生物除臭技术的应用与发展

生物除臭技术的应用与发展

刘建泉

（贝卡特环境系统公司，中国北京100089）

摘要：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统称为恶臭污染物，恶臭污染物广泛的产生于工农业生产、市政污水、污泥处理以及垃圾处置过程。处理恶臭气体的常见方法有水洗法、活性炭吸附法（包括催化型活性炭法）、臭氧氧化法、燃烧法、高能离子除臭法、纯天然植物提取液喷洒法和生物除臭法等。本文重点介绍了生物除臭技术的几种方法，指出生物菌种的培育与筛选和均匀布气系统是提高生物除臭系统效率的关键，生物法复合除臭是除臭技术发展的方向。

关键词：恶臭生物除臭土壤法改良式土壤法生物滤池生物滴滤床生物法复合除臭

一切刺激嗅觉器官，引起人们不愉快及损坏生活环境的气味统称为恶臭污染物（中华人民共和国国家标准《恶臭污染排放标准》GB14554－93）。恶臭污染除了对嗅觉产生影响引起心理厌恶等不愉快的感觉外，还会引起身体上的不适，常见的症状有恶心、头痛、食欲不振、嗅觉失调、失眠，甚至情绪不稳定，其中对人类危害较大的有硫化氢、氨、甲烷、硫醇类、二甲基硫、三甲基胺、苯乙烯和酚类等50多种。它们对人体呼吸、消化、心血管、内分泌及神经系统都会造成不同程度的毒害，有的芳香族化合物甚至使人体产生畸变、癌变。人们越来越关心逐渐恶化的大气环境，并制定了严格的排放标准，因此，如何妥善的治理恶臭已成为人们研究的焦点之一。

1.恶臭的来源和种类

恶臭广泛的产生于工业废水、农业生产、市政污水、污泥处理以及垃圾处置过程。随着市区的不断向外扩大，以往建在远离市区的处理设施已经越来越接近新市区，接近人们工作及生活的场所，深受恶臭困扰的人们也越来越多。

目前已知的恶臭气体种类有上万种，研究人员按气体的化学组分不同，将其分成 5 类：①含硫化合物，如 H2S 、 SO2、硫醇、硫醚等；②含氮化合物，如氨气、胺类、酰胺、吲哚等；③卤素及衍生物，如氯气、卤代烃等；④烃类及芳香烃；⑤含氧有机物，如醇、酚、醛、酮、有机酸等。

2.国内外恶臭控制发展概况

微生物除臭除臭技术是20世纪50年代发展起来的新兴除臭技术，是利用微生物的生理代谢活动降解恶臭物质，将其氧化成无臭、无害的最终产物，达到除臭的目的。70年代后，

各国开始在这一领域开展广泛的研究，其中美国、日本、德国取得的成就最为显著，主要研究内容包括除臭的基本原理和方法、装置设备及操作工艺条件等。80年代以来，已有各类微生物除臭的装置和设备开始运用于石油、化工、屠宰、污水处理等实际中，并取得明显效果。

我国这方面的研究工作起步较晚，上世纪80年代，我国才开展了恶臭气体污染的调查、测试和标准方面的工作，我国在1994年1月15日由国家环保局批准实施了控制恶臭污染物的《恶臭污染物排放标准》GB14554－93，对恶臭污染物及臭气的排放浓度等做出了相关规定。目前已有不少国内企业从事恶臭气体的治理工作。

3.常用恶臭治理的工艺方法

常见的方法有水洗法（化学洗涤法）、活性炭吸附法（包括催化型活性炭法）、臭氧氧化法、燃烧法、高能离子除臭法、纯天然植物提取液喷洒法和生物除臭法等。

水清洗是利用臭气中的某些物质能溶于水的特性，使臭气中氨气、硫化氢气体和水接触、溶解，达到脱臭的目的，设备简单，造价低，但易产生二次污染，产生的污水需再处理。

化学洗涤法的基本原理是通过喷淋式或填料式吸收塔将恶臭气体捕捉到液体中，臭气分子通过湿法吸收或氧化和洗涤液反应而从废气中去除。化学洗涤法的缺点是运营成本相对较高，特别是化学反应后的产物有造成新的环境污染的可能性和倾向，需要对洗涤之后的化学产物进行处理。

