专利名称：一种恶臭气体的脱除方法
技术领域：
本发明涉及恶臭气体的微生物代谢脱臭工艺，尤其是将气体之中的致臭物质通过微生物代谢去除，使气体达到无臭的方法。
城市排水、垃圾与粪便处理、生物体加工等市政与工业领域的生产过程中会产生含致臭物质的气体，这就是所谓的恶臭污染。恶臭不仅是一种感觉污染，而且，由于致臭物质通常对人体具有毒害性，所以实际上是一种危害人体健康的污染物质。
对各种来源的恶臭气体中所含的致臭物质调查表明最普遍的恶臭物质分别是硫系和氮系两个系列。其中硫系包括硫化氢(H2S)、甲硫醇(CH3SH)、甲硫醚((CH3)2S)、二甲二硫醚((CH3)2S2)；氮系包括氨(NH3)、三甲胺((NH2)3C)。进一步的恶臭分担占有率分析表明，在大部分的市政源(城市排水泵站、城市污水处理厂、垃圾与粪便中转站和处理场)恶臭中，硫化氢、甲硫醚和氨分担了95％～99％的恶臭强度，因此去除这些物质成为脱臭的主要任务。
至今为止，恶臭物质的去除有的采用物理机理的吸收，化学机理的燃烧、氧化、强碱性(pH)12)液体中和吸收和生物机理的微生物代谢等方法。其中生物代谢方法无论从经济上和二次代谢物的安全性方面均具有优势，是目前国外在市政源等恶臭净化中应用最广泛的方法。
Hansen，N..Odour’s biological Option.WQI，No.412～14，1998.公开了实现生物脱臭的两大类实用工艺形式生物过滤和生物洗涤。生物过滤又可分为生物滤池和生物滴滤床二种形式。生物过滤表面或内部生长有具恶臭物质代谢活性的微生物的填料床，当恶臭气体通过床层时，致臭物质与微生物接触被代谢为无臭物质，达到脱臭目的。生物滤池与生物滴滤床的区别在于前者的生物代谢环境(水分、生物养分)基本是填料自持型的；后者则通过对填料层规律性的液体喷淋来维持代谢环境。生物滤池由二个单元组成填料洗涤塔和生物反应池，其中生物反应池内活性代谢微生物悬浮生长于液相(通常是水相)中；液相由泵送喷淋于填料洗涤塔与通过塔的恶臭气体接触，致臭物质主要以传质形式由气相至液相，含致臭物质的液相回流至反应池内，致臭物质被微生物代谢，由此完成脱臭过程。
上述包括生物滤池和生物滴滤床二种形式的生物过滤及生物洗涤在内的生物脱臭工艺目前均有应用，共同的特点是只提供一种微生物代谢环境条件，即脱臭操作实质上是单级操作，尽管有些设备多级串联，但脱臭过程实质上是单级的。另外尽管有些设备多级串联，但控制的环境条件是一致的，所以与一级大容量设备并无本质差异，还是单级操作。而且，上述生物脱臭工艺实施中主要有下列缺陷体积去除负荷较低，以硫化物去除为指标，多在10～50(g-s/m3填料·h)的水平，使脱臭装置甚为庞大，影响了投资经济性；去除效果不够稳定，反映在对有机硫化物(甲硫醇、甲硫醚)的去除率较低(＜90％)。
本发明的目的是提供一种能提高硫化物去除容量，稳定有机硫化物去除效果，同时能去除氨和胺类致臭物质的生物脱臭工艺。
本发明的解决方案是根据对代谢硫化物微生物的机理研究发现的一类嗜酸性(最适pH1～3)的硫细菌具有对H2S最大的代谢容量(比嗜中性的硫细菌高一个数量级)，但不能代谢有机硫化物；同时也发现嗜中性硫细菌能代谢有机硫化物，但在硫化氢存在时，优先代谢硫化氢，而使对其他硫化物的代谢活性不稳定。这样就可以肯定对大部分含硫化物恶臭，由于其中硫化氢的含量比其他硫化物约高一个数量级，只提供一种代谢环境是不可能达到去除容量与去除效果的优化的。
