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簡述生物技術制藥的特征范文第1篇

[關鍵詞] 惡臭 治理 進展

任何一個項目的建設，必然會對其周圍的環境或多或少地產生一些影響，而這些影響的程度大小，依賴于所采取的污染防治措施是否有效和經濟[1]。惡臭廣泛地產生于工農業生產，市政污水，污泥處理以及垃圾處置過程，化工行業的惡臭甚至還含有有毒污染物。惡臭污染防治措施必須在技術可行性和經濟可行性上高度統一，在建設項目環評的惡臭污染防治措施評述章節中應充分體現這一點。而要做到這一點，就必須充分了解惡臭的特點及當前惡臭治理的技術發展水平。

1 惡臭污染的特點

1.1 惡臭污染物指一切能刺激嗅覺器官引起人們不愉快及損害人的健康和生活環境的有害惡臭物質及揮發性有機污染物（VOCS）氣體物質。惡臭物質來源廣泛，對人體呼吸、消化、心血管、內分泌及神經系統都會造成不同程度的毒害，其中芳香族化合物如苯、甲苯、苯乙烯等還能使人體產生畸變、癌變。

1.2 惡臭污染物的種類繁多，目前能為人們所感知的有4000多種，其中被公認的主要惡臭物質是：硫化氫、氨、有機胺、苯乙烯、酚等。惡臭物質中只有少數的氣味物質是無機化合物，如：氨(NH3)和硫化氫(H2S)；絕大多數惡臭氣體為揮發性有機物，如：低分子脂肪酸、胺類、醛類、酮類、醚類、鹵代烴以及脂肪族的、芳香族的、雜環的氮或硫化物。

惡臭從其組成可分為五類[2]：① 含硫的化合物，如H2S、硫醇類、硫醚類；② 含氮的化合物，如胺類、酰胺、吲哚類；③ 鹵素及衍生物，如氯氣、鹵代烴；④ 烴類，如烷烴、烯烴、炔烴、芳香烴；⑤ 含氧的有機物，如醇、酚、醛、酮、有機酸等。

石化行業排放的惡臭污染物種類多，常見的惡臭污染物有：① 醇、酮類：戊醇、二異基酮、二異基甲酮、甲硫醇、糠醇等。② 醛類：甲醛、乙醛、丙烯醛、辛烯醛、巴豆醛等。③ 酸、酯類：丙烯酸、丙烯酸丁脂、丙酸、甲基丙烯酸丁酯、馬來酸酐、二異氰酸甲苯酯等。④ 胺類：苯胺、硝基苯胺、二苯胺、二甲胺、甲胺、乙二胺等。⑤ 苯系物及雜環類：吡啶、苯甲醛、苯磺酰氯、苯醌、六氯苯等。

這些物質都帶有活性基團，容易發生化學反應，易被氧化。當活性基團被氧化后，氣味就消失，各種除臭工藝就是基于這一原理。

2 惡臭的主要來源

惡臭氣體來源于工業有毒有害氣體和城市生活惡臭氣體，產生于污水處理、冶金、石油、制藥、化工、塑料、屠宰、食品和海產品加工、城市垃圾處理等各種行業，具有廣泛性。瓦德麥克分類法依據氣味物質的結構及人體對氣味物質的感覺特征將氣味物分為9類：醚類、芳香類、花類或香脂類、琥珀類、韭菜或大蒜類、焦臭、山羊臭、不快臭、催吐臭等。可將惡臭來源大致歸納為表1所示[3]。

3 國內外除臭技術的現狀

目前，對惡臭氣體的控制大體上可分為物理法、化學法和生物法三大類。物理法不改變惡臭物質的化學性質，只是通過掩蔽、稀釋、吸附、冷凝、膜分離等物理手段降低臭味濃度達到人的嗅覺能接受的地步。化學法則是使用另外一種物質與惡臭物質起化學反應，使惡臭物質轉變成無臭物質或減輕臭味。而生物法主要是利用微生物的代謝活動降解惡臭物質，使之氧化為最終產物從而達到無臭無害化。

