养场、屠宰厂、鱼产加工厂、粪便处理厂、堆肥等产生的恶臭。如粪臭、鱼臭、腐败物臭、烂果臭、烂菜臭等都是农牧业生产者加工中产生的。

城市公共设施恶臭城市垃圾场、污水处理厂、医院、公共厕所等产生的恶臭，如污水臭、医药臭、消毒剂臭、粪尿臭、浴室臭等。

恶臭物质的臭味，不仅取决于它的种类和性质，也取决于它的浓度，浓度不同，同一物质的气味也会改变。例如将极臭的吲哚稀释到极低的浓度时，就会变成茉莉的香味；相反，高浓度的香水，也会给人不愉快的感觉。在评价恶臭时，应以感受到的家度强弱为准，而不是以“香”和“臭”来划分。

其主要来源及恶臭味性质见表1.1。

表1.1恶臭物质的主要来源和臭味性质

物质名称主要来源臭味性质

牛皮纸浆、炼油、炼焦、石油化工、煤气、粪

硫化氢

腐蛋臭

便、硫化碳的生产或加工

牛皮纸浆、炼油、煤气、制药合成树脂、合成

烂洋葱臭硫醇类

纤维、橡胶

牛皮纸浆、炼油、农药、垃圾、生活污水下水

蒜臭硫醚类

道

氨氮肥、硝酸、炼焦、肉类加工、家畜尿臭、刺激臭

胺类水产加工、畜产加工、皮革、骨胶、油脂化工粪臭

吲哚类粪便、生活污水、炼焦、肉类腐烂、屠宰牲畜刺激臭硝基化合物染料、炸药刺激臭

炼油、炼焦、石油化工、电石、化肥、内燃机

刺激臭烃类

排气、油漆、油墨、印刷

炼油、石油化工、医药、内燃机排气、垃圾铸

刺激臭醛类

造

石油化工、油脂加工、皮革制造、合成洗涤剂、

脂肪酸类

刺激臭

酿造、医药、粪便

醇类石油化工、油脂加工、皮革制造、肥皂、合成刺激臭

材料、酿造、林产加工

溶剂、涂料、油脂工业、石油化工、合成材料、

酚类

刺激臭

照相软片

酯类合成纤维、合成树脂、涂料、粘合剂香水臭、刺激臭卤素有机物合成树脂、合成橡胶、溶剂灭火器材、制冷剂刺激臭

此外，恶臭对人体的危害主要表现在以下几个方面：

1、危害神经系统。长期受到一种或几种低浓度的恶臭物质刺激，首先使嗅觉脱失，继而导致大脑皮层兴奋与抑制过程的调节功能失调。有的恶臭物质，如硫化氢不仅有异臭作用，同时也对神经系统产生毒理作用。

2、危害呼吸系统。当人们闻到臭气时，会反射性地抑制吸气，妨害正常呼吸功能。

3、危害循环系统。如氨等刺激性气体，会使血压出现先下降后上升，脉搏先减慢后加快的变化。硫化氢还能阻碍氧的输送，而造成体内缺氧。

4、危害消化系统。经常接触恶臭物质，使人食欲不振与恶心，进而发展成为消化功能减退。

5、其他危害。恶臭会使内分泌系统的分泌功能紊乱，而影响机体的代谢活动。氨和醛类对眼睛有刺激作用，常引起流泪、疼痛、结膜炎、角膜浮肿。长期受到恶臭持续作用会使人烦躁、忧郁、失眠、注意力不集中，记忆减退，从而使学习和工作效率降低。

1.3恶臭的控制现状

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的控制可达到90％以上。

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。

2 恶臭治理技术的机理和特点

2.1恶臭气体的生物净化特点及原理

2.1.1恶臭治理概述

恶臭气体和有机废气的处理是大气污染控制的一个重要方面，并己引起各部门的重视而成为研究和治理的热点。恶臭气体的治理工艺可以采用物理、化学和生物的手段。以被处理物的归属进行划分，可以划分为两类――移除和破坏，见图2.1。两者主要不同在于，前者的恶臭收集物仍需进一步处理，而后者已将恶臭转化为CO2和水。