活性炭吸附法是利用活性炭的超强的吸附能力，吸附臭气中致臭物质，对臭气进行处理的除臭方式。活性炭吸附到一定程度后达到饱和，需进行脱附后才能继续使用，活性炭脱附和更换费用均较高。

臭氧氧化法是利用臭氧作为强氧化剂，使臭气中的化学成份氧化，达到脱臭的目的。臭氧易分解，不稳定，可能会产生二次污染物，同时臭氧本身也是一种空气污染物，国家也有相应的限量标准，如果发生量控制不好，会适得其反。

离子除臭是利用离子发生装置发射出高能正、负离子，在气体中产生氧离子基团，与废气中的有机挥发性气体分子（VOC）接触，打开VOC分子的化学键，将其分解成CO2和H2O。该方法的优点是对低浓度臭气和挥发性有机化合物有效果，缺点是进气臭气浓度较高或对处理效果要求较高时，单一使用离子法除臭时难以达标。

燃烧法有直接燃烧法和催化燃烧法。根据臭气的特点，当温度达到648℃，接触时间0.3 s以上时，臭气会直接燃烧，达到脱臭的目的。

直接燃烧法对于高浓度臭气处理用直接燃烧法是有效的，但是燃料费用高，燃烧后的气

体中存有NOX等气体成分，有二次污染的可能；催化燃烧法具有净化效率高、操作温度较低、能耗较少等特点，催化燃烧法虽然能彻底将废气中的有害物质转化为无害物质，达到脱臭的目的，但整个工艺过程中对于高分子化合物的分解不是很好，还会产生脱硫废物及废催化剂等固体废物，同时存在设备投资大，运行管理较严格，监控难度大和实际操作经验不足等问题。另外一点就是催化剂的造价比较高，燃烧过程中容易使催化剂中毒。

植物提取液除臭技术是将植物提取液喷洒形成具有很大比表面积的小雾粒，吸附空气中的臭气分子进行反应或催化与空气中的氧气反应，生成无味、无二次污染的产物；天然植物提取液具有无毒性、无爆炸性、无燃烧性、无刺激性等特点。但该方法必须连续不断地使用植物提取液，除臭的效果靠除臭剂维持，后期费用较高。

生物除臭法是利用微生物以废气中的有机组分作为其生命活动的能源或其他养分，通过微生物的生理代谢将具有臭味的物质转化为简单的无机物（CO2，水等）及细胞组成物质，从而达到除臭的目的。生物法以其安全、高效、节能、环保、无二次污染而赢得人们的青睐，并得到了迅速发展。

4.生物除臭技术

4.1生物除臭原理

微生物除臭过程分为三个步骤：（1）臭气同水接触并溶解到水中，臭气中的有机物质由气相转移到液相（或固体表面液膜）中；（2）溶于水中的臭气通过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物吸收，不溶于水的臭气先附着在微生物体外，由微生物分泌的细胞外酶分解为可溶性物质，再渗入细胞。在液相（或固体表面生物层）中的臭气成分被微生物吸附、吸收，恶臭成分从水中转移至微生物内；（3）进入微生物细胞的恶臭成分作为营养物质被微生物所氧化分解和同化合成，产生的代谢产物一部分溶入液相，一部分作为细胞物质或细胞代谢能源，还有一部分（如CO2）则析出到空气中。臭气通过上述过程不断减少，从而使污染物得以去除，得到净化。

4.2生物除臭技术方法

目前国内外采用生物法处理臭气的方法主要有土壤法、改良式土壤法、生物滤池、生物滴滤床、生物法复合除臭。

4.2.1土壤法除臭技术

土壤处理法是利用土壤中的有机质及矿物质将臭气吸附、浓缩到土壤中，然后利用土壤中的微生物将其降解的方法。由穿孔管构成的空气分布系统位于生物土壤底部，收集的臭气经风机进入穿孔管，然后缓慢的在土壤介质中扩散，向上穿过土壤介质，并暂时的吸附在载

