化纖粘膠纖維行業(yè)低濃度CS2、H2S廢氣治理應用研究
——以唐山某污水廠曝氣生物處理裝置項目為例

上海實力機電設備成套有限公司 胡文斌

粘皎纖維企業(yè)在生產(chǎn)過程中會排放大量和低濃度的H2S和CS2廢氣，達不到排放要求，嚴重污染環(huán)境。傳統(tǒng)的處理方法是采用冷凝吸收、活性炭吸附、催化氧化等工藝，存在投資高、運行費用高、產(chǎn)生二次污染等問題。

本文以“唐山某企業(yè)粘膠短纖維技術改造項目污水廠曝氣生物處理裝置項目”低濃度CS2、H2S廢氣所采取的治理方案為例進行討論和分析，對項目廢氣治理結果進行客觀評價，同時探討如何進一步提高處理效率的可行性的研究方向。

一、粘皎纖維行業(yè)廢氣的特性概述

粘膠纖維生產(chǎn)企業(yè)車間及污水區(qū)的主要廢氣為：二硫化碳（CS2）、硫化氫（H2S）。

二硫化碳是無色澄明液體，化學式為CS2，常被用作有機溶劑。在水中的溶解度小于0.005%。相對密度比水大。閃點低，易燃，蒸氣與空氣能形成爆炸性混合物。

硫化氫是一種無機化合物，化學式為H2S。正常情況下是一種無色、易燃的酸性氣體，濃度低時帶臭蛋味，可以麻痹嗅覺神經(jīng)，有劇毒。硫化氫的水溶液是一種弱酸。

二硫化碳是粘膠纖維企業(yè)的一種生產(chǎn)原料，廢氣治理時也會根據(jù)濃度不同采取不同的治理方案。對于生產(chǎn)車間產(chǎn)生的高濃度（2000ppm以上）廢氣，業(yè)主方己采用了冷凝法處理，原料回收利用。該項目是針對以含CS2和H2S為主的冷凝處理后的低濃度（600ppm以下）廢氣及污水廠曝氣廢氣進行治理。

二、污水廠曝氣生物處理裝置項目工藝條件

（1）污水廠曝氣廢氣組成：

風量風溫：120000m3/h，溫度：40℃以下。

廢氣組成：硫化氫濃度300ppm、二硫化碳濃度600ppm、達到濕飽和的空氣。

（2）生物脫硫效率：要求硫化氫去除率不低于97%，二硫化碳去除率不低于95%，停留時間不小于100s,雙層填料，排水PH≤1.5。

（3）本次招標技術要求只能使用生物脫硫工藝不能使用其他化學與物理方法。裝置不能添加氫氧化鈉等堿性溶液及其他含堿性鹽溶液、經(jīng)過生物處理后的氣相不生成新的污染物。

三、項目處理工藝的難點與解決措施

（一）項目難點

本項目是針對化纖粘膠纖維行業(yè)經(jīng)處理后的含H2S、CS2低濃度廢氣，是真正意義上的化纖粘膠纖維行業(yè)廢氣的國內(nèi)首例工程項目，之前國內(nèi)無案例可查。網(wǎng)絡上能查到的僅有瑞士某公司、奧地某公司和意大利某公司曾試驗用收生物法處理CS2、H2S廢氣的點滴信息。意大利某公司推薦的一套處理氣量90000m3/h的設備，廢氣進口濃度H2S：65mg/m3，CS2：453mg/m3，初期運行尾氣排放濃度 H2S：10mg/m3，CS2：50mg/m3，處理效率達到90%以上。但這套裝置在國內(nèi)安裝后很快就廢棄，并未真正投入長期運行中。

項目難點：(1)H2S、CS2廢氣濃度相對較高；（2）無成功案例可參考；（3）項目投資大，風險高。所以項目參與各方都非常重視，多次進行各方技術研討，確保風險值降到最低。

