生物制藥廢水處理惡臭氣體去除路線研究

盧艷潔

（天方藥業(yè)有限公司，河南駐馬店 463000）

與城市污水相比，生物制藥廢水中所含的有機廢物濃度較高，而處理期間產(chǎn)生的惡臭氣體主要成分包括硫化氫（H2S）、氨氣（NH3）、甲硫醇（CH3SH）、磷化氫（PH3）以及醛類等，此類氣體具備一定的刺激性，若不能對其進行良好處理，不僅會造成環(huán)境污染，危害到周圍居民的身體健康，而且會給企業(yè)形象帶來負面影響。本文以生物處理技術為例，展開惡臭氣體處理路線的分析，以期為后續(xù)處理路線的優(yōu)化完善奠定基礎。

1 生物制藥廢水惡臭氣體的種類及來源

含有大量油脂和蛋白質(zhì)的高濃度廢水在收集和輸送過程中極易形成厭氧環(huán)境，廢水中部分有機物會轉(zhuǎn)化成可散發(fā)惡臭氣體的化合物前體，如硫醇、硫醚、酰胺、腐胺等。當廢水流入水處理構筑物時，水流的擾動導致硫化氫、氨氣、甲硫醇等惡臭氣體迅速逸散到周邊大氣中。預處理階段隔油池截留的油脂、氣浮池截留的浮渣發(fā)酵后會釋放出大量惡臭氣體。水解酸化池和厭氧池中的厭氧硫化菌以硫酸鹽為最終電子受體，氧化有機污染物以獲取能量，而硫酸鹽則被還原為亞硫酸鹽和硫化物，產(chǎn)生硫化氫、硫醇、硫醚等含硫氣態(tài)化合物。在厭氧微生物作用下，含硫有機物被降解為硫化氫，含氮有機物被轉(zhuǎn)化為氨氮并以氨氣的形式從水中逸散出來。隔油池、氣浮池、沉淀池收集的污泥濃縮脫水，含硫有機物再次聚集，且長期停留，高濃度的惡臭污染物從污泥中釋放，使場站局部大氣質(zhì)量急劇惡化。

2 生物制藥廢水惡臭氣體常用處理方法

2.1 物理處理技術

在惡臭氣體的處理過程中，物理處理技術屬于常用的處理方法，包括掩蔽法、吸附法等。以吸附法為例，其原理是當臭氣通過特定的材料層，被材料層的材料吸附而達到除臭的目的。一般使用的材料有活性炭、活性炭纖維、沸石和某些金屬氧化物，如氧化鋁、二氧化硅等。其中，活性炭是應用最多、最廣泛的材料，其具有比表面積大、高孔隙體積、表面高疏水性等特點，相比于其他吸附材料還具有價格低廉、制造容易等優(yōu)點，但也有吸附能力有限、再生循環(huán)利用差等缺點。因此在實際應用中，吸附法多作為輔助技術使用，以加快惡臭氣體的處理速度。

2.2 化學處理技術

在化學處理技術應用過程中，經(jīng)常使用到的處理方法有吸附法和燃燒法。（1）吸收法。該方法主要用于處理含有二氧化硫（SO2）、氨氣（NH3）、氮氧化物等污染物的惡臭氣體，其原理是使用含有特定反應物的溶液，利用化學反應來完成惡臭氣體的吸收，如NH3可以和酸性溶液發(fā)生化學反應、SO2可以和堿性溶液發(fā)生反應，從而起到凈化惡臭氣體的作用。但是，此方法在應用中所產(chǎn)生的衍生產(chǎn)物，如氨水、亞硫酸、稀硫酸等化學物質(zhì)，也會帶來二次污染，需要對衍生物進行再次處理，所帶來的綜合效益較低。（2）燃燒法。在生物制藥過程中，會產(chǎn)生許多可燃性氣體，如芳香烴、醚類有機物等，這些有機物在和空氣進行比例混合后，可以作為燃料使用，從而起到去除惡臭的作用。該方法適用于揮發(fā)性有機物，但是燃燒過程中也可能產(chǎn)生衍生物污染，是后續(xù)研發(fā)的重要方向。

