FSBF高效生物净化器

1.概述
雾化喷淋+高效生物净化器（FSBF系统）用于恶臭废气处理，是具有国际先进水平的最新最实用技术，处理工程投资少，运行费用低。

FSBF系统的特点：
① 处理时间短，效率高，含硫恶臭物质去除率在95%以上，其它物质去除率75%-95%以上，处理后的气体能达到国家环保标准（恶臭污染物排放标准、大气污染物排放限值）。
② FSBF系统结构简单，占地面积小，体积小，投资低。
③ 生物菌种一次挂膜成型后，不需再加生物菌种。生物菌种和填料使用寿命长，可达5年以上；5年后经简单更新再生，又可继续使用。无需像活性炭那样一两个月就要再生、一两年就要更换。
④ 系统运行稳定，压损少，不易堵塞，出故障（来自风机和小水泵）机率低。
⑤ 具有间歇工作能力。当工厂检修或放假时，不需要作任何维护；停止运行10天后，再次运行，其效率不受影响。
⑥ 操作管理简便，不需专人负责； FSBF系统不需配置预处理塔、生物洗涤塔或生物滤池（塔）。除收集废气所需的风机外，只有间歇抽水喷淋的小水泵的电费，用电极省。运行费用比其它废气净化技术都要低得多。
⑦ 根据实际情况和要求，FSBF可以是集中式，也可以是分散式。
基于以上的特点，尤其是所用的微生物菌种和填料具有特别的优势，生物净化效率高、时间短（一般只需几秒种），因而，生物净化器的体积和占地小（是其它生物净化器的几分之一甚至十几分之一），可以置于露台、楼顶或工作间内。同时，因为生物净化器的压损比较小（只有300Pa左右），加上生物净化器可以置于废气源就近的地方，抽风管道短，压损也小，所以整个FSBF净化系统的压损少于1000Pa（一般600--800Pa），因而，所用离心风机的全压和电机功率也就比较低，可节省50%以上的耗电；再加上填料使用寿命长，不会堵塞引至净化效率逐渐下降，故长期运行费用较低。

2.技术背景
2.1技术背景
FSBF系统技术持有人卢博士是德国柏林工业大学生物与环境工程博士、加拿大多伦多大学环境工程博士后、注册工程师。在加拿大从事博士后研究和工作期间，主攻恶臭废气的生物过滤技术，多伦多大学在废气生物处理方面在北美（美国、加拿大）处于领先地位。其间与很多公司合作，出色地完成了一批急需解决的废气治理项目。主要公司包括：Bowater Canada Inc., Domtar Inc., Georgia-Pacific Corporation, Nippon Paper Industries Co. Ltd., Weyerhaeuser Company, Aracruz Inc., Eka Chemicals Co., Irving Pulp & Paper Inc., Japan Carlit Inc., Polatch Co., Sterling Pulp Chemicals Co., Tasman Pulp Co., Tembec Inc。所做的项目都是来自不同工业界所面临的实际问题，受工业界委托，得到工业界及政府的资助，这些项目来自实际，攻关解决后又回到实际中去，所以是最新最实用的高科技成果的结晶。
主要成果如下：
 造纸厂含H2S及其它恶臭物质废气的生物净化；
 制药厂污水处理厂废气的生物净化；
 造漆厂、喷漆厂恶臭废气的生物净化；
 新型高效生物净化器的开发；
 新型生物填料的开发；
 高效生物菌种及生物膜制备技术的开发。
卢博士是博士后留学人员，长期从事生物、环境和生物工程的研究、设计和产品开发，尤其是对有毒有臭味废气处理，有很深的造诣和丰富的实践工作经验，具有世界领先水平。是具有很多大型工业生物净化器的设计、有毒恶臭废气治理工程、监测实际经验的注册工程师。所拥有的技术是成熟可靠的，特别是由于投资省、效果好、运行管理简单、费用低，是很适合中国国情使用的新技术。

