生物滴滤塔处理H2S停留时间和容积负荷的研究

时间：2024-07-28

李天罡，吴波

(1.江苏哈宜环保研究院有限公司，江苏宜兴 214205;2.国美水技术工程有限公司，天津 300191)

H2S作为某些化学反应和蛋白质生物降解过程的产物，经常存在于多种生产过程中。如煤的低温焦化、有色金属冶炼、橡胶、制革、染料、制糖等工业中都有H2S产生。还有垃圾、污水、污泥的厌氧处理也常伴有H2S存在。

H2S是强烈的神经毒物，受到损害的人的主要症状:轻者流泪、眼痛、畏光、视物模糊和流涕、咳嗽、咽喉灼热，严重者发生肺水肿、支气管炎、肺炎，出现头晕、头痛、恶心、呕吐、晕倒、乏力、意识模糊等症状。

为了提高生产现场和周围区域的环境空气质量、减少二次污染，对H2S进行有效处理，做到达标排放的工作已势在必行。H2S处理方法一般可分为化学法、物理法和生物法等几类。

生物法因其投资少、运行费用低、性能可靠、易于管理、处理效果好、二次污染小等特点而成为近年来主要的方法[1－5]。本文针对生物脱除H2S处理工艺存在的问题，在实验室小试阶段确定生物滴滤塔处理H2S臭气的最佳停留时间和最适容积负荷，为指导工程设计和工艺运行参数的调整提供依据。

1 实验方法

1.1 H2S 制备

本实验采用化学法制备H2S气体。将一定浓度的硫化钠溶液与稀硫酸分别通过蠕动泵以一定流速滴入密封瓶中，使二者在其中反应，生成H2S气体。通过调节蠕动泵来控制产气量。

1.2 试剂与仪器

硫化钠、浓硫酸、蛋白胨、葡萄糖、磷酸氢二钾、磷酸二氢钾、氯化铵、氯化镁、硫酸亚铁、硫酸镁。

H2S检测管:北京市劳保所科技发展公司劳动部毒物检测技术指导站;LZB－4F玻璃转子流量计:天津流量仪表有限公司;pHS－3C型精密pH计:上海雷磁仪器厂;BT100－01恒流泵:保定恒流泵有限公司。

1.3 实验装置

实验装置为生物脱臭滴滤塔小试装置。滴滤塔采用有机玻璃制成，内径100 mm，塔体高1 500 mm，其中填料为粒径10 mm左右的陶粒，填料层高750 mm，填料层陶粒空隙间体积3.6 L，陶粒净体积2.3 L。生物滴滤塔工艺流程如图1所示。

图1 生物滴滤塔工艺流程

实验流程如下:H2S发生装置产生的气体通过转子流量计由滴滤塔底部进入，气体与塔内填料上的生物膜接触，H2S气体与生物膜表面的水接触并溶解于水中，即由气相转移到液相。溶解于水中的恶臭成分被微生物吸收、降解和转化，恶臭气体得以去除。净化后的气体经由滴滤塔顶部的排放口排入大气中。滴滤塔顶部间歇喷淋循环液，循环液不但可以给微生物提供必需的营养成分，而且在滴滤的过程中冲刷掉填料表面老化的菌膜及微生物在氧化H2S时产生的单质硫，减缓生物滴滤塔在长期运行过程中产生的堵塞现象，延长生物滴滤塔的使用寿命。

本实验所用循环液为人工配制而成，具体成分如下:蛋白胨 0.5 g/L，葡萄糖 0.1 g/L，磷酸氢二钾0.6 g/L，磷酸二氢钾 0.6 g/L，氯化铵 0.2 g/L，氯化镁0.1 g/L，硫酸亚铁0.05 g/L，硫酸镁0.05 g/L，按此比例配制完的营养液pH值为6～7，无需再调pH值[6－7]。

1.4 H2S浓度的测定

H2S的浓度采用气体快速检测管测定。检测管是可以直接读取数据的简易分析仪器，它具有操作非常方便，可在现场应用，并且能够在短时间内得到测定结果的优点。所采用的H2S检测管检测范围为:低浓度:0～5mg/L;中浓度:2～50 mg/L;高浓度:50～1 500 mg/L。

