论文部分内容阅读
摘 要：目前市面上恶臭污染物的控制方式有多種多样，例如生物除臭、植物液除臭和离子除臭技术等。从前期投资、运行成本、处理效果、运行稳定性、维护管理、技术成熟度等几個方面综合考虑，生物除臭有着明显的优势，而其中生物滴滤池工艺广受用户的青睐。
关键词：生物滴滤池；除臭工艺；数学模型
污水厂、污水泵站等市政行业实际运行过程中产生对人体损害较大污染物主要有硫化氢、氨气和臭气浓度（无量纲）等，本文将着重对生物滴滤池工艺的特性和模型研究展开剖析和描述。
一、生物除臭技术概述
生物除臭主要是通过专门培养在生物填料上的高效微生物菌株形成的生物膜，一方面以废气中的污染物为养料，进行生长繁殖；另一方面将废气中的有毒、有害恶臭物质分解，降解成无毒无害的 CO2，H2O，H2SO4，HNO3等简单无机物，以达到恶臭的治理目的。
目前生物恶臭治理技术主要有由土壤脱臭法和填充塔型生物脱臭法。其中填充塔型生物脱臭反应器可分为生物滤池、生物滴滤池和生物洗涤器：生物滤池填料采用树叶、树皮、木屑、土壤、泥炭等，恶臭气体需进行预湿化，占地面积大；生物滴滤池填料采用多孔、比表面积大的无机惰性填料，富集的微生物量多，占地面积小；生物洗涤器主要是将恶臭物质吸收、转换成液相后再脱臭处理。
二、生物滴滤池除臭技术原理
恶臭物质无法直接被微生物利用或者消解，需先溶解于液相并通过液相传播，促使恶臭物质被微生物吸附、吸收，最后通过微生物的新陈代谢活动进行能源以及营养物质的转化和分解，从而形成无害的化合物质。生物滴滤池的进气方式可分为水气逆流、并流两种，填料层的厚度一般约为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。
微生物菌种经接种、驯化后，利用溶解于液相中的污染物进行代谢繁殖，并附着于填料表面，形成微生物膜。挂膜后，当气相主体的污染物和氧气经过传输进入微生物膜时，微生物进行好氧呼吸，将污染物分解，其代谢产物则通过扩散作用外排。
生物滴滤池采用表面系数较低的无机惰性填料作为微生物载体，这就为气体通过提供了大量的空间，使气体通过填料时的压力损失小，同时也避免了由微生物生长和生物膜疏松引起的空间堵塞现象。常用的填料有：丝网、ACOF、炉渣、浮石、海藻石、鲍尔环、拉西环、钢环、陶粒、沸石、瓷环、轻质陶块、多面空心塑料小球、塑料填料、颗粒活性炭、碳素纤维等。
从上图可知，生物脱臭工艺主要是通过三相交汇、传播、转换等方式达到消除恶臭物质的处理过程。例如甲苯的浓度在 500～1000mg/m3以下的时候所产生的反应被称之为一级反应，实现对生物膜表面当中的某一反应面进行反应；若其中产生的生化反应速率较快时，可实现在气液中直接处理。当液相中的浓度产生降解作用时，气相转入液相的能力也随之增加，吸收速率也快速增加，最终实现生物快速脱臭。恶臭气体成分不同，微生物种类不同，分解代谢的产物也不一样。例如生物底滤工艺处理H2S，流程如下：
H2S+O2+自氧硫化细菌+CO2→合成细胞物质+SO42-+H2O+CH3SH→CH4+H2S→CO2+H2O+ SO42-
专性的自养型硫氧化菌会在一定条件下将H2S氧化成硫酸根；当恶臭气体为甲硫醇等有机硫时，首先需要异养型微生物将有机硫转化成H2S，然后再由自养型微生物氧化成硫酸根；当恶臭气体为NH3时，在有氧条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的硝化作用转化为硝酸，在兼性厌氧的条件下，硝酸盐还原细菌将硝酸盐还原为氮气；当恶臭物质为胺类时，在有氧的条件下氧化成有机酸，再进一步氧化分解成二氧化碳和水。
三、生物滴滤池除臭技术模型研究
生物膜是一种典型的软凝聚态物质，代表了一种稳定的由微生物细胞组成的复杂混合物的微生态系统，细胞镶嵌在胞外聚合物基质中，并且附着在固体表面。通过构建出一系列的数学模型，直接利用这些生物膜模型可以更好地了解生物膜的结构和种群动力学，评价特定微生物种群的行为特性，阐明生物膜附着和解附的机理，研究生物膜中不同微生物群落的生态效应。生物膜数学模型可分为稳态生物膜模型和生物膜增长动力学模型。稳态生物膜模型研究前提假设条件为生物膜表面须光滑、厚度均一；具有均一细胞密度，且垂直膜厚方向分布均匀；生物膜质量传递方式为分子扩散，底物浓度仅在垂直膜厚方向上改变；除限制性底物外，其他营养物质均足量；不区分底物降解速率的快慢；不考虑捕食生物作用以及生物膜水流主体之间物质的相互作用等。
