生物組合裝置凈化養殖舍硫化氫廢氣的試驗與研究

魏曉明　張洪鵬　趙洪葉　宋紅艷

摘 要：本文研究生物組合裝置對畜禽養殖舍臭氣中的硫化氫及常規生物法脫硫造成的二次污染的凈化。本裝置實現了硫化氫到硫單質的生物轉化，單位面積的最大處理負荷可達357m3/m2·h，該工況下的適宜噴淋量為230L/m2·h，穩定運行時硫化氫平均去除率達98.6%。運行中實現了廢液減排，大大降低了傳統生物脫硫產生的二次污染問題。為生物法脫除H2S的工程應用提供了技術依據與指導。

關鍵詞：硫化氫;生物除臭;生物脫硫。

在畜禽養殖業規?；l展過程中，養殖舍內的惡臭氣體是一大難題，臭氣成分主要包括H2S、NH3。目前針對畜禽養殖舍惡臭氣體的處理，生物法已成為主流趨勢。因生物法高效凈化H2S與NH3的環境有所不同，本文研究生物法凈化H2S的工藝裝置與技術參數。針對目前國內外生物脫硫的研究中存在的SO42-二次污染問題，本研究使用自主研發的生物組合裝置，對H2S及其產物SO42-進行凈化處理，以期為生物法脫除H2S的工程應用奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

試驗裝置由硫氧化塔、硫還原塔兩部分組成。其中，硫氧化塔由直徑1.0m、高2.8m的有機玻璃制作而成，塔內裝有填料，填料高度為1.5m。硫還原塔由直徑0.5m、高2.5m的有機玻璃制作而成，塔內裝有填料，填料高度為2.0m。

本裝置建于北京市昌平區某豬場，進氣來自該豬場的豬舍。

1.豬舍風機;2.硫氧化塔;3.營養物質投加箱;4.循環液提升泵;5.硫還原塔;6.緩沖水池;7.噴淋水泵;8.生物氧化填料;9.尾氣管;10.高效霧化噴淋裝置;11.生物還原填料;12.進氣擴散裝置。

1.2 生物填料

填料的選擇是反應器設計的重要因素，生物除臭設備的填料宜選擇比表面積大、氣阻低、輕質便捷、使用壽命長的填料。根據我公司的污水處理工程經驗，好氧裝置（硫氧化塔）選用PU填料;厭氧裝置（硫還原塔）選用立體纖維掛膜填料。

1.3 試驗方法

掛膜所用的活性污泥來自北京市某再生水廠的污水A/O生化池，掛膜方式為直接通氣掛膜法，設備啟動后加入活性污泥，并加入配置好的無機營養液，以縮短系統掛膜時間。馴化采用60m3/h低流量豬舍廢氣，循環量、噴淋量均為0.8L/min。定期補充自來水。生物降解H2S的最佳pH有兩個區間，分別為強酸（pH≈2）、中性（pH≈7），本試驗控制循環液的pH 為6.0-8.0。

掛膜完成并正式開始運行調試后，持續監測進出氣的H2S含量。定期（2-3天）檢測兩套裝置循環液中的COD、S2-、SO42-、S單質、pH，分別研究硫氧化塔對H2S的氧化、硫還原塔對SO42- 的還原。

1.4 分析方法

采用GT-903手持硫化氫檢測儀人工監測H2S濃度;采用ICS2000離子色譜儀檢測循環液中S2-、SO42- 的濃度;采用Agilent1200高效液相色譜檢測單質S含量。

2 試驗結果與分析

試驗過程中的自變因素主要為廢氣處理量與噴淋量，據此設五組試驗。氣體處理量分別為140、140、200、280、280m3/h，循環液噴淋量分別為1.5、2.5、2.5、2.5、3L/min。

