随着环保意识的增强，人们对环境质量的要求越来越高，对因恶臭所带来的污染也更加敏感。恶臭物质不仅可使人产生不快和厌恶感,而且许多恶臭物质还危害着人们的健康甚至生命。我国的恶臭污染现象十分普遍，严重影响着环境空气质量，所以控制和治理恶臭污染己经刻不容缓。本文是针对我国恶臭污染的现状，为了正确合适地处理硫化氢、硫醇类、硫醚类、氨、胺类、吲哚类、硝基化合物、烃类、醛类、脂肪酸类、酚类、酮类、酯类及有机卤系衍生物等散发出来的恶臭气味，而讨论了经济、高效的脱除恶臭技术。其中生物滴滤池脱除恶臭气体工艺具有工艺简单，操作简便，投资、运行和维护费用低廉，可有效减少环境污染等特点。
本设计主要是以生物滴滤池来处理某炼油厂所散发出14200 m3/h的恶臭气体。首先浓度为300.0~400.0 mg/m3的恶臭气体经气管在风机的输送下，然后调节阀门使气体以0.49m/s的气速进入生物滴滤池中。在生物滴滤池的微生物作用下，大部分的恶臭被微生物吸收、分解，因此14200 m3/h的恶臭气体就能按地方气体排放标准合格排放，从而达到去除恶臭污染的目的。
本文主要着重于对生物滴滤池的设计及设备的选取。首先，本文概述了恶臭气体的控制现状及生物净化的原理；其次，本文详细地讲述了各种生物净化工艺的原理和特点；再次，本文对14200 m3/h的恶臭气体进行初步的计算，以确定后续设备的选择；最后，本文根据上述的计算进行设备的选取和调试。
关键词：生物滴滤池，恶臭废气，炼油厂污染，H2S
注：本设计题目来源于教师的企业科研项目，项目名称为：深圳石化工业废气综合治理。项目编号：2006074
Design Notes
With the enhancement of environmental protection awareness, the people are more and more high to the environment quality request, due to the pollution brought about by the odor is also more sensitive. Not only the odor material may cause the human to produce not quick and tires of the malice, moreover many odor materials are also harming people's health and even their lives. Now odor pollution is widespread, having a serious impact on air quality, so it's no time to delay to control and treat odor pollution. This text is to aim at the present condition of odor pollution in our country, in order to dispose of sulfureted hydrogen, mercaptan, thioether, ammonia, amines, indole, nitro compounds, hydrocarbons, aldehydes, fatty acids, phenols, ketones, salts and organic halogen derivatives becomingly, discuss the technology of getting rid of odor pollution effectively. The technology of the biological-trickling filter removing odor pollution has bring extensive because of its simple technique and manipulation, the low cost of investment, operation and maintenance costs, reducing pollution effectively.
The design is aimed at dealing with 14200m3/h stench gas for biological-trickling filter, which come from of refinery. First of all, the concentration of 300.0~400.0mg/m3 stench gas is transmit by the trachea, and then adjust the gas valves to 0.49 m/s velocity of the gas into the biological-trickling filter. In the biological- trickling filter role of microorganisms, most of the stench gas was absorbed or decomposition, therefore 14200m3/h stench gas can be determined by the local gas emission standards for qualified emissions so as to achieve the purpose of odor pollution removal.
This paper is focused on designing of equipment selection about biological-trickling filter. At first, I will introduce the overview status of the control of stench gases and the principle of biofilter. The second, I will describe the principle and features about various of biological purification process. At last, I will pay preliminary calculations to 14200m3/h stench gas, so as to select the equipment. At the supplement, I based on the above calculation for selecting and debugging the equipment.
Key words：Biological-trickling filter，Odor pollution，Refinery，H2S
目 录
1 概述 ......................................................................................................................... 1
1.1恶臭的污染概况 .............................................................................................. 1 1.2恶臭物质的来源与危害 .................................................................................. 1 1.3恶臭的控制现状 .............................................................................................. 3 2 恶臭治理技术的机理和特点 ................................................................................. 4
2.1恶臭气体的生物净化特点及原理 .................................................................. 4
2.1.1恶臭治理概述 ........................................................................................ 4 2.1.2恶臭气体的生物处理特点 .................................................................... 6 2.1.3 恶臭气体物的生物转化机理 ............................................................... 6 2.2 净化恶臭气体的微生物类型与特征 ............................................................. 7 2.3 净化恶臭气体的填料 ..................................................................................... 8
2.3.1选择填料基本原则 ................................................................................ 8 2.3.2常用填料类型与特征 .......................................................................... 10
3 生物法净化恶臭气体的工艺原理及比较 ........................................................... 11
3.1土壤及堆肥法 ................................................................................................ 11