图2.1恶臭治理工艺

常规的恶臭治理技术主要包括吸收法、吸附法和燃烧法，虽然这些方法有不少优点，但也存在某些不足。吸收法和吸附法一般都需要对吸收剂和吸附剂进行再生，这既增加工艺的复杂性和设备的投资额，还使运行操作变得复杂，而且由于还需补充大量的化学药剂等，导致运行费用较高。燃烧法由于废气燃烧不完全而会产生有害的燃烧产物，若燃烧温度过高，则会产生恶臭污染，另外，燃烧设备运转时还存在一定的安全隐患。

表2.1、图2.2分别表述了恶臭来源、投资及运行费用对恶臭治理因素的影响。

表2.1 不同处理工艺在不同恶臭源中的应用

恶臭源

生物滤池 生物滴滤 热氧化 催化氧化 洗涤 介质吸收 化工企业

++ +++ +++ ++ + +++ 汽车制造

++ +++ +++ ++ + +++ 电子制造

+ +++ +++ ++ + +++ 油漆制造

++ +++ +++ ++ + +++ 印染

++ +++ +++ ++ + ++ 塑料制造

++ +++ ++ ++ ++ ++ 污水处理

+++ +++ + + + + 动物屠宰 +++ ++ + + + + 注：+++表示应用广泛；++表示应用性中等；+表示应用较少

图2.2 投资及运行费用的对比

由表2.1及图2.2可以看出，与其它处理工艺相比，生物法（尤其是生物滤池和生

物滴滤池）具有应用广泛、可处理气体流量范围大、投资及运行费用少等优点，因此成

为各类治理恶臭技术的特点。

2.1.2恶臭气体的生物处理特点

恶臭废气生物处理技术是一项新兴的有效控制VOC s等污染物的技术，近年来有很大的发展，特别适用于处理大体积、低浓度的废气，以替代设备费用昂贵、运行维护困难、有二次污染等缺陷的空气污染控制技术。其可用于控制化工、制药、电镀、喷漆、印刷等行业产生的有害污染物(hazardous air pollutants，HAPS)以及废水处理厂、堆肥厂、垃圾填埋厂产生的恶臭(odour)等。同传统的物化处理方法相比，生物法具有许多其他方法无可比拟的优点。

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CO

2、H2O、H2SO4等物质。生物处理的产物是微生物，很容易处理，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，对于一般的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。

2.1.3 恶臭气体物的生物转化机理

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＋O

2 细胞代谢物＋CO 2＋H 2O （2-1）

恶臭污染物的转化过程可用图2.3表示。

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。对于不含氮的有机物质如苯酚、羧酸、甲醛等，其最终产物为二氧化碳和水；对于