体表面或吸附在微生物表面，或吸附在薄膜水层中，然后臭气被微生物吸收，参与微生物代谢，臭气被转化成CO2和H2O。土壤扩散层由粗、细石子及黄沙组成，可以使臭气均匀分布。土壤法具有设备简单，运行费用低，维护操作方便，不需添加任何药剂，更不产生二次污染的优点；但土壤滤层使用一段时间后会板结，阻力会逐渐增大，需定期翻新。

4.2.2改良式土壤除臭技术

改良性土壤法保留了土壤法的优点，吸收了生物滴滤法的工程经验，对原有风阻大，透气性差，设备功率高等缺点加以改进。改良性土壤法使用复合填料来代替天然的砂卵石填料，其目的是为了增强土壤滤床填料的表比面积，增加透气效果，改善微生物生长环境和繁殖空间，从而提高除臭效率，确保了整个系统的除臭高效、长期的运行。

改良性土壤法最上方是20cm的活性土壤，并植上草皮，此一单元不仅能够进一步处理恶臭物质，保证了整个除臭系统的除臭效果，还可以美化环境。缺点与土壤法一样，占地面积较大，易受地下水及冬天低气温的影响，不适于多暴雨多雪地区。

4.2.3生物滤池除臭技术

生物滤池工艺将人工筛选的特种微生物菌群固定于生物载体上，当污染气体经过生物载体表面初期，可从污染气体中获得营养源的那些微生物菌群，在适宜的温度、湿度、pH值等条件下，将会得到快速生长、繁殖，并在载体表面形成生物膜，污染气体中的有毒有害成分接触生物膜时，被相应的微生物菌群捕获并消化掉，从而使有毒有害污染物得到去除。收集的臭气先经过加湿处理，再通过长满微生物的、湿润多孔的生物滤层，臭气物质被填料吸收，然后被微生物分解成二氧化碳和其它无机物，从而达到除臭目的。

生物降解的反应机理如下：

微生物

异（臭）味污染物 + O2 ————→ 细胞物质 + CO2 + H2O

生物滤池法工艺流程为：

臭气收集→风管输送→抽风机→预洗池加湿→生物滤池→排气

滤池填料可采用海绵、干树皮、干草、木渣、贝壳、果壳及其混合物等，在使用前，需接种一定量的专性微生物菌种。微生物是以种群形式存在，多种微生物共居在一个环境中，微生物的特性既相似又相异，不同的污染物质在自然界都可以找到降解它的微生物，因此在一套装置里能同时处理净化多种污染物质。

生物滤池的优点是较经济，来自天然的富含有机成分的多孔渗水填料构造简单，操作方便；生物菌种将致臭污染物降解成二氧化碳和水，不产生二次污染。

生物滤池的最大缺点是填料为树皮、树枝及其它有机质，一般三至五年需更换一次填料,影响除臭效果（要重新培养驯化菌种）；处理效果受进气浓度影响，不太稳定，对于喷淋污水中有机物浓度有一定要求，系统维护运行也较困难；此外，生物滤池的占地面积也较大，冬季的保温也是一个较难解决的问题。

4.2.4 生物滴滤床除臭技术

生物滴滤装置由池体、生物滴滤床、营养液循环喷淋系统、参数控制系统等组成，其原理是利用附着在反应器内填料上的微生物，在新陈代谢过程中将废气中的污染物降解为简单的无机物和微生物细胞质的过程，代谢产物和老化的生物膜可被循环液及时转移，对处理污染物中含有恶臭气体（如硫化氢、氨等）的效果显著。其中，含硫恶臭污染物中的硫转化为环境中稳定的硫酸盐；含氮污染物中的氮转化为环境中稳定的硝酸盐或氮气。

其反应式为：

细胞物质微生物含硫有机或无机化合物+++???→?+-24222SO O H CO O

细胞物质微生物有机化合物或含+++???→?+-32223NO O H CO O N NH

生物滴滤床定期投加富含N 、P 及其他微量元素的营养液，以满足微生物代谢活动；营养液定期更换，废液进入污水厂好氧池，最后处理达标后排放，因其产生量少，污染负荷低，对污水处理系统影响很小。