在本文当中，主要以生物滴滤池去除H2S的除臭技术为主要的研究对象，对载气和基质（H2S）的混合气体进行研究，在研究的过程当中，需要从滤池底部将气体送入，从而保证池内混合气体呈现出推流式流动的状态，在经过生物膜的填料净化之后就可以达到从顶部排出的效果。在进行降解的过程当中可以实现喷淋水自上而下均匀地流过生物膜表面，从而达到与混合气体充分接触的效果。
在这个过程当中，主要是呈现出了稳态运行的状态，其中在反应器内部的基质可以实现在气体自身当中的传播速率，保证其基质内部的浓度等一系列参数，其中的气体和生物膜之间的接触阻力方面也可以进行忽略不计，从而实现在界面处生物膜内的基质浓度呈现出平衡关系的状态当中。在进行模型的建立当中，如果生物膜的厚度δ远小于填料的直径，并且在气体的传播过程当中主要是以扩散的方式进行传播的，因此在基质自身的浓度较低的情况下，对于生物膜内部的基质消耗的速率就可以按照零级反应计算；在进行模型计算的过程当中，在密度方面是可以实现均匀的现象，因此在生物膜当中呈现出了稳态生物膜的现象。因此综上所述，进行生物膜内基质消耗速率方程为：
在进行实现生物滴滤池的降解过程当中，主要可以分为气相、液相、生物相三种形式，其中在进行降解消耗的过程当中由于温度所引起的变化可以忽略不计，因此可以将温度作为常量来进行研究。
在生物膜法中，污染物的去除是依靠生物膜的正常代谢活动和保持好氧层膜的生物活性来实现的，因此底物及溶解氧与生物膜接触并扩散到生物膜中试摆正生物膜发挥生物氧化作用的前提条件。
结语：综上所述，去除恶臭是进行环境治理的一项重要的内容。在进行恶臭治理的过程当中需要充分的利用生物滴滤池的的运行，来有效的实现对氨气等污染物的去除，实现对气体当中的氨气浓度在生物作用的基础上进行效率的限制，达到对恶臭环境的相关治理，保证人们对于环境的最大需求。
参考文献：
[1]余光辉，徐晓军，何品晶等.复合生物滤池处理H2S和NH3的研究：生物相机理分析[J].环境科学研究，2007，20（2）：63-66.
[2]吕景.生物滴滤池除臭工艺特性及数学模型研究[D].上海师范大学，2008.
[3]郑理慎，吴艳娣，陈志平等.印染废水处理厂的生物除臭研究[J].中国给水排水，2013，29（1）：81-83
关键词：生物滴滤池；除臭工艺；数学模型
污水厂、污水泵站等市政行业实际运行过程中产生对人体损害较大污染物主要有硫化氢、氨气和臭气浓度（无量纲）等，本文将着重对生物滴滤池工艺的特性和模型研究展开剖析和描述。
一、生物除臭技术概述
生物除臭主要是通过专门培养在生物填料上的高效微生物菌株形成的生物膜，一方面以废气中的污染物为养料，进行生长繁殖；另一方面将废气中的有毒、有害恶臭物质分解，降解成无毒无害的 CO2，H2O，H2SO4，HNO3等简单无机物，以达到恶臭的治理目的。
目前生物恶臭治理技术主要有由土壤脱臭法和填充塔型生物脱臭法。其中填充塔型生物脱臭反应器可分为生物滤池、生物滴滤池和生物洗涤器：生物滤池填料采用树叶、树皮、木屑、土壤、泥炭等，恶臭气体需进行预湿化，占地面积大；生物滴滤池填料采用多孔、比表面积大的无机惰性填料，富集的微生物量多，占地面积小；生物洗涤器主要是将恶臭物质吸收、转换成液相后再脱臭处理。
二、生物滴滤池除臭技术原理
恶臭物质无法直接被微生物利用或者消解，需先溶解于液相并通过液相传播，促使恶臭物质被微生物吸附、吸收，最后通过微生物的新陈代谢活动进行能源以及营养物质的转化和分解，从而形成无害的化合物质。生物滴滤池的进气方式可分为水气逆流、并流两种，填料层的厚度一般约为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。
微生物菌种经接种、驯化后，利用溶解于液相中的污染物进行代谢繁殖，并附着于填料表面，形成微生物膜。挂膜后，当气相主体的污染物和氧气经过传输进入微生物膜时，微生物进行好氧呼吸，将污染物分解，其代谢产物则通过扩散作用外排。
生物滴滤池采用表面系数较低的无机惰性填料作为微生物载体，这就为气体通过提供了大量的空间，使气体通过填料时的压力损失小，同时也避免了由微生物生长和生物膜疏松引起的空间堵塞现象。常用的填料有：丝网、ACOF、炉渣、浮石、海藻石、鲍尔环、拉西环、钢环、陶粒、沸石、瓷环、轻质陶块、多面空心塑料小球、塑料填料、颗粒活性炭、碳素纤维等。
