污水處理廠生物法去除H2S條件探討

西原環保工程（上海）有限公司 馮潤

隨著人們生活質量的不斷提升，對生物法除臭技術的深入研究也隨之成為環保行業研究的新方向[1]。以微生物培養為基礎的環保技術越來越被重視，被應用于農場動物糞便臭氣處理[2]，食品廠臭氣處理[3]，污水處理廠惡臭處理[4]，農村堆肥惡臭處理[5]等各個場景。因此，基于以培養微生物菌群為手段去除惡臭氣體中的H2S研究是很有必要的。同一時期應用在污水處理廠的其他技術如化學吸收、離子除臭、活性炭吸附等技術因為除臭效率低、耗能高、運行復雜等缺點，正逐漸被代替。這時，去除惡臭微生物菌群就能一展身手，微生物菌群去除城市運轉過程中污水處理廠處理生活污水所產生的臭氣成為一種發展的新趨勢。

在一些污水處理廠散發的臭氣不能及時有效處理時，臭氣就會很快擴散到周邊地區，從而影響居民們的日常生活。為此通過長期觀測某污水處理廠的除臭設備在處理臭氣前后的硫化氫（H2S）濃度，分析了生物滴濾塔去除H2S的單位負荷，溫度季節對H2S去除效果的影響，噴淋循環水水質情況，以及改變處理風量對生物滴濾除臭塔去除H2S能力的影響。據此為生物法高效去除H2S做出有效的檢測結果和參考數據。

一、實驗方法

在該實驗中，實驗主體為某污水處理廠一生物滴濾除臭塔，塔體規格為長8m*寬4.5m*高3.3m。該生物滴濾除臭塔進口風量為26000m3/h，氣體經過填料的停留時間（EBRT）為20s，所用除臭填料為竹炭，粒徑范圍為5-15mm，比表面積為344m2/g。污水處理廠臭氣源產生的惡臭氣體經過集氣管道收集至生物滴濾除臭塔，塔內噴淋循環液與惡臭氣體內的H2S接觸并溶解在水中，生活在竹炭內的硫化細菌將H2S捕捉進行新陳代謝，H2S經過一系列生化反應后，變成SO42-隨噴淋液排出，從而達到去除H2S的目的。該生物滴濾除臭塔的運行情況為：以6h為一次連續噴淋周期，定時排出一部分噴淋循環水和補水。在不同工況下利用抽氣筒和H2S檢知管檢測生物滴濾塔進口和出口H2S氣體濃度，改變的條件變量分別為噴淋流量、環境溫度和進氣風量。其工藝流程圖如圖1所示。

圖1 除臭工藝流程圖

在穩定的工況下檢測生物滴濾除臭塔進出口H2S濃度，并探討不同工況條件下去除H2S的影響因素，同時探究出噴淋循環水水質在去除H2S的過程中的規律。為了清楚量化生物滴濾塔去除H2S的能力，引入單位去除負荷概念。其定義為：生物滴濾塔內，單位竹炭填料在單位時間內去除H2S質量的大小，單位為g/（m3·h）。以下為竹炭去除H2S的單位去除負荷計算公式：

C0—生物滴濾塔進口H2S濃度，ppm；

C1—生物滴濾塔出口H2S濃度，ppm；

M—H2S相對分子質量，為34g/mol；

22.4—氣體的摩爾體積，l/mol；

m—檢測并計算出去除H2S的質量，kg/m3；

Q—生物滴濾塔處理風量值，為26000m3/h；

V—生物滴濾塔內竹炭填料體積，為144m3；

τ—竹炭填料對H2S的單位去除負荷，g/（m3·h）。

調節進風量改變氣體在竹炭內的停留時間，以探究其對去除H2S的影響。改變的風量值如表1所示。

表1 處理風量與空塔流速和停留時間關系對應表

實驗過程中長時間觀測除臭設備的運行工況，檢測并記錄對應的循環噴淋水水質，檢測的水質指標包括溶解性總固體（TDS）、氧化還原電位（ORP）和酸堿度（pH）。

二、實驗檢測儀表及器材

本實驗使用的主要器材有H2S氣體檢支管、抽氣筒、風速儀、便攜式TDS檢測計、便攜式pH計、便攜式ORP檢測計等。

三、實驗結果及數據分析

（一）噴淋流量對H2S去除效果的影響

圖2中三種工況分別為噴淋流量為28m3/h、40m3/h和52 m3/h時，除臭塔進口濃度與單位負荷的關系圖。能夠明顯看出，在同一進口濃度下，噴淋流量越大，對應的單位負荷越大，去除H2S的質量也越多。

圖2 噴淋流量對H2S去除效果散點圖

（二）季節溫度對去除效果的影響

在長期不間斷的觀察中，季節溫度的顯著變化可分為9月份的26～30℃和10月份的21～27℃兩個溫度段。下圖3為這兩個月的去除效果對比圖：

圖3 季節溫度對去除效果對比散點圖

不同季節影響著對應的除臭溫度不一樣，除臭效果也各異。夏天除臭溫度在30℃左右，據相關文獻報道，硫化細菌的最佳生存環境也是在25～35℃。實驗過程中循環噴淋水的最高溫度在30℃，而循環水體的溫度就是硫化細菌生存的環境溫度，該時間段內硫化細菌對H2S的去除效果最好。因此建議最佳噴淋循環水的溫度在30℃左右。

（三）改變停留時間對去除H2S能力的影響

在不同處理風量工況下，由上圖4可看出，在同一進口H2S濃度下，處理風量越大，竹炭層內去除H2S的平均單位負荷越高；在進風量不變的情況下，進口H2S濃度越高，H2S去除負荷值也越高。

圖4 不同處理風量下進口H2S濃度與單位去除負荷關系散點圖

當處理風量分別為26000m3/h和35000m3/h時，去除負荷值的范圍隨進口濃度升高而增大。這可能是由于處理風量越大，塔內氣液兩相流動紊亂導致湍流度增加，由溫度、水質、濃度波動等條件的微小改變可能導致微生物新陳代謝波動影響增大，從而進一步影響去除負荷值的范圍。

（四）噴淋循環水水質監測

循環噴淋水水質的好壞也直接影響硫化細菌的生存環境，本實驗水質檢測的三個項目分別為pH、ORP和TDS。從長期水質檢測數據可以看出，該三項水質指標相互關聯，pH值越小，ORP和TDS值越大。下圖6為所有水質檢測數據中pH、ORP、TDS的3D散點圖及兩兩各自映射的背景散點圖：

從圖5映射圖中可以看出，pH、ORP、TDS三者之間兩兩之間的映射圖各自滿足一定的曲線關系。

圖5 循環噴淋水中TDS、pH、ORP的3D散點及映射圖

在該實驗中，循環噴淋水的pH值正常范圍在0.6～1.6，TDS值的范圍在5×104～1.2×105mg/l，ORP值在200～530mV。隨著排水周期延長，循環噴淋水的含鹽量累計增加，pH值降低，氧化還原電位也會升高。循環噴淋水pH值在0.8～1.2之間，含鹽量在4×104～6×104mg/l范圍內。

四、總結

通過以上實驗分析，得出以下幾點結論：

（1）隨著噴淋流量的增大，生物滴濾塔內的氣液傳質效率升高，從而提高了竹炭的單位去除負荷；

（2）除臭效果隨季節溫度呈周期性變化，夏季除臭效果比冬季好；

（3）隨著硫化細菌活性增強，微生物新陳代謝速率加快，噴淋循環水水質變酸，氧化還原電位越高，水中含鹽量也越高。