松樹皮填料高效生物滴濾塔處理含H2S惡臭氣體研究

薛興福

（四川景星環(huán)境科技有限公司, 四川成都 610037）

惡臭污染物是指一切刺激嗅覺器官引起人們不愉快及損害生活環(huán)境的氣體物質(zhì)［1］。惡臭污染是大氣、水、廢棄物等物質(zhì)中的異味通過空氣介質(zhì)作用于人的嗅覺思維而感知的一種嗅覺污染，它具有污染范圍廣、測(cè)定困難、評(píng)價(jià)困難和治理困難等特征，已成為世界環(huán)境七大公害之一(大氣污染、水污染、土壤污染、噪聲、振動(dòng)、土地下沉、惡臭)。地球上存在著約1萬種重要惡臭物質(zhì)，其中有4000多種僅憑人的嗅覺既能感知到。惡臭物質(zhì)按化學(xué)組成可分為以下5類：①含硫化合物，如硫化氫、二氧化硫、硫醇、硫醚類等；②含氮化合物，如氨、胺、酸胺、吲哚類等；③鹵素及衍生物，如鹵代烴等；④氧的化合物，如醇、酚、醛、酮、酸、脂等；⑤烴類，如烷、烯、炔烴以及芳香烴等。

惡臭物質(zhì)來源相當(dāng)廣泛，主要分為體泌污染源、生活污染源及工業(yè)污染源三大類。體泌污染源主要指腳臭、腋臭、口臭等；生活污染源主要來自廁所、衛(wèi)生間、垃圾桶、下水道等地方；工業(yè)污染源是惡臭發(fā)生的最主要來源，主要指污水處理廠、肉產(chǎn)品加工廠、造紙廠及石油化工企業(yè)等工業(yè)企業(yè)。在各種惡臭物質(zhì)中，H2S的來源最為廣泛，危害影響最大，它是一種帶有腐蝕性的有毒有害氣體，不僅影響環(huán)境衛(wèi)生，還給生產(chǎn)和生活造成危害。目前，治理H2S氣體的主要方法有物理法、化學(xué)法、生物法三類［2-4］。物理法只是用一種物質(zhì)將它的臭味掩蔽、稀釋或吸附，或者將H2S物質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)移至液相或者固相?；瘜W(xué)法是使用另外一種物質(zhì)與H2S進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，改變其化學(xué)結(jié)構(gòu)，使之轉(zhuǎn)變?yōu)闊o臭物質(zhì)或臭味較低的物質(zhì)。常見的方法有燃燒法、氧化法和化學(xué)吸收法等。生物法是指利用微生物的代謝活動(dòng)降解H2S，使之氧化為最終產(chǎn)物，從而達(dá)到無臭化、無害化的目的。目前主要的生物法為土壤法、堆肥法、生物過濾法和生物滴濾法等。生物滴濾法除臭原理是含有H2S的廢氣通過附有生物膜的填料層時(shí)，氣體中的惡臭物質(zhì)溶于水，被循環(huán)液和附著在填料層表面的微生物吸附、吸收，從而達(dá)到凈化的效果。該法適合生長(zhǎng)緩慢的微生物，具有設(shè)備少、操作簡(jiǎn)單、液相和生物相均循環(huán)流動(dòng)，生物膜附著在惰性填料上，壓降低，填料不易堵塞，對(duì)污染物的去除率較高等特點(diǎn)。

填料介質(zhì)是生物除臭裝置的核心構(gòu)件，生物滴濾塔填料的選用及其組合方式，對(duì)脫臭效果有顯著的影響［5］。產(chǎn)地為寒冷中國北方地區(qū)落葉松和樟松的松樹皮具有堅(jiān)韌的纖維結(jié)構(gòu)，不易腐爛，使用壽命長(zhǎng)，無病害，安全可靠。養(yǎng)分含量高，有機(jī)質(zhì)含量60%以上，可為微生物提供優(yōu)良的生長(zhǎng)環(huán)境。表面粗糙，具有較大的比表面積，有利于微生物的附著、生長(zhǎng)，保持較多的微生物量，有利于微生物代謝過程中所需氧化和營養(yǎng)物質(zhì)以及代謝產(chǎn)生的廢物的傳質(zhì)過程。總空隙率高，容納微生物生活空間及吸附污染物空間大，可有效的將有毒氣體截留下來，并吸附在樹皮上。本研究將基于松樹皮填料的生物滴濾塔用于處理硫化氫惡臭氣體，分析考查對(duì)硫化氫去除性能。本實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象為四川普什醋酸纖維素有限責(zé)任公司污水處理站水解酸化池單元排放硫化氫氣體，選用松樹皮填料由上海丘山環(huán)?？萍加邢薰咎峁?，生物滴濾塔為自制設(shè)備。

1 實(shí)驗(yàn)條件

廢水處理站廢氣主要來源于調(diào)節(jié)池、水解酸化池，池體采取加蓋密封（除調(diào)節(jié)池外）并加引風(fēng)管集中收集后，本研究項(xiàng)目水解酸化池廢氣量500m3/h，參考相關(guān)研究資料［6］，水解酸化池惡臭氣體主要成分為H2S，含有少量的CH3SH、NH3和VOCS，濃度分別為：H2S8mg/m3～30mg/m3、CH3SH0.5mg/m3～2.0mg/m3、NH315mg/m3～60mg/m3。本實(shí)驗(yàn)條件為噴淋量20L/h,填料層高度為750mm，一級(jí)填料，pH為6～9，活性污泥濃度為3500 mg/L～4500 mg/L。

