2.1.2恶臭气体的生物处理特点
恶臭废气生物处理技术是一项新兴的有效控制VOCs等污染物的技术，近年来有很大的发展，特别适用于处理大体积、低浓度的废气，以替代设备费用昂贵、运行维护困难、有二次污染等缺陷的空气污染控制技术。其可用于控制化工、制药、电镀、喷漆、印刷等行业产生的有害污染物(hazardous air pollutants，HAPS)以及废水处理厂、堆肥厂、垃圾填埋厂产生的恶臭(odour)等。同传统的物化处理方法相比，生物法具有许多其他方法无可比拟的优点。
1、生物脱臭法可避免或减少二次污染。一般将硫系、碳系、氮系等各种恶臭成分，以及苯酚、氰等有毒成分氧化和分解成CO2、H2O、H2SO4等物质。生物处理的产物是微生物，很容易处理，而化学氧化法会产生氯和含氯产物，加热法会产生氮氧化物等污染物，还需进一步处理。
2、生物脱臭法投资少，能耗低，运行费用低。生物脱臭是以臭成分作为生物体内的能源，只要使微生物与恶臭成分相接触，完成氧化和分解过程。在常温常压下进行，处理的能量来自生物利用VOCs成分本身产生的能量，一般不需要加热；不需投加额外的化学品；消耗的动力只是污染气体进入处理系统时所耗的能量(正压送风或负压引风)。与物理化学法相比，不仅可省能源和资源，而且处理成本也比较低廉。荷兰建造的生物滤其总成本是每处理1000m3废气，费用为0.25～1.25美元(1987年价格)。而采用吸附、吸收、氧化等传统物化方法其总成是每处理1000m3废气，费用为2.5～10美元。
3、生物脱臭法的脱臭效率高。只要控制适当的负荷条件与气接触条件，就能达到极高的脱臭效率，对于一般的空气污染物去除效率超过90％。
4、生物脱臭装置较为简单，只需设置诸如生物过滤器、曝气槽、捕集器等装置。 5、生物脱臭法生成的剩余污泥少,这是因为活性污泥法脱臭消化，其剩余污泥较少。 2.1.3 恶臭气体物的生物转化机理
生物脱臭法是利用微生物的生物化学作用，使污染物分解，转化为无害或少害的物质。微生物利用有机物作为其生长繁殖所需的基质，通过不同的转化途径将大分子或结构复杂的有机物经异化作用最终氧化分解为简单的水、二氧化碳等无机物，同时经同化作用并利用异化作用过程中产生的能量，使微生物的生物体得到增长繁殖，为进一步发挥其对有机物的处理能力创造有利的条件。污染物去除的实质是有机底物作为营养物质
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被微生物吸收、代谢及利用。这一过程是比较复杂的，它由物理、化学、物理化学以及生物化学反应所组成。生物脱臭可以用式（2-1）表达。
恶臭物质＋O2 细胞代谢物＋CO2＋H2O （2-1） 恶臭污染物的转化过程可用图2.3表示。
同化（合成） 微生物（C5H7NO2） 能量利用 O2有机物 C、H、N、P、S、O及维生素等 微生物 ADP能ATP 内源呼吸 H2O、CO2、NH4+、－－－NO2、NO3、SO42＋能量 有机酸、醇、胺等 图2.3恶臭生物处理中污染物的转化过程
恶臭气体成分不同，其分解产物不同，不同种类的微生物，分解代谢的产物也不一样。对于不含氮的有机物质如苯酚、羧酸、甲醛等，其最终产物为二氧化碳和水；对于硫类恶臭成分，在好氧条件下被氧化分解为硫酸根离子和硫；对于像胺类这样的含氮恶臭物质经氨化作用放出NH3，可被亚硝化细菌氧化为亚硝酸根离子，再进一步被硝化细菌氧化为硝酸根离子。
2.2 净化恶臭气体的微生物类型与特征
生物处理的作用主体是具有特定功能的各种微生物，由于氧化分解恶臭，微生物细胞一方面获得了生长所需的能量，另一方面获得细胞增殖所必需的细胞物质，从而维持了细胞的正常生命活动。微生物有其自身的新陈代谢，代谢活动都是在酶的作用下进行的，只有创造适宜的生存条件，使酶的机能得以充分发挥，微生物才能正常生长，才能利用恶臭物质作为生长所需的能源、碳源和氮源等，因此，生物反应器首先要确保微生物生存的基本条件。如环境中要有充足的营养物质和溶解氧(对于好氧微生物来说)、适当的温度、酸碱度及含水率等，同时，待降解的恶臭物质必须有一定的水溶性和可生物降解性，恶臭气体的温度不应大于50℃，并且不含有抑制关键微生物生长的有害物质。
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2.3 净化恶臭气体的填料
对于生物膜处理构筑物而言，栖息在填料上的生物膜是净化恶臭气体的主体。生物膜的形成和生长主要是依靠微生物在气、液、固三相中借助于环境力(物理、化学及生物)的作用下，向载体填料表面传递，并以结合固定化的方法实现在载体表面的附着；同时通过吸附、吸收、利用和氧化废气中营养物质而实现其生长。因此，生物膜法废气处理中，载体材料的性能直接影响生物膜的产生其生长。根据载体材料的特性、所用处理方法及工艺类型，使用和选择合理的载体，对于快速、有效、稳定地实现微生物的固定化是十分必要的。 2.3.1选择填料基本原则
微生物在废气处理实际工程中应用效果的优劣，与所用的填料特性有密切关系。不同的填料具有不同的特性，适用于不同的场合。若选用填料不合理，则不仅难以达到既定的使用目标，甚至可物处理过程失败，会导致不必要的经济损失。因而，合理应用是至关重要的。一般而言，选择填料有以下要求：
1、应具有一定的结构强度及耐腐蚀、耐摩擦的能力；
