生物滴濾塔處理H2S停留時間和容積負荷的研究

李天罡， 吳 波

(1.江蘇哈宜環保研究院有限公司， 江蘇 宜興 214205;2.國美水技術工程有限公司， 天津 300191)

H2S作為某些化學反應和蛋白質生物降解過程的產物，經常存在于多種生產過程中。如煤的低溫焦化、有色金屬冶煉、橡膠、制革、染料、制糖等工業中都有H2S產生。還有垃圾、污水、污泥的厭氧處理也常伴有H2S存在。

H2S是強烈的神經毒物，受到損害的人的主要癥狀:輕者流淚、眼痛、畏光、視物模糊和流涕、咳嗽、咽喉灼熱，嚴重者發生肺水腫、支氣管炎、肺炎，出現頭暈、頭痛、惡心、嘔吐、暈倒、乏力、意識模糊等癥狀。

為了提高生產現場和周圍區域的環境空氣質量、減少二次污染，對H2S進行有效處理，做到達標排放的工作已勢在必行。H2S處理方法一般可分為化學法、物理法和生物法等幾類。

生物法因其投資少、運行費用低、性能可靠、易于管理、處理效果好、二次污染小等特點而成為近年來主要的方法[1－5]。本文針對生物脫除H2S處理工藝存在的問題，在實驗室小試階段確定生物滴濾塔處理H2S臭氣的最佳停留時間和最適容積負荷，為指導工程設計和工藝運行參數的調整提供依據。

1 實驗方法

1.1 H2S 制備

本實驗采用化學法制備H2S氣體。將一定濃度的硫化鈉溶液與稀硫酸分別通過蠕動泵以一定流速滴入密封瓶中，使二者在其中反應，生成H2S氣體。通過調節蠕動泵來控制產氣量。

1.2 試劑與儀器

硫化鈉、濃硫酸、蛋白胨、葡萄糖、磷酸氫二鉀、磷酸二氫鉀、氯化銨、氯化鎂、硫酸亞鐵、硫酸鎂。

H2S檢測管:北京市勞保所科技發展公司勞動部毒物檢測技術指導站;LZB－4F玻璃轉子流量計:天津流量儀表有限公司;pHS－3C型精密pH計:上海雷磁儀器廠;BT100－01恒流泵:保定恒流泵有限公司。

1.3 實驗裝置

實驗裝置為生物脫臭滴濾塔小試裝置。滴濾塔采用有機玻璃制成，內徑100 mm，塔體高1 500 mm，其中填料為粒徑10 mm左右的陶粒，填料層高750 mm，填料層陶粒空隙間體積3.6 L，陶粒凈體積2.3 L。生物滴濾塔工藝流程如圖1所示。

圖1 生物滴濾塔工藝流程

實驗流程如下:H2S發生裝置產生的氣體通過轉子流量計由滴濾塔底部進入，氣體與塔內填料上的生物膜接觸，H2S氣體與生物膜表面的水接觸并溶解于水中，即由氣相轉移到液相。溶解于水中的惡臭成分被微生物吸收、降解和轉化，惡臭氣體得以去除。凈化后的氣體經由滴濾塔頂部的排放口排入大氣中。滴濾塔頂部間歇噴淋循環液，循環液不但可以給微生物提供必需的營養成分，而且在滴濾的過程中沖刷掉填料表面老化的菌膜及微生物在氧化H2S時產生的單質硫，減緩生物滴濾塔在長期運行過程中產生的堵塞現象，延長生物滴濾塔的使用壽命。

本實驗所用循環液為人工配制而成，具體成分如下:蛋白胨 0.5 g/L，葡萄糖 0.1 g/L，磷酸氫二鉀0.6 g/L，磷酸二氫鉀 0.6 g/L，氯化銨 0.2 g/L，氯化鎂0.1 g/L，硫酸亞鐵0.05 g/L，硫酸鎂0.05 g/L，按此比例配制完的營養液pH值為6～7，無需再調pH值[6－7]。

1.4 H2S濃度的測定

H2S的濃度采用氣體快速檢測管測定。檢測管是可以直接讀取數據的簡易分析儀器，它具有操作非常方便，可在現場應用，并且能夠在短時間內得到測定結果的優點。所采用的H2S檢測管檢測范圍為:低濃度:0～5mg/L;中濃度:2～50 mg/L;高濃度:50～1 500 mg/L。

1.5 實驗方法

本實驗中接種于填料中的微生物為本實驗室自行分離、培養和篩選的除臭菌群。將除臭菌群擴大培養后，灌入滴濾塔浸泡接種，并進行曝氣，以保證滴濾塔內有足夠的氧氣。兩天后，將生物滴濾塔內的液體排放掉，灌入新鮮的循環營養液，開始通入低濃度H2S，并間歇循環噴淋營養液，一周后，觀察到填料表面有薄薄的一層生物膜，且生物膜長勢良好，可以啟動試驗[8－9]。

2 結果與討論

2.1 啟動生物滴濾塔

生物滴濾塔啟動初期，進氣量控制在100 L/h，保持入口H2S濃度在200～300 mg/m3這一較低范圍內。生物滴濾塔啟動初期H2S去除效果如圖2所示。

由圖2可見，生物滴濾塔啟動第一天出口H2S氣體濃度30 mg/m3，去除率為90%，H2S去除效率一般，然后隨時間的增加逐漸下降。三天后，H2S出氣濃度升到最高，45 mg/m3，去除率降到最低85%，然后逐漸上升。再過五天后，出口H2S出氣濃度降到0，去除率達到100%。可見，生物滴濾塔一開始就有較高的去除率并很快達到穩定，分析其原因，是由于掛膜前采用Na2S對菌群進行馴化培養的緣故，Na2S和H2S都含有S2－，微生物氧化代謝這兩種物質的途徑一致，所以系統很快啟動完成。