从上图可知，生物脱臭工艺主要是通过三相交汇、传播、转换等方式达到消除恶臭物质的处理过程。例如甲苯的浓度在 500～1000mg/m3以下的时候所产生的反应被称之为一级反应，实现对生物膜表面当中的某一反应面进行反应；若其中产生的生化反应速率较快时，可实现在气液中直接处理。当液相中的浓度产生降解作用时，气相转入液相的能力也随之增加，吸收速率也快速增加，最终实现生物快速脱臭。恶臭气体成分不同，微生物种类不同，分解代谢的产物也不一样。例如生物底滤工艺处理H2S，流程如下：
H2S+O2+自氧硫化细菌+CO2→合成细胞物质+SO42-+H2O+CH3SH→CH4+H2S→CO2+H2O+ SO42-
专性的自养型硫氧化菌会在一定条件下将H2S氧化成硫酸根；当恶臭气体为甲硫醇等有机硫时，首先需要异养型微生物将有机硫转化成H2S，然后再由自养型微生物氧化成硫酸根；当恶臭气体为NH3时，在有氧条件下，经亚硝酸细菌和硝酸细菌的硝化作用转化为硝酸，在兼性厌氧的条件下，硝酸盐还原细菌将硝酸盐还原为氮气；当恶臭物质为胺类时，在有氧的条件下氧化成有机酸，再进一步氧化分解成二氧化碳和水。
三、生物滴滤池除臭技术模型研究
生物膜是一种典型的软凝聚态物质，代表了一种稳定的由微生物细胞组成的复杂混合物的微生态系统，细胞镶嵌在胞外聚合物基质中，并且附着在固体表面。通过构建出一系列的数学模型，直接利用这些生物膜模型可以更好地了解生物膜的结构和种群动力学，评价特定微生物种群的行为特性，阐明生物膜附着和解附的机理，研究生物膜中不同微生物群落的生态效应。生物膜数学模型可分为稳态生物膜模型和生物膜增长动力学模型。稳态生物膜模型研究前提假设条件为生物膜表面须光滑、厚度均一；具有均一细胞密度，且垂直膜厚方向分布均匀；生物膜质量传递方式为分子扩散，底物浓度仅在垂直膜厚方向上改变；除限制性底物外，其他营养物质均足量；不区分底物降解速率的快慢；不考虑捕食生物作用以及生物膜水流主体之间物质的相互作用等。
在本文当中，主要以生物滴滤池去除H2S的除臭技术为主要的研究对象，对载气和基质（H2S）的混合气体进行研究，在研究的过程当中，需要从滤池底部将气体送入，从而保证池内混合气体呈现出推流式流动的状态，在经过生物膜的填料净化之后就可以达到从顶部排出的效果。在进行降解的过程当中可以实现喷淋水自上而下均匀地流过生物膜表面，从而达到与混合气体充分接触的效果。
在这个过程当中，主要是呈现出了稳态运行的状态，其中在反应器内部的基质可以实现在气体自身当中的传播速率，保证其基质内部的浓度等一系列参数，其中的气体和生物膜之间的接触阻力方面也可以进行忽略不计，从而实现在界面处生物膜内的基质浓度呈现出平衡关系的状态当中。在进行模型的建立当中，如果生物膜的厚度δ远小于填料的直径，并且在气体的传播过程当中主要是以扩散的方式进行传播的，因此在基质自身的浓度较低的情况下，对于生物膜内部的基质消耗的速率就可以按照零级反应计算；在进行模型计算的过程当中，在密度方面是可以实现均匀的现象，因此在生物膜当中呈现出了稳态生物膜的现象。因此综上所述，进行生物膜内基质消耗速率方程为：
在进行实现生物滴滤池的降解过程当中，主要可以分为气相、液相、生物相三种形式，其中在进行降解消耗的过程当中由于温度所引起的变化可以忽略不计，因此可以将温度作为常量来进行研究。
在生物膜法中，污染物的去除是依靠生物膜的正常代谢活动和保持好氧层膜的生物活性来实现的，因此底物及溶解氧与生物膜接触并扩散到生物膜中试摆正生物膜发挥生物氧化作用的前提条件。
结语：综上所述，去除恶臭是进行环境治理的一项重要的内容。在进行恶臭治理的过程当中需要充分的利用生物滴滤池的的运行，来有效的实现对氨气等污染物的去除，实现对气体当中的氨气浓度在生物作用的基础上进行效率的限制，达到对恶臭环境的相关治理，保证人们对于环境的最大需求。
参考文献：
[1]余光辉，徐晓军，何品晶等.复合生物滤池处理H2S和NH3的研究：生物相机理分析[J].环境科学研究，2007，20（2）：63-66.
[2]吕景.生物滴滤池除臭工艺特性及数学模型研究[D].上海师范大学，2008.
[3]郑理慎，吴艳娣，陈志平等.印染废水处理厂的生物除臭研究[J].中国给水排水，2013，29（1）：81-83