生物滴濾塔處理硫化氫廢氣研究

傅科平 辜碧 宋天成

摘要：于常溫條件下，生物滴濾塔將陶粒與WD-F10-4設(shè)作為填料凈化處理硫化氫廢氣（H2S），研究H2S負(fù)荷、氣體停滯時(shí)間等指標(biāo)不同時(shí)對(duì)生物滴濾塔性能形成的影響?？偨Y(jié)本次實(shí)驗(yàn)研究歷程，總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)果后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)氣體濃度是400㎎/m?，H2S負(fù)荷是32g/（m?·h），淋噴量4L/h，氣體停滯時(shí)間為是47s時(shí)，生物滴濾塔剔除H2S效率能達(dá)到97.1%，且運(yùn)作全過(guò)程，均未觀察到填料堵塞等異常狀況，提示系統(tǒng)所選用的填料有一定推廣價(jià)值。

關(guān)鍵詞：生物滴濾塔;硫化氫;凈化處理;效率

中圖分類號(hào)：X701 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-672X（2020）05-0-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.05.075

Study on the treatment of hydrogen sulfide waste gas by biofilter

Fu Keping1，Gu bi2，Song Tiancheng3

（1.Hangzhou Zhongmei East China Pharmaceutical Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310011，China;2.Zhejiang Huazai Environmental Technology Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310000，China;3.Hangzhou Zhongmei East China Pharmaceutical Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310011，China）

Abstract：Under normal temperature conditions， the biofilter uses ceramsite and WD-F10-4 as fillers to purify and treat hydrogen sulfide waste gas （H2S）. The effects of H2S load and gas stagnation time on the performance formation of biofilter are studied. The results show that when the gas concentration is 400㎎/ m?，H2S load is 32 g/（m3·h） and the gas stagnation time of 4 L/h， is 47 s， the removal efficiency can reach 97.1%.The filler selected by the system has certain popularization value.

Key words：Bio trickling filter;Hydrogen sulfide;Purification treatment;Efficiency

工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的推進(jìn)，在很大尺度上促進(jìn)了全球空氣質(zhì)量降低過(guò)程，H2S是一種有毒有害的惡臭性廢氣，其對(duì)人類社會(huì)健康生存發(fā)展構(gòu)成嚴(yán)重威脅。有研究資料記載[1]，H2S的嗅約為0.00143㎎/m?，屬于一種神經(jīng)毒物，對(duì)人體黏膜能形成強(qiáng)刺激性;機(jī)體吸進(jìn)H2S后，可能會(huì)出現(xiàn)不同程度呼吸困難、嗅覺(jué)麻痹、惡心嘔吐等表現(xiàn)，嚴(yán)重者會(huì)猝死。關(guān)于H2S廢氣的治理，傳統(tǒng)方法以洗滌、吸附劑熱氧化處理等為主，但以上方法難以大規(guī)模推行且運(yùn)行期間會(huì)耗用巨資。生物法凈化H2S是近些年研發(fā)的新方法，使用期間在環(huán)保性、適用性、經(jīng)濟(jì)性及操作簡(jiǎn)潔性等諸多方面體現(xiàn)出良好優(yōu)勢(shì)，本文主要探究生物滴濾塔處理H2S期間填料的使用情況。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)儀器

主要由生物滴濾塔、配氣與營(yíng)養(yǎng)液淋噴系統(tǒng)構(gòu)成。其中，滴濾塔是單層結(jié)構(gòu)，制造材料以有機(jī)玻璃位置，內(nèi)徑、高程依次為90mm、600m。填料層整體高度大概為249mm，陶粒在下，改性生物填料（WD-F10-4）在上，厚度依次為49mm、200mm，內(nèi)徑分別為15mm、10mm。圖1 為實(shí)驗(yàn)裝置圖。配氣系統(tǒng)構(gòu)成為圖1中的1、2、4與5，在具體運(yùn)作期間，在混合瓶?jī)?nèi)H2S與空氣初步混合，緩沖瓶?jī)?nèi)進(jìn)行再混合，通導(dǎo)至滴濾塔內(nèi)，氣體流量計(jì)調(diào)控其停滯時(shí)間。營(yíng)養(yǎng)液淋噴系統(tǒng)的構(gòu)成有圖1中的7、8以及淋噴器具，計(jì)量泵功能以調(diào)控營(yíng)養(yǎng)液為主，在淋噴器具的協(xié)助下?tīng)I(yíng)養(yǎng)液能被均勻噴灑至填料上[2]。

