不同填料組合對生物濾池去除H2S的影響

□文/劉寶玉 張 欣 楊華軍 鄧紀(jì)鵬 王 振 劉 航 韓 超 劉 芳 李紅霞 秦 怡

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，城市污水處理廠的數(shù)量和規(guī)模同步增多和擴(kuò)大，在完成對污水凈化處理的同時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的惡臭氣體，直接導(dǎo)致污水處理廠與周邊居民的矛盾激化，投訴事件越來越多，引起社會(huì)各界及政府有關(guān)部門的高度重視。因此，除臭工程已成為污水處理廠不可或缺的重要部分。

目前，常用的惡臭處理技術(shù)包括生物法、物理法和化學(xué)法等[1]。生物除臭法因投資運(yùn)行成本低、性能穩(wěn)定可靠、操作簡單、處理效果好、二次污染小等特點(diǎn)，成為我國目前污水處理廠除臭的主流技術(shù)[2]。生物濾池因無需額外補(bǔ)充營養(yǎng)物質(zhì)，投資成本低，操作簡單，已大量應(yīng)用于污水處理廠惡臭氣體的處理并取得較好的效果［3～4］。

影響生物濾池運(yùn)行性能的因素包括反應(yīng)器結(jié)構(gòu)、填料、菌種和運(yùn)行參數(shù)等[5～6]。填料既是微生物生長附著的場所，又是氣液兩相的傳質(zhì)介質(zhì)，其性能會(huì)直接影響到除臭效果及處理費(fèi)用，因此，填料是生物濾池除臭裝置的核心技術(shù)[3]。在生物濾池工藝中，理想的填料應(yīng)具備比表面積大、親水保濕性能好、過濾阻力小、適合微生物生長附著、機(jī)械強(qiáng)度大、抗酸耐腐蝕、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、使用壽命長、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)。常見的生物填料可以分為天然有機(jī)填料、惰性無機(jī)填料和混合填料[7]。天然有機(jī)填料廉價(jià)，易于微生物附著生長，含有豐富的有機(jī)營養(yǎng)物質(zhì)；但易腐爛、機(jī)械性能差，長時(shí)間使用后會(huì)出現(xiàn)填料壓實(shí)的現(xiàn)象。惰性無機(jī)填料強(qiáng)度大、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定；但需定期噴淋營養(yǎng)液，增加了運(yùn)行成本?；旌咸盍鲜菍⒂袡C(jī)和無機(jī)填料混合使用，兼具有機(jī)填料和無機(jī)填料的優(yōu)點(diǎn)：一方面，由于填料中有無機(jī)材料，提高了填料的機(jī)械性能，減少了反應(yīng)器的壓力損失，使用壽命長；另一方面，有機(jī)填料內(nèi)的有機(jī)物質(zhì)可以使微生物快速生長繁殖。

本研究以城市污水處理廠格柵處的惡臭氣體H2S 為對象，建立中試規(guī)模的生物濾池，通過考察不同填料組合的生物濾池對城市污水處理廠惡臭氣體去除效果的影響，優(yōu)化選擇能夠高效去除惡臭污染物的最佳生物濾池填料組合，同時(shí)考察天津創(chuàng)業(yè)環(huán)保集團(tuán)股份有限公司自主研發(fā)的特種填料（以下簡稱“特種填料”）生物濾池去除惡臭氣體H2S 的效果。

1 試驗(yàn)

1.1 填料的篩選

通過對各種填料在除臭行業(yè)中應(yīng)用情況和性能參數(shù)的對比分析，考慮到生物掛膜性能等綜合因素，最終確定選用有機(jī)填料椰棕、松針、樹皮，無機(jī)填料活性炭、陶粒、火山巖，特種填料（富含除臭菌劑和除臭菌劑所需要的營養(yǎng)物質(zhì)），作為本試驗(yàn)的生物濾池填料，通過不同組合，篩選出最佳的填料組合，同時(shí)考察特種填料應(yīng)用于生物濾池的效果。

1.2 生物濾池裝置

所建立的生物濾池除臭裝置見圖1。

5 套生物濾池的塔體完全相同，由PP 材料制成，內(nèi)徑為0.7 m，總高度為1.6 m；其中填料層的高度為0.6 m，填料層的有效體積為0.231 m3。每個(gè)濾塔留有2個(gè)觀察孔，以便觀察填料的狀況，同時(shí)設(shè)置旁路補(bǔ)充新鮮空氣，來控制進(jìn)氣濃度，塔頂設(shè)置有噴淋裝置，采用間歇噴淋方式。5套濾塔中填裝的填料組合見表1。

表1 填料組合

試驗(yàn)期間惡臭氣體來源于天津某污水處理廠的格柵處密封室，惡臭物質(zhì)主要為H2S。

1.3 生物濾池的啟動(dòng)和運(yùn)行

采用活性污泥接種作為掛膜方式，然后進(jìn)氣馴化，試驗(yàn)中所用活性污泥取自天津市某污水處理廠。將生物濾池掛膜啟動(dòng)分兩個(gè)階段：第一階段活性污泥作為循環(huán)液噴淋在填料上進(jìn)行掛膜；第二階段向生物濾池中逐漸提高H2S 氣體的進(jìn)氣量，進(jìn)行馴化。為了使除臭微生物能夠逐漸適應(yīng)臭氣強(qiáng)度，起初反應(yīng)器僅通較低濃度的H2S氣體，隨后逐漸提高進(jìn)氣濃度。