2.3 生物處理技術

除了前兩種處理技術外，目前使用較多的處理技術便是生物處理技術，在具體的應用過程中常用技術內(nèi)容如下。第一，生物過濾法。該方法是將集中采集的廢氣利用調(diào)節(jié)裝置進行加壓加濕處理，隨后將其從生物過濾池底部通入，使得氣體在上浮過程中，可以與生物膜上的微生物組成水-微生物混合相，借助微生物的代謝作用，將臭氣分子轉(zhuǎn)換為無害的二氧化碳、水分子，從而起到去除臭味的目的。第二，生物滴濾法。該方法是將集中采集的廢氣利用調(diào)節(jié)裝置進行加壓加濕處理，同時系統(tǒng)內(nèi)增加了噴淋裝置，借助水泵來完成反應池的循環(huán)操作，得到液-微生物混合相，利用微生物的代謝作用，將臭氣分子進行分解。在反應池材料的選擇上，多使用比表面積較大、耐久程度高、穩(wěn)定性強的填料，如陶瓷材料、硬性塑料、聚丙烯材料等。第三，生物除臭劑。該方法是對于生活在生物池內(nèi)的活性污泥中的菌種進行篩選，將幾種微生物放入到特定載體中形成藥劑，隨后將臭氣通過填充此類物質(zhì)的反應塔，利用生物的代謝反應來完成臭氣處理，達到凈化氣體的作用。

3 生物制藥廢水處理惡臭氣體去除路線

3.1 臭氣收集

3.1.1 建立密閉構筑物

基于以往的分析可知，廢水處理過程中產(chǎn)生的惡臭氣體具備了較強的逸散性，在對其進行處理時，首要任務是做好臭氣的采集工作。在具體的應用過程中，需要先完成露天建筑的封閉式處理，搭配新通風管道完成臭氣的集中采集。目前，生物制藥廢水處理站的密閉構筑物主要包括出泥房間、壓泥房間、總污泥房間等，為了確保臭氣的采集效率，需要在此基礎上對構筑物的局部進行鋼格柵板的布設，所選擇的鋼格柵板材料，其厚度不能小于4 mm，同時需要具備較強的耐久性，營造出負壓環(huán)境來加快臭氣的采集速度。此外，需要對以往未封閉的區(qū)域進行封閉式處理，如生物調(diào)節(jié)池、沉淀池、粗格柵、氣浮池等。對于這些處理單元，在處理過程中圍繞其建設隔離罩，搭配新的集氣管道來完成臭氣的集中采集，而且隔離罩內(nèi)也需要設置進風口、觀察口，確保密閉環(huán)境下臭氣濃度的合理性，以免濃度過高引起爆炸事故。

3.1.2 優(yōu)化集風管道設計

為了確保氣體集中收集活動的順利進行，多利用負壓吸氣方式，在此過程中所使用到的管道材料為玻璃纖維增強塑料（Fibreglass Reinforced plastics，F(xiàn)RP），材料自身環(huán)剛度不能小于5 kN/m2，且具備較強的耐久性、抗腐蝕性及耐溫性。在臭氣收集過程中，也需要降低噪音，避免噪音污染。在換氣次數(shù)這一參數(shù)的設計環(huán)節(jié)中，需要結合封閉構筑物的內(nèi)部容積、人員進出頻率等參數(shù)來完通風風量的計算，具體參數(shù)可參考表1。

表1 某生物制藥場場不同封閉構筑物通風量參考

在負壓集氣罩引風管的設計過程中，也會利用手動調(diào)節(jié)閥動態(tài)調(diào)整管道引風量，借此提升集氣管道應用過程中的引風效果。參考表1中內(nèi)容，為滿足引風要求，需要將主風管道風速設計在10～12 m/s，輔助風管道風速設計在8～10 m/s，旁支管道風速設計在6～8 m/s，從而形成密閉穩(wěn)定的引風系統(tǒng)，滿足臭氣處理的基本要求[1]。

3.2 預洗段設計

生物制藥過程涉及許多生物反應、化學反應、物理反應，因此在廢水處理的各個環(huán)節(jié)都會有臭氣產(chǎn)生，初始位置處的臭氣濃度也更大。基于此，為了確保進入到生物處理環(huán)節(jié)中的臭氣濃度可以維持在較為穩(wěn)定的狀態(tài)，需要預設好處理段，對于臭氣中的固定污染物（如硫化氫、氨氣等）進行處理，并對采集到臭氣的溫度和濕度進行調(diào)整，使其進入到生物濾箱內(nèi)時，不會對微生物活性帶來干擾。結合以往的應用經(jīng)驗，預處理段所使用到的填料主要以化工吸附性顆粒物為主，同時整個填料段高度控制在1.2～1.5 m，填料體積結合生物制藥廠規(guī)模進行選擇，以滿足實際應用過程的個性化需求[2]。