3.1.1土壤法 .................................................................................................. 11 3.1.2堆肥除臭法 .......................................................................................... 13 3.1.3土壤及堆肥法填料选择 ...................................................................... 14 3.2生物过滤池 .................................................................................................... 14
3.2.1生物过滤池原理 .................................................................................. 14 3.2.2影响生物过滤池除臭效果的因素 ...................................................... 16 3.3生物滴滤池 .................................................................................................... 16
3.3.1生物滴滤池原理 .................................................................................. 16 3.3.2生物滴滤池净化效果的影响因素 ...................................................... 18 3.4生物洗涤池 .................................................................................................... 18
3.4.1生物洗涤池原理 .................................................................................. 18 3.4.2生物洗涤池的影响因素 ...................................................................... 19
3.4.3生物洗涤法工艺 .................................................................................. 19 3.5各种生物法工艺与技术比较 ........................................................................ 20 4 工程设计参数 ....................................................................................................... 21
4.1炼油厂的恶臭成分 ........................................................................................ 21 4.2设计依据 ........................................................................................................ 21 4.3设计原则 ........................................................................................................ 21 4.4设计选择 ........................................................................................................ 21 4.5设计流程图 .................................................................................................... 22 5 工艺设计计算 ....................................................................................................... 23
5.1生物滴滤池的尺寸 ........................................................................................ 23 5.2喷淋量的确定 ................................................................................................ 23 6 设备设施的计算及选取 ....................................................................................... 25
6.1生物滴滤池附件的选择 ................................................................................ 25
6.1.1气体分布器的选择 .............................................................................. 25 6.1.2液体喷淋装置的选择 .......................................................................... 25 6.1.3塔顶除雾沫器的选择 .......................................................................... 26 6.1.4填料塔总压降 ...................................................................................... 27 6.1.5填料的选择 .......................................................................................... 27 6.1.6喷淋液的选择 ...................................................................................... 28 6.2管道的计算 .................................................................................................... 28
6.2.1水管的计算及选择 .............................................................................. 28 6.2.2气管的计算及选择 .............................................................................. 29 6.3风机及配套电机的选择 ................................................................................ 30
6.3.1风机的选择 .......................................................................................... 30 6.3.2电机选择 .............................................................................................. 31 6.4水泵的选择 .................................................................................................... 32 7 工程预算 ............................................................................................................... 33
7.1过程投资概算 ................................................................................................ 33
7.1.1土建工程费用 ...................................................................................... 33
7.1.2设备工程费用 ...................................................................................... 33 7.2运行费用概算 ................................................................................................ 34 7.3工程总投资概算 ............................................................................................ 34 结论 ............................................................................................................................. 35 参考文献 ..................................................................................................................... 36 致谢 ............................................................................................................................. 37
