生物过滤器在农业臭气处理中的应用-上海联兵环保免费电话：400-600-5030

摘要：针对当前集约化养殖引起的环境污染问题，提出用生物过滤器处理农业臭气。介绍了欧美国家用生物过滤器处理废气的发展情况及用前景；概述了生物过滤器处理废气的机理、流程和主要设备；讨论了生物过滤器在处理废气方面的发展趋势，特别是在农业生产方面的发展趋势。
关键词：畜牧学；生物过滤器；应用；废气处理
中图分类号：S818.9文献标识码：A文章编号：1003─188X(2005)03─0221─03
1引言
集约化养殖造成的环境污染问题引起全球的关注。据统计，每年出栏10.8万头的猪场，每小时向大气排放15.9kg氨、14.5kg硫化氢、15亿个菌体、25.9kg粉尘，污染半径可达4.5～5.0km。有资料表明，规模化养猪生产中产生的恶臭有230多种，主要是以氨气的浓度作为控制指标。排放的氨气一部分挥发到大气中形成酸雨，余下大部分被氧化成有害的硝酸盐渗入地下水，严重污染了空气、土壤和水源。散发的恶臭也会使人咳嗽、头痛、恶心、食欲减退及刺激鼻喉。同时，氨气对猪本身产生的影响更加严重。氨吸入呼吸系统后，可引起上部呼吸道粘膜充血、支气管炎；进入肺泡后，可由上皮组织进入血液，破坏血液运氧功能。有试验报道，在空气中含氨量为50mg/m3时，饲养幼猪增重率下降12%；含氨量100mg/m3或150mg/m3时，增重率则下降30%。有调查显示，畜禽舍内空气中的氨含量少则达6～35mg/L，多则达150～500mg/L。
我国对于废水和废渣的处理要求比较严格，也有一套专门有效的治理方法。如在农业养殖中，利用高温堆肥方法对农业废弃物进行无害化、资源化处理，是绿色食品基地大规模生产有机肥的重要途径。废液采取厌氧发酵的方法，制得的沼气是当前生态能源的主流。而对于废气问题，尚无有效的治理技术，一般都是直接排入大气中，造成严重的环境污染。
当前，处理农业养殖臭气的一般方法是采用除臭剂来控制恶臭。除臭剂多为化学制剂或植物提取物，主要是pH值调节剂、氧化剂和杀菌剂。在粪便中加入甲酸、乙酸、丙酸、硫酸亚铁及硝酸等，可使粪便pH值降低，以减少H2S臭气的产生，并可中和一部分碱性臭气，还可抑制微生物活动而降低臭气的产生。但是化学除臭剂用量多、耗资大，并有可能给处理后物料的利用带来影响。因此，应尽量采用其他除臭剂法，化学除臭作为辅助措施。
相对于化学除臭方法，生物法的优点是维护管理方便、费用较低、无二次污染，并对人类健康和生态的影响较少。针对我国国情，废气处理技术必须是高效、低成本、低能耗的技术，生物法则刚好满足了这些要求。生物过滤器是生物法中的生物膜法的代表工艺。生物过滤法是应用较广泛的脱臭方法，最宜用于低浓度的或中浓度的挥发性有机物（浓度在50～1000mg/m3）。该技术成本低、操作维护简单，既可用于单独净化排放的废气，也可用作在活性炭上吸附/再生的二级净化，适合在农村生产中推广使用。
2 生物过滤器的国内外发展状况
1964年，第一个生物过滤器首先在欧洲建成，而20年后，仅在德国投入使用和处于建设中的生物过滤器达250座。
荷兰Clair Tech公司的Bioton（R）生物过滤器系统，用于处理含甲苯、乙酸乙酯、乙酸丁酯、乙醇、异丙醇和丁醇的废气。到1992年，至少已建有53套系统。荷兰的TNO研究所和VAM废物处理公司的生物过滤材料Vamfil，到1987年已用于30套生物过滤器装置。如荷兰Comprimo公司的内装Vamfil过滤材料的生物过滤器BIOBOX已得到广泛应用，在德国用于含四氢呋喃、环己酮、丁酮废气的处理，在荷兰鹿特丹用于一家塑料加工厂含双酚A、甲苯、苯酚和丙酮废气的处理等。
美国Monsant公司的Dyna Zyme生物过滤器可去除废气中的醇、醛、酮、甲苯、苯乙烯、H2S和硫醇等，恶臭物质去除率＞99%，挥发性有机化合物VOCs去除率＞95%。
20世纪80年代以来，国外已有各类微生物除臭装置和设备开始运用于冶金、石油、化工、屠宰、污水处理等实际中，并取得一定效果。但我国直到90年代初才开展试验室研究工作。
来自不同废气源的废气经由空气管道，通过一台离心风机的抽送，进入预洗池。预洗池与生物滤池为一体化设备，位于生物滤池的前端，它设置了循环系统，主要用于去除气体中固体污染物、调节空气的温度和湿度。同时，它还是一个有效的缓冲器，可降低高浓度污染负荷的峰值。生物滤池把致臭污染物降解成无臭化合物的过程为：气体首先进入到位于生物滤池底部的空气分布系统，然后缓慢地通过活性生物滤床；净化后的空气以扩散气流的形式离开滤床表面进入到大气中。生物滤池中的高效生物填料具有良好的结构稳定性和透气性能，这可以保证经过长时间的运行压力下损失基本保持不变。在生物滤池启动时，该填料需要用含有专用微生物的溶液进行处理。
生物滤池将致臭污染物降解成二氧化碳和水，没有二次污染，生物降解的反应式为