2、应具有较大的比表面积，可给微生物提供充分的附着及与污染气体接触的面积，提高生物量，从而尽可能地提高单位体积有机污染物降解量；
3、应具有较好的表面性质，要有亲水性，便于微生物和水的附着，通常表面粗糙的填料易挂膜，适合微生物生长；
4、应具有足够的空隙率供生物膜生长，确保供氧充足，同时，防止反应器中微生物快速增长，引起堵塞和压降升高，造成短流；
5、无毒，化学性质稳定； 6、就地取材、价格合理。
因此，在具体选择和应用过程中，应着重考虑以下几方面的基本原则：
( 1 ) 足够的机械强度 填料必须具有足够的机械强度。恶臭废气生物处理过程中，气流对填料的剪切作用有时是非常强烈的，它不仅直接作用于填料与微生物的固定化结合体本身，而且还可引起定化结合体之间的强烈摩擦。因而，要求作为载体使用的材料必颇具有足够高的机械强度，以抵抗强烈的气流剪切力的作用，防止镇料运动、碰撞过程中破碎而损失其功能。若使用的填料机械强度不够，一旦发生破碎，则不仅影响固定
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化微生物的数量，而且其直装后果将是导致出气浓度发生波动，影响除臭效果。
( 2 ) 优良的稳定性 由于生物反应器中所发生的污染物转化过涉及物理化学、生物化学及能量传递的错综复杂的过程，其反应过程所涉及的也是一个复杂的多元体系。因而，填料必须具备足够舶稳定性，减少或避免发生溶解或参与其中的各种反应，导致自身的捎耗。
填料的稳定性主要包括生物稳定性、化学稳定性和热力学稳定等几方面： 首先，载体材料不能参与生物反应过程，具有抗微生物腐蚀戒不可生物降解的特性；其次，载体材料必须是化学惰性的，具抵抗环境化学腐蚀的能力；第三，具有耐温度变化的性能。废生物处理中，其温度一般在20～50℃范围内波动，若载体缺良好的热稳定性，则有可能因其软化或伸缩而影响微生物与载主体的结合程度。虽然土壤、堆肥等填料的稳定性较差，但也应具产一定的稳定性，以避免填料损耗而导致频繁更换，造成维护管困难。
( 3 ) 无毒性或抑制性 显而易见，作为用于固定微生物的载体材料，本身必须是无毒、无抑制作用的，这是选择填料最基本的要求。这里所指的无毒、无抑制包括对人体和微生物两个方面。
( 4 ) 填料表面的带电特性 众所周知，在一般的环境条件下，微生物表面通常带负电荷，因而可知，使用表面带有正电荷的材料作为载体物质，将有利于加速微生物在填料的固定化过程。
( 5 ) 优越的物理性状 物理性状包括载体的形态、空隙率、相对密度等。填料的形态直接与其比表面积有关。比表面积越大，则单位体积载体所能附着或固定的微生物量越多。而单个载体所占空间体积越大，则其比表面积越小。因而，为充分提高载体的比表面积，工程上多将载体制作成小尺度或薄片状。需要指出的是，在考虑提高载体比表面积的同时，还必须考虑保证有效的传质及操作运行的便捷等。根据高比表面积的原则，所制作的载体形态有多种，如颗粒状、平板状、波纹状、管状等。
填料的空隙率也是直接决定其比表面积大小的重要因素。同时，空隙率大小也决定填料表面的粗糙程度，高的粗糙度利于微生物的附着，并利于提高其附着的强度，削弱气流剪切作用的冲击。载体的相对密度影响处理构筑物的建设费用及运行能耗。若填料相对密度过大，则需要损耗更多的动力，从而增加运行成本，同时也将因过强的气流剪切而影响微生物的固定。对于生物滤池等而言，若填料相对密度过大，将增加载体支撑
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结构的建设费用，影响处理设施向空间高度的发展。如传统的碎石载体填料难以在塔式生物滤池中得到应用。轻质载体的研究和使用是生物膜处理工艺改进和发展的关键。
另外，除上述选择载体材料的主要原则外，就地取材、价格合理也是必须加以考虑的。
2.3.2常用填料类型与特征
随着环保产业的迅猛发展，填料的数量急剧增加，分类方法也多种多样。如：按填料密度不同，可分为重质埠料和轻质填料；按填料获取方法不同，可分为天然填料和人工合成填料；按硬度不同，可分为硬性、半软性、软性填料等。常用的填料有活性炭、陶海粒、各种塑料填料等。目前，在废气生物处理中常用的填料主要为芝无机和有机两大类。
1、无机类填料 无机类填料主要有沙子、碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、陶瓷材料、碳纤维、矿渣、活性炭等。无机类载体普遍具有机械强度相对较高的特点，且大多化学性质比较稳定可提供较大的比表面积，微生物主要以附着在其表面(结合固定化途径)实现固定化，如形成生物膜等，但在特殊情形下也有以包裹附着的形式实现固定化的，如通过投加细颗粒无机载体填料作为核心进行颗粒化污泥的培养。但无机类填料的密度较大，这使其在悬浮生物膜反应器工艺中的应用受到限制。
2、有机类填料 从应用现状看，有机类填料在生物法治理恶臭气体方面应用较多，如生物过滤法中多采用土壤、堆肥(生活垃圾、碎木屑、树皮、树叶、干草及谷壳等混合物)、聚丙烯小球、塑料环等活性及惰性材料。
有机类填料可根据处理工艺过程的需要，加工成各种形状便一方面更好地满足反应器物理、生物特性的需要，另一方面尽可能地提高载体的比表面积。
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