（二）項目難點的解決措施

針對項目的難點，筆者在設計時采取了如下解決措施：

1.理論上廣泛查閱資料，確保所選工藝的可行性、合理性

為確保項目能成功實施，我們先查找了國內(nèi)科研院所關于此類廢氣處理的相關理論文獻及國際上僅有一個試驗性的案例的相關資料，在此基礎上和合作高校的相關專家進行進一步探討，選取最佳處理工藝、設計參數(shù)和設備材料。

2.用小試設備來驗證設備的設計參數(shù)、填料、菌種，確保設備滿足項目需求

在獲取理論基礎之上，我們承擔前期研發(fā)費用，設計一套小試驗設備。廠內(nèi)完成生產(chǎn)制造后將小試設備投放客戶使用現(xiàn)場，接入同工況的氣體進行實況運行驗證，總共進行了長達一年的試驗處理。在試驗過程中，我們不斷對設備初始設計的相關參數(shù)進行調(diào)整，并詳細記錄了這一年中不同參數(shù)下的工藝詳細數(shù)據(jù)及處理效率數(shù)據(jù)，最終再選取了效果最佳的運行參數(shù)進行再次的運行驗證。雖然驗證過程相對時間較長，但為我們獲得了處理該行業(yè)廢氣的設備設計參數(shù)、生物菌種的選擇和運行經(jīng)驗等寶貴財富。在小試設備取得成功后，才開始合同項目的實施，合同共涉及的四個項目，先后依次逐步施及運行，項目最終取得的結果雙方都基本滿意。

小試項目情況如下：

（1）項目小試時廢氣源情 況：H2S、CS2的 濃 度 小 于500ppm；廢氣量1000m3/h；

（2)小試設備選用處理工藝：立式生物塔；

（3）小試設備參數(shù)：

a.生 物 塔 規(guī) 格：∮1400*H8200mm；

b.填料高度：2m×2層；

c.氣體在填料層停留時間：t=22.2秒；

d.材質(zhì)：設備本體材質(zhì)FRP；填料：聚氨酯泡沫（PUF）和聚丙烯支撐架作為填料；

（4）小試設備運行期間進出口廢氣濃度檢測記錄表（見表1）：

表1 運行數(shù)據(jù)記錄表

續(xù)表1

根據(jù)檢知管做的小試設備運行數(shù)據(jù)檢測記錄表，我們初步統(tǒng)計5.31-6.27日期間（入口濃度相對較高）小試設備對H2S的處理效率平均為90.14%，CS2的處理效率為84.89%。

3.盡可能降低系統(tǒng)的運行費用

利用生物菌種處理含硫化物的廢氣，發(fā)揮關鍵作用的是氧化硫桿菌、排硫桿菌等生物菌群。微生物分解含硫廢氣時，發(fā)生如下主要反應：

硫化氫：H2S+2O2→H2SO4

二硫化碳：

CS2+4O2+2H2O→2H2SO4+CO2

含硫物質(zhì)經(jīng)生物降解后生成物主要為二氧化碳 、水、硫酸、硫酸鹽等，因本項目氣量大因而生成的酸量相對較多，若是采用酸堿中和處理或交給污水廠來處理，每年使用的藥劑也是一筆較大費用。所以我們和業(yè)主方技術人員多次溝通，確定選用生產(chǎn)車間的高溫堿水經(jīng)加水稀釋降溫后來作為噴淋液，對微生物反應生成的積酸進行中和沖洗處理。中和后的噴淋液再通過管路回送車間作為生產(chǎn)用水，綜合利用了車間的生產(chǎn)廢水，這樣既滿足車間生產(chǎn)用水的需求又達到除臭設備用水的需求，循環(huán)利用，大大降低了系統(tǒng)的運行費用，減少不必要的能源浪費。

