生物滴濾塔處理H2S停留時(shí)間和容積負(fù)荷的研究

李天罡， 吳 波

(1.江蘇哈宜環(huán)保研究院有限公司， 江蘇 宜興 214205;2.國美水技術(shù)工程有限公司， 天津 300191)

H2S作為某些化學(xué)反應(yīng)和蛋白質(zhì)生物降解過程的產(chǎn)物，經(jīng)常存在于多種生產(chǎn)過程中。如煤的低溫焦化、有色金屬冶煉、橡膠、制革、染料、制糖等工業(yè)中都有H2S產(chǎn)生。還有垃圾、污水、污泥的厭氧處理也常伴有H2S存在。

H2S是強(qiáng)烈的神經(jīng)毒物，受到損害的人的主要癥狀:輕者流淚、眼痛、畏光、視物模糊和流涕、咳嗽、咽喉灼熱，嚴(yán)重者發(fā)生肺水腫、支氣管炎、肺炎，出現(xiàn)頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、暈倒、乏力、意識(shí)模糊等癥狀。

為了提高生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)和周圍區(qū)域的環(huán)境空氣質(zhì)量、減少二次污染，對(duì)H2S進(jìn)行有效處理，做到達(dá)標(biāo)排放的工作已勢(shì)在必行。H2S處理方法一般可分為化學(xué)法、物理法和生物法等幾類。

生物法因其投資少、運(yùn)行費(fèi)用低、性能可靠、易于管理、處理效果好、二次污染小等特點(diǎn)而成為近年來主要的方法[1－5]。本文針對(duì)生物脫除H2S處理工藝存在的問題，在實(shí)驗(yàn)室小試階段確定生物滴濾塔處理H2S臭氣的最佳停留時(shí)間和最適容積負(fù)荷，為指導(dǎo)工程設(shè)計(jì)和工藝運(yùn)行參數(shù)的調(diào)整提供依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)方法

1.1 H2S 制備

本實(shí)驗(yàn)采用化學(xué)法制備H2S氣體。將一定濃度的硫化鈉溶液與稀硫酸分別通過蠕動(dòng)泵以一定流速滴入密封瓶中，使二者在其中反應(yīng)，生成H2S氣體。通過調(diào)節(jié)蠕動(dòng)泵來控制產(chǎn)氣量。

1.2 試劑與儀器

硫化鈉、濃硫酸、蛋白胨、葡萄糖、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、氯化銨、氯化鎂、硫酸亞鐵、硫酸鎂。

H2S檢測(cè)管:北京市勞保所科技發(fā)展公司勞動(dòng)部毒物檢測(cè)技術(shù)指導(dǎo)站;LZB－4F玻璃轉(zhuǎn)子流量計(jì):天津流量?jī)x表有限公司;pHS－3C型精密pH計(jì):上海雷磁儀器廠;BT100－01恒流泵:保定恒流泵有限公司。

1.3 實(shí)驗(yàn)裝置

實(shí)驗(yàn)裝置為生物脫臭滴濾塔小試裝置。滴濾塔采用有機(jī)玻璃制成，內(nèi)徑100 mm，塔體高1 500 mm，其中填料為粒徑10 mm左右的陶粒，填料層高750 mm，填料層陶?？障堕g體積3.6 L，陶粒凈體積2.3 L。生物滴濾塔工藝流程如圖1所示。

圖1 生物滴濾塔工藝流程

實(shí)驗(yàn)流程如下:H2S發(fā)生裝置產(chǎn)生的氣體通過轉(zhuǎn)子流量計(jì)由滴濾塔底部進(jìn)入，氣體與塔內(nèi)填料上的生物膜接觸，H2S氣體與生物膜表面的水接觸并溶解于水中，即由氣相轉(zhuǎn)移到液相。溶解于水中的惡臭成分被微生物吸收、降解和轉(zhuǎn)化，惡臭氣體得以去除。凈化后的氣體經(jīng)由滴濾塔頂部的排放口排入大氣中。滴濾塔頂部間歇噴淋循環(huán)液，循環(huán)液不但可以給微生物提供必需的營養(yǎng)成分，而且在滴濾的過程中沖刷掉填料表面老化的菌膜及微生物在氧化H2S時(shí)產(chǎn)生的單質(zhì)硫，減緩生物滴濾塔在長(zhǎng)期運(yùn)行過程中產(chǎn)生的堵塞現(xiàn)象，延長(zhǎng)生物滴濾塔的使用壽命。