2.2 FSBF高效生物净化器技术
2.2.1基本原理
采用环境生物复育技术、生物过滤技术研制高效生物膜来净化和降解废气中的污染物质。当含有气、液、固三相混合的多种化合物、挥发性有机物（Volatile Organic Compounds即VOCs）等有毒有臭味废气以专管集中导入本过滤器后，通过培养生长在生物过滤器内的特殊微生物形成的生物膜，此生物膜一方面以废气中的污染物为养料, 进行生长繁殖，另一方面将废气中的有味的挥发性有机物质(VOC)作生物分解及脱臭处理，降解成为无毒无味的二氧化碳(CO2)和水（H2O）后再排出，达到净化废气的目的。
关键技术：1.生物复育技术，即使用生物体分解有毒废弃物成无毒物质（如水、二氧化碳及其它）的一种统称技术；2.生物过滤技术；3.细胞接种技术；4.高效生物膜的研制技术；5.微生物菌种培养技术。

2.2.2生物过滤器结构功能图，如下图所示∶

2.2.3 技术突破
历经反复实验，研制出能有效处理含有气、液、固三相混合的多种化合物、挥发性有机物（VOCs）的高效生物膜，通过生物过滤、生物复育技术快速地对废气予以降解，克服了目前世界上的废气生物过滤研究主要集中在对于一些单一化合物（如单一的甲醇、甲苯、硫化氢、松烯萜烃等）的处理现状，从而有利于环保。

技术难点：
目前世界上的废气生物过滤研究主要集中在对于一些单一化合物的处理，而对于几种或多种混合在一起的化合物研究则很少。因为生物过滤系统中的微生物对于单一物质的降解比较容易，微生物易于适应和驯化单一物质的降解。而对于复合废气因含有较多复合物质的降解则需要多种微生物参与。但是多种微生物之间的生长平衡却较难控制，所以容易造成只有单一某种微生物生长占优势，只适用于降解单一的污染物的现状。

解决技术难点的方法：
本项目根据复合废气的特点及目前技术上的空白，在微生物菌种筛选、培养和优化组合上突破。通过在菌种实验室对菌种筛选、富集培养，把能有效处理各种物质的菌种都筛选富集培养后，再接种到生物过滤器内，在生物过滤器内培养出能同时有效地处理多种化合物的高效生物膜，从而有效地解决了上述难题。

每一种生物体，细菌、霉菌及其它菌种等都需摄取食物，并排出废弃物，不同的生物需求不同的营养分。某些细菌依赖废弃物的化学物质繁衍，例如有些微生物以有毒物质维生，像Methylene Chloride、各种清洁剂、Pentachlorophenol、Sulfur及Polychlorinated Biphenyl (PCBs)等等。本项目的高效生物膜，比较筛选、富集培养功能各异的菌种，对含有气、液、固三相混合的多种化合物、挥发性有机物（VOCs）等废气、臭味均起作用，利用生物环境复育技术，不同菌种“吃”不同的污染物，代谢后变成无毒害物质。废气经不同菌种消耗后，可完全清除或将环境回复合格的污染程度。

以致臭的含硫化合物为例，目前二甲基硫化物的生物处理去除率较低。我们通过分离鉴定或悬浮、附着生长培养能降解气相硫化物的主要是化能自养型和甲基营养型的微生物，它们能将硫化物定量地氧化为SO42-和CO2。大部分能降解甲基硫化物的微生物，其适宜pH为中性。甲硫醇和硫化氢是二甲基硫代谢的中间体，参与二甲基硫代谢的酶系统不稳定，是处理效果不佳的主要原因。本项目的高效生物膜利用纯细胞接种，可有效地提高生物过滤器的脱臭效果，本项目高效生物膜还通过筛选、培养出一种特殊的微生物菌种，并从高效菌选育和固定化方式的改进等方面，进一步提高气相含硫恶臭物的生物处理效果。检测表明，本生物过滤器在停留时间仅为3-10秒时，处理硫化氢和甲醇去除率分别为：99%和90%以上。

FSBF技术可广泛用于工业废气污染的治理。工业废气的污染具有成分复杂多变、有毒有害的特点。我们采用的生物净化技术是利用微生物降解或转化气态污染物，特别是低浓度的生物降解物质，具有净化效果好、投资及运行费用低、无二次污染，易于管理等优点。用来进行气态污染物降解的微生物种类繁多，特定的污染成分都有其特定的适宜处理的微生物群落，自养菌和异养菌通过各自的氧化、还原、消化、反消化等方式来获得其所需的营养和能量。在适宜的介质、温度、湿度、酸碱度、氧、营养物质的条件下，起净化作用的多种微生物能够共同繁殖，达到一种装置同时处理多种气态污染物的目的。