運(yùn)行期間5 套生物濾池的運(yùn)行條件完全相同，氣體先經(jīng)過填料預(yù)洗段，再進(jìn)入生物除臭段，氣體進(jìn)入每個(gè)濾池的流量控制在100 m3/h，運(yùn)行溫度在-5～15 ℃，間歇噴淋，每20 min噴淋10 s。

1.4 分析方法

采用便攜式氣體檢測儀檢測進(jìn)氣口和出氣口的H2S 濃度；采用U 型管壓差計(jì)測量塔底和塔頂之間的壓降。

出于安全考慮，填料層的高度未能達(dá)到實(shí)際要求的1.2 m，僅為0.6 m，停留時(shí)間短，進(jìn)氣濃度高，通過比較填料的去除能力來篩選最優(yōu)的填料組合。

式中：EC——填料去除H2S 的能力，g（/m3·h）；

Qv——?dú)怏w流量，m3/h；

V——填料層有效體積，m3；

Cin——進(jìn)氣口硫化氫濃度，mg/m3；

Cout——出氣口硫化氫濃度，mg/m3。

2 分析與討論

2.1 對H2S的去除能力

生物濾池是在11月中下旬開始啟動(dòng)的，期間的最高氣溫在10 ℃左右，12 月初就已經(jīng)去除了部分H2S；到1 月份，最高氣溫在0 ℃以下，由于濾池體積小，在這樣的低溫下無法正常工作，試驗(yàn)停止；2月中旬開始重新啟動(dòng)，3 月份達(dá)到正常運(yùn)行狀態(tài)，氣溫在0～15 ℃左右。

在運(yùn)行期間生物濾池進(jìn)口的H2S 濃度變化和5 組生物濾池對硫化氫的去除能力的變化見圖2。

圖2 不同填料組合的生物濾池運(yùn)行情況

由圖2 可知，5 組填料組合的生物濾池對硫化氫均經(jīng)歷了一個(gè)去除能力較低并逐步提高的一個(gè)過程，去除能力較低的階段為生物濾池的啟動(dòng)階段。

從圖2 可以看出，添加特種填料的2#、3#和5#生物濾池對H2S 的去除能力高于未添加特種填料的1#和4#生物濾池，從啟動(dòng)段對H2S 的去除能力就表現(xiàn)出較大優(yōu)勢，說明特種填料在啟動(dòng)階段就可以提高除臭效率，這是由于特種填料含有除臭菌劑且可以釋放除臭微生物所需的相關(guān)營養(yǎng)物質(zhì)，有利于生物濾池的快速啟動(dòng)，縮短系統(tǒng)調(diào)試時(shí)間。在整個(gè)運(yùn)行期間，1#～5#生物濾池對H2S 的最大去除能力分別為15.9、36.72、25.2、14.41、19.48 g/（m3·h）。

1#、2#和4#、5#兩組生物濾池對比可以看出，添加特種填料比未添加特種填料的生物濾池最大去除能力分別提高了131%和35.2%，說明特種填料對H2S 的處理效果明顯；2#和3#生物濾池對比可以看出，添加活性炭對H2S 的去除效果也很明顯。圖2 可以看出，在啟動(dòng)和運(yùn)行階段表現(xiàn)最佳的為填料種類最豐富的2#濾池，填料種類最少的4#濾池的去除效果最差，說明不同的填料之間具有互補(bǔ)作用。去除能力也跟進(jìn)氣濃度和溫度有關(guān)，在一定范圍內(nèi)，去除能力隨著進(jìn)氣濃度的增大而升高，同時(shí)升高溫度也能提高生物濾池對H2S的去除能力。

由于試驗(yàn)是在冬季運(yùn)行的，氣溫很低，同時(shí)生物濾池的填料層高度也較低，因此所得數(shù)據(jù)只能作為篩選填料的定性比較，不能作為填料處理效果的定量依據(jù)。

2.2 填料層壓降的變化

在運(yùn)行期間，對5 組生物濾塔的填料層壓降測定沒有發(fā)現(xiàn)明顯區(qū)別，均在5～10 Pa之間。

3 結(jié)論

1）初步驗(yàn)證與普通生物濾池填料相比，特種填料能夠加快生物濾池啟動(dòng)，縮短系統(tǒng)調(diào)試啟動(dòng)時(shí)間，填料緩釋的營養(yǎng)物質(zhì)有助于除臭微生物的快速繁殖，進(jìn)而加快生物濾池系統(tǒng)的啟動(dòng)。

2）在生物濾池系統(tǒng)運(yùn)行期間，填料可以釋放除臭菌種，保證系統(tǒng)內(nèi)除臭微生物的數(shù)量，可大幅度提高對污水處理廠惡臭污染物的去除率，但對去除率的定量描述需通過生產(chǎn)性試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

3）不同填料組合中，去除能力最好的為填料種類最豐富的2#濾池，填料種類最少的4#濾池的處理效果最差，說明不同的填料在生物濾池運(yùn)行中均會(huì)起到一定的作用，而填料之間也具有互補(bǔ)作用。

4）溫度對生物濾池的處理效果影響較大，在低溫環(huán)境中使用時(shí)需考慮采取保溫措施。

5）在一定范圍內(nèi)，進(jìn)氣濃度越高，生物濾池對H2S的去除能力也相應(yīng)提高?！酢?/p>