1.2 掛膜與馴化微生物

利用生物法處理H2S等惡臭性氣體過(guò)程中，培育及馴化微生物是關(guān)鍵一環(huán)?；钚晕勰嘀苯玉Z化法在國(guó)內(nèi)廢氣凈化領(lǐng)域中有較廣泛應(yīng)用，但該種傳統(tǒng)馴化法歷時(shí)較長(zhǎng)，為減縮時(shí)間，有人員通過(guò)大量實(shí)踐后作出把污泥上清液接種至固體培養(yǎng)基上的提議，通過(guò)該種形式挑選出能夠降解硫化物濃度的微生物[3]。待觀察到有微生物長(zhǎng)出以后將與液體培養(yǎng)基接種，于30℃環(huán)境條件下持續(xù)培養(yǎng)5d，隨后按照一定比例將其與經(jīng)馴化處理的活性污泥相混合，轉(zhuǎn)嫁至滴濾塔中進(jìn)行掛膜。固體培養(yǎng)基成分以NH4CI、KH2PO4、Na2S2O3·5H2O、瓊脂以及MgSO4·7H2O等為主，對(duì)應(yīng)的濃度依次為0.4g/L、4g/L、10、20g/L、0.8g/L。

本次實(shí)驗(yàn)研究中選用的生物接種源來(lái)源是一個(gè)污水處理廠二沉池內(nèi)的活性污泥，在掛膜早期，把污泥與液體培養(yǎng)基的混合液整合滴濾塔，混合液液面要在填料層以上，每日持續(xù)曝氣處理21h，靜置3h，剔除上層清液，填補(bǔ)和剔除液量等同的新液體培養(yǎng)基。以上操作反復(fù)進(jìn)行4次后，把混合液整體排除，隨即通入H2S。馴化處理期間，盡量維持較長(zhǎng)的停滯時(shí)間，并臨噴營(yíng)養(yǎng)液，營(yíng)養(yǎng)液成分以NH4CI、KH2PO4、MgSO4·7H2O以及微量元素為主，對(duì)應(yīng)的濃度分別是0.4g/L、1.3g/L、0.02g/L、5mL/L。

1.3 檢測(cè)指標(biāo)

分別測(cè)量H2S進(jìn)出口、SO42-對(duì)應(yīng)的濃度，利用精密pH計(jì)檢測(cè)pH值。

2 結(jié)果與分析

2.1 進(jìn)氣負(fù)荷對(duì)處理效果形成的影響

實(shí)驗(yàn)研究中，進(jìn)氣負(fù)荷高低直接影響滴濾塔對(duì)廢氣的處理性能。當(dāng)進(jìn)氣濃度約為100㎎/m?、負(fù)荷是7.9g/（m?·h）時(shí)，生物滴濾塔在5d中對(duì)H2S的處理效果出現(xiàn)較明顯波動(dòng)，處理效率均值是84.1%。6d后，滴濾塔系統(tǒng)去除性能較為穩(wěn)定，去除效率均值能達(dá)到97.1%。當(dāng)進(jìn)氣濃度約增加至100㎎/m?上下時(shí)，系統(tǒng)依然能表現(xiàn)出較高的適用性，H2S的去除效率也處于較高水平，表現(xiàn)出一定穩(wěn)定性[4]。以上現(xiàn)象，基本會(huì)出現(xiàn)在系統(tǒng)運(yùn)行早期，微生物活性偏低;馴化期氣體流量<300L/h，若流量增加到300L/h，則氣體在系統(tǒng)內(nèi)停滯時(shí)間長(zhǎng)度有減縮，提示H2S語(yǔ)微生物接觸時(shí)間較短，對(duì)微生物生長(zhǎng)過(guò)程形成一定約束，以致短期中系統(tǒng)去除率偏低;6d后，微生物適應(yīng)性增強(qiáng)，生態(tài)態(tài)勢(shì)較好，活性抵達(dá)最佳值，此時(shí)即便進(jìn)氣濃度劇烈提高，系統(tǒng)也能維持較高去除效率與運(yùn)行安穩(wěn)性。

2.2 營(yíng)養(yǎng)液淋噴量對(duì)系統(tǒng)去除效果形成的影響

微生物代謝活動(dòng)期間，營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)是重要基礎(chǔ)。分析營(yíng)養(yǎng)液淋噴量對(duì)生物滴濾塔廢氣去除率形成的影響期間，我們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)進(jìn)氣濃度是200㎎/m?、負(fù)荷20g/（m?·h），淋噴量2L/h時(shí)，滴濾塔的平均去除率抵達(dá)97.8%，運(yùn)行狀態(tài)相對(duì)較為平穩(wěn)[5]。在以上過(guò)程，H2S停滯時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，提示廢氣與微生物接觸時(shí)間相對(duì)充裕，淋噴量雖然不高，大不會(huì)對(duì)H2S降解、去除效果形成較明顯影響。當(dāng)淋噴量為3L/h時(shí)，系統(tǒng)去除率有降低趨向，對(duì)其成因予以分析，可能是由于和淋噴量相比較，進(jìn)氣量偏低的緣故，并且在第5d進(jìn)氣流量增至300L/h時(shí)，負(fù)荷量依然能維持在20g/（m?·h）上下，滴濾塔去除效率出現(xiàn)了較明顯變動(dòng)，但自第10d起系統(tǒng)對(duì)廢氣的去除效率逐漸趨于穩(wěn)定，大概為85.1%;當(dāng)淋噴量提升至4L/h時(shí)，系統(tǒng)去除率較為穩(wěn)定，達(dá)91.6%。伴隨進(jìn)氣流量增多，H2S的進(jìn)氣濃度也會(huì)出現(xiàn)一定增加，所以此階段系統(tǒng)去除率小于淋噴量為2L/h時(shí)對(duì)應(yīng)的去除效率。在分析中我們還發(fā)現(xiàn)，進(jìn)氣流量增加時(shí)，淋噴量指標(biāo)也有一定增長(zhǎng)，有益于提升系統(tǒng)運(yùn)行期間對(duì)H2S的去除效率。