硫类恶臭成分，在好氧条件下被氧化分解为硫酸根离子和硫；对于像胺类这样的含氮恶

臭物质经氨化作用放出NH 3，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。

2.2 净化恶臭气体的微生物类型与特征

生物处理的作用主体是具有特定功能的各种微生物，由于氧化分解恶臭，微生物细

胞一方面获得了生长所需的能量，另一方面获得细胞增殖所必需的细胞物质，从而维持

了细胞的正常生命活动。微生物有其自身的新陈代谢，代谢活动都是在酶的作用下进行

的，只有创造适宜的生存条件，使酶的机能得以充分发挥，微生物才能正常生长，才能

利用恶臭物质作为生长所需的能源、碳源和氮源等，因此，生物反应器首先要确保微生物生存的基本条件。如环境中要有充足的营养物质和溶解氧(对于好氧微生物来说)、适

当的温度、酸碱度及含水率等，同时，待降解的恶臭物质必须有一定的水溶性和可生物降解性，恶臭气体的温度不应大于50℃，并且不含有抑制关键微生物生长的有害物质。

2.3 净化恶臭气体的填料

对于生物膜处理构筑物而言，栖息在填料上的生物膜是净化恶臭气体的主体。生物膜的形成和生长主要是依靠微生物在气、液、固三相中借助于环境力(物理、化学及生物)的作用下，向载体填料表面传递，并以结合固定化的方法实现在载体表面的附着；同时通过吸附、吸收、利用和氧化废气中营养物质而实现其生长。因此，生物膜法废气处理中，载体材料的性能直接影响生物膜的产生其生长。根据载体材料的特性、所用处理方法及工艺类型，使用和选择合理的载体，对于快速、有效、稳定地实现微生物的固定化是十分必要的。

2.3.1选择填料基本原则

微生物在废气处理实际工程中应用效果的优劣，与所用的填料特性有密切关系。不同的填料具有不同的特性，适用于不同的场合。若选用填料不合理，则不仅难以达到既定的使用目标，甚至可物处理过程失败，会导致不必要的经济损失。因而，合理应用是至关重要的。一般而言，选择填料有以下要求：

1、应具有一定的结构强度及耐腐蚀、耐摩擦的能力；

2、应具有较大的比表面积，可给微生物提供充分的附着及与污染气体接触的面积，提高生物量，从而尽可能地提高单位体积有机污染物降解量；

3、应具有较好的表面性质，要有亲水性，便于微生物和水的附着，通常表面粗糙的填料易挂膜，适合微生物生长；

4、应具有足够的空隙率供生物膜生长，确保供氧充足，同时，防止反应器中微生物快速增长，引起堵塞和压降升高，造成短流；

5、无毒，化学性质稳定；

6、就地取材、价格合理。

因此，在具体选择和应用过程中，应着重考虑以下几方面的基本原则：

( 1 ) 足够的机械强度填料必须具有足够的机械强度。恶臭废气生物处理过程中，气流对填料的剪切作用有时是非常强烈的，它不仅直接作用于填料与微生物的固定化结合体本身，而且还可引起定化结合体之间的强烈摩擦。因而，要求作为载体使用的材料必颇具有足够高的机械强度，以抵抗强烈的气流剪切力的作用，防止镇料运动、碰撞过程中破碎而损失其功能。若使用的填料机械强度不够，一旦发生破碎，则不仅影响固定

化微生物的数量，而且其直装后果将是导致出气浓度发生波动，影响除臭效果。

( 2 ) 优良的稳定性由于生物反应器中所发生的污染物转化过涉及物理化学、生物化学及能量传递的错综复杂的过程，其反应过程所涉及的也是一个复杂的多元体系。因而，填料必须具备足够舶稳定性，减少或避免发生溶解或参与其中的各种反应，导致自身的捎耗。

填料的稳定性主要包括生物稳定性、化学稳定性和热力学稳定等几方面：

首先，载体材料不能参与生物反应过程，具有抗微生物腐蚀戒不可生物降解的特性；其次，载体材料必须是化学惰性的，具抵抗环境化学腐蚀的能力；第三，具有耐温度变化的性能。废生物处理中，其温度一般在20～50℃范围内波动，若载体缺良好的热稳定性，则有可能因其软化或伸缩而影响微生物与载主体的结合程度。虽然土壤、堆肥等填料的稳定性较差，但也应具产一定的稳定性，以避免填料损耗而导致频繁更换，造成维护管困难。

( 3 ) 无毒性或抑制性显而易见，作为用于固定微生物的载体材料，本身必须是无毒、无抑制作用的，这是选择填料最基本的要求。这里所指的无毒、无抑制包括对人体和微生物两个方面。

( 4 ) 填料表面的带电特性众所周知，在一般的环境条件下，微生物表面通常带负电荷，因而可知，使用表面带有正电荷的材料作为载体物质，将有利于加速微生物在填料的固定化过程。

