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生物法净化含硫恶臭气体的研究1前言2微生物法脱除H2S的原理3生物法脱除气体H2S的工艺4生物法脱硫主要影响因素5结论1前言1．1课题的背景与意义1．2国内外恶臭处理常用的方法1．3生物净化含硫恶臭气体的研究状况1.4生物法脱臭的主要特点1．1课题的背景与意义恶臭污染物（odorpollutants）：指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生活环境的气体物质。属于感觉公害的范畴。恶臭气体从其组成可分为五类：1)含硫的化合物，如H2S、硫醇类、硫醚类；2)含氮的化合物，如胺类、酰胺、吲哚类；3)卤素及衍生物，如氯气、卤代烃；4)烃类，如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃；5)含氧的有机物，如醇、酚、醛、酮、有机酸等。其中无机物有H2S、NH3等，绝大多数恶臭气体为有机物质。恶臭物质的来源：（1）天然的动植物体在生态环境循环系统的自然腐败过程；（2）工厂加工生产过程中产生、释放的恶臭气体。恶臭污染具有恶臭污染和有害气体污染的两重性。在日本的公害诉讼中，恶臭是在七种典型公害（大气污染、水污染、土壤污染、噪音污染、振动污染、地面污染、恶臭污染）中仅次于噪音污染而居于第二位。美国许多专家指出，对于恶臭不必说哪种有害哪种无害，单单是其存在就构成了公害。1．2国内外恶臭处理常用的方法常用的方法有6种，即：吸收法，也叫洗涤法；吸附法；燃烧法；化学氧化法；冷凝法；生物脱臭法。吸收法虽然净化效率较高，但动力消耗大，投资运行费用高，控制条件苛刻，产生二次污染等问题；吸附法具有工艺简单，净化效率高的特点，但活性炭价格昂贵，而且再生过程又存在许多技术问题；燃烧法需耗费燃料，使成本增加；氧化法和冷凝法存在处理不完全等缺点。而生物脱臭法不需要再生过程和其它高温处理，其处理设备简单，费用低，并可达到无害化。1．3生物净化含硫恶臭气体的研究状况恶臭物质的种类很多，其中硫化物占大多数。H2S不仅危害人体健康，而且还会严重地腐蚀设备与器材。即使在浓度很低时，它对环境与健康的危害也是显而易见的。因此，就H2S的来源及危害来看，以H2S作为研究对象是具有代表性的。传统的H2S处理方法，主要是物理、化学的吸附和吸收法，设备复杂、费用高。国内外的专家认为利用效率高、费用低的生物脱臭技术是顺应时代要求的最优技术。1.4生物法脱臭的主要特点（1）费用低。（2）设备简单、维护管理方便。（3）减少甚至无二次污染问题。微生物分解恶臭物质的速度快、效率高、稳定。（4）生物膜固着生长，生态条件稳定，单位体积内生物量大，高密度的微生物群具有较高的微生物吸附和生物氧化的能力，因而对外界负荷、毒物冲击的抵抗力强。（5）可与废水处理一并进行。2微生物法脱除H2S的原理2.1生物法脱除H2S反应的机理探讨2.2用于生物降解H2S的微生物2.3无机硫的氧化及其途径2.1生物法脱除H2S反应的机理探讨生物降解H2S的过程可以归纳为以下几个步骤进行：（1）H2S气体与水接触，溶于水，由气相转移至液相，此阶段反应遵循亨利定律。（2）溶于水的H2S被微生物吸附或吸收在生物体内，当溶液流经填料表面时，溶解在水中的H2S被栖息在填料上的生物所吸附，由液相转移到生物相，此阶段遵循一般生物化学反应速度。（3）H2S被微生物氧化分解，在转化过程中产生能量，为微生物的生长与繁殖提供了能源，使H2S的转化持续进行。