本技术《用于处理VOCs及有毒恶臭废气的高效生物过滤器》已获国家科技部2002年科技型中小企业技术创新基金支持。该基金提供资助的项目必须是：①国内高水平的项目，在国内相同或相似项目中只选择一个（说明我们的技术是国内最高水平）；②提供已完成中试，进入量产的项目，不提供仅做研究的项目。所以，我们的技术是成熟的；③该基金评审是由多名国家级专家独立评审，因此，我们的技术是得到专家公认的。
同时，本技术已申报中国专利。正在申请国家环保重大实用技术。

2.2.4已取得的成果
已完成开发工作如下：
1、 对不同废气处理，菌种的选育工作，已形成系列菌种，可针对不同废气处理要求，选择菌种；
2、 生物过滤器结构对废气处理效率影响的研究，其结果已被用于生物过滤器优化设计；
3、完成用生物过滤器对单一废气进行处理的研究，如：甲苯、甲醛、松油中萜烯化合物、硫化氢等。这些工作还包括：
 疏水性的生物膜高效处理松油中的烯烃(40g/m3 h)和甲醇(250g/m3h)；
 挥发性有机化合物的动力学和模拟；
 接种作用与技术的发展；
 高温处理甲醇（温度可达70℃）；
4、 填料的材料及尺寸对处理效率的影响；
5、完成对混合气体进行的处理；
6、完成了过滤器连续工作状态的研究，时间长达180天[硫化氢]和100天[甲醇]；
7、完成了过滤器间歇性工作状态的研究，时间长达三年。

2.2.5技术应用
FSBF技术主要技术负责人在加拿大多伦多大学从事博士后研究和工作期间，主要对生物环境工程的开发研究，并着重于大气污染控制与恶臭的生物过滤技术研究开发，出色地完成了一批加拿大工业界所支持的废气研究和废气治理项目。其中废气生物处理项目得到加拿大政府及相关十几家化工、造纸、环境治理等公司的投资和应用，其中处理硫化氢去除率可达99%以上，并发表了十余篇废气生物处理的专业论文，编著出版了《Towards Sustainable Management of the Boreal Forest 》(Ottawa, Ontario, National research Council Research Press,2003), 其中有关大气污染与防治的重要章节，包括《The Fate, Effects and Mitigation of Atmospheric Emissions From the Forest Products Industry》。

有毒恶臭废气高效生物净化设备，可用于油烟、医药、农药的制药废气、粪便渣糟
干燥废气、化工、橡胶、造纸、食品、造漆、喷涂等许多行业的有毒恶臭废气处理。
FSBF恶臭废气高效生物净化技术引入国内应用举例∶
（1）养鸡场鸡粪干化中高浓度臭气处理
养鸡场鸡粪干化的臭气特点是：
①特别臭：在未处理之前用30米高烟囱排气，方圆500米的范围内，臭气冲天；
②浓度非常高；
③温度高：出口温度100--120℃，经冷却后，进入过滤器时的温度45-50℃；
④高湿：含水量90%左右；
⑤成份复杂：含H2S，NH3 和其他物质。
用户在选用多家臭气治理技术均未达到预期效果的情况下，试用FSBF恶臭废气高效生物净化技术，一次性调试运行成功，且效果比预期的还好。
（2）餐馆油烟废气处理
该技术在中国已被应用到餐馆业油烟废气处理，经环保监测站监测，各项指标均优于国家标准。中餐的油烟治理难度很大，其治理的难度甚至高于污水站臭气治理，以往的治理技术达标率很低，而且效果不稳定，需频繁清洗，维护麻烦，异味去除效果差；若不及时清洗，净化效果很差，因而有治理设施仍被投诉。FSBF技术用生物的方法将油和废气（包括气味）在短短的几秒钟内就能净化掉，在去除油烟颗粒的同时能去除异味，因而可以低空排放，在国内还没有任何技术可以达到这样的水平。广州市金康美餐厅、海珠区涟漪酒吧、鲩鱼仔白云路店、体育西路酷锅重庆火锅、广川源餐厅、天河区东站品味食府……等餐厅安装油烟生物净化器后，除油烟、除异味效果较优，可免高烟囱排放，处理效果稳定，管理简便。环保检测东站品味食府油烟排放浓度0.58 mg/m3，金康美餐厅油烟排放浓度1.37 mg/m3。（国家标准排放限值为2.0mg/m3）。
3. FSBF高效生物净化器应用到联邦制药有限公司污水处理厂恶臭废气的处理，运行效果很好。硫化氢、氨、甲硫醇和甲硫醚的净化效率为98.6%、97.2%、92.0%和83.2% 。
4. 广州本田汽车公司采用FSBF生物净化器，有机溶剂废气净化效率达到84.4%。东莞高埗恒丰印刷厂有机溶剂废气生物净化效果监测，苯、甲苯、二甲苯的去除率都超过了95%。