本发明的技术方案是第一步，恶臭气体先通过pH控制在1～3的酸性反应器，利用嗜酸性硫细菌对硫化氢的大容量去除能力，完全去除气体中的硫化氢，同时气体中的氨和胺类(碱性气体)由化学吸收(中和反应)被去除；第二步，出酸性反应器的恶臭气体再进入pH为6～8中性反应器，利用嗜中性硫细菌去除有机硫化合物，最终达到恶臭气体脱除率大于96％以上的目的。
本发明有如下优点1.由于利用了酸性反应器内微生物上的嗜酸性硫细菌对硫化氢的大容量去除能力，使恶臭气体中总体的硫化物体积去除负荷可达120～180(g-s/m3反应器·h)，比现有方法提高了3倍左右，由此降低设备造价和体积，减少一次性投资。
2.通过第二步的嗜中性硫细菌去除有机硫化合物，在第一步嗜酸性硫细菌去除了几乎所有的硫化氢后，嗜中性硫细菌去除有机硫化物的活性不会再受干扰，从而保障了同时去除大部分恶臭源中所含的硫系恶臭物质，使脱臭有效性得到保证。
3.由于本发明的第一步酸性反应器中pH在1～3，由此形成了既能去除硫化氢，又能籍中和反应吸收去除碱性的氮系恶臭物质(氨和胺类致臭物)，使本发明的脱臭效果更完善。
4.用于由化学吸收去除氮系恶臭物质的酸度是来自硫化氢代谢的产物硫酸。既节省了去除氮系恶臭的物耗，也免去了后续部分中和的需要，具有清洁工艺和资源综合利用的特征。
图1为本发明的工艺流程示意图结合附图对本发明作详细描述，具体分如下三种实施例实施例1A.酸性反应器内嗜酸性硫细菌和中性反应器内嗜中性硫细菌微生物的培养驯化。
a.首先以城市污水厂剩余污泥与污水按1∶3～5混合，然后将其泵入装有建筑轻质陶粒、多孔塑料球或其他非金属填料的两个反应器中，循环3～5天，使填料表面生成一定厚度的生物膜；接着，用风机将含硫、氮系恶臭物的气体依次通入两个反应器，同时用新鲜的城市污水替代挂膜用的污泥与污水混合液喷淋填料，给生物膜上的微生物提供营养，也可以配置相应的营养液喷淋。
b.接下去是生物膜上的微生物的驯化将恶臭气体依次通入两个反应器，分别监视两个反应器进、出恶臭气体中硫化氢和有机硫化物如甲硫醇的浓度，以及循环喷淋液的pH值，第一个反应器由于先接触浓度高易降解的硫化氢，微生物首先将其代谢为硫酸根离子，从而该反应器内的循环液的pH渐渐下降直至达到1～3，连续2～4天保持pH1～3，完成驯化任务。而第二个反应器初期由于受第一个反应器对硫化氢去除率较低的影响而出现循环液的pH渐渐下降现象，当pH低于6时加Na2CO3溶液，使pH上升到8左右，随着酸性反应器对硫化氢的代谢能力的增强，进入第二个反应器的硫化氢的浓度将近似于零，而对有机硫化物的代谢能力将渐渐增强，连续15～20天保持pH6～8，完成驯化任务。
B.分两步去除恶臭气体的步骤第一步将恶臭气体用风机鼓入或引入酸性反应器，在代谢去除硫化氢同时又籍中和反应吸收去除了碱性的氮系恶臭物质后，从酸性反应器出来进入中性反应器，在该反应器内代谢去除有机硫化物。控制循环喷淋液pH就能保持稳定的去除容量，使恶臭气体的恶臭去除率＞96％。