( 5 ) 优越的物理性状物理性状包括载体的形态、空隙率、相对密度等。填料的形态直接与其比表面积有关。比表面积越大，则单位体积载体所能附着或固定的微生物量越多。而单个载体所占空间体积越大，则其比表面积越小。因而，为充分提高载体的比表面积，工程上多将载体制作成小尺度或薄片状。需要指出的是，在考虑提高载体比表面积的同时，还必须考虑保证有效的传质及操作运行的便捷等。根据高比表面积的原则，所制作的载体形态有多种，如颗粒状、平板状、波纹状、管状等。

填料的空隙率也是直接决定其比表面积大小的重要因素。同时，空隙率大小也决定填料表面的粗糙程度，高的粗糙度利于微生物的附着，并利于提高其附着的强度，削弱气流剪切作用的冲击。载体的相对密度影响处理构筑物的建设费用及运行能耗。若填料相对密度过大，则需要损耗更多的动力，从而增加运行成本，同时也将因过强的气流剪切而影响微生物的固定。对于生物滤池等而言，若填料相对密度过大，将增加载体支撑

结构的建设费用，影响处理设施向空间高度的发展。如传统的碎石载体填料难以在塔式生物滤池中得到应用。轻质载体的研究和使用是生物膜处理工艺改进和发展的关键。

另外，除上述选择载体材料的主要原则外，就地取材、价格合理也是必须加以考虑的。

2.3.2常用填料类型与特征

随着环保产业的迅猛发展，填料的数量急剧增加，分类方法也多种多样。如：按填料密度不同，可分为重质埠料和轻质填料；按填料获取方法不同，可分为天然填料和人工合成填料；按硬度不同，可分为硬性、半软性、软性填料等。常用的填料有活性炭、陶海粒、各种塑料填料等。目前，在废气生物处理中常用的填料主要为芝无机和有机两大类。

1、无机类填料无机类填料主要有沙子、碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、陶瓷材料、碳纤维、矿渣、活性炭等。无机类载体普遍具有机械强度相对较高的特点，且大多化学性质比较稳定可提供较大的比表面积，微生物主要以附着在其表面(结合固定化途径)实现固定化，如形成生物膜等，但在特殊情形下也有以包裹附着的形式实现固定化的，如通过投加细颗粒无机载体填料作为核心进行颗粒化污泥的培养。但无机类填料的密度较大，这使其在悬浮生物膜反应器工艺中的应用受到限制。

2、有机类填料从应用现状看，有机类填料在生物法治理恶臭气体方面应用较多，如生物过滤法中多采用土壤、堆肥(生活垃圾、碎木屑、树皮、树叶、干草及谷壳等混合物)、聚丙烯小球、塑料环等活性及惰性材料。

有机类填料可根据处理工艺过程的需要，加工成各种形状便一方面更好地满足反应器物理、生物特性的需要，另一方面尽可能地提高载体的比表面积。

3 生物法净化恶臭气体的工艺原理及比较

最初的生物过滤法采用的过滤介质为土壤，随后采用含微生物较高的堆肥等为介质，近来又开始采用工程材料如活性炭、陶粒为滤料进行脱臭研究。因此根据滤料的不同，生物过滤法又可分壤脱臭法、堆肥脱臭法和生物滤池脱臭法等。目前主要的生物方法为土壤及堆肥法、生物过滤法、生物滴滤法以及生物洗涤法等。

3.1土壤及堆肥法

3.1.1土壤法

土壤法是较早出现的净化恶臭气体的方法之一，该法是以缓慢的速度(0.5~1.2cm/s)将臭气通人46～60cm深度的土壤后，臭气成分首先被土壤颗粒吸附或溶解于土壤水溶液中，然后在土壤微生物的作用下将其氧化分解转化达到消除臭气的目的。