3.1 物理法

物理法有掩蔽法、稀釋擴散法、物理吸附法、冷凝法和膜分離法等。

3.1.1掩蔽法。掩蔽法通常是采用更強烈的芳香氣味或其他令人愉快的氣味與臭氣摻合，以掩蔽臭氣或改變臭氣的性質，使氣味變得能夠為人們所接受，或采用一種能夠抵消或中和惡臭的添加劑，以減輕惡臭。

3.1.2稀釋擴散法。稀釋擴散法是將有臭味的氣體由煙囪排向高空擴散，或者以無臭的空氣將其稀釋，以保證在煙囪的下風向和臭氣發生源附近工作和生活人們不受惡臭的侵擾，不妨礙人們的正常生活。

3.1.3物理吸附法。物理吸附法是用活性炭或分子篩做吸附劑，在常溫下進行吸附，將廢氣濃集后再脫附，適用于能回收利用廢氣物質的場合。進行處理VOCs惡臭廢氣的吸附劑以活性炭居多[4]。

3.1.4冷凝法。冷凝法是指降低飽和VOCs氣體的溫度，使VOCs惡臭氣體冷凝后從氣體中分離出來。冷凝過程可在恒定溫度的條例下用提高壓力的辦法來實現，也可在恒定壓力的條例下用降低溫度的辦法來實現，一般多采用后者。利用冷凝的辦法，能使廢氣得到很高程度的凈化，但是高的凈化要求，往往所需的溫度很低，而壓力較高，會增加處理成本與費用。

3.1.5膜分離法。膜分離法是利用膜對廢氣和空氣的選擇透過性使廢氣凈化。根據膜構成的不同，分為固膜和液膜分離兩種。液膜分離技術可凈化H2S、CO2等氣體；固膜分離技術可用來回收氨，濃縮甲烷氣。從C5和C5以下烷烴中分離乙烯、丙烯等。該法節能，效率高。已成功應用于化工、醫藥、環境保護等領域內。

3.2 化學法

化學法有燃燒法、化學氧化法、光催化降解法、液體吸收法、化學吸附法等等

3.2.1燃燒法

對于有毒、有害且不需回收的VOCs的處理，燃燒法是一種較普遍使用的方法。燃燒法又有直接燃燒法、熱力燃燒法和催化燃燒法。直接燃燒法，主要用于高濃度的VOCs廢氣的處理。這種方法除造成浪費外，還把大量的污染物排入大氣，近年來采用較少。熱力燃燒法是將臭氣與油或燃料混合后在高溫下完全燃燒，以達到脫臭的目的。其熱回收率非常高，運行成本低，一般有2-3個陶瓷床熱回收室，有機廢氣和燃燒尾氣交替進入熱回收室，實現供熱和蓄熱過程。其缺點是設備體積較大，燃料費用高，NOX生成量大，已逐漸被催化燃燒法代替。

催化燃燒法是利用催化劑使有害氣體在250-500℃時氧化分解，從而除去惡臭的方法。催化燃燒具有裝置容積小，裝置材料及熱膨脹問題易解決，可處理低濃度可燃物，所需外加能量較小等優點。缺點是催化劑的價格較高，且要求廢氣中不得含有導致催化劑中毒失效的成分。

3.2.2化學氧化法。化學氧化法是采用強氧化劑如臭氧、高錳酸鹽、次氯酸鹽、氯氣、二氧化氯、過氧化氫等氧化惡臭物質，將其轉變成無臭或弱臭物的方法。而英國原子能管理局（AEA）開發出的電化學氧化技術，是采用一種內裝專利膜和AgNO3-HNO3溶液的化學電池，在溫度為50-100℃和常壓的條例下進行氧化，在陽極，VOCs惡臭氣體轉化為CO2 和H2O；在陰極，生成亞硝酸，經處理后可循環使用。該法的典型特點是：VOCs惡臭物質在除率高，可達99%以上，但運轉費用亦高，為焚燒法的2-3倍[5]。

