松树皮填料高效生物滴滤塔处理含H2S恶臭气体研究

2019-01-24薛兴福

四川有色金属 2018年4期

薛兴福

（四川景星环境科技有限公司, 四川成都 610037）

恶臭污染物是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生活环境的气体物质［1］。恶臭污染是大气、水、废弃物等物质中的异味通过空气介质作用于人的嗅觉思维而感知的一种嗅觉污染，它具有污染范围广、测定困难、评价困难和治理困难等特征，已成为世界环境七大公害之一(大气污染、水污染、土壤污染、噪声、振动、土地下沉、恶臭)。地球上存在着约1万种重要恶臭物质，其中有4000多种仅凭人的嗅觉既能感知到。恶臭物质按化学组成可分为以下5类：①含硫化合物，如硫化氢、二氧化硫、硫醇、硫醚类等；②含氮化合物，如氨、胺、酸胺、吲哚类等；③卤素及衍生物，如卤代烃等；④氧的化合物，如醇、酚、醛、酮、酸、脂等；⑤烃类，如烷、烯、炔烃以及芳香烃等。

恶臭物质来源相当广泛，主要分为体泌污染源、生活污染源及工业污染源三大类。体泌污染源主要指脚臭、腋臭、口臭等；生活污染源主要来自厕所、卫生间、垃圾桶、下水道等地方；工业污染源是恶臭发生的最主要来源，主要指污水处理厂、肉产品加工厂、造纸厂及石油化工企业等工业企业。在各种恶臭物质中，H2S的来源最为广泛，危害影响最大，它是一种带有腐蚀性的有毒有害气体，不仅影响环境卫生，还给生产和生活造成危害。目前，治理H2S气体的主要方法有物理法、化学法、生物法三类［2-4］。物理法只是用一种物质将它的臭味掩蔽、稀释或吸附，或者将H2S物质由气相转移至液相或者固相。化学法是使用另外一种物质与H2S进行化学反应，改变其化学结构，使之转变为无臭物质或臭味较低的物质。常见的方法有燃烧法、氧化法和化学吸收法等。生物法是指利用微生物的代谢活动降解H2S，使之氧化为最终产物，从而达到无臭化、无害化的目的。目前主要的生物法为土壤法、堆肥法、生物过滤法和生物滴滤法等。生物滴滤法除臭原理是含有H2S的废气通过附有生物膜的填料层时，气体中的恶臭物质溶于水，被循环液和附着在填料层表面的微生物吸附、吸收，从而达到净化的效果。该法适合生长缓慢的微生物，具有设备少、操作简单、液相和生物相均循环流动，生物膜附着在惰性填料上，压降低，填料不易堵塞，对污染物的去除率较高等特点。

填料介质是生物除臭装置的核心构件，生物滴滤塔填料的选用及其组合方式，对脱臭效果有显著的影响［5］。产地为寒冷中国北方地区落叶松和樟松的松树皮具有坚韧的纤维结构，不易腐烂，使用寿命长，无病害，安全可靠。养分含量高，有机质含量60%以上，可为微生物提供优良的生长环境。表面粗糙，具有较大的比表面积，有利于微生物的附着、生长，保持较多的微生物量，有利于微生物代谢过程中所需氧化和营养物质以及代谢产生的废物的传质过程。总空隙率高，容纳微生物生活空间及吸附污染物空间大，可有效的将有毒气体截留下来，并吸附在树皮上。本研究将基于松树皮填料的生物滴滤塔用于处理硫化氢恶臭气体，分析考查对硫化氢去除性能。本实验研究对象为四川普什醋酸纤维素有限责任公司污水处理站水解酸化池单元排放硫化氢气体，选用松树皮填料由上海丘山环保科技有限公司提供，生物滴滤塔为自制设备。

1 实验条件

废水处理站废气主要来源于调节池、水解酸化池，池体采取加盖密封（除调节池外）并加引风管集中收集后，本研究项目水解酸化池废气量500m3/h，参考相关研究资料［6］，水解酸化池恶臭气体主要成分为H2S，含有少量的CH3SH、NH3和VOCS，浓度分别为：H2S8mg/m3～30mg/m3、CH3SH0.5mg/m3～2.0mg/m3、NH315mg/m3～60mg/m3。本实验条件为喷淋量20L/h,填料层高度为750mm，一级填料，pH为6～9，活性污泥浓度为3500 mg/L～4500 mg/L。