1、原理土壤过滤装置通常采用床形过滤器，由送风机将臭气[风量0.1～lm3/(m2·min)]送入土壤槽下部的主通风道，然后由支通风道分散到土壤槽底部的各部分，由支通风道出来的臭气通过较大石块的空隙依次进人砂层 (或碎石层)和土壤层，并逐渐扩散开来被土壤颗粒吸附，最终被土壤中微生物分解转化。分配层下部由粗、细石子和轻质陶粒骨料组成，上部由黄沙或细粒骨料组成，总厚度400～500mm。气体由扩散层进人土壤层。土壤层可按黏土1.2％、含有机沃土15.3％、瞬沙土53.9％和粗沙土29.6％的比例混配，厚度一般为0.5～1.0m。据报道土壤中加入某种改良剂(如3％鸡粪和2％膨胀珍珠降)后，滤层透气性不变，对甲硫酸脱除率可提高34％，对硫化靛脱除率可提高5％，对二甲基硫脱除率可提高80％，对二甲基二蜘脱除率可提高70％。

土壤除臭装置中，除臭用的土壤层一般在50cm左右(最初土层厚度在60cm左右，久后逐渐压实到50cm左右)，设计除臭能为一般以通人空气中的NH3(在此以NH3计)平均含量在200mg/L以下为宜。土壤下部通气静止压力最好在2000～3500Pa，如果通风速度过高就会引起土壤颗粒发生震动而导致土壤压实，致通气阻力增加并降低除臭效果。通人的NH3如果超过了土壤微物每日能作用的量，除臭效果就会降低。另外，长时间通人高温汽体不仅会快速降低土壤水分、破坏土壤结构，而且会使土壤微生物失活或死亡。因此，通人的空气温度不能超过40℃。相反，如慕通入气体温度低于10℃也会降低微生物的除臭能力。为了防风、曹雨，整个土壤除臭装置应设置在塑料大棚内，冬

季也可以起到保的效果。

2、影响土壤除臭效果的因素土壤微生物降解速率与下列因素有关：

( 1 ) 有机物浓度生物降解速率与浓度成正比，但超过一定浓度，降解速率与浓度无关。

( 2 ) 环境因子如温度、湿度、pH值应控制适当，不应过高或过低，一般温度为5～30℃、湿度为50％～70％、pH值为7～8。土壤处理系统使用一年后会发生酸化，需加入石灰石调整pH值。土壤处理法的优点是设备简单，运转费用低，维护管理方便，在土壤上还可以种植花草进行绿化。缺点是占地面积大，开放式的场地在大雨天会由于土壤通气性的恶化而降低处理效果。

( 3 ) 土壤厚度土壤层越厚，其中的微生物量越多，因此，除臭效果越好，但随着土壤层厚度的增加，系统的压降一般会增加，从而影响去除效果。

土壤法适合于处理低中含量臭气，而且所用的土壤要求具有质地疏松、富含有机质、通气性和保水性能强等特点，符合这些条件的土壤主要有火山灰土和腐殖质土(如森林表层土)。在无法得到上述土壤的情况下，也可以利用一些肥沃的表层土壤与一些有机材料等按一定比例进行人工配制。土壤法具有脱臭能力强、运行稳定、维护管理简单以及运转费用低等优点。

土壤除臭法最大的缺点是占用土地面积大，因此，在土地面积狭小的场所无法采用。为了克服这一缺点，在实际运用中可以添加一些质地疏松、通气性好的无机材料，可以在一定程度上减少占用土地面积。但使用一定时间后，除了因为细小的土壤颗粒进入这些无机材料的小孔隙使其通透性降低外，土壤本身也会逐渐变得坚实，使其通气性大大降低，而且会发生酸化。因此使用一段时间后应将土壤翻起进行人工疏松以利于空气流通，并加入石灰石调整pH值。此外，在温暖季节土壤表层容易生长杂草，因为根系的生长也会影响土壤的通气性，所以最好及时除去。当然，在不影响通气的情况下也可以种植少量花草美化环境。