表2 8.8-8.10設備運行檢測數(shù)據(jù)表

四、廢氣處理工藝流程概述

本項廢氣為污水廠曝氣所產(chǎn)生的廢氣，為含飽和水汽的廢氣。

處理系統(tǒng)設計采用離心風機進行抽風，廢氣己經(jīng)洗滌塔進行過預洗處理，在洗滌塔內(nèi)對酸性和水溶性廢氣成分的洗滌吸收和噴淋加濕處理。其余的惡臭氣體進入生物濾床，通過過濾層時，污染物被水汽包裹，完成了從氣相到生物膜表面的轉移：

（1）廢氣在噴淋作用下與生物填料上水膜接觸并溶解。

（2）進入生物膜的廢氣被生物填料中的微生物的吸收和分解，達到清除的目的。

（3）微生物把吸收的含S、C、O、P、N的物質(zhì)作為生物體的必要元素，用于自身的代謝和繁殖的能量來源。

每套系統(tǒng)配置了一臺應急檢修排風風機，用作設備檢修時應急排風，排去設備空間內(nèi)殘留的含有H2S、CS2氣體的。

五、除臭設備設計參數(shù)

本文以本項目中12萬的一個系統(tǒng)為例，CWPD-60000型生物濾床除臭設備：

生物濾床微生物降解：以分解吸收硫化氫和CS2廢氣為主。

有 效 容 積：L×W×H：45m×12.5m×11.6m。 平 均 流 速：0.03m/s。

接觸時間：102.237s106.667＞100s。散水頻率：2-24次/天。延續(xù)時間：5-15min。

壓損：150-200mmAQ。數(shù)量：2套。

生物填料：

CWPD生物除臭系統(tǒng)使用國外引進技術與國內(nèi)著名高校一起合作開發(fā)的生物填料-聚氨酯泡沫（PUF）和聚丙烯支撐架作為填料，兩者按一定比例混合后，加入生物塔體中。兩者的結合不僅可以為整個生物系統(tǒng)的完美運行提供支持，而且可以使得空氣通過填料床的壓降減少。

微生物的接種僅需使用占用優(yōu)勢菌種和部分污水處理廠的活性污泥即可。微生物附著在PUF填料上，吸收氣體中的惡臭成分作為營養(yǎng)源。如果含有硫化氫，則系統(tǒng)的pH會下降，此時能適應這種環(huán)境的微生物將大量繁殖。這就意味著隨著微生物富集程度的提高，該系統(tǒng)的去除率就能達到不低于90%。

本項目在生物除臭設備中選用的特殊生物填料，保濕性好、比表面積大、空隙率高、壓損小、便于微生物掛膜、材質(zhì)穩(wěn)定、抗酸、抗堿、耐老化，使用壽命達8-10年，長期不需更換，生物降解時間長，安裝方便等優(yōu)點。

六、本項目設備運行去除率檢測報告結果

本項目整體順利實施，可以說是其意義深遠。既獲取得了關于處理理化纖粘膠纖維行業(yè)CS2、H2S低濃度廢氣設備設計參數(shù)、系統(tǒng)運行的一線實際數(shù)據(jù)，又可以說是為國內(nèi)化纖粘膠纖維行業(yè)類似低濃度廢氣處理的工藝選擇找到了正確的方向，也為國內(nèi)化纖站膠纖維行業(yè)相關生產(chǎn)商提供參考和考察的依據(jù)，意義重大。同時作為項目的參與方，筆者和業(yè)主方一起向國家專利局申請了專利。

七、結論

綜上所述，由于生物濾床除臭設備的生化降解過程，會受到多重因素的影響，所以要實際應用到不同工況的項目，就又會有許多問題需要商討和解決。今后的我們可以在以下幾方面進行深入探討：（1）對于低濃度的、復雜的混合型惡臭氣體的生物填料的選擇；（2）適用于硫化物降解的高效細菌種類和接種方法；（3）噴淋時間與菌群活性、處理效率的最佳數(shù)據(jù)；（4）更新型、更高效生物處理設備的開發(fā)。