1 概述
1.1恶臭的污染概况
随着公众环境意识的增强，大气环境恶臭污染问题受到了越来越多的关注。室内外环境污染日益突出，恶臭作为环境公害之一，直接影响人们的生活质量，甚至危害人们的身体健康乃至生命安全。人们对环境质量的要求越来越高，对恶臭问题也更加敏感，解决好脱臭问题，对保护环境，保障健康，延长建筑物寿命和设备的使用期限，都有很重要的意义。
恶臭物质，是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损坏生活环境的气体物质，这些物质的嗅阐值极低，有些还是有毒气体，散发至环境中会影响人们的身心健康，同时也会腐蚀周围的构筑物，影响其牢固性及美观，对恶臭污染的治理可以减弱甚至消除这些危害、保护人们的身心健康。欧美、日本等从20世纪70代便开始研究脱臭技术，并用于工程实践。其中生物法净化恶臭气体具有净化效率高、建备结构简单、投资低、操作简便、处理成本低、运行维护容易、避免二次污染等优点而成为近十年来研究应用的重点，在德国和荷兰的一些生产性实践中，这一技术成功地处理了大量来自污水公共区域的恶臭、VOCs和有毒气体排放物，去除率可超过90％。 1.2恶臭物质的来源与危害
恶臭物质分布广，影响范围大，有的污染源发生的恶臭能波及方圆几千米几十千米。在日本的公害诉讼中，恶臭案件仅次于噪声，居第二位。
恶臭源可分为天然来源和人工来源。天然来源包括在不流动的湖沟沼泽中，各种水草、藻类的分解会产生甲基硫、甲基硫醇等，动物尸体与植物残骸等腐败分解常放出硫化氢、氨等腐败性臭气。
人工来源包括工业源和生活源，具体地说，有以下几个方面：
工业恶臭 工业生产中产生的恶臭，如医药、橡胶加工、石油精炼等工厂的硫醇类物质（散发烂洋葱、烂洋白菜臭），牛皮纸浆厂、农药厂的硫醚类物质（蒜、烂韭菜臭），炼油厂、化肥厂的硫化物（腐蛋臭、强刺激性臭），汽车废气、石油化工厂的醛类物质（刺激性臭、不快臭、催泪），骨胶、油脂、鱼肠、兽骨等厂的胺类物质（刺激性臭、腐败鱼臭），金属冶炼厂、化工厂的酚类物质（不快臭）。
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农牧业恶臭 农牧业的畜牧场、家禽饲养场、屠宰厂、鱼产加工厂、粪便处理厂、堆肥等产生的恶臭。如粪臭、鱼臭、腐败物臭、烂果臭、烂菜臭等都是农牧业生产者加工中产生的。
城市公共设施恶臭 城市垃圾场、污水处理厂、医院、公共厕所等产生的恶臭，如污水臭、医药臭、消毒剂臭、粪尿臭、浴室臭等。
恶臭物质的臭味，不仅取决于它的种类和性质，也取决于它的浓度，浓度不同，同一物质的气味也会改变。例如将极臭的吲哚稀释到极低的浓度时，就会变成茉莉的香味；相反，高浓度的香水，也会给人不愉快的感觉。在评价恶臭时，应以感受到的家度强弱为准，而不是以“香”和“臭”来划分。
其主要来源及恶臭味性质见表1.1。
表1.1 恶臭物质的主要来源和臭味性质
物质名称
硫化氢
主要来源
牛皮纸浆、炼油、炼焦、石油化工、煤气、粪
臭味性质
腐蛋臭
便、硫化碳的生产或加工
牛皮纸浆、炼油、煤气、制药合成树脂、合成
硫醇类
纤维 、橡胶
牛皮纸浆、炼油、农药、垃圾、生活污水下水
硫醚类
道
氨 胺类 吲哚类 硝基化合物 烃类
排气、油 漆 、油 墨 、印 刷
炼油、石油化工、医药、内燃机排气、垃圾铸
醛类
造
石油化工、油脂加工、皮革制造、合成洗涤剂、
脂肪酸类
酿造 、医药 、 粪便
醇类
烂洋葱臭
蒜臭
氮肥、硝酸、炼焦、肉类加工、家畜 水产加工、畜产加工、皮革、骨胶、油脂化工 粪便、生活污水、炼焦、肉类腐烂、屠宰牲畜 染料、炸药
炼油、炼焦、石油化工、电石、化肥、内燃机
刺激臭 尿臭、刺激臭
粪臭 刺激臭 刺激臭
刺激臭
刺激臭
石油化工、油脂加工、皮革制造、肥皂、合成
刺激臭
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材料、酿造、林产加工
溶剂、涂料、油脂工业、石油化工、合成材料、
酚类
照相软片
酯类 卤素有机物
合成纤维、合成树脂、涂料、粘合剂 合成树脂、合成橡胶、溶剂灭火器材、制冷剂
香水臭、刺激臭
刺激臭 刺激臭
此外，恶臭对人体的危害主要表现在以下几个方面：
1、危害神经系统。长期受到一种或几种低浓度的恶臭物质刺激，首先使嗅觉脱失， 继而导致大脑皮层兴奋与抑制过程的调节功能失调。有的恶臭物质，如硫化氢不仅有异 臭作用，同时也对神经系统产生毒理作用。
2、危害呼吸系统。当人们闻到臭气时，会反射性地抑制吸气，妨害正常呼吸功能。 3、危害循环系统。如氨等刺激性气体，会使血压出现先下降后上升，脉搏先减慢 后加快的变化。硫化氢还能阻碍氧的输送，而造成体内缺氧。
4、危害消化系统。经常接触恶臭物质，使人食欲不振与恶心，进而发展成为消化 功能减退。
5、其他危害。恶臭会使内分泌系统的分泌功能紊乱，而影响机体的代谢活动。氨 和醛类对眼睛有刺激作用，常引起流泪、疼痛、结膜炎、角膜浮肿。长期受到恶臭持续作用会使人烦躁、忧郁、失眠、注意力不集中，记忆减退，从而使学习和工作效率降低。 1.3恶臭的控制现状
目前主要采用物理、化学法，例如燃烧、吸附、吸收和还原等。这些方法的工艺或设备较复杂，运行费用较高；用于处理某些恶臭废气时，效果不甚理想。生物脱臭法通过不断改进完善，克服了前述物理、化学方法的缺陷，并显示出处理效率较高、适应性较广、工艺较简单以及费用较省等优点，成为治理恶臭的一个重要发展方向。
恶臭废气的微生物处理早在1957年就在美国获得专利，20世纪80年代在德国、日本、荷兰等国家有相当数量的工业规模的各类生物净化装置投入运行，至1990年在德国仅生物滤床便有500余座。废气生物反应器处理结果表明，对于许多一般性的空气污染物的控制可达到90％以上。
今后，随着生物脱臭技术及其各种相关研究的发展，以及各国对恶臭物质更加严格的限制，生物脱臭法将会越来越普及。
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2 恶臭治理技术的机理和特点
2.1恶臭气体的生物净化特点及原理 2.1.1恶臭治理概述
恶臭气体和有机废气的处理是大气污染控制的一个重要方面，并己引起各部门的重视而成为研究和治理的热点。恶臭气体的治理工艺可以采用物理、化学和生物的手段。以被处理物的归属进行划分，可以划分为两类――移除和破坏，见图2.1。两者主要不同在于，前者的恶臭收集物仍需进一步处理，而后者已将恶臭转化为CO2和水。
恶臭治理工艺 移除 破坏 吸收 催化燃烧 浓缩 洗涤 生物技术 生物滤池 生物滴滤 生物洗涤
图2.1 恶臭治理工艺
常规的恶臭治理技术主要包括吸收法、吸附法和燃烧法，虽然这些方法有不少优点，但也存在某些不足。吸收法和吸附法一般都需要对吸收剂和吸附剂进行再生，这既增加工艺的复杂性和设备的投资额，还使运行操作变得复杂，而且由于还需补充大量的化学药剂等，导致运行费用较高。燃烧法由于废气燃烧不完全而会产生有害的燃烧产物，若燃烧温度过高，则会产生恶臭污染，另外，燃烧设备运转时还存在一定的安全隐患。
表2.1、图2.2分别表述了恶臭来源、投资及运行费用对恶臭治理因素的影响。
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表2.1 不同处理工艺在不同恶臭源中的应用
恶臭源 化工企业 汽车制造 电子制造 油漆制造 印染 塑料制造 污水处理 动物屠宰
生物滤池 ++ ++ + ++ ++ ++ +++ +++
生物滴滤 +++ +++ +++ +++ +++ +++ +++ ++
热氧化 +++ +++ +++ +++ +++ ++ + +
催化氧化 ++ ++ ++ ++ ++ ++ + +
洗涤 + + + + + ++ + +
介质吸收 +++ +++ +++ +++ ++ ++ + +
注：+++表示应用广泛；++表示应用性中等；+表示应用较少
运行费用 介质吸收 催化燃烧 洗涤、吸收 浓缩 生物洗涤塔 生物滴滤池 生物滤池 投资费用 图2.2 投资及运行费用的对比
由表2.1及图2.2可以看出，与其它处理工艺相比，生物法（尤其是生物滤池和生物滴滤池）具有应用广泛、可处理气体流量范围大、投资及运行费用少等优点，因此成为各类治理恶臭技术的特点。
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2.1.2恶臭气体的生物处理特点
恶臭废气生物处理技术是一项新兴的有效控制VOCs等污染物的技术，近年来有很大的发展，特别适用于处理大体积、低浓度的废气，以替代设备费用昂贵、运行维护困难、有二次污染等缺陷的空气污染控制技术。其可用于控制化工、制药、电镀、喷漆、印刷等行业产生的有害污染物(hazardous air pollutants，HAPS)以及废水处理厂、堆肥厂、垃圾填埋厂产生的恶臭(odour)等。同传统的物化处理方法相比，生物法具有许多其他方法无可比拟的优点。
1、生物脱臭法可避免或减少二次污染。一般将硫系、碳系、氮系等各种恶臭成分，以及苯酚、氰等有毒成分氧化和分解成CO2、H2O、H2SO4等物质。生物处理的产物是微生物，很容易处理，而化学氧化法会产生氯和含氯产物，加热法会产生氮氧化物等污染物，还需进一步处理。
2、生物脱臭法投资少，能耗低，运行费用低。生物脱臭是以臭成分作为生物体内的能源，只要使微生物与恶臭成分相接触，完成氧化和分解过程。在常温常压下进行，处理的能量来自生物利用VOCs成分本身产生的能量，一般不需要加热；不需投加额外的化学品；消耗的动力只是污染气体进入处理系统时所耗的能量(正压送风或负压引风)。与物理化学法相比，不仅可省能源和资源，而且处理成本也比较低廉。荷兰建造的生物滤其总成本是每处理1000m3废气，费用为0.25～1.25美元(1987年价格)。而采用吸附、吸收、氧化等传统物化方法其总成是每处理1000m3废气，费用为2.5～10美元。
3、生物脱臭法的脱臭效率高。只要控制适当的负荷条件与气接触条件，就能达到极高的脱臭效率，对于一般的空气污染物去除效率超过90％。
4、生物脱臭装置较为简单，只需设置诸如生物过滤器、曝气槽、捕集器等装置。 5、生物脱臭法生成的剩余污泥少,这是因为活性污泥法脱臭消化，其剩余污泥较少。 2.1.3 恶臭气体物的生物转化机理
