生物滴濾池除臭工藝特性及數(shù)學模型研究

余姮蓉

摘 要：目前市面上惡臭污染物的控制方式有多種多樣，例如生物除臭、植物液除臭和離子除臭技術(shù)等。從前期投資、運行成本、處理效果、運行穩(wěn)定性、維護管理、技術(shù)成熟度等幾個方面綜合考慮，生物除臭有著明顯的優(yōu)勢，而其中生物滴濾池工藝廣受用戶的青睞。

關(guān)鍵詞：生物滴濾池；除臭工藝；數(shù)學模型

污水廠、污水泵站等市政行業(yè)實際運行過程中產(chǎn)生對人體損害較大污染物主要有硫化氫、氨氣和臭氣濃度（無量綱）等，本文將著重對生物滴濾池工藝的特性和模型研究展開剖析和描述。

一、生物除臭技術(shù)概述

生物除臭主要是通過專門培養(yǎng)在生物填料上的高效微生物菌株形成的生物膜，一方面以廢氣中的污染物為養(yǎng)料，進行生長繁殖；另一方面將廢氣中的有毒、有害惡臭物質(zhì)分解，降解成無毒無害的 CO2，H2O，H2SO4，HNO3等簡單無機物，以達到惡臭的治理目的。

目前生物惡臭治理技術(shù)主要有由土壤脫臭法和填充塔型生物脫臭法。其中填充塔型生物脫臭反應器可分為生物濾池、生物滴濾池和生物洗滌器：生物濾池填料采用樹葉、樹皮、木屑、土壤、泥炭等，惡臭氣體需進行預濕化，占地面積大；生物滴濾池填料采用多孔、比表面積大的無機惰性填料，富集的微生物量多，占地面積??；生物洗滌器主要是將惡臭物質(zhì)吸收、轉(zhuǎn)換成液相后再脫臭處理。

二、生物滴濾池除臭技術(shù)原理

惡臭物質(zhì)無法直接被微生物利用或者消解，需先溶解于液相并通過液相傳播，促使惡臭物質(zhì)被微生物吸附、吸收，最后通過微生物的新陳代謝活動進行能源以及營養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化和分解，從而形成無害的化合物質(zhì)。生物滴濾池的進氣方式可分為水氣逆流、并流兩種，填料層的厚度一般約為1.0～2.0m，可以為單級或多級，面積視處理氣體量和處理效果而定。

微生物菌種經(jīng)接種、馴化后，利用溶解于液相中的污染物進行代謝繁殖，并附著于填料表面，形成微生物膜。掛膜后，當氣相主體的污染物和氧氣經(jīng)過傳輸進入微生物膜時，微生物進行好氧呼吸，將污染物分解，其代謝產(chǎn)物則通過擴散作用外排。

生物滴濾池采用表面系數(shù)較低的無機惰性填料作為微生物載體，這就為氣體通過提供了大量的空間，使氣體通過填料時的壓力損失小，同時也避免了由微生物生長和生物膜疏松引起的空間堵塞現(xiàn)象。常用的填料有：絲網(wǎng)、ACOF、爐渣、浮石、海藻石、鮑爾環(huán)、拉西環(huán)、鋼環(huán)、陶粒、沸石、瓷環(huán)、輕質(zhì)陶塊、多面空心塑料小球、塑料填料、顆?；钚蕴俊⑻妓乩w維等。

從上圖可知，生物脫臭工藝主要是通過三相交匯、傳播、轉(zhuǎn)換等方式達到消除惡臭物質(zhì)的處理過程。例如甲苯的濃度在 500～1000mg/m3以下的時候所產(chǎn)生的反應被稱之為一級反應，實現(xiàn)對生物膜表面當中的某一反應面進行反應；若其中產(chǎn)生的生化反應速率較快時，可實現(xiàn)在氣液中直接處理。當液相中的濃度產(chǎn)生降解作用時，氣相轉(zhuǎn)入液相的能力也隨之增加，吸收速率也快速增加，最終實現(xiàn)生物快速脫臭。惡臭氣體成分不同，微生物種類不同，分解代謝的產(chǎn)物也不一樣。例如生物底濾工藝處理H2S，流程如下：

