生物法去除含硫化氢恶臭气体的实验研究

闫事忠,白 鹭,芦竹茂

（1.中国能源建设集团山西省电力勘测设计院,山西 太原 030001；2.国网山西省电力公司电力科学研究院,山西 太原 030001）

生物法去除含硫化氢恶臭气体的实验研究

闫事忠1,白 鹭2,芦竹茂2

（1.中国能源建设集团山西省电力勘测设计院,山西 太原 030001；2.国网山西省电力公司电力科学研究院,山西 太原 030001）

生物质发电技术是绿色发电产业的重要组成部分,伴随其发展产生大量的恶臭气体硫化氢。选择引发恶臭气味的主要污染物硫化氢作为研究对象,采用生物滴滤塔组合工艺对其进行处理,从影响生物滴滤塔工艺运行的因素等方面进行分析,为今后进一步脱除多组分恶臭气体的工程研究提供参考。

恶臭；硫化氢；生物滴滤塔

0 引言

硫化氢是大部分恶臭气体中主要的致臭成分[1]。因其嗅闲浓度较低，因此要求处理后气体中所含硫化氢含量更低甚至为零，这就使得恶臭污染的治理不同于一般空气污染物的治理。

目前，恶臭气体主要的处理方法为物理法、化学法以及生物法三类。物理法是用一种物质将它的臭味掩蔽或稀释，或者将恶臭物质由气相转移至液相或固相。化学法是引入其他物质与其发生化学反应，即改变恶臭物质的化学结构，生成无臭物质或臭味较低的物质。生物法则是指利用微生物的代谢活动使恶臭物质被降解，氧化成为最终产物以达到无臭化、无害化的目的。近年来，由于运行可靠、基质普广、负荷高、可操控性强等优点，生物滴滤床处理恶臭气体技术得到广泛重视和深入研究[2-5]。本实验研究采用三级生物滴滤塔[6]对含硫化氢的恶臭气体进行去除，分别采用三种物质为各级填料，考察生物滴滤塔的工艺参数（进气浓度、填料种类、压力、温度）等对硫化氢气体去除的影响，得到稳态条件下其对硫化氢的去除规律。

1 去除硫化氢恶臭气体实验

1.1 试验药品及材料

试验药品及材料涉及纤维球填料、陶粒、纤维球和多面体混合填料，K2HPO4，KH2PO4，( NH4)2SO4，MgCl2·6H2O，Na2SO4·2H2O，牛肉膏，CaCl2·2H2O，MnCl2·4H2O，FeSO4·7H2O，Na2S，浓硫酸。

1.2 实验装置和反应器

实验采用的三级生物滴滤塔的设备规模为2000 mm×500 mm×1 650 mm，气体最大日处理量可达510 m3/h。系统采用全自动控制，由电脑微控开关控制喷水系统及频率。 其工艺系统由废气收集系统、喷淋装置与滴滤塔主体3部分组成。核心部分三级滴滤塔(Φ120 mm×1 500 mm)由有机玻璃制成，有效容积为30 L，装置内分别布置了纤维球填料、陶粒、纤维球和多面体混合填料。为方便实验和分析，在每级生物滴滤塔侧面、填料中间不同高度设有4个采样口，采样口间距400 mm。试验的工艺流程见图1。

1.3 试验方法

本实验采用三级生物滴滤塔去除硫化氢气体，并分别装有3种不同填料作为生物载体，分析稳态条件下硫化氢的去除规律。在实验室的运行阶段，主要研究生物滴滤塔运行的工艺参数，包括生物滴滤塔的进气浓度、填料高度、pH、温度等对硫化氢去除的影响。

首先用浓硫酸与硫化钠反应生成含硫化氢恶臭物质的气体，由空压机抽入气体缓冲箱中，再经气体流量计从底部进入生物滴滤塔主体，经填料层过滤后，由上部出口排放。储水箱中的液体由离心水泵，经过滴滤器内填料层上方设置的喷水装置泵入反应器。定时将含生物脱臭处理所需成分的配制液喷洒进填料层（也可使用污水厂二沉池出水），为微生物提供养料供给和液相环境，喷淋出水最后经塔底部排出。