3.3 生物濾箱設計

完成預處理段的處理工作后，開始進入到生物濾箱的制作環(huán)節(jié)，為了確保進入到生物處理環(huán)節(jié)中的臭氣可以在箱體內(nèi)得到充分反應，需要加強生物濾箱參數(shù)的控制工作。結合以往的應用經(jīng)驗，生物濾箱所使用到的制作材料以合金材料為主，搭配FRP（制作觀察口）完成整個結構制作。其擺放位置需要高出地表，多放置在混凝土基座上面，高度控制在1.8～3.0 m，總體積也需要結合生物制藥廠規(guī)模進行選擇，以滿足實際應用過程的個性化需求。同時，在箱體結構的設計中，也需要提前預留好觀察口（2～4個）與檢修口（4～6個），便于故障出現(xiàn)后及時展開維修活動，確保生物濾箱的工作效率[3]。

3.4 生物箱填料篩選

完成生物濾箱的設計工作后，開始進入到篩選生物箱填料的制作環(huán)節(jié)，這也是確保臭氣處理效果的核心環(huán)節(jié)。結合以往的應用經(jīng)驗，生物濾箱中的填料需要具備比表面積大、保濕性能良好、親水性穩(wěn)定、孔隙率高、耐久性強、化學性質(zhì)穩(wěn)定及總成本較低等特點。基于上述應用特性，在具體的選擇中，可供選擇的生物箱填料種類包括有機填料、無機填料等。無機填料主要包括陶瓷材料、炭質(zhì)材料、沸石材料等，但是應用成本相對較高，對于一些小規(guī)模生物制藥廠適用性較低。有機材料包括土壤、樹木碎屑等，其耐久性較差需要定期進行更換，繁瑣度較高。因此，很多工廠也會將兩類材料混合在一起進行使用，借此達到處理效果最大化，確保生物濾箱的工作效率[4]。

3.5 生物菌種培養(yǎng)

生物處理技術在使用過程中，需要對微生物進行定向培養(yǎng)，這也是確保臭氣處理效率的核心環(huán)節(jié)。通常情況下，濾箱內(nèi)的微生物主要來源于生物制藥廠的活性污泥中，從中提取樣品之后，開始對微生物進行馴化，經(jīng)過多次迭代篩選之后，得到所需的定向除臭菌種。具體的培養(yǎng)流程如下：在前期培養(yǎng)過程中，需要每天在采集樣品中定量投放Na2S，將其攪拌均勻后灑在生物箱填料中，同時通入臭氣進行迭代篩選，中期中斷營養(yǎng)物供給，繼續(xù)通入臭氣進行迭代篩選，后期則是從中篩選穩(wěn)定微生物進行擴大培養(yǎng)，從而得到目標菌群[5]。

3.6 噪音及電氣控制

在設備管理上，需要加強噪音與電氣控制，以營造出良好的設備運行環(huán)境?；谝酝?jīng)驗，受到管道共振影響，在機械運行時管道會產(chǎn)生不低于85 dB的噪音，長期在此環(huán)境下工作影響身體健康，因此需要在設備中布置減振橡膠底座和隔音吸音罩，使外部噪音可以控制在65 dB以下，不影響周圍居民生活。同時，建立自動化電氣控制系統(tǒng)，利用系統(tǒng)的自檢功能來監(jiān)督系統(tǒng)的運行狀態(tài)。系統(tǒng)中設置智能預警功能，在出現(xiàn)故障問題后提示檢修人員故障位置、故障原因，以加快故障檢修速度，維持整個系統(tǒng)工作狀態(tài)的穩(wěn)定性[6]。

4 結語

在生物制藥廢水處理過程中，進行臭氣的合理處理屬于非常重要的工作內(nèi)容，通過建立高效可靠的除臭系統(tǒng)來完成臭氣處理，對于提升系統(tǒng)運行過程穩(wěn)定性，減少環(huán)境污染有著積極的意義。