H2S+O2+自氧硫化細菌+CO2→合成細胞物質(zhì)+SO42-+H2O+CH3SH→CH4+H2S→CO2+H2O+ SO42-

專性的自養(yǎng)型硫氧化菌會在一定條件下將H2S氧化成硫酸根；當惡臭氣體為甲硫醇等有機硫時，首先需要異養(yǎng)型微生物將有機硫轉(zhuǎn)化成H2S，然后再由自養(yǎng)型微生物氧化成硫酸根；當惡臭氣體為NH3時，在有氧條件下，經(jīng)亞硝酸細菌和硝酸細菌的硝化作用轉(zhuǎn)化為硝酸，在兼性厭氧的條件下，硝酸鹽還原細菌將硝酸鹽還原為氮氣；當惡臭物質(zhì)為胺類時，在有氧的條件下氧化成有機酸，再進一步氧化分解成二氧化碳和水。

三、生物滴濾池除臭技術(shù)模型研究

生物膜是一種典型的軟凝聚態(tài)物質(zhì)，代表了一種穩(wěn)定的由微生物細胞組成的復雜混合物的微生態(tài)系統(tǒng)，細胞鑲嵌在胞外聚合物基質(zhì)中，并且附著在固體表面。通過構(gòu)建出一系列的數(shù)學模型，直接利用這些生物膜模型可以更好地了解生物膜的結(jié)構(gòu)和種群動力學，評價特定微生物種群的行為特性，闡明生物膜附著和解附的機理，研究生物膜中不同微生物群落的生態(tài)效應。生物膜數(shù)學模型可分為穩(wěn)態(tài)生物膜模型和生物膜增長動力學模型。穩(wěn)態(tài)生物膜模型研究前提假設條件為生物膜表面須光滑、厚度均一；具有均一細胞密度，且垂直膜厚方向分布均勻；生物膜質(zhì)量傳遞方式為分子擴散，底物濃度僅在垂直膜厚方向上改變；除限制性底物外，其他營養(yǎng)物質(zhì)均足量；不區(qū)分底物降解速率的快慢；不考慮捕食生物作用以及生物膜水流主體之間物質(zhì)的相互作用等。

在本文當中，主要以生物滴濾池去除H2S的除臭技術(shù)為主要的研究對象，對載氣和基質(zhì)（H2S）的混合氣體進行研究，在研究的過程當中，需要從濾池底部將氣體送入，從而保證池內(nèi)混合氣體呈現(xiàn)出推流式流動的狀態(tài)，在經(jīng)過生物膜的填料凈化之后就可以達到從頂部排出的效果。在進行降解的過程當中可以實現(xiàn)噴淋水自上而下均勻地流過生物膜表面，從而達到與混合氣體充分接觸的效果。

在這個過程當中，主要是呈現(xiàn)出了穩(wěn)態(tài)運行的狀態(tài)，其中在反應器內(nèi)部的基質(zhì)可以實現(xiàn)在氣體自身當中的傳播速率，保證其基質(zhì)內(nèi)部的濃度等一系列參數(shù)，其中的氣體和生物膜之間的接觸阻力方面也可以進行忽略不計，從而實現(xiàn)在界面處生物膜內(nèi)的基質(zhì)濃度呈現(xiàn)出平衡關(guān)系的狀態(tài)當中。在進行模型的建立當中，如果生物膜的厚度δ遠小于填料的直徑，并且在氣體的傳播過程當中主要是以擴散的方式進行傳播的，因此在基質(zhì)自身的濃度較低的情況下，對于生物膜內(nèi)部的基質(zhì)消耗的速率就可以按照零級反應計算；在進行模型計算的過程當中，在密度方面是可以實現(xiàn)均勻的現(xiàn)象，因此在生物膜當中呈現(xiàn)出了穩(wěn)態(tài)生物膜的現(xiàn)象。因此綜上所述，進行生物膜內(nèi)基質(zhì)消耗速率方程為：

在進行實現(xiàn)生物滴濾池的降解過程當中，主要可以分為氣相、液相、生物相三種形式，其中在進行降解消耗的過程當中由于溫度所引起的變化可以忽略不計，因此可以將溫度作為常量來進行研究。

在生物膜法中，污染物的去除是依靠生物膜的正常代謝活動和保持好氧層膜的生物活性來實現(xiàn)的，因此底物及溶解氧與生物膜接觸并擴散到生物膜中試擺正生物膜發(fā)揮生物氧化作用的前提條件。

結(jié)語：綜上所述，去除惡臭是進行環(huán)境治理的一項重要的內(nèi)容。在進行惡臭治理的過程當中需要充分的利用生物滴濾池的的運行，來有效的實現(xiàn)對氨氣等污染物的去除，實現(xiàn)對氣體當中的氨氣濃度在生物作用的基礎上進行效率的限制，達到對惡臭環(huán)境的相關(guān)治理，保證人們對于環(huán)境的最大需求。

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