生物膜技术在污水处理中的技术发展
关键词：生物膜技术 除臭 恶臭 污染治理
随着社会经济的发展，城市化进程不断加速，其规模也日益扩大，就造成了可利用土地不断减少，并导致城市污水处理厂的位置越来越靠近居民生活区。近年来，各种除臭技术也都相继在研发、应用、进展当中，而生物除臭作为一种新型绿色环保技术以其经济，实效，操作性强的优点而得到大力推广。文章简要介绍利用生物膜技术脱除污水处理厂等臭气的研究进展。
一、污水处理厂气味的特征与危害
恶臭物质是指能引起嗅觉器官多种多样臭感的物质。在污水处理工艺过程中产生的气味物质主要由碳、氮和硫元素组成。只有少数的气味物质是无机化合物，例如：氨、膦和硫化氢;大多数气味物质是有机物，比如低分子脂肪酸、胺类、醛类、酮类、醚类、卤代烃以及脂肪族的、芳香族的、杂环的氮或硫化物。值得注意的是，这些物质都带有活性基团，容易发生化学反应，特别是被氧化。当活性基团被氧化后，气味就消失，生物除臭工艺就是基于这一原理。
城市污水中产生的恶臭分布广，影响大，对人体主要有呼吸系统、循环系统、消化系统、内分泌系统、神经系统、精神状态等几个方面危害。
二、生物除臭的基本原理
生物处理臭气的基本原理是利用微生物把溶解于水中的恶臭物质吸收于微生物自身体内，通过微生物的代谢活动使其降解的一种过程。被作用物最终被微生物分解为无机酸，形成不利于腐败微生物生活的酸性环境，并从根本上降解分解时产生恶臭气体的物质。
微生物除臭可分为三个过程：
1.恶臭气体的溶解过程，即由气相转移到液相;
2.水溶液中恶臭成分被微生物吸附吸收，即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，而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;
3.进入微生物细胞的恶臭成分作为营养物质为微生物所分解、利用，使污染物得以去除。
三、生物除臭的主要方法
根据微生物在除臭作用中的存在形式，处理方法主要分为生物过滤法和生物吸收法，生物膜除臭技术正是结合了这两种方法，可以有效的去除污水处理厂等恶臭物质。
1.生物过滤法
生物过滤法除臭是目前研究最多、工艺最成熟、应用最广泛的生物除臭方法。该除臭法是在适宜条件下，使收集到的废气在通过长满微生物的填料，臭源物质先被填料吸收，然后被其上的微生物氧化分解为二氧化碳和水，由此臭味除去。
除臭过程中，固体载体上生长的微生物承担着物质转换的重要任务，微生物生长需要足够的有机养分，所以固体载体中应含
有一定浓度的有机物质。同时，为保持微生物的活性，必须为其创造良好的生存环境，在操作过程中，应注意控制温度、湿度、pH、养份等指标。
2.生物吸收法
生物吸收法(也可称为生物洗涤法)多采用活性污泥的方法，先将恶臭成分转移到水中，然后，再将受污染的水进行微生物处理。按气液接触方式分为两种形式：曝气式和洗涤式。
曝气式与污水处理厂的生物曝气类似，只是用臭气代替空气注入活性污泥中，所用的设备通常是曝气罐，风量为0.1～1 mm/s。该方法适用各种不同的恶臭气体，效果较好，其去除率与污泥的浓度、pH、溶解氧(DO)、曝气强度有关。
洗涤法是利用微生物、营养物和水组成的微生物吸收液来处理废气，此法适合吸收可溶性气态物。吸收废气的微生物混合液再进行好氧处理，去除液体中吸收的污染物，经处理后的吸收液可以重复利用。在生物洗涤法中，微生物及其营养物配料存在于液体中，气体中的污染物通过与悬浮液接触后转移到液体中被微生物降解。
四、生物膜除臭技术的在污水处理厂等方面的应用
利用升流式厌氧污泥床反应器(UASB)能有效的去除蛋氨酸合成时甲硫基丙醇的恶臭，经两级串联的UASB处理后，其去除率达100%，而且使废水的恶臭消失。
利用改进型生物脱臭滴滤塔对硫化氢和氨气进行处理，考察了污水处理厂小试规模的改进型生物滴滤塔对NH3和H2S的脱臭效能及两者的相互影响，试验结果表明，该装置对H2S 和NH3去除效果较好，在循环液喷淋量为10L/s，气体流量为400L/s 的情况下，H2S容积负荷为68.2g/(m·h)时，去除率为99.2%;NH3容积负荷为10.53 g/(m·h)时，去除率达到99.5%。而H2S和NH3之间的相互作用对两者的去除效果没有明显的影响。同样，高质量浓度NH3对H2S 去除无影响，甚至高质量浓度H2S对NH3去除也无影响。