生物脱臭法是利用微生物的生物化学作用，使污染物分解，转化为无害或少害的物质。微生物利用有机物作为其生长繁殖所需的基质，通过不同的转化途径将大分子或结构复杂的有机物经异化作用最终氧化分解为简单的水、二氧化碳等无机物，同时经同化作用并利用异化作用过程中产生的能量，使微生物的生物体得到增长繁殖，为进一步发挥其对有机物的处理能力创造有利的条件。污染物去除的实质是有机底物作为营养物质
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被微生物吸收、代谢及利用。这一过程是比较复杂的，它由物理、化学、物理化学以及生物化学反应所组成。生物脱臭可以用式（2-1）表达。
恶臭物质＋O2 细胞代谢物＋CO2＋H2O （2-1） 恶臭污染物的转化过程可用图2.3表示。
同化（合成） 微生物（C5H7NO2） 能量利用 O2有机物 C、H、N、P、S、O及维生素等 微生物 ADP能ATP 内源呼吸 H2O、CO2、NH4+、NO2－、NO3－、SO42－有机酸、醇、胺等 图2.3恶臭生物处理中污染物的转化过程
恶臭气体成分不同，其分解产物不同，不同种类的微生物，分解代谢的产物也不一样。对于不含氮的有机物质如苯酚、羧酸、甲醛等，其最终产物为二氧化碳和水；对于硫类恶臭成分，在好氧条件下被氧化分解为硫酸根离子和硫；对于像胺类这样的含氮恶臭物质经氨化作用放出NH3，可被亚硝化细菌氧化为亚硝酸根离子，再进一步被硝化细菌氧化为硝酸根离子。
2.2 净化恶臭气体的微生物类型与特征
生物处理的作用主体是具有特定功能的各种微生物，由于氧化分解恶臭，微生物细胞一方面获得了生长所需的能量，另一方面获得细胞增殖所必需的细胞物质，从而维持了细胞的正常生命活动。微生物有其自身的新陈代谢，代谢活动都是在酶的作用下进行的，只有创造适宜的生存条件，使酶的机能得以充分发挥，微生物才能正常生长，才能利用恶臭物质作为生长所需的能源、碳源和氮源等，因此，生物反应器首先要确保微生物生存的基本条件。如环境中要有充足的营养物质和溶解氧(对于好氧微生物来说)、适当的温度、酸碱度及含水率等，同时，待降解的恶臭物质必须有一定的水溶性和可生物降解性，恶臭气体的温度不应大于50℃，并且不含有抑制关键微生物生长的有害物质。
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2.3 净化恶臭气体的填料
对于生物膜处理构筑物而言，栖息在填料上的生物膜是净化恶臭气体的主体。生物膜的形成和生长主要是依靠微生物在气、液、固三相中借助于环境力(物理、化学及生物)的作用下，向载体填料表面传递，并以结合固定化的方法实现在载体表面的附着；同时通过吸附、吸收、利用和氧化废气中营养物质而实现其生长。因此，生物膜法废气处理中，载体材料的性能直接影响生物膜的产生其生长。根据载体材料的特性、所用处理方法及工艺类型，使用和选择合理的载体，对于快速、有效、稳定地实现微生物的固定化是十分必要的。 2.3.1选择填料基本原则
微生物在废气处理实际工程中应用效果的优劣，与所用的填料特性有密切关系。不同的填料具有不同的特性，适用于不同的场合。若选用填料不合理，则不仅难以达到既定的使用目标，甚至可物处理过程失败，会导致不必要的经济损失。因而，合理应用是至关重要的。一般而言，选择填料有以下要求：
1、应具有一定的结构强度及耐腐蚀、耐摩擦的能力；
2、应具有较大的比表面积，可给微生物提供充分的附着及与污染气体接触的面积，提高生物量，从而尽可能地提高单位体积有机污染物降解量；
3、应具有较好的表面性质，要有亲水性，便于微生物和水的附着，通常表面粗糙的填料易挂膜，适合微生物生长；
4、应具有足够的空隙率供生物膜生长，确保供氧充足，同时，防止反应器中微生物快速增长，引起堵塞和压降升高，造成短流；
5、无毒，化学性质稳定； 6、就地取材、价格合理。
因此，在具体选择和应用过程中，应着重考虑以下几方面的基本原则：
( 1 ) 足够的机械强度 填料必须具有足够的机械强度。恶臭废气生物处理过程中，气流对填料的剪切作用有时是非常强烈的，它不仅直接作用于填料与微生物的固定化结合体本身，而且还可引起定化结合体之间的强烈摩擦。因而，要求作为载体使用的材料必颇具有足够高的机械强度，以抵抗强烈的气流剪切力的作用，防止镇料运动、碰撞过程中破碎而损失其功能。若使用的填料机械强度不够，一旦发生破碎，则不仅影响固定
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化微生物的数量，而且其直装后果将是导致出气浓度发生波动，影响除臭效果。
( 2 ) 优良的稳定性 由于生物反应器中所发生的污染物转化过涉及物理化学、生物化学及能量传递的错综复杂的过程，其反应过程所涉及的也是一个复杂的多元体系。因而，填料必须具备足够舶稳定性，减少或避免发生溶解或参与其中的各种反应，导致自身的捎耗。
填料的稳定性主要包括生物稳定性、化学稳定性和热力学稳定等几方面： 首先，载体材料不能参与生物反应过程，具有抗微生物腐蚀戒不可生物降解的特性；其次，载体材料必须是化学惰性的，具抵抗环境化学腐蚀的能力；第三，具有耐温度变化的性能。废生物处理中，其温度一般在20～50℃范围内波动，若载体缺良好的热稳定性，则有可能因其软化或伸缩而影响微生物与载主体的结合程度。虽然土壤、堆肥等填料的稳定性较差，但也应具产一定的稳定性，以避免填料损耗而导致频繁更换，造成维护管困难。
( 3 ) 无毒性或抑制性 显而易见，作为用于固定微生物的载体材料，本身必须是无毒、无抑制作用的，这是选择填料最基本的要求。这里所指的无毒、无抑制包括对人体和微生物两个方面。
( 4 ) 填料表面的带电特性 众所周知，在一般的环境条件下，微生物表面通常带负电荷，因而可知，使用表面带有正电荷的材料作为载体物质，将有利于加速微生物在填料的固定化过程。
( 5 ) 优越的物理性状 物理性状包括载体的形态、空隙率、相对密度等。填料的形态直接与其比表面积有关。比表面积越大，则单位体积载体所能附着或固定的微生物量越多。而单个载体所占空间体积越大，则其比表面积越小。因而，为充分提高载体的比表面积，工程上多将载体制作成小尺度或薄片状。需要指出的是，在考虑提高载体比表面积的同时，还必须考虑保证有效的传质及操作运行的便捷等。根据高比表面积的原则，所制作的载体形态有多种，如颗粒状、平板状、波纹状、管状等。
填料的空隙率也是直接决定其比表面积大小的重要因素。同时，空隙率大小也决定填料表面的粗糙程度，高的粗糙度利于微生物的附着，并利于提高其附着的强度，削弱气流剪切作用的冲击。载体的相对密度影响处理构筑物的建设费用及运行能耗。若填料相对密度过大，则需要损耗更多的动力，从而增加运行成本，同时也将因过强的气流剪切而影响微生物的固定。对于生物滤池等而言，若填料相对密度过大，将增加载体支撑
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结构的建设费用，影响处理设施向空间高度的发展。如传统的碎石载体填料难以在塔式生物滤池中得到应用。轻质载体的研究和使用是生物膜处理工艺改进和发展的关键。
另外，除上述选择载体材料的主要原则外，就地取材、价格合理也是必须加以考虑的。
2.3.2常用填料类型与特征
随着环保产业的迅猛发展，填料的数量急剧增加，分类方法也多种多样。如：按填料密度不同，可分为重质埠料和轻质填料；按填料获取方法不同，可分为天然填料和人工合成填料；按硬度不同，可分为硬性、半软性、软性填料等。常用的填料有活性炭、陶海粒、各种塑料填料等。目前，在废气生物处理中常用的填料主要为芝无机和有机两大类。
1、无机类填料 无机类填料主要有沙子、碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、陶瓷材料、碳纤维、矿渣、活性炭等。无机类载体普遍具有机械强度相对较高的特点，且大多化学性质比较稳定可提供较大的比表面积，微生物主要以附着在其表面(结合固定化途径)实现固定化，如形成生物膜等，但在特殊情形下也有以包裹附着的形式实现固定化的，如通过投加细颗粒无机载体填料作为核心进行颗粒化污泥的培养。但无机类填料的密度较大，这使其在悬浮生物膜反应器工艺中的应用受到限制。
2、有机类填料 从应用现状看，有机类填料在生物法治理恶臭气体方面应用较多，如生物过滤法中多采用土壤、堆肥(生活垃圾、碎木屑、树皮、树叶、干草及谷壳等混合物)、聚丙烯小球、塑料环等活性及惰性材料。
有机类填料可根据处理工艺过程的需要，加工成各种形状便一方面更好地满足反应器物理、生物特性的需要，另一方面尽可能地提高载体的比表面积。
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3 生物法净化恶臭气体的工艺原理及比较
最初的生物过滤法采用的过滤介质为土壤，随后采用含微生物较高的堆肥等为介质，近来又开始采用工程材料如活性炭、陶粒为滤料进行脱臭研究。因此根据滤料的不同，生物过滤法又可分壤脱臭法、堆肥脱臭法和生物滤池脱臭法等。目前主要的生物方法为土壤及堆肥法、生物过滤法、生物滴滤法以及生物洗涤法等。 3.1土壤及堆肥法 3.1.1土壤法
土壤法是较早出现的净化恶臭气体的方法之一，该法是以缓慢的速度(0.5~1.2cm/s)将臭气通人46～60cm深度的土壤后，臭气成分首先被土壤颗粒吸附或溶解于土壤水溶液中，然后在土壤微生物的作用下将其氧化分解转化达到消除臭气的目的。
1、原理 土壤过滤装置通常采用床形过滤器，由送风机将臭气[风量0.1～lm3/(m2·min)]送入土壤槽下部的主通风道，然后由支通风道分散到土壤槽底部的各部分，由支通风道出来的臭气通过较大石块的空隙依次进人砂层 (或碎石层)和土壤层，并逐渐扩散开来被土壤颗粒吸附，最终被土壤中微生物分解转化。分配层下部由粗、细石子和轻质陶粒骨料组成，上部由黄沙或细粒骨料组成，总厚度400～500mm。气体由扩散层进人土壤层。土壤层可按黏土1.2％、含有机沃土15.3％、瞬沙土53.9％和粗沙土29.6％的比例混配，厚度一般为0.5～1.0m。据报道土壤中加入某种改良剂(如3％鸡粪和2％膨胀珍珠降)后，滤层透气性不变，对甲硫酸脱除率可提高34％，对硫化靛脱除率可提高5％，对二甲基硫脱除率可提高80％，对二甲基二蜘脱除率可提高70％。
土壤除臭装置中，除臭用的土壤层一般在50cm左右(最初土层厚度在60cm左右，久后逐渐压实到50cm左右)，设计除臭能为一般以通人空气中的NH3(在此以NH3计)平均含量在200mg/L以下为宜。土壤下部通气静止压力最好在2000～3500Pa，如果通风速度过高就会引起土壤颗粒发生震动而导致土壤压实，致通气阻力增加并降低除臭效果。通人的NH3如果超过了土壤微物每日能作用的量，除臭效果就会降低。另外，长时间通人高温汽体不仅会快速降低土壤水分、破坏土壤结构，而且会使土壤微生物失活或死亡。因此，通人的空气温度不能超过40℃。相反，如慕通入气体温度低于10℃也会降低微生物的除臭能力。为了防风、曹雨，整个土壤除臭装置应设置在塑料大棚内，冬