实施例2A.微生物的培养a.先配制相同的两份以城市污水厂剩余污泥与城市污水按1∶5混合的混合液，然后在其中一份中将含有硫化氢的空气通入混合液内，并采用间歇补充城市新鲜污水作为给微生物的营养，检测混合液的pH在1～3范围内，气体中的硫化氢降低率大于98％后，维持运行5～10天，即完成嗜酸性微生物的培养过程。将混合液在离心机(分离因素≥1500，停留时间约3分钟)中浓缩待用。
b.在上述配制的另一份混合液中将含有有机硫化物甲硫醇的空气通入，采用投加Na2CO3溶液的方法，维持pH在6～8的范围，同时以每天排除1/5-1/10的混合液和补充城市新鲜污水来保持平稳。当进、出混合液的有机硫化物浓度降低率大于92％后，维持运行12～17天，完成嗜中性微生物的培养过程。按上述浓缩方法即获得代谢有机硫化物的浓缩微生物待用于制作微生物包埋球。
B.微生物包埋球制作a.分别将上述离心浓缩得到的两种微生物悬浮液，各加入按5克海藻酸钠或聚乙烯醇加95克水配制的凝胶水溶液，加入量按1∶2体积比加入混合。
b.用液体恒流泵(电磁泵、蠕动泵)吸取上述混合好的含微生物凝胶液，通过喷头(孔径在1.0～2.0毫米)喷入陈化液(如含5％CaCl2的水溶液)，陈化20～24小时制成含嗜酸性和嗜中性硫细菌的活性微生物的小球。
C.将上述两种小球作填料，分别装塔组成酸性反应器和中性反应器，并串联之。分两步去除恶臭气体的步骤第一步将恶臭气体用风机鼓入或引入酸性反应器，在代谢去除硫化氢同时又中和反应吸收去除了碱性的氮系恶臭物质后，从酸性反应器出来进入中性反应器，在该反应器内代谢去除有机硫化物。控制循环喷淋液的pH就能保持稳定的去除容量，使恶臭气体的恶臭去除率＞96％。
实施例3A.微生物驯化a.首先，准备两个串联连接的反应器，装填化工吸收填料，如非金属的拉西环、鲍尔环等。然后以城市污水厂剩余污泥与城市污水按1∶5混合均匀后，泵入上述两个反应器进行循环。接着将恶臭气体通过风机送入第一个反应器(鼓风或引风)，从第一个反应器出来再进入第二个反应器，分别检测两个反应器进、出气体中硫化氢和有机硫化物含量，及其混合液的pH值。
b.接着，第一个反应器由于先接触浓度高易降解的硫化氢，微生物首先将其代谢为硫酸根离子，从而该反应器内的循环液的pH渐渐下降直至达到1～3，连续2～4天保持pH1～3，完成驯化成酸性反应器。而第二个反应器初期由于受第一个反应器对硫化氢去除率较低的影响而出现循环液的pH渐渐下降现象，当pH低于6时加Na2CO3溶液，使pH上升到8左右，随着酸性反应器对硫化氢的代谢能力的增强，进入第二个反应器的硫化氢的浓度将近似于零，而对有机硫化物的代谢能力将渐渐增强，连续15～20天保持pH6～8，完成驯化成中性反应器任务。在酸性反应器内驯化的活性微生物是嗜酸性硫细菌群落，在中性反应器内驯化的活性微生物是嗜中性硫细菌群落。
B.最后，当酸性反应器出来的气体中的硫化氢去除率＞98％，从中性反应器出来的气体中的有机硫化物去除率＞92％时，即可正常地分两步去除恶臭气体第一步将恶臭气体用风机鼓入或引入酸性反应器，在代谢去除硫化氢同时又中和反应吸收去除了碱性的氮系恶臭物质后，从酸性反应器出来进入中性反应器，在该反应器内代谢去除有机硫化物。控制循环喷淋液的pH就能保持稳定的去除容量，使恶臭气体的恶臭去除率＞96％。