1.5 实验方法

本实验中接种于填料中的微生物为本实验室自行分离、培养和筛选的除臭菌群。将除臭菌群扩大培养后，灌入滴滤塔浸泡接种，并进行曝气，以保证滴滤塔内有足够的氧气。两天后，将生物滴滤塔内的液体排放掉，灌入新鲜的循环营养液，开始通入低浓度H2S，并间歇循环喷淋营养液，一周后，观察到填料表面有薄薄的一层生物膜，且生物膜长势良好，可以启动试验[8－9]。

2 结果与讨论

2.1 启动生物滴滤塔

生物滴滤塔启动初期，进气量控制在100 L/h，保持入口H2S浓度在200～300 mg/m3这一较低范围内。生物滴滤塔启动初期H2S去除效果如图2所示。

由图2可见，生物滴滤塔启动第一天出口H2S气体浓度30 mg/m3，去除率为90%，H2S去除效率一般，然后随时间的增加逐渐下降。三天后，H2S出气浓度升到最高，45 mg/m3，去除率降到最低85%，然后逐渐上升。再过五天后，出口H2S出气浓度降到0，去除率达到100%。可见，生物滴滤塔一开始就有较高的去除率并很快达到稳定，分析其原因，是由于挂膜前采用Na2S对菌群进行驯化培养的缘故，Na2S和H2S都含有S2－，微生物氧化代谢这两种物质的途径一致，所以系统很快启动完成。

图2 生物滴滤塔启动初期H2S去除效果

2.2 停留时间对H2S去除率的影响

当 H2S进气浓度分别为 200、500、800、1 200 mg/m3时，调整进气量在 0.05 ～0.6 m3/h之间变化，以填料层陶粒间的空隙计算气体停留时间，也就是有效停留时间，测试本生物滴滤塔在不同停留时间下对H2S去除率的影响，以确定该生物滴滤塔的最佳有效停留时间。

本实验考察了四组不同H2S进气浓度对去除率的影响。有效停留时间在22～260 s之间变化，结果如图3所示。

图3 停留时间对H2S去除率的影响

由图3可见，随着停留时间的缩短，H2S的去除率逐渐下降。当H2S进气浓度在200 mg/m3时，即使气体停留时间很短，只有26 s的情况下，滴滤塔依然保持着98%以上的去除效率。而当H2S进气浓度达到1 200 mg/m3时，即使气体停留时间超过260 s，去除率才能勉强达到98%，随着停留时间的减少，去除率快速下降。这主要是因为高浓度的H2S对生物膜有毒害作用，微生物降解转化H2S的能力下降，甚至被杀灭。当生物滴滤塔的停留时间在43s时，H2S进气浓度为 200、500、800 mg/m3时，去除率均可保持在98%以上，此时进气浓度为1 200 mg/m3时，去除率已降到了94%以下。既要保证生物滴滤塔能处理较高浓度的H2S，又要避免高浓度H2S对生物处理系统的毒害作用，并且考虑气体停留时间的增加意味着设备体积增大，增加设备和土建投资费用，因此，在保证处理效率的前提下，从技术经济角度分析，本研究认为最适气体停留时间为43 s(此时气体流量为300 L/h)，进气浓度不高于500 mg/m3。

2.3 容积负荷对H2S去除率的影响

很多研究表明，生物脱臭滴滤塔的容积负荷对H2S的去除率影响很大。这是因为H2S是一种对生物体有抑制作用的物质，因此微生物氧化H2S是有一定限度的，微生物所能承受的负荷也是有一定范围的。

生物滴滤塔的容积负荷是由进气H2S浓度和进气流量来决定的。本研究保持进气浓度为500 mg/m3的前提下，研究不同容积负荷对去除率的影响。结果如图4所示:

图4 不同容积负荷对去除率的影响

由图4可知，生物滴滤塔对H2S的去除率随着容积负荷的增大而降低。进气负荷低时，H2S的去除率影响较小，进气负荷高时，去除率下降的趋势比较明显。

试验过程中，将H2S的进气负荷从21.7 g/m3·h提高到130.7g/m3·h时，H2S的去除率从100%下降到82%。当H2S的进气负荷处于63.9 g/m3·h时，出气浓度0.08 mg/m3，H2S的去除率几乎为100%。当H2S的进气负荷达到86.6 g/m3·h时，H2S的去除率为97.6%。随着H2S进气负荷的提高，去除率快速下降。为了满足现行《城镇污水处理厂污染物排放标准》中规定的厂界(防护带边缘)废气排放最高允许浓度二级标准(0.06 mg/m3)的要求，最终确定该生物滴滤塔处理H2S的容积负荷不超过60 g/m3·h，出气浓度才有保障。