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季也可以起到保的效果。
2、影响土壤除臭效果的因素 土壤微生物降解速率与下列因素有关： ( 1 ) 有机物浓度 生物降解速率与浓度成正比，但超过一定浓度，降解速率与浓度无关。
( 2 ) 环境因子 如温度、湿度、pH值应控制适当，不应过高或过低，一般温度为5～30℃、湿度为50％～70％、pH值为7～8。土壤处理系统使用一年后会发生酸化，需加入石灰石调整pH值。土壤处理法的优点是设备简单，运转费用低，维护管理方便，在土壤上还可以种植花草进行绿化。缺点是占地面积大，开放式的场地在大雨天会由于土壤通气性的恶化而降低处理效果。
( 3 ) 土壤厚度 土壤层越厚，其中的微生物量越多，因此，除臭效果越好，但随着土壤层厚度的增加，系统的压降一般会增加，从而影响去除效果。
土壤法适合于处理低中含量臭气，而且所用的土壤要求具有质地疏松、富含有机质、通气性和保水性能强等特点，符合这些条件的土壤主要有火山灰土和腐殖质土(如森林表层土)。在无法得到上述土壤的情况下，也可以利用一些肥沃的表层土壤与一些有机材料等按一定比例进行人工配制。土壤法具有脱臭能力强、运行稳定、维护管理简单以及运转费用低等优点。
土壤除臭法最大的缺点是占用土地面积大，因此，在土地面积狭小的场所无法采用。为了克服这一缺点，在实际运用中可以添加一些质地疏松、通气性好的无机材料，可以在一定程度上减少占用土地面积。但使用一定时间后，除了因为细小的土壤颗粒进入这些无机材料的小孔隙使其通透性降低外，土壤本身也会逐渐变得坚实，使其通气性大大降低，而且会发生酸化。因此使用一段时间后应将土壤翻起进行人工疏松以利于空气流通，并加入石灰石调整pH值。此外，在温暖季节土壤表层容易生长杂草，因为根系的生长也会影响土壤的通气性，所以最好及时除去。当然，在不影响通气的情况下也可以种植少量花草美化环境。
为了克服土壤除臭法占地面积大的缺点，近几年又开发出了珍岩棉除臭法。在农业生产中珍珠岩棉通常作为营养液栽培的基质破广泛使用，由于该材料膨松、密度小(400kg/m3左右)，通气阻力只有土壤的1/5~1/3，使用该材料制作的除臭装置充填高度可为土壤的3～5倍，因此除臭装置占地面积大大减少。但是因为珍珠岩棉材料膨松、通气性好，因此很容易失水而干燥，因此在庚用这种方法时除臭槽的上部必须配有散水
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管道定时补充散失的水分。另外，珍珠岩棉是一种无机性材料，本身的吸附能力很小，无除臭能力。所以必须通过接种微生物和提供微生物活动所需的营养物陨后，除臭装置才具有除臭效果。通常在制作除臭装置时，向珍珠堵棉中混合一定比例的富含微生物的有机性材料，如腐殖质土、活性污泥等，需经过一定时间的驯化后就有非常好的除臭效果。
3.1.2堆肥除臭法
堆肥发酵除臭是以污水处理厂的污泥、城市垃圾、动物粪便等肾机物为原料，经好氧发酵得到的熟化堆肥中存在着许多微生物，目此将臭气直接通人处于后熟阶段的堆肥材料中，以达到消除臭气目的。
堆肥法一般分为两种类型：1、堆肥覆盖在废气发生源或出口自然生化除臭；2、废气发生源较多时，集中送到除臭装置中除其装置流程与土壤法类似，利用泥炭、堆肥、木屑、植物枝权为填料，彼此相互混合形成一种有利于气体通过的疏松结构，即巴层。在地面挖浅坑或筑池，池底设排水管，在池的一侧或中央设输总管，总管上再接出直径约125mm的多孔配气支管，并覆盖沙等材料，形成厚50～100mm的气体分配层，在分配层上再摊放500～600mm的堆肥过滤层。过滤气速通常在0.01～0.1m/s。堆肥是微生物繁殖最适宜的场所，好氧细菌的繁殖密度高，因整个设备紧凑，去除效果要比土壤法好，气固接触时间只需30s，而土壤法则需60s以上。
因而与土壤法相比，占地面积可大大缩小。为保证净化效果，必须保证滤层温度适当、阻力均匀而稳定，所以在运转过程中要经常观测。滤层表面受损或材料腐蚀，可能造成滤层板结；温度不均匀或过分干燥，滤层可能形成裂缝。出现上述情况，必须用机械将滤层扒松、平整。如经上述处理后，滤层阻力仍过大，则必须更换填料。如果废气含尘过大则最好经过预除尘处理。但由于堆肥是由可生物降解的物质所构成的，因而寿命有限。运行一年后，系统也会发生酸化，应及时调整pH值，同时要定期补充微生物生长所需的碳素养料，一般两年补给一次。这种除臭方法的效果不稳定，常因堆肥种类和性质不同除臭效果相差很大。但由于这种方法不需要专门建设除臭装置，因而可以节省土地和设备投资，所以是一种非常有前途的除臭方法。近几年来，为克服开放式系统的缺点并增强过程的控制能力，欧美一些国家开发了许多封闭式的生物过滤器产品。目前，对于如何提高该方法的除臭效果正处于研究之中。
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3.1.3土壤及堆肥法填料选择
土壤及堆肥法填料选择理想的填料应具有以下性质：
1、最佳的微生物生长环境使营养物、湿度、pH值和碳源的供应不受限制。 2、较大的比表面积。堆肥和土壤的比表面积都在1～100m2/g。较大的比表面积可以为臭味去除的两种机制(微生物增长和吸附)提供路径。有机填料的吸附能力可以使去除臭味的生物过滤器耐冲击能力增加。
3、一定的结构强度，较低的个体密度，防止填料压实。填料压实会使压降升高、气体停留时间缩短；增加气体流速、减小填料的粒径会使流经填料的压降增加。而任何压降的增加都会导致运行费用的提高。常用的堆肥、泥煤等都具有较低的个体密度，但是其含有的有机物会逐渐降解，这不仅使填料压实，还要在一定时间千更换，即有寿命限制。将有机填料和惰性的填充剂混合使用，寿可高达5年，一般为2～4年。为了提高填料性能、降低压降，一般要求60％的填料颗粒直径大于4mm。填料的填充高度一般为0.5～2.5m，常用1.0m，因为深度增加可以减少占地面积，但却使压降增加。
4、填料的湿度(含水量)是生物过滤器最重要的操作参数。嚏料的湿度太低会使微生物失活，并且填料会收缩破裂而产生气体匠流；填料的湿度太高，则不仅会使气体通过滤床的压降增高、停日时间降低，而且由于空气/水界面的减少而引起供氧不足，形成飞氧区域从而产生臭味并使降解速率降低。大多数试验表明：填料的湿度在40％～60％(湿重)范围内时生物滤膜的性能较为稳定；对于致密的、排水困难的填料和憎水性VOC，最佳含水率在40％附近；而对于密度较小、多孔性的填料和亲水性VOC，则最挂湿度为60％或更多。影响填料湿度变化的主要因素有：湿度未饱和的进气、生物氧化、与周围温度进行热交换等。泥炭和堆肥有很好的持水能力。泥炭的含水率在75％～80％时微生物的活性较高，当其含水率低于30％时，微生物基本失活。
5、高孔隙率使气体有较长的停留时间。孔隙率对气体通过滤床的压降有重要影响。有机滤料的孔隙率范围，土壤为40％～50％，堆肥为50％～80％，泥炭有高达90％的孔隙率，而且有1/5的孔径小于30μm。泥炭开放的孔隙结构对通过的气流产生最小的阻力，但它必须由坚挺的物质来支撑以防止变黏。 3.2生物过滤池 3.2.1生物过滤池原理
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典型的生物过滤系统如图所示。生物脱臭是一个气体扩散和生化反应的综合过程。含污染物的气体首先进入调节器进行润湿，然后进入生物滤池。当润湿的废气通过附有生物膜的填料层时，气体中的恶臭物质溶于水，被附着在填料表面的微生物吸附、吸收，在生物细胞内分解为CO2、H2O、S、SO42－、SO32－、NO3－等无害小分子物质。净化后的气体经过排气口排出，其装置如图3.1所示。
废气生物填料生物滤池
图3.1 生物滤池装置
生物滤池的进气方式可采用升流式或下降式，前者容易造成深层填料干化，后者则可避免填料的干化，并可防止未经填料净化的颗粒性污染物排出。为防止气体中颗粒物造成滤池堵塞，废气进人滤池前必须除尘。生物滤池的技术特点是体系中的微生物是固定附着在填料上面，而且所用填料可以为微生物提供足够的养分，无需另外添加营降物质，填料的使用寿命视种类一般为3～5年，因此具有设备少、降作简单、不需外加营养物、投资运行费用低、除臭效率高等优点。但其缺点是反应条件控制较难、占地面积大，基质浓度高时，生物量增长快而易堵塞填料、影响传质效果。生物滤池填料层的厚度一般约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。常用的填料种类有：含微生物量较高的木屑，富含纤维质物质，质地疏松、通气性好和非常睡合于微生物生长和繁殖的泥炭土(或草甸土)，以及透气性好、吸附性强、持水性适中的锯末、树皮、树叶、干草、谷壳、木渣和贝壳等组成的单一填料或混合填料，这些物质本身含有大量各种微生物及其所需无机营养成分，因此不需外加营养物。但由于在运行过程中填料本身为附着于其上的微生物提供一定的养分，能被微生降解，因此存在运行一定时间后因填料降解而导致的透气性、去除效果变差等问题，应注意观察填料的变化，
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以便及时更换。
3.2.2影响生物过滤池除臭效果的因素
废气中污染物质的种及含量、湿度、温度、pH值以及所用填料特性等。 1、废气中污染物质的种类及含量 废气中的污染物应为可以微生物利用和降解的有机或无机物质，而且不含有对微生物生长抑制作用的有毒物质。对于生物过滤池，废气中的污染物含量宜过高，若含量过高将会使微生物大量繁殖，从而导致填料的空率大大降低，最终影响除臭效果和使用寿命。研究表明，使用生过滤池时，适宜的有机物质量浓度为1000mg/m3以下，不应高于3000～5000mg/m3。另外，废气中的化合物应是溶于水和可生物降解的，废气中不含大量对微生物有毒的物质及大量的灰尘、油脂等。
2、湿度 在生物过滤池中，填料层的均衡润湿性制约着生物滤池的透气性和处理效果。若润湿效果不够，生物过滤池中的填料会变干并生成裂纹，严重影响废气通过填料层的均匀性，导致除臭效果变差；但是过分湿润会形成高气动阻力的无氧区，从而会减少废气中污染物与填料层的接触时间，并生成带有气味的挥发物。因此废气在进入生物滤池之前须先经过润湿，一般进气的湿度应大于95％，以保证填料具有一定的持水率。
3、温度和pH值 每种微生物均有一合适的生长温度和pH值，因此，温度和pH值是影响微生物生长的关键因素。废气生物净化的中温是20～37℃，高温是50～65℃，在此范围内生物过滤池都可正常运行。一般温度为5℃～65℃。在废气生物净化过程中，含氯有机物、NH3、H2S的氧化分解会导致净化环境中的pH下降，它将影。向微生物的生化作用，可通过在生物滤池的填料上喷洒pH值缓冲剂来稳定pH值。