圖2 生物滴濾塔啟動初期H2S去除效果

2.2 停留時間對H2S去除率的影響

當 H2S進氣濃度分別為 200、500、800、1 200 mg/m3時，調整進氣量在 0.05 ～0.6 m3/h之間變化，以填料層陶粒間的空隙計算氣體停留時間，也就是有效停留時間，測試本生物滴濾塔在不同停留時間下對H2S去除率的影響，以確定該生物滴濾塔的最佳有效停留時間。

本實驗考察了四組不同H2S進氣濃度對去除率的影響。有效停留時間在22～260 s之間變化，結果如圖3所示。

圖3 停留時間對H2S去除率的影響

由圖3可見，隨著停留時間的縮短，H2S的去除率逐漸下降。當H2S進氣濃度在200 mg/m3時，即使氣體停留時間很短，只有26 s的情況下，滴濾塔依然保持著98%以上的去除效率。而當H2S進氣濃度達到1 200 mg/m3時，即使氣體停留時間超過260 s，去除率才能勉強達到98%，隨著停留時間的減少，去除率快速下降。這主要是因為高濃度的H2S對生物膜有毒害作用，微生物降解轉化H2S的能力下降，甚至被殺滅。當生物滴濾塔的停留時間在43s時，H2S進氣濃度為 200、500、800 mg/m3時，去除率均可保持在98%以上，此時進氣濃度為1 200 mg/m3時，去除率已降到了94%以下。既要保證生物滴濾塔能處理較高濃度的H2S，又要避免高濃度H2S對生物處理系統的毒害作用，并且考慮氣體停留時間的增加意味著設備體積增大，增加設備和土建投資費用，因此，在保證處理效率的前提下，從技術經濟角度分析，本研究認為最適氣體停留時間為43 s(此時氣體流量為300 L/h)，進氣濃度不高于500 mg/m3。

2.3 容積負荷對H2S去除率的影響

很多研究表明，生物脫臭滴濾塔的容積負荷對H2S的去除率影響很大。這是因為H2S是一種對生物體有抑制作用的物質，因此微生物氧化H2S是有一定限度的，微生物所能承受的負荷也是有一定范圍的。

生物滴濾塔的容積負荷是由進氣H2S濃度和進氣流量來決定的。本研究保持進氣濃度為500 mg/m3的前提下，研究不同容積負荷對去除率的影響。結果如圖4所示:

圖4 不同容積負荷對去除率的影響

由圖4可知，生物滴濾塔對H2S的去除率隨著容積負荷的增大而降低。進氣負荷低時，H2S的去除率影響較小，進氣負荷高時，去除率下降的趨勢比較明顯。

試驗過程中，將H2S的進氣負荷從21.7 g/m3·h提高到130.7g/m3·h時，H2S的去除率從100%下降到82%。當H2S的進氣負荷處于63.9 g/m3·h時，出氣濃度0.08 mg/m3，H2S的去除率幾乎為100%。當H2S的進氣負荷達到86.6 g/m3·h時，H2S的去除率為97.6%。隨著H2S進氣負荷的提高，去除率快速下降。為了滿足現行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中規定的廠界(防護帶邊緣)廢氣排放最高允許濃度二級標準(0.06 mg/m3)的要求，最終確定該生物滴濾塔處理H2S的容積負荷不超過60 g/m3·h，出氣濃度才有保障。

3 結論

(1)掛膜前采用Na2S對除臭菌群進行馴化，有助于系統快速啟動完成。本實驗滴濾塔啟動容易且速度很快，5天后便檢測不出出口H2S濃度，去除率達到100%。

(2)適度的噴淋操作對保持生物填料塔的脫臭活性具有很好作用，噴淋液可為塔內微生物提供所需的N、P等營養元素。

(3)本實驗確定在保證H2S去除率的前提下，提高容積利用率，有效停留時間控制在43 s以上，H2S的去除率可保持在98%以上。

(4)為了滿足城鎮污水處理廠的廠界廢氣排放最高允許濃度二級標準的要求，試驗確定該生物滴濾塔處理H2S的容積負荷不超過60 g/m3·h，出氣濃度才有保障。

[1]劉芳.H2S廢氣處理研究進展[J].環境科技，2009，22(1):71－74.

[2]張春燕，孫代秋，王楓，等.惡臭氣體的生物處理技術[J].石油化工環境保護，2006，29(3):24 －27.

[3]黃樹杰，周偉煌，陳凡植.生物滴濾塔處理含硫化氫與氨氣惡臭氣體的試驗研究[J].廣州環境科學，2011，26(1):15－17.

[4]朱登磊，趙修華.生物滴濾塔處理含H2S和NH3氣體的中試研究[J].化工環保，2006，29(3):438 －441.

[5]姜安璽.空氣污染控制[M].北京:化工出版社，2003:175.

[6]楊基先，李天罡.高效生物滴濾塔處理硫化氫臭氣的試驗研究[J].哈爾濱工業大學學報，2006，38(8):1333－1336.

[7]任南琪，馬放.污染控制微生物學[M].哈爾濱:哈爾濱工業大學出版社，2002:132－134.

[8]Anthony N K，Alison E L.A mathematical model of a high sulphate waste water ananerobic treatment system[J].Water Reserch，2002，36:257 －265.

[9]邵立明，何品晶.固定化微生物處理含H2S氣體的實驗研究[J].環境科學，1999，20(1):19－22.