2.3 氣體停滯時(shí)間對(duì)系統(tǒng)去除效率形成的影響

氣體停滯時(shí)間=滴濾塔容積/進(jìn)氣流量×100%，氣體流量決定其停滯時(shí)間，也對(duì)傳質(zhì)形成一定影響。本次研究中規(guī)劃了200L/h、300L/h、400L/h三種氣體流量，對(duì)應(yīng)的停滯時(shí)間依次是69s、47s、35s，并解讀了進(jìn)氣負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)去除效率形成的影響。當(dāng)氣體在生物滴濾塔內(nèi)的停滯時(shí)間為69s時(shí)，系統(tǒng)平均去除效率達(dá)到了96.5%;氣體停滯時(shí)間為47s時(shí)，平穩(wěn)以后（7d后）去除效率均值達(dá)到了97.1%;氣體停滯時(shí)間為35s時(shí)，平均去除效率降至83.7%。綜合實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果，認(rèn)為當(dāng)氣體停滯時(shí)間為47s時(shí)，于負(fù)荷相對(duì)的運(yùn)行條件下，生物滴濾塔能維持相對(duì)穩(wěn)定、優(yōu)良的去除效率[6]。

氣體停滯時(shí)間是47s時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)行的16d內(nèi)，進(jìn)氣負(fù)荷7.9g/（m?·h）時(shí)，因氣體停滯時(shí)間較為短暫，短時(shí)間內(nèi)微生物的適應(yīng)性偏低，這是系統(tǒng)早期階段中廢氣去除效率偏低的主要原因。隨后活性微生物形成了較強(qiáng)的適應(yīng)能力，系統(tǒng)去除效率體現(xiàn)出相對(duì)穩(wěn)定的運(yùn)行特征，當(dāng)進(jìn)氣負(fù)荷上升至3g/（m?·h）時(shí)，系統(tǒng)去除效率也不低于96%。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)本次實(shí)驗(yàn)研究，我們可以總結(jié)出如下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）在WD-F10-4填料上微生物生長(zhǎng)態(tài)勢(shì)良好，生物滴濾塔運(yùn)轉(zhuǎn)期間為出現(xiàn)封堵等異常狀況，提示該填料有良好的適用性。

（2）當(dāng)氣體停滯時(shí)間為47s，進(jìn)氣濃度≤400㎎/m?，系統(tǒng)H2S去除效率能達(dá)到97.1%，淋噴量最佳值為4L/h。

參考文獻(xiàn)

[1]王熙庭.太陽(yáng)能光解硫化氫制氫催化劑設(shè)計(jì)與工藝研究項(xiàng)目通過(guò)專家驗(yàn)收[J].天然氣化工（C1化學(xué)與化工），2019，44（02）：90-91.

[2]羅祖云，李媛媛，洪若瑜，等.硫化氫廢氣生產(chǎn)四氫噻吩工藝設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代化工，2019，39（02）：207-210+212.

[3]劉建偉，段粹，劉越.微生物菌劑處理畜禽養(yǎng)殖場(chǎng)含氨和硫化氫氣體技術(shù)進(jìn)展[J].黑龍江畜牧獸醫(yī)，2018，41（11）：72-75.

[4]張志巖，丁炳偉，阮晨蕾，等.乙撐硫脲生產(chǎn)中硫化氫廢氣的處理技術(shù)研究[J].河南化工，2018，35（05）：34-35.

[5]鄒玉霜.國(guó)產(chǎn)化濕法制酸技術(shù)處理煉廠含硫化氫廢氣[J].硫磷設(shè)計(jì)與粉體工程，2017，17（04）：1-5+24+55.

[6]石鵬遠(yuǎn)，盧長(zhǎng)潔，翟子瑋.硫化氫廢氣的資源化利用方向[J].化工管理，2017，14（16）：131-132.

收稿日期：2020-03-11

作者簡(jiǎn)介：傅科平（1980-），女，本科學(xué)歷，工程師，研究方向?yàn)榄h(huán)境保護(hù)、“三廢”處理、環(huán)境評(píng)價(jià)、EHS管理體系。