其中，H2S部分转化成为硫磺颗粒，另一部分转化为硫酸盐溶于喷淋水中，此过程遵循能量守恒定律。2.2用于生物降解H2S的微生物在微生物氧化H2S的过程中，用于生物降解的微生物叫脱硫菌，又称为硫细菌，有自养菌、异养菌两大类，其中自养菌合成有机物能力强，有利于无机物的转化。据文献报道[77]，分解硫及硫化物的细菌有多种，其中以氧化硫和硫化物获得能源的细菌主要是硫杆菌属和硫磺菌属。在脱臭过程中，因空压机抽吸尾气，所以菌种以好氧菌属较多，并且在反应中不断产生H2SO4，使溶液pH值下降，（因液体是循环使用的）最终将以适宜在酸性条件下生长的氧化硫硫杆菌（T.thiooxidans）（最适pH=2.0～3.5、pH=1-1.5仍可生长）居多；同时，H2S不足时，新型硫杆菌和中间型硫杆菌占多数；而当填料积累硫粒过多时，硫磺细菌将氧化硫粒为H2SO4，从而获得能量。2.3无机硫的氧化及其途径目前关于硫化物的氧化主要有两种看法：（1）认为硫的氧化过程是经过一系列的多硫酸盐中间体，主要是连四硫酸盐的积累，然后再转变成硫酸盐，其反应如下：4S2-→2S2O32-→S4O62-→SO32-+S3O62-→4SO32-→4SO42-当硫被氧化到亚硫酸盐的速率低于硫代硫酸盐的分解速率时，就以单质硫的形式被排到细胞外面；当硫代硫酸盐的分解被阻，细胞获得能量，将其氧化到连四硫酸盐，一旦硫代硫酸盐被分解，亚硫酸盐就会抑制硫代硫酸盐氧化酶。亚硫酸盐被氧化到硫酸盐的两种途径：一是直接氧化到硫酸盐，另一条是通过中间产物APS（腺苷—5—磷酰硫酸盐）转化到硫酸盐。（2）认为在硫的氧化过程中，没有多硫酸盐的中间载体，氧化的第一个产物是亚硫酸盐，然后是亚硫酸盐再被氧化为硫酸盐。反应如下：H2S+NAD→S+NADH2S积累在细胞内S→SO32-→SO42-即：2H2S+O2→2S+2H2O+能量2S+3O2+2H2O→2H2SO4+能量二者合并为：H2S+2O2→H2SO4+能量在反应中产生的能量，作为新细胞合成的能源，这样使反应循环往复。在生物氧化H2S的过程中，气相中的溶解氧也不断进入水膜，传到生物膜，供微生物呼吸及分解H2S。3生物法脱除气体H2S的工艺3.1生物法脱除气体H2S的工艺流程3.2填料的选择3.3微生物的培养、挂膜和驯化3.4分析方法至大气至下水道进气图1生物法净化工艺示意图1.循环水槽2.恒流泵3.布气板4.填料5.法兰盘6.喷淋头7.出气采样点8.出气洗涤槽3.2填料的选择填料作为微生物的附着物，在整体处理系统中起着重要的作用。从理论上讲，它的总表面积越大，即生物可附着的面积越大，微生物的数量就越多，生物反应器的去除效率就越高。同时，填料还要有相当的空隙度，空隙度越高，在同体积的反应器中，当处理量一定时，实际停留时间越长，反应器的容积利用系数越高。另外，高空隙对防止滤池堵塞、防止产生短流均有好处，又有利于微生物的新陈代谢，气体与喷洒水量既能通畅流动，又能充分接触。因此，填料的粒径与强度均要适宜，既不能过大也不能过小。通过比较，本试验生物滤池采用软性弹性填料和多孔陶粒填料。3.3微生物的培养、挂膜和驯化微生物的培养生物滤池的接种污泥取自石家庄市桥西污水处理厂曝气池性能良好的混合液，然后投加适当比例的营养成份（葡萄糖、尿素、K2HPO4、MgSO4、CaCl2、FeSO4）。营养物质对细菌起着如下两个方面的作用：一是在细菌进行新陈代谢过程中提供所需要的能量；二是能够合成为菌体的本身成分。