为了克服土壤除臭法占地面积大的缺点，近几年又开发出了珍岩棉除臭法。在农业生产中珍珠岩棉通常作为营养液栽培的基质破广泛使用，由于该材料膨松、密度小(400kg/m3左右)，通气阻力只有土壤的1/5~1/3，使用该材料制作的除臭装置充填高度可为土壤的3～5倍，因此除臭装置占地面积大大减少。但是因为珍珠岩棉材料膨松、通气性好，因此很容易失水而干燥，因此在庚用这种方法时除臭槽的上部必须配有散水

管道定时补充散失的水分。另外，珍珠岩棉是一种无机性材料，本身的吸附能力很小，无除臭能力。所以必须通过接种微生物和提供微生物活动所需的营养物陨后，除臭装置才具有除臭效果。通常在制作除臭装置时，向珍珠堵棉中混合一定比例的富含微生物的有机性材料，如腐殖质土、活性污泥等，需经过一定时间的驯化后就有非常好的除臭效果。

3.1.2堆肥除臭法

堆肥发酵除臭是以污水处理厂的污泥、城市垃圾、动物粪便等肾机物为原料，经好氧发酵得到的熟化堆肥中存在着许多微生物，目此将臭气直接通人处于后熟阶段的堆肥材料中，以达到消除臭气目的。

堆肥法一般分为两种类型：1、堆肥覆盖在废气发生源或出口自然生化除臭；2、废气发生源较多时，集中送到除臭装置中除其装置流程与土壤法类似，利用泥炭、堆肥、木屑、植物枝权为填料，彼此相互混合形成一种有利于气体通过的疏松结构，即巴层。在地面挖浅坑或筑池，池底设排水管，在池的一侧或中央设输总管，总管上再接出直径约125mm的多孔配气支管，并覆盖沙等材料，形成厚50～100mm的气体分配层，在分配层上再摊放500～600mm的堆肥过滤层。过滤气速通常在0.01～0.1m/s。堆肥是微生物繁殖最适宜的场所，好氧细菌的繁殖密度高，因整个设备紧凑，去除效果要比土壤法好，气固接触时间只需30s，而土壤法则需60s以上。

因而与土壤法相比，占地面积可大大缩小。为保证净化效果，必须保证滤层温度适当、阻力均匀而稳定，所以在运转过程中要经常观测。滤层表面受损或材料腐蚀，可能造成滤层板结；温度不均匀或过分干燥，滤层可能形成裂缝。出现上述情况，必须用机械将滤层扒松、平整。如经上述处理后，滤层阻力仍过大，则必须更换填料。如果废气含尘过大则最好经过预除尘处理。但由于堆肥是由可生物降解的物质所构成的，因而寿命有限。运行一年后，系统也会发生酸化，应及时调整pH值，同时要定期补充微生物生长所需的碳素养料，一般两年补给一次。这种除臭方法的效果不稳定，常因堆肥种类和性质不同除臭效果相差很大。但由于这种方法不需要专门建设除臭装置，因而可以节省土地和设备投资，所以是一种非常有前途的除臭方法。近几年来，为克服开放式系统的缺点并增强过程的控制能力，欧美一些国家开发了许多封闭式的生物过滤器产品。目前，对于如何提高该方法的除臭效果正处于研究之中。

3.1.3土壤及堆肥法填料选择

土壤及堆肥法填料选择理想的填料应具有以下性质：

1、最佳的微生物生长环境使营养物、湿度、pH值和碳源的供应不受限制。

2、较大的比表面积。堆肥和土壤的比表面积都在1～100m2/g。较大的比表面积可以为臭味去除的两种机制(微生物增长和吸附)提供路径。有机填料的吸附能力可以使去除臭味的生物过滤器耐冲击能力增加。

