生物除臭技术在造纸废水工程中的应用

摘 要：采用炭质生物媒作为填料的生物除臭技术，对东莞某造纸废水处理过程中散发的臭气进行治理。中试结果表明，当系统采用循环喷淋前提下，臭气停留时间低于25S，进口硫化氢浓度低于500ppm时，系统对硫化氢的去除率可稳定在99.5%以上，当进口硫化氢浓度在500ppm以上时，系统对硫化氢的去除率开始下降，当进口浓度达到1000ppm时，系统的去除率为92%。

关键词：生物除臭；硫化氢；恶臭气体

随着近年来环保力度的加强，以及人居环境要求的不断提高，市政污水厂以及国内相关工业企业近年来着力进行了老旧污水厂、污水站的改扩建或者新建工程，以应对国家规定的越来越严厉的污染物排放要求。但在污水污泥处理过程中经常会散发出恶臭气体，发臭物质包括还原性硫化物、氨、苯、甲苯和氯化物等[1]，对一些暴露在外的机械设备造成极大的腐蚀，缩短其使用寿命，同时对厂区内工作人员的人身健康也造成极大的威胁，另外臭气散逸到厂区外部的大气环境中严重干扰了周围居民的日常生活。

于是，利用相关技术和设备去除这些恶臭气体并达到国家规定的相关气体排放标准变得尤为重要。

1 生物除臭技术介绍

常见的臭气处理方法有水洗法、化学洗涤法、活性炭吸附法（包括催化型活性炭法）、臭氧氧化法、燃烧法、高能离子除臭法、纯天然植物提取液喷洒法和生物除臭法等。

其中，生物法是处理恶臭气体的有效方法之一[2]，就目前国内除臭行业来说，生物除臭法应该是应用最为广泛的、技术也是相对最为成熟的技术工艺。具有处理效率高、设备结构简单、适用范围广、运行费用低、无二次污染等特点。生物法包括生物过滤、生物滴滤和生物洗涤技术等[3，4]。

Yin等[5]采用泥炭作为生物滤池的填料，对硫化氢的去除进行了研究，结果表明，在进气浓度为1.51～9.57g/（m3h），停留时间30秒的工况下，去除率可达到99%以上。

本文介绍了以炭质生物媒为填料的生物除臭工艺为主的除臭技术在造纸废水处理上的工程应用。

2 生物除技术在造纸废水上的工程应用

2.1 工程概况

东莞某纸业集团有限公司为了改善该公司各厂区内的大气环境，拟在其中一个分厂的污水处理站内设一套生物除臭中试设备，以达到净化厂区环境的目标。由于该厂污水处理过程中的臭气成分浓度值很高，对设备的腐蚀性很大，该厂现有的几套化学除臭设备（碱洗塔）因硫化氢浓度值太高导致设备的腐蚀性严重，现已暂停使用。由于生物除臭工艺运行操作简单、运行成本低、处理效果好等特点，公司考虑利用生物除臭工艺对臭气浓度较高的区域进行臭气的收集与集中处理，为了确保生物除臭工艺对该厂高浓度臭气的处理效果，同时也为得到更为可靠的工程设计参数，故经协商进行现场中试试验。

通过协商，该中试试验主要针对该污水站内IC厌氧反应罐、污泥罐以及配水井内臭气进行收集，通过风机送至生物除臭塔进行处理净化后最终排放至大气。

中试规模设计最大除臭风量：11000m3/h。

一般污水处理厂的臭气成分分为三类：含硫化合物，如H2S、硫醇、硫醚类；含氮化合物，如氨、胺类、酰胺、吲哚等；含氧有机物，如醇、酚、醛、酮、有机酸等。其中H2S、NH3是臭味的主要组成成分[6]。经现场勘查，该污水站内H2S浓度很高，是主要的致臭成分，因此，本工程主要针对硫化氢进行除臭中试。