同时每日曝气，并每天停曝1小时，等混合液静置后，去掉部分上清液，再补充营养，继续曝气。经过3天的强化培养，混合液的悬浮物浓度MLSS已达到4000mg/L。同时每日进行显微镜观察，此时有少量钟虫、轮虫出现，这表明污泥培养已成熟。生物膜的挂膜生物膜挂膜采用排泥挂膜法，即将培养好的活性污泥注入生物滤床中，静置6～8小时，使污泥与载体接触起到接种微生物的作用，之后全部排放掉，再连续进不含污泥的污水，并逐渐加大进水量。利用排泥法挂膜，它优于传统的循环法。接种污泥加入滤床后，少量污泥载留附在载体表面，这些固着态微生物将摄取废水中的营养物，进行降解代谢有机物的生命活动，并在载体表面生长、繁殖，逐渐形成薄的胶质粘膜，随着时间的增加，微生物不断增长，进而形成成熟的生物膜。影响生物膜附着性的因素除了载体（填料）的外观形状，还与载体的表面粗糙度、亲水性等有关。微生物的驯化驯化是基于细菌遗传与变异的原理。驯化工作是让微生物获取一个适应性变异的过程，即改变微生物的生存条件，而使其逐渐适应变化后的环境。这包括两个方面，一是使不适应所处理对象的微生物逐渐被淘汰；二是使能适应环境的微生物得到发展和繁殖。实验所采用的方法就是改变环境条件，利用在喷淋水中投加Na2S和直接通入H2S气体的方法进行驯化。硫化物的存在一方面刺激了硫细菌的生长，另一方面淘汰了不能利用和处理硫化物的菌种。3.4分析方法（1）H2S检测方法：乙酸锌溶液吸收，碘滴定法；（2）SO42-浓度分析：铬酸钡光度法，用722分光光度计；（3）COD：重铬酸钾法，GB11914-87；（4）S2-浓度分析：碘量法；（5）pH值：pHS—2C型精密酸度计；（6）MLSS：重量法，GB11901-89；（7）生物相：显微镜观察。4生物法脱硫主要影响因素4．1生物滤池容积负荷对除臭效率的影响4．2进气浓度对脱硫效率的影响4．3空间速度与去除效率的关系4．4喷淋水量对脱硫效率影响4．5pH值对脱臭效率的影响4．6循环水中SO42-浓度对除臭效率的影响4．7填料性能对脱臭效率的影响4.8生物滤池对冲击负荷忍受能力的研究010002000300040005000050010001500Cin/mg.m-3LorR/g-H2S.m-3.d-1容积负荷去除速率Cin与生物滤池容积负荷L及去除速率R的关系5结论1、生物滤池脱硫，用普通曝气池的活性污泥接种、排泥法挂膜、低负荷条件下直通气流驯化获得成功。尤其利用排泥法挂膜具有速度快、效果好的特点。生物膜培养驯化期短，培养出高选择性生物脱硫杆菌，并观察到菌相结构，脱硫效率达到95%，操作方便。生物滤池易启动。2、本研究采用弹性软性填料和陶粒为填料，取材方便、与国外应用木炭、多孔质填料等生物过滤装置相比较，价格低廉，在中低负荷条件下，性能优良，具有开发价值。3、本研究确定了生物滤池处理H2S恶臭气体的最佳工艺运行条件。如：滤池的容积负荷、进气浓度、空间速度、循环水喷淋量、温度及pH值。4、生物滤池运行中，循环液的pH值下降、SO42-浓度增多，但通过试验观察到SO4-2对滤池除臭效率影响很小。但在实际应用中，考虑到恶臭气体中的其它组成在酸性条件下的转化效率，以及防腐问题，可适当加NaOH中和。营养盐的含量要根据气体性质、进行条件来确定。同时填料含水率越高，生物活性也好，滤池的去除效率也越高。5、生物滤池处理H2S系统具有较强的抗击冲击负荷的能力。6、方程符合一级生物动力学反应方程，硫化氢去除效率其数学模型为η=1－exp(-K/L)。经验证，在一定条件下与实际运行结果相吻合。