4、所用填料特性 生物过滤池所选用的填料特性也是影响其处理效果的关键因素。填料的选择不仅要考虑到比表面积、机械强度、化学稳定性及价格等方面，还要考虑持水性的问题。 3.3生物滴滤池 3.3.1生物滴滤池原理
生物滴滤池是介于生物过滤池和生物洗涤池之间的生物除臭装置，该装置与生物滤池的最大区别在于其填料上方喷淋循环液，在循环液中接种了经污染物驯化的微生物菌种。含有污染物的气体经过或不经过预处理，进人生物滤池。当润湿的废气通过附有生
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物膜的填料层时，气体中的恶臭物质溶于水，被循环液和附着在填料表面的微生物吸附、吸收，达到净化气体的目的。净化后的气体经过排气口排出。典型的生物滴滤系统如图3.2所示。
回流水填料废气PH调节剂营养物废液
图3.2 生物滴滤池装置
在运行启动初期，首先要在填料表面挂上生物膜。具体做法如：在循环液中接种丁经驯化的微生物菌种，微生物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生物滴滤池的进气方式可以分为水气逆流、并流两种。生物滴滤池的技术特点是体系中的微生物既有固定附着在填料上的，也有悬浮在循环液中的，因此生物滴滤池兼有生物过滤和生物洗涤双重作用。而且生物滴滤池不要求气体在进入装置前进行预湿处理，生物滴滤池的吸收和液相的再生同时发生在一个反应装置内。一般情况下，气体很快会到达水饱和液，如果废气中含有灰尘或颗粒物，它们在经过载体时会被清除。
生物滴滤池的优点是：设备少、操作简单，液相和生物相均循环流动，生物膜附着在惰性填料上，压降低，填料不易堵塞，对污染物的去除效率高；但其缺点是需外加营养物，运行成本较生物滤池高等。生物滴滤池填料层的厚度一般约1.0～2.0m，可以为单级或多级视处理气体量和处理效果而定。与生物滤池不同的是，生物滤池所用的填料
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为无机惰性填料，不能为微生物的生长提供营养作为微生物附着的载体，填料的表面系数(即单位柱体积接)比较低，这就为气体通过提供了大量的空间，使气体通过填料柱时的压力损失小，同时也避免了由微生物生长和生物膜疏松起的空间堵塞现象。常用的填料有：丝网、ACOF、炉渣、浮藻石、鲍尔环、拉西环、钢环、陶粒、沸石、瓷环、轻质陶面空心塑料小球、塑料填料、颗粒活性炭、碳素纤维等。 3.3.2生物滴滤池净化效果的影响因素
影响生物滴滤池除臭效果的因素主要有：填料、温度、湿度、PH值、营养物质以及操作方式等。 3.4生物洗涤池 3.4.1生物洗涤池原理
生物洗涤池，又称生物洗涤器(装置)，实际上是一个悬浮活性污泥处理系统，对恶臭气体的去除过程分为吸收和生物降解反应两个过程。生物洗涤池由传质洗涤器和生物降解反应器组成，它们的容积比为1.5～2.0，出水需设二沉池。废气首先进入洗涤器，与惰性填料上的微生物及由生化反应器过来的泥水混合物进行传质吸附、吸收，部分有机物在此被降解，液相中的大部分有机物进人生化反应器，通过悬浮污泥的代谢作用被降解掉，生化反应器出水进入二沉池进行泥水分离，上清液排出，污泥回流。生物吸收装置的一般流程如图3.3所示。
净化气体循环水空气吸收器恶臭气体水或生物悬浮液生物悬浮液水，污染物，气泡，细菌生物反应器进水循环水空气 图3.3 生物洗涤池装置
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生物洗涤池的技术特点是：水相和生物相均循环流动，生物为悬浮状态，洗涤器中有一定生物吸附和生物降解作用。其优点是反应条件易控制，压降低，填料不易堵塞；但设备多，需外加营养物，成本较高，填料比表面积小，限制了微溶化合物的应用范围。
在生物洗涤过程中，吸收过程是一个物理过程，主要决定于所选的吸收器中流体的流动状态。通常吸收过程是较快的，水的停留时间大约只需几秒钟。而水在生物反应器中的再生过程则较慢，水在生物反应器中的停留时间从几分钟到12h。由于吸收和再生所需要的时间不同，生物的再生就需要用专门的生物反应器。
生物反应器可以是一个敞开的槽或封闭的容器。在生物反应器中，含有细菌、污染物和气泡的水叫做生物悬浮液，生物生长所需的氧用分散气泡的方法输入，在空气通过生物反应器的过程中，其中的氧溶于水以维持生物生长，并从水中吸收二氧化碳和包含在生物悬浮液中的部分气态污染物，因此生化反应进行的速度主要取决于氧的输入速度。
3.4.2生物洗涤池的影响因素
影响洗涤法处理恶臭气体的去除效率的因素主要有气液比、气液接触方式、恶臭物质的溶解性和可生物降解性、污泥浓度以及pH值等因素。 3.4.3生物洗涤法工艺
通常生物洗涤法有洗涤式活性污泥脱臭法和曝气式活性污泥脱举法两种工艺： 1、洗涤式活性污泥脱臭法
该法的主要原理是将恶臭物质和悬浮泥浆的混合液充分接触，使之在吸收器内从臭气中去除掉，涤液再送到反应器中，通过悬浮生长的微生物的代谢活动降解溶的恶臭物质。这种方法可以处理大气量的臭气，同时操作条件易于控制，占地面积较小，压力损失也较小，实际中有较大的适用范围。日本某造厂、德国某印刷厂采用该法处理恶臭气体都取得了很好的脱臭果，但这种方法设备费用大、操作复杂而且需投加营养物质，因其应用受到了一定限制。
2、曝气式活性污泥脱臭法
这种方法是日本福山等人在20 世纪80年代初最先开发成功的，是将恶臭物质以曝气形式分散到含活性污泥的混合液体中，通过悬浮生长的微生物降解恶臭物质，现已应用于屎尿处理场和污水处理场的臭气处理。这与废水的活性污泥法处理过程极为相似。
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而在德国、美国的文献中还没看到有关这种方法的报道。有报道指出，当活性污泥经过驯化后，对任何不超过极限负荷量的臭气成分，其去除率均可高达99.5％以上。对于已建有污水处理设备的臭气处理来说，只需设置风机和配管，将臭气引入曝气池内即可进行脱臭，因此该法十分经济，但由于受到曝气强度的限制，该法的应用还有一定的局限性。目前见到的改善方法是向活性污泥中添加粉状活性炭。这可提高其抗冲击负荷的能力，并改善消泡现象和提高对恶臭物质的分解能力. 3.5各种生物法工艺与技术比较
生物法净化恶臭气体工艺与技术的比较如表3.1所示
表3.1 生物法净化恶臭气体工艺与技术的比较：
生物法工艺 优点
土壤法具有脱臭能力强、运行稳定、维护管
缺点
占用土地面积大，使其通透性降低外，
土壤法
理简单以及运转费用低
其通气性大大降低，而且会发生酸化
堆肥是微生物繁殖最适宜的场所，好氧细菌
寿命有限，系统发生酸化，要调整pH值，定期补充微生物生长所需的碳素养料，一般两年补给一次。 反应条件控制较难、占地面积大，基
具有设备少、操作简单、不需外加营养物、
堆肥法 的繁殖密度高，去除效果比土壤法好，占地面积可缩小。
生物过滤池
投资运行费用低、除臭效率高等优点。
质浓度高时，因生物量增长快而易堵塞填料、影响传质效果。
设备少、操作简单，液相和生物相均循环流动，压降低，填料不易堵塞，对污染物的去除效率高，生物滴滤池比生物滤池的
需外加营养物，运行成本较生物滤池高
生物滴滤池
运行生命周期要长。池可做成塔状结构，即可减少占地面积，又可承受比生物滤池更大的污染负荷
设备多，需外加营养物，成本较高，
生物洗涤池
反应条件易控制，压降低，填料不易堵塞
填料比表面积小，限制了微溶化合物的应用范围。
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4 工程设计参数
4.1炼油厂的恶臭成分
某地区的炼油厂的恶臭成分主要是硫化氢，还有部分的硫醇、芳烃类和硫醚等恶臭气体产生。
恶臭的废气量：14200 m3/h 恶臭的浓度：300.0~400.0 mg/m3 恶臭的温度：40℃ 4.2设计依据
1、GB16297-1996《大气污染物综合排放标准》 2、GBJ235-82 《工业管道工程施工及验收规范》 3、GB14554-93《恶臭污染物排放标准》 4.3设计原则
1、严格执行国家有关环境保护的有关规定，确保各项排气指标符合广州地方二级以上大气污染物排放标准。
2、采用目前国内成熟，实用的处理工艺，并且具备工程费用省、运行能耗低特点。 3、操作管理方便，技术要求简单易掌握。 4、布局合理美观，占地少，施工难度小。 5、确保达标排放、不产生二次污染。 4.4设计选择
生物滴滤池的优点是：设备少、操作简单，液相和生物相均循环流动，生物膜附着在惰性填料上，压降低，填料不易堵塞，对污染物的去除效率高，尤其是池可做成塔状结构，即可减少占地面积，又可承受比生物滤池更大的污染负荷。鉴于其在除臭方面的优越性，生物滴滤池已成为国内外研究的热点，Togna、Hartrvmanvs、Kirchner等人对生物滴滤池做了大量研究，并采用该法去除H2S、CS2取得很好的效果。我国目前进行的生物脱臭方法的研究大都采用这种方法，这种方法在国内的技术已经比较成熟了。因此本人使用生物滴滤池处理14200 m3/h的含H2S等恶臭气体。
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4.5设计流程图
图4.1 生物滴滤池处理恶臭气体的工艺流程
处理某炼油厂所散发出14200 m3/h的恶臭气体，其具体工艺流程图如图4.1所示，其原理是：H2S等恶臭气体经过气管由风机提供动力输送到生物滴滤池的底部，然后恶臭气体进入盘管形扩大口气体分布器，之后就进入了挂有生物膜的填料层，同时由上部的喷淋装置喷洒营养液提供微生物生长所必须的营养物质，最后H2S等恶臭气体被微生物所吸收或分解，从而达到脱除H2S等恶臭气体的目的。
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5 工艺设计计算
5.1生物滴滤池的尺寸
1、计算池径
一般情况下，滴滤池的内径是根据气体负荷来计算的，依体积流量公式得：
D4Qu =
414200= 3.17m 36003.140.5式中 D—池的直径，m Q—气体的体积流量，m3/s u—空池气速，m/s ，取u＝0.5m/s
由上式计算出来的塔径，需根据有关标准规定进行圆整，以便于池设备的制造和维修。经圆整后，取D=3200mm
2、利用圆整后的池径重新计算气速u u＝
414200＝0.49m/s
36003.143.223、生物滴滤池有效吸收高度的确定 hut=0.493=1.47m 式中 h—生物滴滤池有效吸收高度
t—反应停留时间，s，根据实验经验，取t＝3s
4、滴滤池总高
