生物净化系统原理介绍

生物滤池法除臭工艺是一种安全可靠的处理方法，除臭效率大于90%。其原理是污水处理过程中所产生的臭气经收集系统收集后集中送至生物滤池除臭装置处理，臭气通过湿润、多孔和充满活性微生物的滤层，利用微生物细胞对恶臭物质的吸附、吸收和降解功能，微生物的细胞个体小、表面积大、吸附性强、代谢类型多样的特点，将恶臭物质吸附后分解成CO2、H2O、H2SO4、HNO3等简单无机物。

致臭物质＋O₂              细胞物质＋CO₂＋H₂O等

污染物的转化机理可用下图表示：

 

生物氧化反应处理臭气，要经过三个阶段，即污染物质的溶解过程、污染物质的生物吸附吸收过程、污染物质的生物降解过程。

第一阶段：污染物质的溶解过程。

污染物与水或固相表面的水膜接触，污染物溶于水，成为液相中的分子或离子，即污染物质由气相转移到液相，相平衡过程遵循亨利定律。

第二阶段：污染物质的生物吸附吸收过程。

水溶液中的污染成分被微生物吸附、吸收，污染成分从水中转移至微生物体内。作为吸收剂的水被再生复原，继而再用以溶解新的臭气成分。被吸附的疏水性的有机物通过微生物胞外酶对不溶性和胶体状有机物的溶解作用后，才能相继地被微生物摄入体内。如淀粉、蛋白质等大分子有机物在微生物细胞外酶（水解酶）的作用下，被水解为小分子后再进入细胞体内。

第三阶段：污染物质的生物降解过程。

计入微生物细胞的污染成分作为微生物生活活动的能源或养分被分解和利用，从而使污染物得以去除。具体转化过程如下：

进入微生物细胞体内的有机物，在各种细胞胞内酶（如脱氢酶、氧化酶等）的催化作用下，微生物对其进行氧化分解，同事进行合成代谢产生新的微生物细胞。一部分有机物通过氧化分解最终转化为H₂O和CO₂等稳定的无机物质，并从中获取合成新细胞物质（原生质）所需要的能力。此过程可用下式表示：

 

与此同事，微生物利用另一部分有机物及分解代谢过程中所产生的能力进行合成代谢以形成新的细胞物质。此过程可用下式表示：

上述转化过程中，当底物的含量充足时，微生物处于快速增长的阶段，有大量新的细胞合成，但随着底物不断氧化分解及微生物和细胞物质数量的不断增长，微生物生长对底物的需求量逐渐得不到满足，微生物将进入体内源呼吸阶段。此时微生物对自身细胞物质进行氧化分解，并产生能力，成为维持其生长繁殖提供能量的主要方式。

微生物作用过程示意图

 

部分污染物生物转化机理

恶臭气体成分不同，微生物种类不同，分解代谢的产物均不一样，对常见的恶臭成分的生物降解转化过程概述如下：

（1） 硫化氢的生物转化机理

恶臭气体中的H₂S时，专性的自养型硫氧化菌会在一定条件下将H₂S氧化成硫酸盐；恶臭中有机硫如甲硫醇，则首先需要异养型微生物将有机硫转化为H₂S，然后H₂S再由自养型微生物氧化成为硫酸盐。

1） 脱硫微生物菌种

脱硫微生物的共同特征是在需氧条件下能够氧化Fe²⁺、S和无机硫化物，并将原性硫化物氧化为SO₄^2-，使环境变酸，并放出能量。

在BYSW生物滤池除臭系统工艺中，我们培养的微生物菌种主要为：氧化亚铁硫杆菌、化能硫杆菌、酸热硫化叶菌、光合硫细菌以及真菌等。其中光合细菌以硫化氢为氢供体，还原二氧化碳合成菌体细胞，硫化氢被氧化为单质硫或硫酸。而硫杆菌和丝状硫磺细菌是一类好气微生物，它们可以从硫化物如硫化氢、元素硫的氧化生成硫酸过程中取得能量来同化二氧化碳。

2） 微生物法脱硫的机理

含硫恶臭污染物除了硫化氢外，还有甲硫醇、二甲基硫醚、二甲基二硫醚、二甲基亚矾等有机硫。  

还原态的无机硫在液相及微生物的作用下氧化成硫酸根离子的具体过程为：

S^2-→S→S₂O₃^2-→S₄O₆^2-→S₃O₆^2-→SO₃^2-→SO₄^2-

3） 生物滤池除臭系统处理含硫废气的优势

BYSW生物滤池除臭工艺实际上是生物膜处理工艺，生物膜处理工艺是微生物法中最受关注的一种方法，它是将微生物在填料表面固定附着生长的生物处理法。生物膜法具有以下优点：