图1 生物滴滤塔试验工艺流程图

2 实验结果讨论与分析

2.1 进气浓度对硫化氢去除率的影响

模拟气体硫化氢由硫化钠与浓硫酸反应产生，经色谱分析纯硫化氢只占其中的40%左右，其余均为杂质气体，所以为了更好地去除含硫化氢臭气，将反应出来的气体称作含硫化氢气体，分别制取不同浓度的含硫化氢气体，分为高浓度和低浓度两部分加以研究[7]，见表1。

表1 划分含硫化氢臭气浓度 mg/m3

从图2可以看出，当入口气体为低浓度含硫化氢气体时，入口浓度125 mg/m3，去除率可达97.35%，当入口浓度逐渐升高至最高值350mg/m3，去除率下降到50%，因此低浓度时入口气体浓度越低净化效率越高，随着入口浓度的升高，净化效率逐渐降低。

图2 低浓度进气浓度与去除率的变化曲线

从图3中可以看出，入口气体为高浓度含硫化氢气体时，起初随进气浓度的增加，去除率也增加，之后逐渐降低。在进气浓度为537.0 mg/m3以后，随着进气浓度的增加，去除率稳定在58%左右，证明此时反应器中微生物比较适应，运行比较稳定。

图3 高浓度进气浓度与去除率的变化曲线

2.2 填料层高度对硫化氢去除率的影响

逐渐增加反应塔中填料层的高度，分别对4种浓度的含硫化氢气体去除率进行实验，得出以下数据。

图4 硫化氢气体浓度随填料层高度的变化

图4表明，随着填料层高度的增加，硫化氢去除率逐渐提高。当硫化氢进气浓度为100 mg/m3，生物膜填料层高度为180 cm时，即可将其完全净化；当硫化氢浓度为272 mg/m3时，填料层高度必需增加才能完全净化。但填料层高度的增加会增大气体阻力以及能耗，因此在工程实践中需根据废气浓度和净化要求选择合适高度，通过多塔串联方法满足出气浓度的要求。

在停留时间为20 s条件下，考察硫化氢气体去除率随填料层高度的变化。从图5 中可以看出，当进气浓度为70 mg/m3时，去除效率可达83.16%，出气浓度为11.78 mg/m3，能达到国家允许排放标准（国家排放标准是17 mg/m3）；当进气浓度为333 mg/m3时，去除效率只能达到30%左右，需要大大增加填料的高度或者体积才能满足出气浓度的要求，因此填料层高度是设计生物滴滤塔的一个重要参数。

图5 硫化氢气体浓度随填料层高度的变化

2.3 3种填料对硫化氢气体去除性能的比较

本试验采用纤维球、陶粒、纤维球和多面体（1 比2）混合3种物质分别作为生物滴滤塔1号、2号、3号反应器的填料，表2为各单一填料的性能参数。

表2 填料性能参数

从表2中可以看出纤维球的比表面积大比较易于生物体负载，并且含水率大，很易于微生物的生长，所以对气体的去除效果就要好一些，混合填料中尽管有纤维球，含水率可以得到保证，但多面体填料的孔隙很大，不易负载微生物，所以去除效果不是很好，而陶粒填料选择的粒径大约为2.0 cm，孔隙太大，再加上陶粒表面光滑，不易负载微生物，含水率也不高，所以陶粒的去除效果最不好。

2.4 pH值对硫化氢去除率的影响

由图6可以看到随着进气负荷的增加，pH值迅速降低。在pH较低时，硫化氢的去除效果很好，之后随着pH值的升高去除率有所下降，但在1.4左右又开始升高，之后又呈现下降的趋势，并且当pH值在超过4时，去除率明显下降，在pH值较低时，强酸环境对设备腐蚀性较强，不宜于实验及工程应用，所以一般应该控制在1.4左右能达到最好的去除效果。