3、一定的结构强度，较低的个体密度，防止填料压实。填料压实会使压降升高、气体停留时间缩短；增加气体流速、减小填料的粒径会使流经填料的压降增加。而任何压降的增加都会导致运行费用的提高。常用的堆肥、泥煤等都具有较低的个体密度，但是其含有的有机物会逐渐降解，这不仅使填料压实，还要在一定时间千更换，即有寿命限制。将有机填料和惰性的填充剂混合使用，寿可高达5年，一般为2～4年。为了提高填料性能、降低压降，一般要求60％的填料颗粒直径大于4mm。填料的填充高度一般为0.5～2.5m，常用1.0m，因为深度增加可以减少占地面积，但却使压降增加。

4、填料的湿度(含水量)是生物过滤器最重要的操作参数。嚏料的湿度太低会使微生物失活，并且填料会收缩破裂而产生气体匠流；填料的湿度太高，则不仅会使气体通过滤床的压降增高、停日时间降低，而且由于空气/水界面的减少而引起供氧不足，形成飞氧区域从而产生臭味并使降解速率降低。大多数试验表明：填料的湿度在40％～60％(湿重)范围内时生物滤膜的性能较为稳定；对于致密的、排水困难的填料和憎水性VOC，最佳含水率在40％附近；而对于密度较小、多孔性的填料和亲水性VOC，则最挂湿度为60％或更多。影响填料湿度变化的主要因素有：湿度未饱和的进气、生物氧化、与周围温度进行热交换等。泥炭和堆肥有很好的持水能力。泥炭的含水率在75％～80％时微生物的活性较高，当其含水率低于30％时，微生物基本失活。

5、高孔隙率使气体有较长的停留时间。孔隙率对气体通过滤床的压降有重要影响。有机滤料的孔隙率范围，土壤为40％～50％，堆肥为50％～80％，泥炭有高达90％的孔隙率，而且有1/5的孔径小于30μm。泥炭开放的孔隙结构对通过的气流产生最小的阻力，但它必须由坚挺的物质来支撑以防止变黏。

3.2生物过滤池

3.2.1生物过滤池原理

典型的生物过滤系统如图所示。生物脱臭是一个气体扩散和生化反应的综合过程。含污染物的气体首先进入调节器进行润湿，然后进入生物滤池。当润湿的废气通过附有生物膜的填料层时，气体中的恶臭物质溶于水，被附着在填料表面的微生物吸附、吸收，在生物细胞内分解为CO2、H2O、S、SO42－、SO32－、NO3－等无害小分子物质。净化后的气体经过排气口排出，其装置如图3.1所示。

生物滤池

图3.1生物滤池装置

生物滤池的进气方式可采用升流式或下降式，前者容易造成深层填料干化，后者则可避免填料的干化，并可防止未经填料净化的颗粒性污染物排出。为防止气体中颗粒物造成滤池堵塞，废气进人滤池前必须除尘。生物滤池的技术特点是体系中的微生物是固定附着在填料上面，而且所用填料可以为微生物提供足够的养分，无需另外添加营降物质，填料的使用寿命视种类一般为3～5年，因此具有设备少、降作简单、不需外加营养物、投资运行费用低、除臭效率高等优点。但其缺点是反应条件控制较难、占地面积大，基质浓度高时，生物量增长快而易堵塞填料、影响传质效果。生物滤池填料层的厚度一般约 1.0～2.0m，可以为单级或多级，面积视处理气体量和处理效果而定。常用的填料种类有：含微生物量较高的木屑，富含纤维质物质，质地疏松、通气性好和非常睡合于微生物生长和繁殖的泥炭土(或草甸土)，以及透气性好、吸附性强、持水性适中的锯末、树皮、树叶、干草、谷壳、木渣和贝壳等组成的单一填料或混合填料，这些物质本身含有大量各种微生物及其所需无机营养成分，因此不需外加营养物。但由于在运行过程中填料本身为附着于其上的微生物提供一定的养分，能被微生降解，因此存在运行一定时间后因填料降解而导致的透气性、去除效果变差等问题，应注意观察填料的变化，