3. 技术对比
3.1恶臭气体处理技术介绍
恶臭气体污染治理技术大致有如下几类：
① 物理法(掩蔽法、稀释扩散法)，适宜于处理场地空旷、对环境无太高要求的地方，。仍然污染环境。
② 燃烧法(热力燃烧法、催化燃烧法)，适宜处理高浓度恶臭气体，但投资较大，运行管理要求高，易产生安全隐患。
③ 吸收法(水吸收法、酸吸收法、碱吸收法)，吸收效率不很高，吸收装置体积较大，一般只适用于中高浓度的恶臭气体处理的预处理。
④ 吸附法(活性炭或分子筛)，适用于低浓度的恶臭气体处理，若用于中高浓度的恶臭气体处理存在运行成本高、再生难的问题，而且被活性炭吸附的恶臭物质，无法变成无毒成分，需靠再生予以去除，易产生二次污染是它的一个致命弱点。
⑤ 生物处理法(生物过滤器、生物滴滤池、生物洗涤塔)，适合于低浓度，大容量的恶臭气体处理。
⑥ 近年出现等离子体---催化氧化法，该技术比较适用于高浓度低风量的废气处理，但臭味降解不彻底，投资较高。
表1 高效生物净化技术与等离子体、催化氧化技术性能比较
 

3.2 废气生物除臭工艺装置
3.2.1废气生物除臭技术概况
早在1920年，在德国，人们就对废水处理厂的废气进行处理，当时将恶臭气体通过简单的生物过滤器， 发现气体经过生物过滤器后， 臭气的臭味可以得到降低。60 年代，在欧美的一些研究表明，废气中臭味的降低主要是由于微生物降解气体中的污染物，后来生物过滤器成功用于清洁一些废气。如今对挥发性有机物质(VOC)气体，传统的生物过滤器的效率比较低，容易形成较大的压差。在70 年代后，废气生物过滤在欧洲，特别是德国开始比较广泛地应用于一些低浓度的工业废气，尤其是含有VOCS的气体。
生物法处理废气污染物是一项新兴的技术。其基本原理是：在净化器内的多孔填料表面上生长有种类繁多的微生物群体、构成生物膜层。废气流经填料床时，通过扩散作用，把污染物质转移到生物膜上；再通过微生物酶进行生物化学反应，把废气中的有害成分生物降解为CO2 和H2O，从而实现净化恶臭和废气的目的。

国外在利用生物过滤技术处理低浓度、大流量的有机废气和臭味的工作中已经取得相当成功。据有关资料报道，利用生物技术能够降解挥发性有机污染物和恶臭物质包括有：烷烃类、醛类、醇类、酮类、羧酸类、酯类、醚类、烯烃类、多环芳烃类、卤素类化学物以及H2S、NH3等。

目前国内对VOCs研究主要集中在对于一些单一化合物的处理，受研究设备和实验手段的限制，这些研究还有局限。应用方面还处于模仿阶段，对生物过滤的机理了解很少，所以在VOCS控制方面，我国尚处于起步阶段。
3.2.2废气生物除臭工艺设备
恶臭气体生物除臭的主要工艺设备有：(1)生物洗涤塔；(2)生物过滤器；(3)生物滴滤池。这些生物除臭设备的优缺点综述见表2。
表2 生物除臭设备优缺点