生物滴滤床吸收了生物滤池的优点，填料由不易腐烂，有利于微生物的生长和挂膜的人工滤料构成。填料具有较大的空隙率和较强的吸附能力，在生物滴滤床的使用周期中无需更换填料；生物滴滤床技术加大了填料上挂膜菌群的单位数量，提高了微生物的降解能力，减少了气体在生物填料中的停留时间，生物滴滤床的占地面积也可大大减小；生物滴滤床设备可做成一整体装置，无需现场拼装，减少了现场安装调试时间；生物滴滤床技术可针对污水处理厂恶臭气体的具体成份及种类，先期筛选出高效的脱臭菌，除臭设备在出厂前可对填料进行预挂膜，并在现场实际运行的模式下进行二次驯化，以增强微生物对污染物的降解能力；此外填料的压损较小，可降低配套风机的功率，减少运行成本。

4.2.5 生物法复合除臭技术

生物法复合除臭处理工艺是贝卡特公司生物除臭的一个特色，将生物滤池工艺和生物滴滤床工艺有机的结合在一起，充分发挥各自的特点，通过多级生物处理，对不同的致臭物质分别进行处理，确保最终达标排放。它具有处理范围广、除臭效率高、抗冲击负荷能力强、使用寿命长等特点，在二次启用时，能再很短的时间内迅速恢复到最佳状态。

恶臭气体通过臭气收集系统进入复合生物除臭设备，首先进入一级生物处理段，臭气通过湿润、多孔和充满活性微生物的滤层，利用微生物细胞对恶臭物质的吸附、吸收和降解功能，微生物的细胞个体小、表面积大、吸附性强、代谢类型多样的特点，将恶臭物质吸附后分解成CO2、H2O、H2SO4、HNO3等简单无机物，硫酸、硝酸等进一步被硫杆菌、硝酸菌分解、氧化成无害物质。经过生物一级处理之后，绝大部分的恶臭成分均已被生物菌群消耗掉了，还有部分较难氧化分解的臭气成分再进入二级生物处理段，该段配置了专用的复合滤料，一方面对残留臭气成分进行深度处理，另一方面，将废气中的水汽截留下来，避免系统中水分的散失，降低运行费用。

4.3生物除臭技术的核心

4.3.1菌种

恶臭物质的生物降解取决于生物菌种的优劣，可见菌种的筛选、微生物的挂膜与驯化是生物除臭的核心技术。

贝卡特环境系统公司通过海内外近百个生物除臭工程项目的实施和运行，现形成了自己独创的菌种培养技术，短时间内能培养出高效的脱臭菌群，不同的菌种能互相搭配，保证生物处理的质量和效率。

微生物适宜的环境不尽相同，通过滤料的分级配置，给微生物提供不同的环境，培育出有针对性的生物菌群，充分发挥各自的功效。该方法在实际项目中使用，效果良好，恶臭成分处理更彻底。

4.3.2布气系统

布气系统的好坏直接影响到生物滤料的利用率和气体在滤料中的停留时间。贝卡特拥有多项专有技术，用于布气和支撑滤料的布气板采用进口高密度聚乙烯(HDPE)材料，耐腐蚀性好，结构独特，强度高，负载能力达到139.1t/m2，使用时可快速模块化组合，在为各种不同的滤池滤料提供布气的时候，能够保证最小的压力损失，通过固体物料的流速可达到0.28m/s。能有效的提高布气均匀性，降低阻力损失，增大气体停留时间，提高滤料的处理效率，保证除臭效果。

5.结论

生物除臭技术具有其他方法无法相比的优越性，如除臭效率高、污染少、所需设备简单、容易操作等，各国对其的重视程度也在逐年增加，并且在西方发达国家得到广泛的应用。在我国，各国的生物除臭技术也相继得到推广和应用，贝卡特生物法复合除臭技术把当今生物除臭技术的优势充分体现出来了，已成为目前生物除臭的主流技术。如何使最新的生物除臭

技术本土化，如何分离与筛选出更高效的生物除臭菌株，如何高效的处理高浓度的、复杂的混合气体，将是我们今后的研究方向，使微生物除臭技术能够得到更快更好的发展。

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