基于生物法處理含H2S廢氣的運(yùn)行參數(shù)研究

王曉璞

(西原環(huán)保工程（上海）有限公司，上海 201204)

1 引言

大氣污染日益嚴(yán)重，硫化氫、氨氣等惡臭污染物是造成環(huán)境污染的主要原因之一。目前，被人們熟知的惡臭污染物有4000多種，主要由硫、碳、氮等元素構(gòu)成，其中硫化氫為惡臭污染物的典型代表[1-2]。其對人們的危害包括呼吸、內(nèi)分泌、神經(jīng)系統(tǒng)等多方面[3-4]。處理這類污染物的主要方法有物理法、化學(xué)法和生物法，其中，物理法主要是通過改變環(huán)境的壓力、溫度等物理?xiàng)l件使污染物質(zhì)富集分離，從而達(dá)到回收利用的目的?；瘜W(xué)法主要是利用化學(xué)試劑對污染物分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，將其轉(zhuǎn)化成小分子、無毒組分，從而達(dá)到分解去除的效果。這兩種方法雖然處理工藝較為成熟，也有比較穩(wěn)定的處理效率，但存在前期投資費(fèi)用高、運(yùn)行成本高、易造成二次污染等缺點(diǎn)。而目前新興起的生物處理技術(shù)主要是利用微生物自身的新陳代謝將大分子污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化成小分子物質(zhì)的一種生化反應(yīng)，因這種方法是利用微生物的生物特性去降解污染物質(zhì)，所以其與傳統(tǒng)的物理、化學(xué)等方法相比具有運(yùn)行成本低、無二次污染等優(yōu)勢[5]。這種方法尤其適合處理低濃度、大氣量、水溶性和生物降解性能好的廢氣[6]。但在工程項(xiàng)目應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)生物法存在占地面積大、馴化周期長、受環(huán)境因素影響較大等略勢[7]。如果通過調(diào)控生物滴濾塔體的諸多運(yùn)行參數(shù)，如在不改變硫化氫去除效率的前提下，將停留時(shí)間減少后，仍能夠達(dá)到相應(yīng)的國家排放標(biāo)準(zhǔn)要求，那么在實(shí)際工程建設(shè)中塔體運(yùn)行的成本和占地面積將得到有效減少，從而能夠指導(dǎo)實(shí)際工程應(yīng)用。因此，用生物法處理含硫化氫廢氣的運(yùn)行參數(shù)研究，對生物法更高效的工程化應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

2 實(shí)驗(yàn)儀器及流程

本實(shí)驗(yàn)在杭州某污水泵站進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)過程中用到的主要實(shí)驗(yàn)儀器有氣體檢測管、風(fēng)速儀、惡臭污染物便攜式檢測儀、pH試紙等。實(shí)驗(yàn)所用主體設(shè)備為生物滴濾塔（長2.5 m×寬2.5 m×高3.3 m），塔體內(nèi)馴化承載微生物所用載體為比表面積較大的竹炭填料（比表面積大于300 m2/g）。經(jīng)過前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)該泵站中提升調(diào)節(jié)池里的硫化氫濃度最高，并隨著時(shí)間的變化具有一定的波動(dòng)性，將其作為目標(biāo)廢氣收集并通過風(fēng)管進(jìn)入生物滴濾塔塔體內(nèi)部。進(jìn)入塔內(nèi)的廢氣與塔中的噴淋系統(tǒng)逆流接觸，在濃度梯度的作用下，廢氣從氣相轉(zhuǎn)移到液相最后轉(zhuǎn)移到填料上的生物膜相，微生物經(jīng)過一系列的新陳代謝可將硫化氫轉(zhuǎn)換成硫酸根離子隨噴淋液排出塔內(nèi)，最終將硫化氫去除。

3 結(jié)果與討論

3.1 微生物馴化及掛膜實(shí)驗(yàn)

活性污泥菌群取自于浙江省某污水處理廠曝氣池，將取回的污泥接種到生物滴濾塔填料中，并通入目標(biāo)廢氣進(jìn)行微生物馴化及掛膜實(shí)驗(yàn)的探究。本實(shí)驗(yàn)分別在2021年6月17日和2021年6月21日進(jìn)行了兩次活性污泥接種。其中，2021年6月17日加入80 kg菌種（污泥量為10 kg/m3）后，去除效率總體呈下降趨勢，處理效果不明顯，2021年6月21日再次加入500 kg菌種（污泥量為62.5 kg/m3），去除效率先提高，隨后下降，最后提高至穩(wěn)定狀態(tài)。分析其原因可能是因?yàn)榍捌诮臃N的所有微生物菌群都嘗試降解硫化氫，導(dǎo)致去除效率升高，中期微生物菌群中不能代謝掉硫化氫的微生物中毒死亡，導(dǎo)致去除效率降低，后期能降解掉硫化氫的微生物大量繁殖，去除效率顯著提高最終達(dá)到穩(wěn)定。經(jīng)過馴化掛膜后發(fā)現(xiàn)，硫化氫去除效率與接種污泥量有較大關(guān)系，當(dāng)接種污泥量為62.5 kg/m3時(shí)，馴化周期較短僅需要3.5天。

