4 生物脫臭在填埋場的應(yīng)用4.1 常用的生物脫臭工藝
生物技術(shù)是在上世紀(jì)50年代土壤脫臭法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 [12],它利用微生物的降解作用,把惡臭物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化成CO2、H2O、N2、硫酸鹽等無害物質(zhì),特別適用于處理水溶性的、可生物降解的低濃度臭氣。該法因具有脫臭效率高、裝置簡單、成本低廉、運(yùn)行維護(hù)方便、無二次污染等特點(diǎn),在填埋場的除臭應(yīng)用中前景看好。
常見的生物脫臭工藝(如表2所示)有生物過濾法和生物吸收法[13-18]。按濾料的不同,前者可分為過濾池和滴濾池脫臭;按氣液接觸方式不同,后者可分為曝氣式和洗滌式脫臭。
表2 幾種常用的生物脫臭工藝
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脫臭工藝原理 | 優(yōu) 點(diǎn) | 缺 點(diǎn) |
生物過濾池臭氣經(jīng)過除塵、增濕或降溫等預(yù)處理后,從濾床底部由下向上穿過由濾料(主要有土壤、堆肥、泥炭等)構(gòu)建的濾床,惡臭物質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)移到水-微生物混合相,通過固著于濾料上的微生物的代謝作用而被分解掉。 | 投資運(yùn)行費(fèi)用極低,處理效率高,氣液接觸面積大,壓降低,運(yùn)行啟動(dòng)容易 | 占地大,需定期更換,填料操作條件不易控制,適應(yīng)進(jìn)氣濃度變化慢,顆粒物質(zhì)會(huì)堵塞濾床 |
生物滴濾池除臭過程生物濾池相似,但濾料是聚丙烯小球、陶瓷、木炭、塑料等不能提供營養(yǎng)物質(zhì)的惰性材料。因此只有針對(duì)某些惡臭物質(zhì)而降解的微生物附著在濾料上,避免了濾池中混合微生物群同時(shí)消耗濾料有機(jī)質(zhì)的現(xiàn)象。 | 微生物數(shù)量大,無須更換惰性濾料,處理負(fù)荷大緩沖能力強(qiáng),運(yùn)行費(fèi)用低 | 壓降低,需不斷投加營養(yǎng)物,操作復(fù)雜,傳質(zhì)面積小,剩余污泥有待處理,營養(yǎng)過剩時(shí)微生物的繁殖會(huì)引起堵塞 |
曝氣式脫臭與廢水的活性污泥法處理過程相似,將惡臭物質(zhì)以曝氣形式分散到含活性污泥的混合溶液中,通過懸浮生長的微生物降解臭氣。 | 經(jīng)濟(jì)、簡單、可借鑒污水處理設(shè)施,無須新建脫臭裝置 | 受到曝氣強(qiáng)度的限制,需控制氣液體積比,單獨(dú)用于除臭成本高 |
洗滌式脫臭將惡臭物質(zhì)和含懸浮泥漿的混合液充分接觸,使之在吸收池中從臭氣中去除掉,洗滌液再送到反應(yīng)池中,通過懸浮生長的微生物的代謝活動(dòng)降解溶解的惡臭物質(zhì)。 | 占地小、適用范圍大,壓降低,處理量大,操作條件易于控制 | 投資運(yùn)行費(fèi)用高,需不斷投加營養(yǎng)物,操作復(fù)雜,傳質(zhì)面積小,剩余污泥有待處理 |
在表2的生物脫臭工藝中,生物濾池法研究得最多,工藝也最成熟。其脫臭效率除受附著微生物、濕度、pH值、溫度、布?xì)饩鶆蛐缘扔绊懲?,濾料性能的影響也至關(guān)重要,近年來,草根碳[19]、植物纖維[20]、礦化垃圾[21]等新型濾料也逐漸被運(yùn)用到填埋氣的脫臭中。同時(shí),各種改進(jìn)的濾池[22],如閉路懸浮式濾池、轉(zhuǎn)動(dòng)式濾池和螺旋式生濾池,以及生物膜反應(yīng)池[23]等裝置在氣體脫臭上的應(yīng)用也開始出現(xiàn)。
4.2 組合式生物脫臭工藝
鑒于傳統(tǒng)生物脫臭可能對(duì)某些臭氣的脫除效率不高,國外已有活性炭吸附-微生物降解組合工藝的應(yīng)用[24]。其中,活性炭可以大量吸收、吸附臭氣中的NH3、H2S等物質(zhì),附著于活性炭生長的微生物經(jīng)過馴化后,可吸收惡臭物質(zhì)并將其降解,從而使得活性炭得到再生。這不僅延長了活性炭壽命,降低了除臭成本,使占地大為縮小,且獲得了良好的除臭效果。