2.5 温度对硫化氢去除率的影响

图6 pH与硫化氢去除率的关系曲线

图7为进气量为5.5 m3/h，进气浓度为650 mg/m3时，净化效率与温度的关系。从图中可以看出，当温度在25～32 ℃范围时，净化效率最高；低于25 ℃时，净化效率开始下降，低于15 ℃时效率下降速度增快。分析认为，较低温度下大多数微生物的生物活性较低，影响了净化功率。但当温度高于35 ℃后，部分微生物被灭活，也造成了净化效率的降低。运行温度对生物塔的净化效果影响较大，一般在25～35 ℃范围内，生物反应器运行良好。

图7 净化塔净化效率随温度的变化情况

3 结论

a）入口气体为低浓度时，浓度越低净化效率越高，随着浓度的升高，净化效率逐渐降低；入口气体为高浓度时，随进气浓度的增加，去除率先增加后趋于稳定。

b）填料层高度是设计生物滴滤塔的一个重要参数。在工程实践中需根据废气浓度和净化要求选择合适高度，通过多塔串联方法满足出气浓度的要求。

c）纤维球填料的性能优于陶粒和混合填料，混合填料略好于陶粒填料。

d）为便于实验与工程应用，一般将pH值控制在1.4左右较为合适。

e）在25～35℃范围内，生物反应器运行良好。

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[2] Philip L,Deshusses M A. Sulfur dioxide treatment from flue gases using a biotrickling filter-bioreactor system [J].Environ Sci Technol,2003,37(9):1978-1982.

[3] Cox H H J, Deshusses M A.Effect of starvation on the performance and reacclimation of biotrickling filters for air pollution control [J]. Environ Sci Technol ,2002.36(14):3069-3073.

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[5] Cox H H J, Sexton T, Shareefdeen Z M, et al. Themophilic biotrickling filtration of ethanol vapors [J]．Environ Sci Technol, 2001, 35(12): 2612-2619.

[6] 王家德,陈建孟,唐翔宇.有机废气的生物处理概述[J].上海环境科学,1998,17(4):21-24.

[7] 谢冰.恶臭的微生物处理概述[J].环境导报,1997(l): 6-10.

Experimental Study on Biological Removal of Malodorous Gas Containing Hydrogen Sulfi de

YAN Shizhong1, BAI Lu2, LU Zhumao2

（1. Shanxi Electric Power Exploration & Design Institute of China Energy Engineering Group, Taiyuan, Shanxi 030001, China; 2. State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC, Taiyuan, Shanxi 030001, China）

Biomass power generation is an essential part of green power generation, however, a large amount of hydrogen sulfide gas will be produced with its developmet. In this paper, hydrogen sulfide which is the main odor pollutant is selected as a research object. Bio-trickling filter combined process is adopted to treat the odor pollutant. Meanwhile, diverse factors which might influence the operation of the filter were inspected and analyzed. Technical route in this paper would provide new methods and thinking for management of pollution composed of multicomponent gases which is represented for odor waste gas. Similarly, research conclusions would offer basic data and reference for further application study.

odor; hydrogen sulfide; bio-trickling filter

X512

A

1671-0320（2016）04-0061-04

2016-03-19，

2016-05-08

闫事忠（1985），男，黑龙江大庆人，2012年毕业于华北电力大学环境工程专业，硕士，工程师，从事大气污染物控制的设计与监测工作;

白 鹭（1988），女，山西阳泉人，2012年毕业于华北电力大学环境科学专业，硕士，工程师，从事电力行业的环境保护工作；

芦竹茂（1988），男，山西吕梁人，2012年毕业于华北电力大学电力系统及其自动化专业，硕士，工程师，从事高电压设备绝缘检测工作。