利用生物膜法处理恶臭气体H2S，他们采用PVC弹性立体填料进行了好氧生物法脱硫的研究，结果表明：生物挂膜速度快，驯化时问短，抗冲击自荷能力较强，在空速为100～200h-1，喷淋水量为1000～1500 L/(m·h)，H2S质量浓度<1200mg/m 时，脱硫率达90%以上。
针对污水处理场废气进行的生物滤池工艺开发、生物脱臭填料开发、H2S和NH3的处理效率以及工业化应用等。监测结果表明：开发的生物脱臭技术具有工艺简单、操作方便、成本低廉、无二次污染、处理效率高等特点，其中H2S处理效率最高可达到99%以上，NH3的处理效率可达到86%以上。
利用生物滴滤池中生物膜净化低浓度大 风量恶臭气体，他们采用内装塑料片、塑料丝、海绵块的中空鱼网状塑料球为填料的生物滴滤池，对某垃圾压缩站产生的低浓度大风量的含氨臭气进行了近1年的连续脱臭试验。研究了有关的净化效果与生物膜特性，在进口氨气浓度0.8～1.5mg/m3，风量8000m3/h，停留时间2.5s，氨气去除率为90%以上，达到国家一级排放水平。系统添加营养液时净化效果从75%提高到90%。
利用生物滴滤器处理味精厂挥发性恶臭的废气，报道了采用以沸石为填料的生物滴滤器净化处理味精厂内挥发性恶臭废气的试验结果。在一定的试验条件下，当高强度恶臭废气的进气量<3m3/h时，系统除臭效果显著，此外，研究表明，在净化氨氮臭气取得良好效果的生物膜基础之上，加入特定菌液能较快地培养出适宜处理味精厂内恶臭废气的微生物种群，且能获得满意的净化效果。
采用生物滴滤塔进行了恶臭气体恶臭成分脱除试验，探讨了填料层高度、营养液喷淋量和停留时间对恶臭成分的脱除影响。结果表明，优化工艺条件为：填料层高度500mm，喷淋量为20L/h，停留时间40s。并在此
条件下进行了连续运行试验，取得了良好效果。
五、生物除臭新技术
1.研制新的填充材料
生物除臭法装置中的充填材料最初都是采用一些天然材料或经适当加工处理后的天然材料如土壤、泥炭土、沸石、锯末等。
尽管这些材料具有价格便宜、材料易得等优点，但是大都存在着占地面积大、保水性不强、pH缓冲性能小、不适于微生物大量着生和不宜商品化等缺点。为了克服上述缺点，许多研究人员努力开发那些适宜微生物大量着生、吸附性强、保水性强、自身不易分解等兼具各种优点的特殊材料。至目前为止已相继开发出了多种新材料，如利用天然沸石与活性炭进行特殊加工合成的材料、多孔质金属氧化物、泥炭纤维与塑料进行特殊加工合成的材料、PVA颗粒等特殊材料，这些新材料的开发成功，大大促进了除臭装置的商品化，同时也促使人们去开发更加新型的材料。
2.筛选高效除臭菌
微生物除臭法中最主要的作用是除臭微生物，筛选高效除臭菌不仅可以达到使恶臭物质分解速率提高的目的，同时也可使难生化降解的物质得到有效地去除。目前这方面的研究大多采用驯化的城市污水处理厂活性污泥进行处理。由于大多情况下由臭气源排放的臭气往往是一种复合臭气，即多种臭气的混合物，单一微生物很难将臭气全部除去，因此将这些微生物进行分离、培养后进行研究具有较大的科学意义。
3.微生物菌群除臭剂的研制
制备固定化微生物，如海藻酸钠包埋的固定化微生物对甲硫醇的去除率高达90 %;筛选出对生化性较差的恶臭物质具有特殊降解性能的高效广谱菌;寻找菌株的最佳组合，或存活容易、适应性强及遗传性稳定的优势菌株，如分解H2S的黄单胞菌DY44等;通过基因工程改造菌株，把许多降解特性组合在一起，培育超级除臭菌种。
六、结束语
治理污水厂等方面恶臭的工艺多种多样，由于地域环境不同，在设计过程中，应根据自身的实际情况选择合适的除臭工艺系统。由于微生物除臭技术具有其他方法无法相比的优越性，如工艺简单、操作方便、去除效果好等，有着广阔的应用前景。但是，受时间和技术方面的影响，因此还有许多需要解决的问题，如高效率除臭菌株的分离与筛选;高浓度的恶臭气体、复杂的混合气体的处理研究;设备的除臭率与工艺参数之间的关系等等，以上这些将是今后科研人员的研究重点，这些研究将为我国的微生物除臭技术实现更大的突破。
参考文献
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