3.2.3光催化降解法。光催化降解法始于20世紀60年代，90年代得到廣泛應用。目前世界上光催化降解法研究最好的是日本，其次是美國和中國[6，7]。其原理是在紫外線照射下光催化劑TiO2被活化，使H2O生成羥基（-OH），然后-OH將VOCs惡臭污染物氧化成CO2 和H2O。

3.2.4液體吸收法。吸收法是利用物質溶解度的不同來分離氣態污染物的方法。當惡臭氣體在水中或其它溶液中溶解度較大，或惡臭物質能與之發生化學反應時，可用液體吸收法治理。惡臭氣體常見吸收劑有苛性鈉、次氯酸鈉、硫酸、鹽酸、亞硫酸鈉等。這種方法高效、設備簡單、一次性投資費用低，廣泛應用于氣態污染控制中，吸收凈化的主要缺點是需對吸收后的液體進行處理，設備易受腐蝕。

3.2.5化學吸附法。浸漬吸附劑法多屬于化學吸附法。如浸漬堿（NaOH、氨氣）可提高對H2S和甲硫醇的吸附能力；浸漬磷酸CO2則可提高對氨和三甲胺的吸附效果[8]。浸漬K2CO3的活性炭法除H2S效果明顯提高[9]。由于吸附劑往往具有高的吸附選擇性，因而具有高的分離效果，能脫除痕量物質（達ppm級），但吸附容量一般不高（約40%左右，甚至更低）。吸附分離過程適宜于低濃度高要求的混合物的分離。蘇建華[10]等采用自制的高效液體吸收劑和活性炭吸附實現了對苯乙烯廢氣的凈化效率達74%以上。該法的缺點是處理設備大，流程復雜，當廢氣中含有膠粒物質或其它雜質時，吸附劑易失效。

3.2.6等離子分解法。近年來，國內外對等離子體凈化廢氣的研究相當活躍，等離子體凈化廢氣有獨特的優點，凈化效率高，可處理低濃度的污染物，通過氣速可高達10m/s，所需停留時間短等。依低溫等離子體產生的方法不同又可分為介質阻擋放電、脈沖電暈放電、滑動弧光放電等方法[11]。許小紅、吳春篤[12]等用低溫等離子體進行了分解特征惡臭氣體氨氣的試驗，試驗表明，增加電源電壓、電源頻率和停留時間可提高降解效率，但提高到一定程度后降解效率不明顯；該技術在污水處理廠的運行結果表明，H2S、NH3、CH3-SH這類惡臭氣體的去除率分別達到81.3％、88.1％、84.4％，可消除惡臭氣體對周圍環境的影響。日本的植松性行[13]利用等離子體的化學作用分解氯氟烴等難分解氣體。這種技術能在較短時間內完成，并且可在小型裝置內進行大量廢氣的處理。

3.3 生物法

廢氣生物處理法是利用微生物將廢氣中污染物降解或轉化為無害或低害物質的過程。目前有生物吸收法（懸浮生長系統）、生物過濾法（附著生長系統）、生物滴濾法（填料塔式生物脫臭法）三種脫臭方式。其中生物過濾法又有土壤脫臭法，堆肥脫臭法，生物濾池脫臭法，這些方法的共同點是：① 微生物是生物脫臭工藝的核心；② 生物脫臭工藝的效能也是極為重要的一個方面。

生物濾池、生物洗滌塔和生物滴濾池是3種主要的廢氣生物處理技術。在眾多VOCs的凈化方法中，生物法具有良好的凈化效果，優越的經濟性、可靠的安全性、天然的環境相容性。據有關資料報道，利用生物技術能夠降解揮發性有機污染物和惡臭物質，包括有：烷烴類、醛類、醇類、酮類、羧酸類、酯類、醚類、烯烴類、多環芳烴類、鹵素類化學以及H2S、NH3等。