本发明可应用于各种恶臭源的脱臭，最典型的为污水泵站、污水处理厂、生活垃圾转运站、生活垃圾处理场、鱼品加工厂和肉类加工厂等。
权利要求
1.一种恶臭气体的脱除方法，其特征在于恶臭气体的脱除分二步进行，第一步是将恶臭气体通入pH＝1～3的酸性反应器，利用酸性反应器内的嗜酸性硫细菌对恶臭气体中的硫化氢的大容量去除能力，代谢去除硫化氢，同时以化学吸收去除氨和胺；第二步是出酸性反应器气体进入pH＝6～8的中性反应器，在中性反应器内，利用嗜中性硫细菌代谢去除其他有机硫化物致臭物质，控制恶臭气体中总体硫化物体积去除负荷120～180(g-s/m3反应器·h)即可使恶臭气体脱除率大于96％以上。
2.根据权利要求1所述的一种恶臭气体的脱除方法，其特征在于嗜酸性硫细菌微生物和嗜中性硫细菌微生物可通过培养驯化获得首先以城市污水厂剩余污泥与污水按1∶3～5混合，然后将其泵入装有建筑轻质陶粒、多孔塑料球或其他非金属填料的两个串联的反应器中，循环3～5天，使填料表面生成一定厚度的生物膜；接着，用风机将含硫、氮系恶臭气体通入两个反应器，同时用新鲜的城市污水替代挂膜用的污泥与污水混合液喷淋填料，给生物膜上的微生物提供营养，也可以配置相应的营养液喷淋；分别监视进、出两个反应器的恶臭气体中硫化氢和有机硫化物的去除率和循环喷淋液的pH值，第一个反应器循环液的pH下降至1～3，连续2～4天保持，完成驯化；第二个反应器pH低于6时加Na2CO3溶液，使pH保持6～8，连续15～20天，完成驯化任务。
3.根据权利要求1所述的一种恶臭气体的脱除方法，其特征在于嗜酸性硫细菌微生物和嗜中性硫细菌微生物也可制作成微生物包埋球配制相同的两份城市污水厂剩余污泥/城市污水＝1/5的混合液，然后在其中一份中将含有硫化氢的空气通入，并采用间歇补充城市新鲜污水作为循环喷淋液给微生物营养，检测混合液的pH在1～3范围内，气体的硫化氢降低率大于98％后，维持运行5～10天，完成嗜酸性微生物的培养；在另一份混合液中将已去除硫化氢但含有有机硫化物的气体通入，投加Na2CO3溶液维持pH＝6～8，当进、出混合液的有机硫化物去除率大于92％后，维持运行12～17天，完成嗜中性硫细菌微生物的培养过程；分别将上述培养液离心浓缩得到的两种微生物悬浮液中，各加入海藻酸钠或聚乙烯醇凝胶水溶液，按1∶2体积比混合；用液体恒流泵吸取上述混合好的凝胶液，通过喷头滴入含5％CaCl2的水溶液即陈化液，陈化20～24小时制成含嗜酸性和嗜中性硫细菌的活性微生物小球，分装两个反应器。
全文摘要
一种恶臭气体的脱除方法,涉及生物脱臭工艺,本发明提供了一种酸性、中性二步脱臭的方法,恶臭气体先在酸性反应器中生物代谢脱除硫化氢,同时以化学吸收(中和反应)去除氨和胺类物质;然后进入中性反应器,生物代谢去除有机硫化物,最终达到气体全面脱臭的目的。本方法的脱臭能力比现有方法提高了3倍,投资和运行费用也低,工艺合理,效果稳定。本发明可应用于各种恶臭源的脱臭,最典型的为:污水泵站、污水处理厂、生活垃圾转运站、生活垃圾处理场、鱼品加工厂和肉类加工厂等。
文档编号B01D53/46GK1351897SQ0012742
公开日2002年6月5日 申请日期2000年11月14日 优先权日2000年11月14日
发明者何品晶, 李国建, 邵立明, 陈绍伟 申请人:同济大学