滴滤池总高 H＝滴滤池有效高度h＋塔顶到喷淋器高度＋气体进口到塔底高度 ＝h＋1.2D＋0.3D＝1.47+1.5×3.2＝6.27m 5.2喷淋量的确定
40oC时气体的摩尔体积V：
VV0T22.4(27340)25.68（L/mol） T0273气体的摩尔流率： GVG/V14200/25.6868.8[kmol（/m2h）] 22D/43.143.2/4液体的摩尔流率:
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取
L11.5, 则L11.5G GL11.568.8791.2[kmol（/m2h）]＝14241.6kg（/m2h）
式中 L—液体的摩尔流率，kmol（ /m2h）G—气体的摩尔流率，kmol（ /m2h）
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6 设备设施的计算及选取
6.1生物滴滤池附件的选择 6.1.1气体分布器的选择
气体进口装置的设计，应能防止淋下的液体进入管内，同时还要使气体分散均匀。对于直径1.5m以下的塔，管的末端可制成向下的喇叭形扩大口；对于更大的塔，应考虑盘管式的分布结构。
气体的入塔速度一般为0.1～1.0m/s，以降低突然扩大造成的压头损失，可配以盘管，有利于气流均匀分布，大型塔中用配有导流板的环形分布器。
根据计算所得，吸收塔的直径为3.2m，因此选用盘管形扩大口气体分布器，进口管直径500mm，进口风速0.49m/s，阻力约300Pa。 6.1.2液体喷淋装置的选择
液体喷淋装置的作用是为了有效地分布液体，使液体与气体充分接触。当液体喷淋装置设计不合理时，将导致液体分布不均，使部分截面上的气体没有与液体接触，直接
影响塔的处理能力和分离效率。选择液体喷林装置的原则是能使液体均匀地分散开来。 液体喷淋装置的结构形式很多，对于各种类型的塔，应根据塔径的不同，选择不同的喷淋结构。常见的喷淋器结构有如下几种：
1、管式喷淋器
管式喷淋器的结构比较简单，制造和安装都很方便，但喷洒面积小，液流不均匀，因而只适用于较小直径的塔。管式喷淋器的常用结构有以下几种： （1）弯管式喷淋器和缺口式喷淋器
这两种结构的喷淋器都是让液体直接向下流出，为了避免水力冲击瓷环及液体分配不均，最好在流出口下面加一块圆形挡板。它们一般适用于300mm以下的小塔。缺口式喷淋器的开孔面积，为管截面积的0.5～1.0倍。 （2）多孔直管式喷淋器和多孔盘管式喷淋器
多孔管式喷淋器的结构是在直管或盘管底部钻有3～5排3～8mm的小孔，液体由小孔喷淋而下。孔的总截面积大致与进液管的截面积相等。多孔直管式喷淋器多用于800mm以下的塔，对于小直径的塔，可不用支持管。而多孔盘管式喷淋器适用于直径
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1.2m以下的塔，盘管中心线的直径（D1）为塔径的0.6～0.8倍。
2、莲蓬头式喷淋器
莲蓬头式喷淋器具有半球形的外壳，在壳壁上开有许多小孔，液体以一定压力由小孔喷出，均匀地喷洒，在压力稳定的场合，可以达到较为均匀的喷淋效果，由于喷淋器的尺寸有限，一般只适用于直径600mm以下的塔中。
3、盘式分布器
盘式分布器由分布盘和进口管两部分构成，分布盘上开有3～10mm的筛孔或 15mm的溢流管，液体先流到分布盘上，然后通过分布盘边缘的锯齿溢流，或通过盘上的筛孔或溢流管均匀喷洒在整个塔截面上。盘式分布器的结构简单，液体通过时的阻力小，其分布比较均匀，一般适用于直径800mm以上的塔。
4、冲击式喷淋器
冲击式喷淋器其优点是喷洒半径大（最高时可达3m），液体流量大，为50～200m3/h，结构简单，不会杜塞。缺点是改变液体流量或液体压头时会影响喷洒半径。
根据滴滤池的实际条件以及以上所述，我选用了筛孔盘式分布器，分布盘直径D＝0.6×D＝0.6×3.2＝1.92m，阻力约100Pa。 6.1.3塔顶除雾沫器的选择
经过净化后生物滴滤池的气体有时会夹带液体和雾滴，因此有时需在塔顶气体排出口前设置除雾沫器，以尽量除去气体中被夹带的液体雾沫，常用的型式有以下几种。
1、填料除雾器
即在塔顶气体出口前，再通过一层干填料，达到分离雾沫的目的。填料一般为环形，填料的高度根据除沫要求和容许压强来决定。它的除沫效率高，但阻力较大。
2、折流板式除雾器
它是利用惯性原理设计的最简单的除雾装置。除雾板由50mm50mm3mm的角钢组成，板间横向距离为25mm。这种除雾器的结构简单、有效，常和塔器构成一个整体，阻力小，不易堵塞，能除去50m以上的雾滴，压力降一般为50～100pa。
3、丝网除雾器
丝网除雾器是一种分离效率高，阻力较小，重量较轻，所占空间不大的除雾器。它
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由金属或塑料丝编织成网，卷成盘状而成。可除去大于5m的雾滴，此过滤可达98％～99%,压力降不超过250Pa。但不宜用于液滴中含有或溶有固体物质的场合，以免液相蒸发后固体产生堵塞现象。
根据滴滤池的实际条件以及以上所述，选用丝网除雾器，进口管直径3200mm，厚度为400mm，阻力约200Pa。 6.1.4填料塔总压降
△PT =1.1（300+100+200）= 660pa 6.1.5填料的选择
微生物在废气处理实际工程中应用效果的优劣，与所用的填料特性有密切关系。不同的填料具有不同的特性，适用于不同的场合。若选用填料不合理，则不仅难以达到既定的使用目标，甚至可物处理过程失败，会导致不必要的经济损失。因而，合理应用是至关重要的。一般而言，选择填料有以下要求：
1、应具有一定的结构强度及耐腐蚀、耐摩擦的能力；
2、应具有较大的比表面积，可给微生物提供充分的附着及与污染气体接触的面积，提高生物量，从而尽可能地提高单位体积有机污染物降解量；
3、应具有较好的表面性质，要有亲水性，便于微生物和水的附着，通常表面粗糙的填料易挂膜，适合微生物生长；
4、应具有足够的空隙率供生物膜生长，确保供氧充足，同时，防止反应器中微生物快速增长，引起堵塞和压降升高，造成短流；
5、无毒，化学性质稳定； 6、就地取材、价格合理。
就各种填料来说，PVC作为填料处理炼油厂产生的恶臭气体，挂膜微生物为该厂污水处理系统的活性污泥，使PVC弹性填料生物滴滤池可以高效脱除低浓度H2S等恶臭气体。炼油厂活性污泥是良好的脱臭菌源，经驯化，可形成脱除低浓度H2S等恶臭气体的高效菌群落。适度的喷淋操作对保持生物填料池的脱臭活性具有很大作用，喷淋水量1000～1500L/（m2h）的条件下，对于进气恶臭质量浓度少于400mg/m3的气体时，生物滴滤池池对H2S等恶臭气体的脱除率维持在95%以上。因此我采用PVC弹性填料的
27
生物滴滤池处理H2S等恶臭气体。
填料层的高度对脱硫效率有着直接的影响，而且填料层的高度对生物滴滤池的工业应用在一定程度上起着决定作用。填料层高度的增加可以明显提高脱除恶臭的效率。这是因为填料层高度增加，使H2S等恶臭气体穿过填料层的路径随之增大，在生物滴滤池填料层中的停留时间变长，恶臭气体与喷淋液及生物膜的接触反应时间也将增加，因此，脱除效率相应提高。同时，气体通过滴滤池的压力损失也随着填料层高度的增加、气体流速的增加而增大，因此，填料层增加高度，动力损失相应加大。所以，尽管增加填料层高度可提高净化效率，但实际操作中必须依据进口气体浓度以及净化要求来计算填料层高度，否则一味增加填料高度，净化效率的提高是微不足道的也是不经济的。由于生物滴滤池的填料层有效吸收高度H＝1.5m，所以设计填料层只为一层。 6.1.6喷淋液的选择
1、用水补充：为确保试验正常运行，需保证循环水槽的水进行更新及补充，每天更新量为总水量的10%，水的补充根据液位观察确定。每周换水一次。其中工业补充水的作用主要是稀释循环水槽中的液体。
2、营养液成分：试剂A 100g，试剂B 100g，试剂C 100g，营养液与工业用水的比例在1:50，其中营养液的成分由该企业保密。每隔2月，需对生物滴滤池中产生的过量生物膜进行冲洗，利于生物膜的更新和生长，保证生物滴滤池填料上的微生物具有较高的生物活性和降解能力。 6.2管道的计算 6.2.1水管的计算及选择
1、循环液体的水管设计
水的适宜流速u＝1.5～3.0m/s ,选取水在管内得流速u=2.0m/s,根据公式
dV ，V=5672.7kmol/h＝102.11m3/h ，则有
0.785uV0.785u102.110.1344m= 134 mm，如表6.1所示。
36000.7852.0d
28
表6.1 水管的参数
D2 134
A 38
B 32
C 15
P 105
E 11
F 73
R D R 5
X 20
有效长度
281.6 281.6 4200
2、喷淋水管的计算
水的适宜流速u=1.5～3.0m/s，取u=2.0m/s，并由上面的计算知
L11.568.8791.2[kmol（/m2h）]，且池的直径D＝3.2m，根据公式：
11L'LD2791.23.221.74kmol/s = 0.032 m3/s ，
44由Lur2得
rL/(u)0.032/(23.14)0.07m，即D=0.14m 取公称直径为D=140mm。 6.2.2气管的计算及选择
查《大气污染控制工程及应用实例》，知燃煤锅炉气体在管道中的参数如表6.2所示
表6.2 气管的参数
摩擦系数 管道形式 垂直ΔP1 水平ΔP2
有效长度 L(m) 流速m/s 管径/mm 动压/pa 风量m³/h λ(Pa/m) 0.653 1.025
10 12
720 650
50.41 76.25
15234 14635
1550 2150
管径的大小是由公式D式中 D为管道内直径，m；
V为体积流量，m3/s；
V，
0.785uu为管内流体的平均流速,m/s。
其中烟气量为V＝14200m³/h=4.0 m³/s，u1＝10m/s,u2=12m/s代入公式求得
D1V4V4＝=0.72m, D2＝=0.65m。
0.785u0.785100.785u0.78512u2L ,得 又因PD2 29
u120.6531021.163PL155081.75pa， 1D127202各管件局部压损系数（查手册）为： 吸风管接头，11＝0.2，一个
90oC弯头（R/d＝1.5）12＝0.25，四个 所以管道1局部总压损系数1＝11+412
＝0.2＋40.25 ＝1.2Pa
'所以管道1的总压降P1P11＝81.75＋1.2＝82.95Pa
u221.0251221.163P2L22150283.90Pa
D226502各管件局部压损系数（查手册）为： 90oC弯头（R/d＝1.5）2＝0.25，三个
所以管道2局部总压损系数2＝321＝30.25＝0.75Pa P'2P22283.900.75284.65Pa
''ΔP＝P1P2＝82.95+284.65＝367.6Pa .