本實(shí)驗(yàn)所用循環(huán)液為人工配制而成，具體成分如下:蛋白胨 0.5 g/L，葡萄糖 0.1 g/L，磷酸氫二鉀0.6 g/L，磷酸二氫鉀 0.6 g/L，氯化銨 0.2 g/L，氯化鎂0.1 g/L，硫酸亞鐵0.05 g/L，硫酸鎂0.05 g/L，按此比例配制完的營養(yǎng)液pH值為6～7，無需再調(diào)pH值[6－7]。

1.4 H2S濃度的測(cè)定

H2S的濃度采用氣體快速檢測(cè)管測(cè)定。檢測(cè)管是可以直接讀取數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)易分析儀器，它具有操作非常方便，可在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用，并且能夠在短時(shí)間內(nèi)得到測(cè)定結(jié)果的優(yōu)點(diǎn)。所采用的H2S檢測(cè)管檢測(cè)范圍為:低濃度:0～5mg/L;中濃度:2～50 mg/L;高濃度:50～1 500 mg/L。

1.5 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)中接種于填料中的微生物為本實(shí)驗(yàn)室自行分離、培養(yǎng)和篩選的除臭菌群。將除臭菌群擴(kuò)大培養(yǎng)后，灌入滴濾塔浸泡接種，并進(jìn)行曝氣，以保證滴濾塔內(nèi)有足夠的氧氣。兩天后，將生物滴濾塔內(nèi)的液體排放掉，灌入新鮮的循環(huán)營養(yǎng)液，開始通入低濃度H2S，并間歇循環(huán)噴淋營養(yǎng)液，一周后，觀察到填料表面有薄薄的一層生物膜，且生物膜長(zhǎng)勢(shì)良好，可以啟動(dòng)試驗(yàn)[8－9]。

2 結(jié)果與討論

2.1 啟動(dòng)生物滴濾塔

生物滴濾塔啟動(dòng)初期，進(jìn)氣量控制在100 L/h，保持入口H2S濃度在200～300 mg/m3這一較低范圍內(nèi)。生物滴濾塔啟動(dòng)初期H2S去除效果如圖2所示。

由圖2可見，生物滴濾塔啟動(dòng)第一天出口H2S氣體濃度30 mg/m3，去除率為90%，H2S去除效率一般，然后隨時(shí)間的增加逐漸下降。三天后，H2S出氣濃度升到最高，45 mg/m3，去除率降到最低85%，然后逐漸上升。再過五天后，出口H2S出氣濃度降到0，去除率達(dá)到100%?？梢?，生物滴濾塔一開始就有較高的去除率并很快達(dá)到穩(wěn)定，分析其原因，是由于掛膜前采用Na2S對(duì)菌群進(jìn)行馴化培養(yǎng)的緣故，Na2S和H2S都含有S2－，微生物氧化代謝這兩種物質(zhì)的途徑一致，所以系統(tǒng)很快啟動(dòng)完成。

圖2 生物滴濾塔啟動(dòng)初期H2S去除效果

2.2 停留時(shí)間對(duì)H2S去除率的影響

當(dāng) H2S進(jìn)氣濃度分別為 200、500、800、1 200 mg/m3時(shí)，調(diào)整進(jìn)氣量在 0.05 ～0.6 m3/h之間變化，以填料層陶粒間的空隙計(jì)算氣體停留時(shí)間，也就是有效停留時(shí)間，測(cè)試本生物滴濾塔在不同停留時(shí)間下對(duì)H2S去除率的影響，以確定該生物滴濾塔的最佳有效停留時(shí)間。

本實(shí)驗(yàn)考察了四組不同H2S進(jìn)氣濃度對(duì)去除率的影響。有效停留時(shí)間在22～260 s之間變化，結(jié)果如圖3所示。