综合比较生物洗涤塔、生物过滤器和生物滴滤池的各自特点，我们在工程采用“雾化喷淋+高效生物过滤净化器” 或“加湿塔+高效生物过滤净化器”（FSBF系统）生物除臭处理工艺。

4. 处理流程
4.1一般处理流程
废气→风机→除尘（若含尘量低则不用）→FSBF系统除臭与降解→达标低空排放

4.2 FSBF高效生物净化器
生物净化器内装有填料。填料在预处理时，与BD-5#菌种混合，经培养使得填料上附生着大量的微生物，并形成生物膜。废气进入生物净化器后，微生物将VOC转变为CO2+H2O,其中， NH3→ N2，H2S→ S硫磺→  亚硫酸 →稀硫酸
通过对填料每天的定时喷淋，稀硫酸随水清洗到水中。由于其浓度很低，清洗水可以直接进入废水处理池进行处理。用于喷淋的水泵是否需要连续运行或定时喷淋，调试时根据生物膜的生长情况和温度确定，喷淋水的浓度在一定的范围内，可以循环使用。

废气浓度高时，微生物可以将部分恶臭硫化物转变为硫磺，储存于细胞内，当废气浓度低或停机期间，存于细胞内中的硫磺还可以作为微生物的能量被分解成亚硫酸→稀硫酸。所以，微生物有自适应能力，同时，生物净化器有一定的抗冲击能力，废气浓度变化将不影响生物净化器的处理效率。

FSBF高效生物净化器是废气生物净化的关键，也是我们的生物净化技术的核心。它关键的关键取决于净化器内的生物菌种的选择，生物填料的选择以及附着在填料上的高效生物膜形成，只有高效生物膜才能有效地降解恶臭，同时考虑其操作运行简便、运行成本低。
FSBF的主要创新点及优越性如下：
 高效菌种（BD-5#菌种）。经过长期研究和实际应用，掌握了处理含硫化物、挥发性有机物等废气的生物菌种和其组合以及生物生存、繁殖的环境条件，拥有完整的高效生物膜形成和维护技术，使培养出的生物膜可以自身繁殖代谢，自我更新，无需添加菌种。
 高效生物填料。曾对5种填料进行了详细对比研究，选择了现在使用的填料。
该填料表面积大，耐用，亲水性好，所以比一般填料效率高10倍，而且这种填料可使用5-10年以上，不需更换，压损小，而其他公司使用的填料每2-3年需更换，操作麻烦。
 生物固定化技术，生物膜技术。将微生物菌种固定在高效生物载体上，形成一种生物膜，生物膜是由多种菌种形成一种复合体系。①它们通过互生、共生关系来相互协调合作共同完成一些恶臭物质的降解过程，将有毒变为无毒，将恶臭变为无臭无味的物质，将恶臭物质“吃”掉，排出无毒无害的物质。②这种高效生物膜比平价微生物更具有抗冲击能力，废气浓度的波动或者停机再启动都能适应并保持很好的处理效果，含硫恶臭物质去除率保证在95%以上，其它物质大多数在90%以上。

4.3与其他生物净化技术的功能效果比较
1.生物净化器功能效果分析比较
FSBF高效生物净化器技术：
① 采用固定化的高效生物膜；
② 有高效生物膜，可自身生长繁殖，无需添加生物制剂；
③ 每天只需定时喷淋。通过生物膜技术，操作简便，效果稳定，节约成本。
其他生物净化器技术：
①用生物洗涤，生物没有固定化；
②要不断添加生物制剂；
③不断淋水。

2.生物固定化技术及生物膜技术
FSBF高效生物净化器技术：
①通过生物固定化技术，生物膜塔制技术，将生物集中形成一个膜体系，不易被冲洗掉；
②生物膜集多种微生物于一体 →大幅度地提高处理效率；
③通过国际先进的生物膜技术，菌体自身代谢更新不需补充菌种；
④压损小，不易堵塞；
⑤填料生物膜可连续使用5年以上。
其他生物净化器技术：
①微生物菌种溶于水中，悬浮状态；
②生物含量与组合低且单一；
③因为缺乏生物固定及膜技术，生物自身繁殖能力低，所以要不断补加菌种；
④操作上压力损失大，易堵塞； ⑤填料使用寿命短，2-3年要更换一次。