2.1 最大處理負荷研究

為研究本套裝置的最大處理負荷，根據氣體停留時間與筆者前期的考察，設置上述3組廢氣處理量。廢氣處理量分別為140、200、280m3/h，設備負荷分別為178、255、357m3/m2·h。考察硫化氫的去除效果隨處理規模的變化關系，見圖2。

結果表明，處理量由140m3/h增至280m3/h過程中，硫化氫的去除率均較高。試驗后期，嘗試繼續加大廢氣處理量至320m3/h，發現此時氣體壓損突然變大，不可用于實際工程。結論：本套反應系統的最大處理負荷為357m3/m2·h，氣體在好氧填料內停留時間最短15s，H2S平均去除率為98.6%。

2.2 噴淋量、循環液流量的影響研究

因系統平衡，硫氧化塔噴淋量、硫還原塔進水量相等。硫氧化塔噴淋量影響氣液傳質接觸進而影響H2S的吸收效果，硫還原塔進水量影響SO42- 的水力停留時間從而影響厭氧段的還原效果。

根據噴淋吸收塔理論計算以及本試驗在掛膜與馴化過程中的經驗，設上述3個噴淋量：1.5、2.5、3.0L/min。廢氣處理量140m3/h時，可采用2.5L/min噴淋量;廢氣處理量200m3/h，噴淋量2.5L/min仍可滿足脫硫要求;廢氣處理量280m3/h，需要噴淋量3.0L/min;試驗后期，嘗試繼續增加噴淋量（循環量）至3.5L/min后，對硫還原塔的厭氧環境開始造成影響。

結論：廢氣處理量決定其所需的噴淋量，噴淋量過低則無法達到硫化氫吸收傳質要求，過高的循環量則會將氧氣帶入硫還原塔從而破壞厭氧。在上述2.1的最大處理負荷下，適宜的噴淋量為3.0L/min，合230L/m2·h。

2.3 硫元素在系統中的遷移轉化

本中試試驗單獨運行硫氧化塔15天后加設已經完成掛膜的硫還原塔，監測對比其循環液中S2-、SO42-、S單質的變化情況。

①在硫氧化塔單獨運行期間，循環液中的S2- 緩慢增加（噴淋液吸收作用）而后緩慢下降，且SO42- 濃度逐漸上升。表明硫氧化塔中硫氧化菌發揮主要作用，使得SO42- 不斷累積，按此趨勢，繼續運行5-8天后必須定期排水;②好氧（硫氧化塔）、厭氧（硫還原塔）裝置串聯運行后，S2- 下降趨勢較為明顯，且硫還原塔底部發現淡黃色固態沉積物，定期檢測其S單質含量，呈明顯上升趨勢，說明硫還原塔中的硫還原微生物發揮作用;③串聯運行后，對比兩反應裝置S2-、SO42- 的變化情況，因噴淋液的循環，兩個裝置內循環液的成分（S單質除外）較為接近，已經實現S元素的動態平衡。

3 結論

①本套生物組合裝置，好氧、厭氧微生物共同實現了S元素的遷移轉化，H2S經硫氧化塔被吸收轉化為S2- 而后被氧化為SO42- ，然后S元素隨循環液經硫還原塔被還原為S單質。本中試試驗未排液，S單質的累積大大減少了傳統生物脫硫反應產生的SO42- 二次污染，預計在工程化應用中排液頻率可減少兩倍以上;②噴淋量既影響硫氧化塔的氣液傳質及對硫化氫的吸收效果，同時影響硫還原塔的水力停留時間。廢氣處理量決定其所需的噴淋量（循環量），噴淋量過低則無法達到硫化氫吸收傳質要求，過高的循環量則會將氧氣帶入硫還原塔從而破壞厭氧;③本套反應裝置最大處理負荷為357m3/㎡·h，氣體在好氧填料內停留時間最短15s，硫化氫平均去除率達98.6%，該工況下適宜的噴淋量（循環量）為3.0L/min，折合230L/㎡·h。

參考文獻：

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