实验选用松树皮填料技术指标参数：粒径3cm～8cm、有机质含量≥60%、盐酸可溶率≤1.80%、堆积密度0.15kg/L～0.20kg/L、比表面积150m2/g～300m2/g、表观密度0.30kg/L ～0.50kg/L、粒内孔隙率7%～20%、空隙率40%～65%、含水率12%～25%。

图1 实验用松树皮填料 Fig.1 Experimental pine bark packing materials

图2 实验用生物滴滤塔Fig.2 Experimental bios trickling filter tower

2 工艺流程

本实验采用气液逆流操作使气、液以及生物膜之间充分接触，液体由磁力泵打到塔顶均匀向下喷淋，在松树皮填料中由上而下流动，由塔底排液管流到循环液槽，再由磁力泵打到塔顶进行循环。

在系统运行以前，首先要在填料表面挂上生物膜。在循环液经过接种并驯化后的微生物菌种利用溶解于液相中的恶臭污质完成自身的新陈代谢并进行繁殖，附着于填料表面形成微生物膜。当以气相为主体的恶臭污质和氧气经过传输进入微生物膜时，微生物进行好氧呼吸，将恶臭物质分解，其代谢产物则通过扩散作用外排。为防止生物滴滤塔内气体阻力过大，超过1400Pa时出现堵塞和液泛现象，本实验选用松树皮填料为惰性填料，只作为微生物附着的载体，填料比表面积较大，这就为气体通过提供了大量的空间，气体通过填料时的压力损失较小，同时也避免了由微生物生长和生物膜疏松而引起的空间堵塞现象。本实验松树皮填料层厚度为750mm,为一级喷淋塔。

3 分析方法

实验过程中进行了一系列定性和定量的测试，具体测试项目、方法及所用仪器和方法见下表。

表1 测试项目和方法Tab.1 Items and the methods of test

表2 实验装置及分析仪器Tab.2 Experiment equipments and the analysis apparatuses

4 结果与讨论

4.1 温度的影响

温度的选择对系统非常重要，温度影响微生物的生长和繁殖。同时，温度影响气体污染物的传质过程，温度越高，气体紊动程度越大，传质速率越快，有利于污染物的去除。实际工况中可以通过预处理调节气体或对循环液进行温度调整，实验表明理想气温应在25℃～35℃之间［7］。

4.2 pH值的影响

微生物的生长与繁殖都有一个pH值范围［8］，所以生物滴滤塔系统在运行中必须通过在循环液中投加酸或碱来调节pH值，投加时按照驯化微生物所需试剂和特定微生物所需要的营养基来调配合适的pH值。

4.3 填料及其性能的影响

填料上微生物含量越大，对恶臭气体的去除效果越好。但是填料上的生物膜的量不能太大，生物膜量太大容易产生填料堵塞。实验过程中能观察到较为光滑的松树皮填料表面附着的生物膜较少，大部分脱落的生物膜填料在填料空隙中，并随喷淋液沉淀在装置底部。表面粗糙的松树皮填料表面的生物膜脱落的速度快，在阻力达到1400Pa时填料塔出现液泛现象，相比较而言，表面粗糙的松树皮填料亲生物性能较好，容易建立生物膜的“脱落-生长-脱落”平衡，能够维持稳定的压降。

4.4 喷淋液使用量的影响

喷淋液是为了保持塔内的水分含量，提高填料吸附性能，提供微生物生存和繁殖的条件，同时能将微生物反应的生成物和微生物死体排出，从而维持系统的正常运行。喷淋方式有连续喷淋和间歇喷淋两种。主要从减少喷淋液使用量以降低滴滤塔的压降和氧气的穿透能力和增加液量提高废气的吸收率两方面来确定喷淋液使用量。本实验选用喷淋液为硫化钠溶液，采用连续喷淋方式喷淋。喷淋量与硫化氢气体量密切相关，气液比约为15：1～20：1。