實(shí)驗(yàn)選用松樹皮填料技術(shù)指標(biāo)參數(shù)：粒徑3cm～8cm、有機(jī)質(zhì)含量≥60%、鹽酸可溶率≤1.80%、堆積密度0.15kg/L～0.20kg/L、比表面積150m2/g～300m2/g、表觀密度0.30kg/L ～0.50kg/L、粒內(nèi)孔隙率7%～20%、空隙率40%～65%、含水率12%～25%。

圖1 實(shí)驗(yàn)用松樹皮填料 Fig.1 Experimental pine bark packing materials

圖2 實(shí)驗(yàn)用生物滴濾塔Fig.2 Experimental bios trickling filter tower

2 工藝流程

本實(shí)驗(yàn)采用氣液逆流操作使氣、液以及生物膜之間充分接觸，液體由磁力泵打到塔頂均勻向下噴淋，在松樹皮填料中由上而下流動(dòng)，由塔底排液管流到循環(huán)液槽，再由磁力泵打到塔頂進(jìn)行循環(huán)。

在系統(tǒng)運(yùn)行以前，首先要在填料表面掛上生物膜。在循環(huán)液經(jīng)過接種并馴化后的微生物菌種利用溶解于液相中的惡臭污質(zhì)完成自身的新陳代謝并進(jìn)行繁殖，附著于填料表面形成微生物膜。當(dāng)以氣相為主體的惡臭污質(zhì)和氧氣經(jīng)過傳輸進(jìn)入微生物膜時(shí)，微生物進(jìn)行好氧呼吸，將惡臭物質(zhì)分解，其代謝產(chǎn)物則通過擴(kuò)散作用外排。為防止生物滴濾塔內(nèi)氣體阻力過大，超過1400Pa時(shí)出現(xiàn)堵塞和液泛現(xiàn)象，本實(shí)驗(yàn)選用松樹皮填料為惰性填料，只作為微生物附著的載體，填料比表面積較大，這就為氣體通過提供了大量的空間，氣體通過填料時(shí)的壓力損失較小，同時(shí)也避免了由微生物生長(zhǎng)和生物膜疏松而引起的空間堵塞現(xiàn)象。本實(shí)驗(yàn)松樹皮填料層厚度為750mm,為一級(jí)噴淋塔。

3 分析方法

實(shí)驗(yàn)過程中進(jìn)行了一系列定性和定量的測(cè)試，具體測(cè)試項(xiàng)目、方法及所用儀器和方法見下表。

表1 測(cè)試項(xiàng)目和方法Tab.1 Items and the methods of test

表2 實(shí)驗(yàn)裝置及分析儀器Tab.2 Experiment equipments and the analysis apparatuses

4 結(jié)果與討論

4.1 溫度的影響

溫度的選擇對(duì)系統(tǒng)非常重要，溫度影響微生物的生長(zhǎng)和繁殖。同時(shí)，溫度影響氣體污染物的傳質(zhì)過程，溫度越高，氣體紊動(dòng)程度越大，傳質(zhì)速率越快，有利于污染物的去除。實(shí)際工況中可以通過預(yù)處理調(diào)節(jié)氣體或?qū)ρh(huán)液進(jìn)行溫度調(diào)整，實(shí)驗(yàn)表明理想氣溫應(yīng)在25℃～35℃之間［7］。

4.2 pH值的影響

微生物的生長(zhǎng)與繁殖都有一個(gè)pH值范圍［8］，所以生物滴濾塔系統(tǒng)在運(yùn)行中必須通過在循環(huán)液中投加酸或堿來調(diào)節(jié)pH值，投加時(shí)按照馴化微生物所需試劑和特定微生物所需要的營養(yǎng)基來調(diào)配合適的pH值。

4.3 填料及其性能的影響

填料上微生物含量越大，對(duì)惡臭氣體的去除效果越好。但是填料上的生物膜的量不能太大，生物膜量太大容易產(chǎn)生填料堵塞。實(shí)驗(yàn)過程中能觀察到較為光滑的松樹皮填料表面附著的生物膜較少，大部分脫落的生物膜填料在填料空隙中，并隨噴淋液沉淀在裝置底部。表面粗糙的松樹皮填料表面的生物膜脫落的速度快，在阻力達(dá)到1400Pa時(shí)填料塔出現(xiàn)液泛現(xiàn)象，相比較而言，表面粗糙的松樹皮填料親生物性能較好，容易建立生物膜的“脫落-生長(zhǎng)-脫落”平衡，能夠維持穩(wěn)定的壓降。

4.4 噴淋液使用量的影響

噴淋液是為了保持塔內(nèi)的水分含量，提高填料吸附性能，提供微生物生存和繁殖的條件，同時(shí)能將微生物反應(yīng)的生成物和微生物死體排出，從而維持系統(tǒng)的正常運(yùn)行。噴淋方式有連續(xù)噴淋和間歇噴淋兩種。主要從減少噴淋液使用量以降低滴濾塔的壓降和氧氣的穿透能力和增加液量提高廢氣的吸收率兩方面來確定噴淋液使用量。本實(shí)驗(yàn)選用噴淋液為硫化鈉溶液，采用連續(xù)噴淋方式噴淋。噴淋量與硫化氫氣體量密切相關(guān)，氣液比約為15：1～20：1。

5 結(jié)論

基于松樹皮填料的生物滴濾塔處理污水處理站惡臭氣體可達(dá)到《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB14554-93)中的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，H2S排放濃度小于0.03mg/m3，處理效果良好。