在組合式高效生物滴濾器中,通過添加一些增濕循環(huán)液的藥劑,可強(qiáng)化生物處理系統(tǒng)效果[25]。在該法中,臭氣進(jìn)入組合式生物滴濾器后,首先通過洗滌區(qū)除塵增濕,然后進(jìn)入生化區(qū)去除惡臭物質(zhì)組分,最終除霧脫水再經(jīng)風(fēng)機(jī)加壓后由排氣筒排放,與傳統(tǒng)生物處理法相比,組合式高效生物滴濾器大大縮小了占地面積,系統(tǒng)整合了氣體增濕、生物凈化、除霧等流程于一體,便于自動(dòng)控制。
為避免進(jìn)氣中某些高濃度的惡臭物質(zhì)對(duì)微生物產(chǎn)生毒害作用,致使脫臭效率下降,可以把生物法與化學(xué)法結(jié)合起來應(yīng)用[26]。其措施是前段串聯(lián)四個(gè)濕式洗滌室,這樣原臭氣濃度就會(huì)降到微生物可承受的范圍,再經(jīng)過后段的兩個(gè)并行的生物脫臭裝置處理后,即可排放。
4.3 微生物菌群除臭劑
微生物菌群除臭劑能有效抑制致臭微生物的生理生化活動(dòng),使臭氣消除效果比較持久。在填埋場內(nèi),它既可通過噴灑菌群稀釋液,有效降低NH3、H2S等臭氣的濃度;又可在生物脫臭池中添加高效除臭菌種,提高生物脫臭效率。因此,除臭劑空間脫臭和局部強(qiáng)化脫臭技術(shù)的結(jié)合,將使填埋場中惡臭污染大大降低。
丁雪梅等[27]已培育出在垃圾填埋場的除臭防蠅中有成功應(yīng)用的復(fù)合型微生物制。羅永華等[28]也從填埋場附近的土壤中篩選出菌珠,并研制出有明顯脫臭效果的微生物除臭劑。美國一家公司[14]生產(chǎn)的投菌活性污泥制品,其菌液含有7種菌屬組分,可有效脫除臭氣。
目前,微生物菌群除臭劑的發(fā)展方向是:①制備固定化微生物,如海藻酸鈉包埋的固定化微生物對(duì)甲硫醇的去除率高達(dá)90%;②篩選出對(duì)生化性較差的惡臭物質(zhì),具有特殊降解性能的高效廣譜菌;③尋找菌株的最佳組合,或存活容易、適應(yīng)性強(qiáng)及遺傳性穩(wěn)定的優(yōu)勢菌株。如分解H2S的黃單胞菌DY44等;④通過基因工程改造菌株,把許多降解特性組合在一起,培育超級(jí)脫臭細(xì)菌;⑤將除臭劑制劑化、商品化。
4.4 生物脫臭技術(shù)在填埋場的應(yīng)用展望
隨著我國衛(wèi)生填埋場向著生態(tài)型和綜合利用型方向的發(fā)展,場內(nèi)的除臭問題已刻不容緩。結(jié)合填埋場的實(shí)際,生物脫臭技術(shù),因其運(yùn)行費(fèi)用極低、除臭效果好、操作方便等特點(diǎn),將逐漸成為場內(nèi)大范圍除臭的主導(dǎo)技術(shù)。
當(dāng)前,我國對(duì)生物法的研究主要集中在工藝、材料上,有關(guān)微生物菌群方面的研究較為薄弱,微生物脫臭尚有許多亟待解決的問題,以后的研究方向應(yīng)為:①選擇適當(dāng)?shù)臑V料,提高濾料的表面性能,使之既有效增強(qiáng)生物的吸附和吸收功能,又不造成濾料的堵塞;②篩選和馴化適當(dāng)?shù)奈⑸铮槍?duì)性地降解特定的有機(jī)污染物,提高生物負(fù)荷;③建立微生物降解動(dòng)力學(xué)模型,選擇適當(dāng)?shù)倪\(yùn)行參數(shù)及控制參數(shù);④合理選擇多種工藝串聯(lián),使之適合不同污染物組成的廢氣,降低總處理成本;⑤開發(fā)出結(jié)構(gòu)緊湊、投資省、能耗低、運(yùn)行穩(wěn)定的生物處理系統(tǒng)、裝置和設(shè)備。
5.結(jié)果和討論
衛(wèi)生填埋場的惡臭污染因其范圍廣、濃度高和危害大等特點(diǎn),不僅嚴(yán)重著環(huán)衛(wèi)人員的健康、影響周邊經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,而且已經(jīng)成為一種社會(huì)公害,引起了全社會(huì)的廣泛關(guān)注。
1)我國環(huán)境衛(wèi)生設(shè)施的臭氣治理技術(shù)起步較晚,填埋場的惡臭治理極具代表性,根據(jù)場內(nèi)不同區(qū)域規(guī)劃和臭氣特點(diǎn),應(yīng)采取相應(yīng)的防治措施。
2)常規(guī)的臭氣治理技術(shù)各有其優(yōu)缺點(diǎn),在填埋場的臭氣治理上,應(yīng)因地制宜,根據(jù)臭氣種類、流量和除臭要求,合理選用幾種聯(lián)合工藝,達(dá)到防治目的。
3)作為一種清潔高效、經(jīng)濟(jì)簡單的除臭方法,生物脫臭工藝在填埋場有廣闊的應(yīng)用前景,其中組合式生物脫臭、微生物菌群除臭劑等技術(shù)的發(fā)展完善,將使其在各類環(huán)衛(wèi)設(shè)施的惡臭污染防治上均獲得廣泛應(yīng)用。