4生物过滤器的主要设备
4.1过滤床
过滤床是生物过滤器的基本元件。被污染空气中的有毒物质吸附于过滤床上之后被微生物降解。通常用混合肥料、泥炭或其他类似天然材料作为过滤层。天然过滤材料的优点是其中已含有微生物生存所必需的矿物质。为了使其有效地工作，必须有过滤层空气均衡的流动及适宜的温度和湿度（材质的40%～60%）环境。使用生物过滤器时，过滤床应当均衡润湿。作为过滤器关键部件的过滤床，要满足的要求：一是使废气流在过滤器的上面、过滤床下面的空腔内均匀分布；二是裂缝面要有足够的透气性（口开面积占20%）；三是利于维护和保养（设立通道和检查孔）；四是过滤床材料质量要合格。
4.2填料
3 生物过滤器的工作原理
生物过滤法的基本原理是：过滤器中的多孔填料表面覆盖着生物膜，废气流经填料床时通过扩散作用，污染物被传递到生物膜，与膜内的微生物相接触而发生生物化学反应。在较佳操作条件下，污染物能被完全地降解为CO2和H2O；在处理H2S、还原态的硫化物或卤代烃时，还分别生成无害的硫酸物或氯化物。其工作流程如图1所法。

填料是生物滤池首要的组成部分，它对生物过滤器净化功能具有重大影响。泥炭价格便宜，易得到，且压力损失较低，是理想的脱臭填料。因此,利用泥炭为填料的生物过滤反应器是非常有生命力的脱臭装置。接种活性污泥的泥炭生物过滤器能有效地去除甲硫醚。甲硫醚（DMS）是许多生活、生产恶臭源的主要致臭成分。土壤、树皮也可用来作填充材料。
5 生物过滤器的分类
生物过滤器可分为开放式和封闭式两种。开放式生物过滤器为一定方式制造的坑道，填充有天然物质（如泥炭、树皮、土壤等），从底部用管道系统引入污染了的空气。因此，这类生物过滤器的功能与自然条件有关，维护较麻烦，效率难以测定。
目前，最常用的是运输带式封闭型生物过滤器。
此种过滤器能有效控制过滤层的性能。一般来说，在惰性聚合物中，此种过滤器多采用天然有机化合物在惰性聚合物中的混料作为载体，可减少压实性并改善体系的空气动力性质及流体动力学参数。在不更换过滤层材料时，现代化的运输带式生物过滤器工作寿命与其使用条件有关，通常使用寿命可达数年。为了保持设定的使用规程（温度、过滤层湿度），在现代化的过滤器中还使用复杂的自动电子计算机系统。虽然，曾拟定了生物过滤器效率与其几何参数关系的计算方法，但在实际中，装备的尺寸大小都由经验方法确定。
还有一种是带洗涤层的生物过滤器，即生物反应器，其工作主体是生物催化剂。它是人工载体（合成聚合物、活性炭），载体上覆盖着微生物层—生物膜。生物催化剂用含细菌生存所必需的矿物盐的水洗涤。被降解物在污染的空气通过生物催化剂层时，分布于气相和覆盖有生物催化剂粒子的水膜间，并扩散通过水膜，在生物层降解。带洗涤层的生物反应器是空气生物净化最有前途的设备，因为与其他装备相比，在同等净化度和空气动力阻力时有较高的单位生产效率。
生物反应器工艺是净化大气的新型有效方法，包括俄罗斯在内的所有工业发达国家都制定了有关向周围环境排放有毒物及组分限制的严厉的法规。按照这些法规规定，在周围介质（水、空气）中有毒物浓度允许的上限显著地下降，从而使其成为探索原则上新型的工艺解决方法的促进因素。生物反应器的局限性之一是要求废气的质量组成要恒定，在装有生物反应器的区段上改变工艺（如变换新的溶剂族）时，会有不同的后果。
另外还有一种在高达70℃温度下工作的生物过滤器来处理废气。它像一个微型生态系统一样运行，居留在其上的一个微型生物群落很适合这种污染物和条件，在遮阳的温度下能“死而复生”。
6生物过滤器的发展趋势
(1)选育良好的微生物，提高对污染物的生物降解速度，尤其是针对较难生物降解的物质培养优异菌种并优化其生存条件，这样做的结果也使生物过滤器的体积大为减少，与其他空气污染控制技术相比更具竞争力。
(2)改善生物过滤材料的物理性能和使用寿命，以节省建设投资和能耗。
(3)实现自动控制，提高对各运行参数的控制能力。
(4)应用范围进一步拓展，由原来的去除VOC和除臭，向室内空气净化、厨房油烟废气的处理等方面发展。
(5)在农业领域得到进一步应用。由于其生产成本低廉、操作简单很适合在农业领域大范围应用，且容易被农民接受。
7 结论
总之，生物脱臭是一个气体扩散和生化反应的综合过程。生物过滤法是一项新兴的大气污染控制技术。实践证明：该处理方法比较简单，在处理大量废气时显得十分实用，成本也不高，生物降解后的化合物含量也很低。我国是一个农业大国，要提高农村产业化水平，就势必要发展新型的技术。生物过滤器在提高农业养殖集约化水平、调整农村产业结构方面具有很大的用武之地。

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