中试装置进口的H2S浓度设计值见表1。

表1 进口H2S浓度

2.2 处理装置

除臭中试采用的是生物除臭系统工艺，该系统主要由臭气收集系统、除臭风机、生物除臭塔、喷淋散水供给系统和控制系统等构成。

生物除臭塔体主要由有机玻璃钢材质制作而成，塔内分三部分，顶部为散水区，中部为填料层，底部为布气层。除臭塔内的微生物接种直接采用该污水处理站内的活性污泥驯化而成。运行时采用气液逆向流动原理。臭气由底部进入到除臭塔，经过填料层时，吸附在炭质生物媒填料上，与附着在填料表面的微生物接触发生生物降解反应从而得到净化，净化后的气体由塔顶的排气口直接排放到大气。由于中试的喷淋用水采用污水厂的中水，所以不需另外添加营养液。

2.3 分析方法

风速测试仪、气体检知管，Gastec公司；pH 3310，WTW公司。

2.4 工艺流程

此次除臭中试处理的臭气主要成分是硫化氢气体，中试的气源分别取自厌氧罐、污泥罐和配水井内臭气，臭气浓度值很高，现场调查和取样分析得知厌氧罐顶部、污泥罐硫化氢浓度值在1500-3000ppm范围内，而配水井内硫化氢浓度值在2500-5000ppm范围内，高时达到10000ppm以上。如此高浓度的硫化氢臭气处理对于生物法工艺来说是个难点，为防止高浓度的臭气负荷给系统带来的冲击，中试通过加入一部分干净的空气来稀释，借鉴污水生物处理调试的模式，逐步降低加入干净空气的比例直至不用稀释臭气浓度即能达到预期的处理效果。

除臭中试试验采用的是生物除臭系统工艺，该系统主要由臭气收集系统、除臭风机、生物除臭塔、喷淋散水供给系统和控制系统等构成。项目中试流程如示意图，图1。

图1 除臭系统工艺流程图

3 运行结果与讨论

此次试验主要通过对系统进出口硫化氢浓度值、系统处理总风量、系统排水pH值来分析系统处理效果。

由于系统进口的硫化氢浓度受到污水厂厌氧处理工艺水量水质的影响，变化幅度较大，因此在处理风量一定条件下，其他运行条件不变，将测得的数据按硫化氢进口浓度划分范围进行对比分析，分析比较进口硫化氢浓度在不同范围内的处理效率。

3.1 进口硫化氢浓度≤250ppm时，如表2。

表2 除臭效果随进口硫化氢浓度的变化情况

以上数据是在不同时间点采样测得的，从数据上看，当硫化氢浓度低于250ppm时，出口并未检测出硫化氢其他（检知管量程最小为0.1ppm）。在此工况下，可保证硫化氢的去除率大于99.5%。同时系统排水的pH基本稳定在1.8左右。

3.2 进口硫化氢浓度≥240ppm且≤500ppm时，如表3。

表3 除臭效果随进口硫化氢浓度的变化情况

从表3可以看出，当进口硫化氢浓度在240-500ppm范围内时，出口硫化氢的浓度稳定在15ppm以内。生物除臭系统对硫化氢的去除率为96%-97.8%，去除率相对稳定，变化幅度不大，这也说明生物除臭系统具有一定的抗冲击负荷能力。这期间系统排水的pH值基本还维持在1.87-1.99以内，说明系统内的微生物已基本维持在一定的生长量上，微生物的生长代谢能力维持在相对平衡的状态。

3.3 进口硫化氢浓度>500ppm且≤750ppm时，如表4。

表4 除臭效果随进口硫化氢浓度的变化情况

从表4可以看出，当进口硫化氢浓度在500-750ppm范围内变化时，出口硫化氢的浓度稳定在31ppm以内，生物除臭系统对硫化氢的去除率95.7%-97.4%，排水的pH值在1.88-2.01以内。与之前的数据相比较，发现在其他条件不变的基础上，系统出口的硫化氢浓度随着进口硫化氢浓度的增加而有所上升，但是系统对硫化氢臭气的处理效率变化不大，说明系统的微生物的负荷量在目前的工艺条件下基本达到饱和，因此在该工况下，若继续增加进口硫化氢的浓度，系统对硫化氢的处理效率变化不大，甚至当硫化氢负荷达到一定值时反而会降低处理效率。