管道阻力损失为：ΔPL＝367.6Pa 。 6.3风机及配套电机的选择 6.3.1风机的选择
1、风量计算
在确定抽风量的基础上，考虑到风管、设备的漏风，选用风机的风量应大于管网计算确定的风量：
Q0KQQ1.1Q1.11420015620(m3/h)
式中Q0—选择风机时的计算风量，m3/h； Q—管网计算确定的抽风量，m3/h；
30
KQ—风量附加安全系数，一般管道系数取KQ＝1～1.1，除尘系统KQ＝1.1～
1.15，且除尘漏风另加5％～10％
2、风压计算
考虑到风机性能波动、管网阻力计算的不精确，选用风机的风压应大于管网计算确定的风压。
由于系统总压降△P=△PT ＋△PL=660＋367.6=1027.6Pa
所以△P0KP△P =1.11027.6 =1130.4Pa
式中△P0—选择风机时的计算风压，pa；
KP—风压附加安全系数，一般管道系统取KP＝1.1～1.15，除尘系统KP＝
1.15～1.2；
△P—管网计算确定的风压，Pa。
根据风量和风压，选用T4—72离心通风机，本风机可作为一般工厂及大型建筑物的室内通风换气，既可用作输入气体，亦可用作输出气体，共10个机号，其各项参数如表6.3所示：
表6.3 离心通风机参数
型号
T4－72－11
转速（r/min）
900
风量(m3/h)
25050
全压(Pa)
1240
6.3.2电机选择
所需电机功率按下式进行计算
NeQ0p0Kd156201130.41.210.32kW
3600100012360010000.60.95式中Ne—电机功率，kW；
Q0—风机的总风量，m3/h，△p0—风机的风压，Pa
Kd—电动机备用系数，对于通风机，电动机功率为2～5kw时取1.2；大于5kw
31
时取1.3；对于引风机取1.3
1—通风机全压效率，可从通风机样本中查到，一般为0.5～0.7
2—机械传动效率，对于直联传动2＝1；联轴器直联传动2＝0.98；三角皮
带传动（滚动轴承）2＝0.95
根据计算的电机功率，选用的电动机参数如表6.4所示：
表6.4 电动机的参数
功率型号 （kw） 型号 B 三角皮带 风机槽轮 根数 3 代号 120 65-B3-400 42-B3-250 3912-014 电机槽轮 电机滑轨 JO2-61-4 13 6.4水泵的选择
在生物滴滤池的液体的喷淋系统中，需要循环水泵和营养液泵，由生物滴滤池高度
/m2h）]＝14241.6kg（/m2h）H＝6.3m，以及L11.568.8791.2[kmol（
流量Q1＝14241.6×3.14×3.22/4＝114.5m3/h 所以选择ZZB型水泵参数如表6.5所示:
表6.5 ZZB型水泵参数
电动机转速
流量型号
Q/(m/h)
3
通过固进、出体物最口直径大直径/mm
/mm
气蚀余自吸时量
间
NPSHr
(s/5m)
/m
扬程
n/
H/m
(r/min)
功率/
kW
150ZZB-20 160 20 1450 22 150 75 3.5 100
32
7 工程预算
7.1过程投资概算
包括挖土、铺设钢筋、倒混凝土、做放水等在内，每立方米土建费约500元；由于挖土费用较便宜，因此即使不挖土每立方米钢筋混凝土费仍为500元。 7.1.1土建工程费用
土建工程费用如表7.1所示
表7.1 土建费用
项目
费用（万元）
办公楼 10.0 地下管沟 3.0 杂费 5.0 小计
18.0
7.1.2设备工程费用
设备工程费用如表7.2所示
表7.2 设备费用
设备名称
数量
价格（万元）
生物滴滤池（包括填料、营养液等） 1座 40.0 T4－72－11型离心通风机（一用一备） 2台 6.0 循环水泵、营养液水泵（二用二备） 4台 5.0 JO2-61-4型电动机（一用一备） 2台 10.0 水管、气管、阀门、配件等
1批 10.0 安装费 － 7.0 杂费 － 3.0 工程小计
－
81.0
设备费用厂商不同价格就不同，浮动率为10％～15％ 设备价格：81.0×（1＋13％）＝91.5万元
33
7.2运行费用概算
根据实际情况，人员配置要1个工程师主管和1个运转工人，工程师主管的月平均工资加福利为4000元，运转工人为1500元。
药剂费用、水费、设备折旧费及维修费等费用大约1.5万/月
填料一般为2～3年更换一次，具体什么时候更换要通过测量恶臭的处理效果而定，我们定为2年更换一次，则填料的总费用为1250元/月。
电费主要为风机、电动机和水泵的运行，风机的功率为11kw，电动机的功率为13kw，循环水泵和营养液泵的功率各为22kW，设设备的运行时间为12小时，每度电为0.5元，则每天的电费为：
（11+13+22×2）×12×0.5＝408元
运行总费用为：（4000+1500+15000+1250+408×30）×12＝40.8万元/年 7.3工程总投资概算
1、土建费＝18.0万元 2、设备费＝91.5万元
3、设计费：（土建费＋设备费）×5％＝5.5万元 4、调试费：（土建费＋设备费）×5％＝5.5万元
5、工程总投资概算：土建费＋设备费＋设计费＋调试费＝120.5万元 6、运行总费用为：40.8万元/年
34
结 论
本毕业设计讨论的课题是：生物滴滤池处理恶臭废气工程设计，主要是处理某炼油厂所散发出14200m3/h的恶臭气体。经过初步的分析，该炼油厂的恶臭气体主要成分是硫化氢，还有部分的硫醇、芳烃类和硫醚等恶臭气体。基于以下的设计原则：处理后排放的尾气必须满足排放标准的要求，在满足第一个原则的基础上尽可能地使设计经济合理。所以本文的优先设计方案是先通过气管把恶臭气体传送到风机，通过风机把气体传送到生物滴滤池，然后利用生物滴滤池除去绝大部分的H2S等恶臭污染气体。
经过生物滴滤池的处理，恶臭的强度大大减少，同时也大大减少了废气对大气的污染，改善了周围的空气环境，并且经过本设计处理后，14200m3/h的恶臭气体得到有效治理，二次污染少，并且符合国家和地方的排放标准，取得良好的环境效益和社会效益。
采用生物滴滤池脱除恶臭的方法，相对于物理、化学方法的处理，具有设备少、操作简单，避免或减少二次污染，投资少，能耗低，运行费用低，生成的剩余污泥少，对污染物的去除效率高等优点，同时比其他的生物法，又具有其特有的优点，如生物膜附着在惰性填料上，压降低，填料不易堵塞，生物滴滤池比生物滤池的运行生命周期要长很大的缓冲能力，池可做成塔状结构，即可减少占地面积，又可承受比生物滤池更大的污染负荷等等。
所以生物滴滤池脱硫工艺是一种崭新的烟气脱硫技术，该技术的应用对于烟气脱硫具有现实意义，在中国环境市场上具有一定的应用前景。
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参考文献
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致 谢
时光荏苒，岁月如梭，转眼之间我的大学生涯也将划上一个圆满的句号。在这四年里，老师和同学给予了我无私支持和帮助，在此我表示衷心的感谢！
首先要感谢指导老师陈XX教授一直以来对我的教诲，对我学习和生活上的关心与帮助。本设计是在陈老师的直接指导下完成的，不论是设计的选题、资料的获取、参观实习机会的获得还是设计说明书的撰写上，陈老师都倾注了大量的心血。老师严谨的治学态度和一丝不苟的作风以及对同学无微不至的关怀，给我留下了深刻的印象。陈老师不仅教给我学问，更以他为人师表襟怀坦荡的风范，教会我怎样做人，这些将使我终身受益。虽然在做毕业设计过程中有过很多失败的苦楚，但最终还是迎来了胜利的喜悦。在此，谨向陈老师表示衷心的感谢!
借此机会，在这里，我感谢学院领导对我全方面发展所给予的关心与支持，也对大学四年来教育过我、培养过我的各位老师，以及和我一起生活过、奋斗过的所有同学和朋友们说声谢谢，谢谢你们！祝你们工作更加顺利，前程更加辉煌！
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