3.3.1生物濾池

早在1920年，在德國，人們就對廢水處理廠的廢氣進行處理，當時將惡臭氣體通過簡單的生物過濾器，發現氣體經過生物過濾器后，臭氣的臭味可以得到降低。60年代，在歐美的一些研究表明，廢氣中臭味的物質主要是由于微生物降解氣體中的污染物，后來生物過濾器成功用于清潔一些廢氣。在國外，在利用生物過濾技術處理低濃度、大流量的有機廢氣和臭味的工作中已經取得相當成功，技術成熟，例如：廢氣中硫化氫濃度一般在1000mg/m3。如今對揮發性有機物質(VOC)氣體，傳統的生物過濾器的效率比較低，容易形成較大的壓差。在70年代后，廢氣生物過濾在歐洲，特別是德國，開始比較廣泛地應用于一些低濃度的工業廢氣，特別是含有VOCs的氣體。

生物濾池是最早被研究和使用的廢氣生物處理技術。生物濾池的填料是具有吸附性的濾料，多為土壤、堆肥、木屑、活性炭或幾種濾料混合而成，濾料要具有良好的透氣性和適度的通水和持水性。含污染物的廢氣經加壓預濕（有的還需要溫度調節、去除顆粒物等）預處理過程后，從反應器的底部經氣體分布器進入生物處理裝置，生物處理裝置的填料表面生長著各種微生物處理裝置，利用附著在填料上微生物的新陳代謝作用，廢氣中有害成分被氧化分解，處理過的氣體從生物濾池的頂部排出。

生物濾池處理技術的工藝特點是生物相和液相都不是流動的，而且只有一個反應器，氣液接觸面積大、運行和啟動容易。

在國內，有不少人對此進行了相應的研究。例如：苑宏英、郭靜等人采用陶粒為填料的生物濾池降解甲苯廢氣，并對清水試驗和生物膜試驗的結果進行分析，發現生物膜法降解甲苯這樣的揮發性有機物具有良好的效果，已不再是清水試驗中單純的物理吸收過程，而是伴有生化反應的吸收過程，是以氣膜控制為主的傳質過程[14],他們在采用焦炭為填料的生物濾床降解苯乙烯廢氣的試驗中也發現，對焦炭進行循環掛膜，焦炭對苯乙烯這樣的揮發性有機物初期以吸附作用為主，隨著生物膜的長成生物降解作用逐漸占有優勢，表現為對苯乙烯的去除效率穩定在35％－55％左右[15]。黃兵等人用生物膜填料塔凈化低濃度硫化氫惡臭氣體，實驗結果表明：用城市污水處理廠污水馴化培養的脫硫菌對硫化物具有較好的降解性。用該菌液掛膜的生物膜填料塔對低濃度硫化氫惡臭氣體具有較好的去除效果，最大生化去除量為190mg/1•h，控制適宜的液體噴淋量和增加氣體在塔內的停留時間可提高生物膜填料塔對硫化氫的生化去除量和凈化效率，同時，該塔對二氧化硫廢氣也有較好的凈化效率[16]。

3.3.2生物洗滌塔

生物洗滌塔通常是一個裝有填料的洗滌器和一個具有活性污泥的生物反應器構成。洗滌器里的噴淋柱將微小的水珠逆著氣流噴灑，使廢氣中的污染物與填料表面的水接觸，被水吸收而轉入液相，從而實現質量傳遞過程。

生物洗滌塔的優點是反應條件易控制，壓降小，但設備多，須外加營養，成本較高，為了防止活性污泥沉積且更好地降解有機物，活性污泥反應器需要曝氣設備。

生物洗滌塔適于處理工業產生的污染物濃度介于1-5g/m3的廢氣，污水處理廠散發的含VOC和惡臭物質的廢氣也能利用生物洗滌塔處理。吳學龍、蔣建國、王偉[17]等人對糞便污泥處理處置過程惡臭氣體的控制進行了研究，認為采用沼氣鍋爐焚燒和洗滌塔相結合的除臭工藝可以有效地減少處理成本，洗滌塔除臭只有在系統啟動、調試和沼氣鍋爐發生故障的情況下使用。