3.4 系统改进后运行结果分析

为了进一步提高系统对硫化氢的处理效率，结合类似项目经验，中试过程中将原来的间歇喷淋系统改造为循环喷淋系统。

循环水喷淋系统工艺主要是将系统的喷淋水进行循环使用，同时定期排水更新用水，通过循环喷淋一方面达到水洗的效果，同时更重要的是可以维持住系统内的微生物量，减少微生物量随着系统的排水而流失。

系统改造后，又进行了相关数据的测试和采集，除臭中试系统改造后的处理效果见图2。

工艺条件：（1）处理风量：9000-11000m3/h；（2）臭气停留时间：20-25S；（3）循环喷淋系统散水，循环水量22m3/h，循环水pH=1.1-1.5。

从图2可知，在系统臭气停留时间20S，进口硫化氢浓度低于500ppm时，此时系统对硫化氢的去除率可稳定在99.5%以上，当进口硫化氢浓度在500ppm以上时，系统对硫化氢的去除率开始下降，当进口浓度达到1000ppm时，系统的去除率为92%，并且随着进口硫化氢浓度的继续增大，去除率还有进一步下降的趋势。从生物媒的硫磺负荷变化曲线来看，随着系统处理硫化氢量的增加，生物媒的硫磺负荷呈正比例增加，当处理进口硫化氢浓度达到1000ppm时，系统生物媒的硫磺负荷达到201g/hr.m3。

4 结束语

4.1 在中试期间，系统的进口硫化氢浓度变化幅度较大，但通过相关数据的检测，生物除臭系统对硫化氢气体的去除效果相对稳定，由于炭质载体优良的吸附性能，可起到调节水相浓度的缓冲作用，提高了系统适应负荷波动的能力，也验证了生物除臭系统抗负荷波动能力强的特点。

4.2 对于高浓度硫化氢臭气的处理，当散水采用常规的间歇喷淋方式时，系统对硫化氢的去除效率不高，处理效果不是很好，系统改造后即散水采用循环喷淋时，系统去硫化氢臭气的去除效率大幅提高，处理效果明显改善。

4.3 系统采用循环喷淋前提下，臭气停留时间25S以下时，进口硫化氢浓度低于500ppm时，系统对硫化氢的去除率可稳定在99.5%以上，当进口硫化氢浓度在500ppm以上时，系统对硫化氢的去除率开始下降，当进口浓度达到1000ppm时，系统的去除率为92%，并且随着进口硫化氢浓度的继续增大，去除率还有进一步下降的趋势。

4.4 从中试试验结果来看，对于高浓度硫化氢臭气的处理不能等同于一般的市政污水厂生物除臭设计，由于臭气浓度高，微生物的负荷大，因此需要足够长的停留时间，因此在设计上生物除臭塔的尺寸需要进一步的放大，停留时间比正常的市政污水厂设计大至4倍以上。

参考文献

[1]Huub H.J.Deshusses M. A. Co-treatment of H2S and tolu-ene in a biotrickling filter. Chem， Eng.J，2002，87：101-110.

[2]Van Groenestijn J.W.，Hesselink P.G.M. Biotechniques for air pollutin control. Biodegradation，1993，4：283-301.

[3]Deshusses M.A. Biological waster air treatment in biofilters. Curr. Opin. Biotechnol，1997，8（3）：335-339.

[4]Ottengraf S.P.P.Biological systems for waste gas elimination. Tibtech.，1987，5（5）：132-136

[5]Yin J，Fang S，Chen Y X.Experimental study on the treatment of odor gas containing hydrogen sulfide by peat biofilter[J].Acta Science Circumstantiae，2003，23（1）：39-42.

[6]彭清涛.恶臭污染及其治理技术[J].现代科学仪器，2000（5）：44-46.

作者简介：杨国平（1984-），男，工程师，硕士研究生学历，主要从事臭气的治理与研究。