3.2 pH值對硫化氫去除效率的影響

控制硫化氫進(jìn)氣濃度在100～200 ppm之間，進(jìn)氣量為1000 m3/h，循環(huán)噴淋流量為11 m3/h，探究pH值對硫化氫去除效率的影響。如圖1所示，當(dāng)pH值從5降到2時(shí)，去除效率變化并不明顯，但當(dāng)pH值從2降到1.5時(shí)，去除效率從83%提升至99%以上，繼續(xù)降低pH值，去除效率依然維持在99%以上。說明pH值對去除效率的影響較大，當(dāng)pH值在2以下時(shí)，生物滴濾法對硫化氫的去除效果最明顯。+

圖1 pH值對硫化氫去除效率的影響

3.3 停留時(shí)間 對去除效率的影響

本部分實(shí)驗(yàn)所指停留時(shí)間為空床停留時(shí)間（Empty Bed Residence Time，EBRT）。EBRT是指填充填料段的塔體體積與廢氣流量的比值，是影響生物法降解廢氣的重要參數(shù)。通常情況下，提高EBRT有利于提高生物塔的降解效率，但在廢氣流量恒定的條件下，EBRT越長，對應(yīng)的塔體體積也會(huì)越大，導(dǎo)致造價(jià)高、占地面積大等問題。因此在實(shí)際工程應(yīng)用中，在保證處理效率的前提下，控制塔體的EBRT是節(jié)省運(yùn)行成本的關(guān)鍵，因此探究停留時(shí)間對去除效率的影響對生物法處理硫化氫的工程應(yīng)用有一定的實(shí)際價(jià)值。本實(shí)驗(yàn)通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣風(fēng)量，間接調(diào)節(jié)生物滴濾塔的EBRT，控制硫化氫進(jìn)氣濃度在100～200 ppm之間，循環(huán)噴淋流量為11 m3/h，從圖2可以看出，將停留時(shí)間從39 s調(diào)至9 s，硫化氫去除效率仍能穩(wěn)定在99%以上，說明在泵站除臭領(lǐng)域，本文所述的生物除臭設(shè)備，在停留時(shí)間僅為9 s時(shí)，仍能達(dá)到最佳的去除效率。

圖2 停留時(shí)間對去除效率的影響

3.4 進(jìn)氣濃度對去除負(fù)荷的影響

在硫化氫濃度為0～250 ppm、循環(huán)噴淋流量為11 m3/h條件下，對進(jìn)氣濃度與去除負(fù)荷的關(guān)系進(jìn)行擬合，線性擬合效果最好（R2=0.97203），擬合方程式為y=0.2148 x+0.0327，表明在硫化氫進(jìn)氣濃度在0～250 ppm的條件下，進(jìn)氣濃度與去除負(fù)荷的關(guān)系基本成正比關(guān)系，如圖3所示。

圖3.3 進(jìn)氣濃度對去除負(fù)荷的影響

4 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

本實(shí)驗(yàn)主要圍繞生物滴濾法處理硫化氫廢氣展開，分別探究了進(jìn)氣濃度、pH值、EBRT等主要參數(shù)對硫化氫去除效率及去除負(fù)荷的影響，主要結(jié)論如下：

（1）硫化氫去除效率與接種污泥量有較大關(guān)系，當(dāng)接種污泥量為62.5 kg/m3時(shí)，馴化周期較短僅需要3.5天。

（2）硫化氫進(jìn)氣濃度在100～200 ppm，進(jìn)氣量為1000 m3/ h，循環(huán)噴淋流量為11 m3/h的條件下，pH值小于2時(shí)，去除效率可達(dá)到99%以上。

（3）硫化氫進(jìn)氣濃度在100～200 ppm，循環(huán)噴淋流量為11 m3/h、pH值小于2的條件下，EBRT為9 s時(shí)，仍能達(dá)到最佳的去除效率，去除效率為99%以上。

（4）硫化氫濃度為0～250 ppm、循環(huán)噴淋流量在11 m3/h條件下，對進(jìn)氣濃度與去除負(fù)荷的關(guān)系進(jìn)行擬合，擬合方程式為y=0.2148 x+0.0327（R2=0.97203），表明硫化氫進(jìn)氣濃度在0～250 ppm的條件下，進(jìn)氣濃度與去除負(fù)荷的關(guān)系基本成正比關(guān)系。