3.3.3生物滴濾池

生物滴濾凈化揮發性有機污染物技術是近年來發展起來的一項新技術。生物滴濾池被認為是介于生物濾池和生物洗滌塔之間的處理技術。廢氣中污染物的吸收和生物降解同時發生在一個反應裝置內。滴濾池內填充粗碎石、塑料、陶瓷、聚丙烯小球、木炭、顆粒活性炭等比表面積大的惰性填料，填料只起生物生長載體的作用，其空隙率比生物濾池的要高，使用壽命長、阻力小。含可溶性無機營養液的液體從塔上方均勻地噴灑在填料上，液體自上向下流動，然后由塔底排出并循環利用。廢氣由塔底進入生物滴濾塔，在上升的過程中與潤濕的生物膜接觸而被凈化，凈化后的氣體由塔頂排出。與生物過濾不同的是，生物滴濾器通常由不含生物質的惰性填料床構成，其頂部設有噴淋裝置用以控制過濾床層的濕度，同時還能通過向噴淋液中加入營養鹽和緩沖物質創造適宜微生物生長繁殖的環境。因此生物滴濾器具有凈化效率高、操作彈性較強等特點，適合處理污染負荷相對較高的非親水性VOCs污染物，也適合處理鹵代烴類降解過程產酸的污染物。通常生物滴濾設備的啟動一般是用活性污泥等進行接種，然后逐步馴化適宜的混合菌種；而對于那些難降解物質，則需要接種專門的菌種。

生物滴濾池適于處理工農業生產及市政設施產生的污染物濃度低于0.5g/m3的廢氣。

楊虹[18]等人報道了采用以沸石為填料的生物滴濾器凈化處理味精廠內揮發性惡臭廢氣的試驗結果。研究表明,在凈化氨氮臭氣取得良好效果的生物膜基礎之上,加入特定菌液能較快地培養出適宜處理味精廠內惡臭廢氣的微生物種群,且能獲得滿意的凈化效果。羌寧[19]等人采用不銹鋼絲網作為生物滴濾器的載體材料,用經以苯為唯一碳源馴化而得的微生物菌種,進行苯廢氣的凈化實驗。結果表明，在實驗的負荷范圍內,生物滴濾器的消除能力隨負荷的增加而增加,但凈化效率總體上隨負荷的升高而下降。在相同的進氣苯濃度下,隨著停留時間的增加,消除能力和凈化效率迅速提高,停留時間為33.9 s時,凈化效率達98%。進口濃度對生物滴濾器的凈化效率和所需的填料層高度有較大的影響。

3.3.4 三種廢氣生物處理法的比較

生物濾池技術的工藝特點是生物相和液相都不是流動的，只有一個反應器，氣液接觸面積大，運行和啟動容易。由于投資少、運行費用低，廣泛適用于處理工農業生產中產生的揮發性有機污染物。廢氣污染物濃度介于0.5-1.0g/m3之間。

生物洗滌塔技術通常由一個裝有填料的洗滌器和一個具有活性污泥的生物反應器構成，其反應條件易于控制、壓降小，適于處理污染物濃度較高的工農業生產中的廢氣。但設備多、須外加營養、成本較高，另外在活性污泥反應器中需要曝氣設備，并控制有關條件。如溫度、pH、氮磷碳之間的比率等，因其不容易調控，在應用上有局限性。

生物滴濾池吸取了以上兩種技術的優點。它只有一個反應器，壓降低，填料不易堵塞，使用壽命長，營養物質和pH容易控制，承受污染負荷大，并具備特有的緩沖能力。適用于處理污染物濃度在0.5 g/m3以下的廢氣。

3.4 物理、化學及生物脫臭的主要方法及比較

物理、化學及生物脫臭各有其特點，表2列出了物理、化學及生物法的原理、特點及適用范圍，在實踐中應根據不同情況予以選用。

4 惡臭治理的方法選擇

由于惡臭物質成分復雜，且嗅覺閾值較低，對凈化學系統的要求極高，所以就感官無味的要求而言，惡臭的治理難度較大，大多數的情況下需采用多級凈化。這樣將加大治理工程的投資，同時幾種方法的配合，也存在系統優化等問題。