圖3 停留時(shí)間對(duì)H2S去除率的影響

由圖3可見，隨著停留時(shí)間的縮短，H2S的去除率逐漸下降。當(dāng)H2S進(jìn)氣濃度在200 mg/m3時(shí)，即使氣體停留時(shí)間很短，只有26 s的情況下，滴濾塔依然保持著98%以上的去除效率。而當(dāng)H2S進(jìn)氣濃度達(dá)到1 200 mg/m3時(shí)，即使氣體停留時(shí)間超過260 s，去除率才能勉強(qiáng)達(dá)到98%，隨著停留時(shí)間的減少，去除率快速下降。這主要是因?yàn)楦邼舛鹊腍2S對(duì)生物膜有毒害作用，微生物降解轉(zhuǎn)化H2S的能力下降，甚至被殺滅。當(dāng)生物滴濾塔的停留時(shí)間在43s時(shí)，H2S進(jìn)氣濃度為 200、500、800 mg/m3時(shí)，去除率均可保持在98%以上，此時(shí)進(jìn)氣濃度為1 200 mg/m3時(shí)，去除率已降到了94%以下。既要保證生物滴濾塔能處理較高濃度的H2S，又要避免高濃度H2S對(duì)生物處理系統(tǒng)的毒害作用，并且考慮氣體停留時(shí)間的增加意味著設(shè)備體積增大，增加設(shè)備和土建投資費(fèi)用，因此，在保證處理效率的前提下，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)角度分析，本研究認(rèn)為最適氣體停留時(shí)間為43 s(此時(shí)氣體流量為300 L/h)，進(jìn)氣濃度不高于500 mg/m3。

2.3 容積負(fù)荷對(duì)H2S去除率的影響

很多研究表明，生物脫臭滴濾塔的容積負(fù)荷對(duì)H2S的去除率影響很大。這是因?yàn)镠2S是一種對(duì)生物體有抑制作用的物質(zhì)，因此微生物氧化H2S是有一定限度的，微生物所能承受的負(fù)荷也是有一定范圍的。

生物滴濾塔的容積負(fù)荷是由進(jìn)氣H2S濃度和進(jìn)氣流量來決定的。本研究保持進(jìn)氣濃度為500 mg/m3的前提下，研究不同容積負(fù)荷對(duì)去除率的影響。結(jié)果如圖4所示:

圖4 不同容積負(fù)荷對(duì)去除率的影響

由圖4可知，生物滴濾塔對(duì)H2S的去除率隨著容積負(fù)荷的增大而降低。進(jìn)氣負(fù)荷低時(shí)，H2S的去除率影響較小，進(jìn)氣負(fù)荷高時(shí)，去除率下降的趨勢(shì)比較明顯。

試驗(yàn)過程中，將H2S的進(jìn)氣負(fù)荷從21.7 g/m3·h提高到130.7g/m3·h時(shí)，H2S的去除率從100%下降到82%。當(dāng)H2S的進(jìn)氣負(fù)荷處于63.9 g/m3·h時(shí)，出氣濃度0.08 mg/m3，H2S的去除率幾乎為100%。當(dāng)H2S的進(jìn)氣負(fù)荷達(dá)到86.6 g/m3·h時(shí)，H2S的去除率為97.6%。隨著H2S進(jìn)氣負(fù)荷的提高，去除率快速下降。為了滿足現(xiàn)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定的廠界(防護(hù)帶邊緣)廢氣排放最高允許濃度二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(0.06 mg/m3)的要求，最終確定該生物滴濾塔處理H2S的容積負(fù)荷不超過60 g/m3·h，出氣濃度才有保障。

3 結(jié)論

(1)掛膜前采用Na2S對(duì)除臭菌群進(jìn)行馴化，有助于系統(tǒng)快速啟動(dòng)完成。本實(shí)驗(yàn)滴濾塔啟動(dòng)容易且速度很快，5天后便檢測(cè)不出出口H2S濃度，去除率達(dá)到100%。

(2)適度的噴淋操作對(duì)保持生物填料塔的脫臭活性具有很好作用，噴淋液可為塔內(nèi)微生物提供所需的N、P等營養(yǎng)元素。

(3)本實(shí)驗(yàn)確定在保證H2S去除率的前提下，提高容積利用率，有效停留時(shí)間控制在43 s以上，H2S的去除率可保持在98%以上。

(4)為了滿足城鎮(zhèn)污水處理廠的廠界廢氣排放最高允許濃度二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的要求，試驗(yàn)確定該生物滴濾塔處理H2S的容積負(fù)荷不超過60 g/m3·h，出氣濃度才有保障。

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