① 生物相中除好氧菌外，还存在厌氧菌，因此脱硫效果好；

② 生物膜的生物量较大，因此具有较大的处理能力；

③ 细胞在单位体积中的活性高，稳定性强；

④ 固定化方法简单，工艺过程比较稳定，动力消耗较少，成本较低；

⑤ 营养物质利用效果好，转化率高。

我们使用的生物复合填料中添加有缓冲物质和微量元素，可以控制调节系统洗涤过滤循环水箱水相的pH值为微生物提供营养元素。因此，在处理含硫、含氮等经微生物降解会产生酸性代谢产物及释放能量较大的污染物时，生物洗涤过滤除臭工艺比目前普遍使用的单纯生物滴滤工艺和生物过滤工艺更有效，更稳定。

4） 生物滤池除臭系统中含硫恶臭污染物的微生物代谢过程

含硫恶臭气体包括H₂S、甲硫醇（MM）、二甲基硫醚（DMS）、二甲基二硫醚（DMDS）、二硫化碳（CS₂）等。

含硫恶臭气体的细菌代谢途径：

① 生丝微菌属（Hyphomicrobium）S对DMSO的代谢如下所示：

 

② 排硫硫杆菌（Thiobacillus thioparus）E6对DMDS的代谢途径如下：

 

③ 硫杆菌属（Thiobacillus）ASN-1对DMS的代谢途径：

 

④ 自养性硫杆菌属和甲基型的生丝微菌属与一般硫公细菌的代谢一致。

⑤ 黄单胞菌属（Xanthomonas）DY44对硫的代谢独特，它氧化H₂S和甲硫醇（MM）不形成S0或SO^2-₄，而是形成类似于硫的聚合物。

⑥ 食酸假单胞菌（Pseudomonas acidovorans）只氧化DMS为DMSO，就不再继续氧化。

⑦ 硫杆菌属（Thiobacillus）既能氧化上述恶臭硫化物，也能氧化S⁰、S₂O₃^2-和S₄O₆^2-。

⑧ 排硫硫杆菌E6菌株氧化DMDS为H₂SO₄和CO₂。

⑨ 硫杆菌属ASN-1菌株氧化DMS，能利用和作最终电子受体，依靠钴氨酰胺（X）（甲基携带剂）引发的甲基转移反应而将其氧化为HCOOH和H₂S。

⑩ 化能硫杆菌氧化H₂S、S⁰、S₂O₃^2-和S₄O₆^2-为H₂SO_4。

几种恶臭硫化物生物氧化活性的顺序是：硫化氢（H₂S）＞甲硫醇（MM）＞二甲基二硫醚（DMDS）＞二甲基硫醚（DMS）等。

（2） 氨气的生物转化机理

恶臭中的氨气首先溶于水，然后在有氧条件下，经过亚硝酸菌和硝酸菌的硝化作用转化为硝酸盐；在兼性厌氧的条件下，硝酸盐还原细菌将硝酸盐还原为氮气。

（3） 挥发性有机气体的生物转化机理

挥发性有机废气生物处理原理-废气的生物处理技术首先应用于农业生产过程中异味气体的处理，例如养殖业中动植物加工产生的臭气、堆肥发酵和生物污泥废气处理等。随着产业生产中产生的挥发性有机气体的污染日益严重，这项技术逐步应用到产业废气净化领域。其净化的基本原理是：有机废气或异味气体流经带有液体吸收剂的处理器；在处理器中，由于废气中的污染物在气、液相之间存在浓度梯度，浓度差使其从气相转移到液相，被生存其中的微生物吸附；通过微生物的代谢作用，有机物被分解、转化为生物质和无机物。

用以进行有机污染物降解的微生物种类很多，根据能源结构分为自养菌和异养菌；自养菌利用无机碳作为能源；异养菌则是通过氧化有机物来获得能力，在适宜的温度、pH值和有氧的条件下，能较快地完成降解过程。在生物法运行初期，微生物对污染物有一个适应过程，起种群和数量分布逐步向适宜于处理目标污染物的情况转变。