4.1 洗滌――吸附法

如，日本凈化污水處理場或糞便處理場排出成分復雜的臭氣，采用了“日輝式除臭系統”對其進行處理[20]。該臭氣先經過稀硫酸洗滌，再經過稀堿液及次氯酸鈉液洗滌，然后通過活性炭吸附床吸附后排空。

4.2 吸附――氧化法

如，吸附與催化燃燒技術結合起來，通過吸附、解吸提高廢氣中惡臭物質的濃度，減少廢氣量，然后再經過催化燃燒而達到除臭的目的。

對目前采用的惡臭處理技術，表3在適用范圍、所需費用等幾個方面作了簡要的比較。

選擇治理方法時應從治理性能與治理費用兩方面來分析，即達到消除惡臭氣體，又要盡量減少治理費用。對于惡臭污染的治理，高濃度的惡臭污染，通常可以采用直接燃燒、催化氧化及臭氧氧化等方法進行治理，中等濃度的惡臭物質可采用吸收法治理，而對于低濃度的惡臭污染、特別是50×10-6（體積分數）以下惡臭物，如硫化氫、甲硫醇等，在用上述方法的處理中，通常存在反應難進行、催化劑易中毒和脫除成本高等缺點。吸附法適用于中、低濃度的排氣處理[21]。由于大多數惡臭物質都具有可吸附性，采用吸附法可以方便地將這些惡臭物質進行收集。活性炭是種優良的吸附劑。對于石化企業如污水處理廠等逸散型低濃度多組分且具有可吸附性的惡臭污染源，應用活性炭吸附技術治理，具有設備簡單、脫除效率高、運行管理容易、維護費用低和無二次污染等優點。如日本很多污水處理廠都采用活性炭吸附法治理惡臭。紐約一家污水處理廠采用4個串聯的活性炭吸附塔處理惡臭污染，使排放達標。另外，從煉油廠、化工廠一些裝置中排放的有機溶劑廢氣，采用活性炭吸附法脫除，不僅能有效地消除有害氣體對環境的污染，而且還可以回收能夠再利用的有機溶劑[22]。有些情況下采用兩種方法以上的凈化裝置組成凈化系統較為有利。如經噴淋吸收后再用吸附劑進一步吸附；既可用物理法吸附也可用化學法進行中和、氧化等反應；如果吸附器的吸附劑用不同的化學品浸漬，可以適合于消除多種組分的惡臭物質的需要，以達到更好的除臭效果。但再生更新難度較大。

5 前景與展望

生物處理惡臭是目前較為熱門的研究課題。與傳統的物理、化學處理有機廢氣技術相比，生物處理技術具有效果好，投資省、運行費用低、污染物不會轉移到其他地方，無二次污染、易于管理等優點，尤其在處理低濃度（

近年來，有學者[23-25]認為生物凈化器內存在微生物生態系統，含有降解污染物的微生物和大量的其它非直接降解污染物的微生物種群構成，并提出構筑食物鏈來維持凈化器內生物生態平衡的觀點。

目前國內的VOCs研究主要集中在對于一些單一化合物的處理，受研究設備和實驗手段的限制，這些研究還有局限。應用方面還處于模仿階段，對國外技術的理解，消化以及生物過濾的機理和核心技術了解、掌握還需要一定時間，所以在有毒有臭（VOCs）廢氣處理方面，我國尚處于起步階段。

此外，從環境保護的角度出發，生物吸附法的應用還必須解決二次污染問題，應加強吸附的后處理研究。如吸附劑洗脫再生時流出液和處理問題，廢渣的處理問題等，這些問題解決了，生物吸附才能真正發揮更大的作用。

總之，惡臭污染及污染源的治理技術研究是一個重要內容，隨著科技的發展及新合成的物質不斷出現，治理企業惡臭的工藝也將不斷更新。及時了解當前惡臭治理的技術發展水平，為企業治理污染和環境管理部門科學評價惡臭的影響都將起到積極的作用。

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