基于生物法处理含H2S废气的运行参数研究

王晓璞

(西原环保工程（上海）有限公司，上海 201204)

1 引言

大气污染日益严重，硫化氢、氨气等恶臭污染物是造成环境污染的主要原因之一。目前，被人们熟知的恶臭污染物有4000多种，主要由硫、碳、氮等元素构成，其中硫化氢为恶臭污染物的典型代表[1-2]。其对人们的危害包括呼吸、内分泌、神经系统等多方面[3-4]。处理这类污染物的主要方法有物理法、化学法和生物法，其中，物理法主要是通过改变环境的压力、温度等物理条件使污染物质富集分离，从而达到回收利用的目的。化学法主要是利用化学试剂对污染物分子结构进行破坏，将其转化成小分子、无毒组分，从而达到分解去除的效果。这两种方法虽然处理工艺较为成熟，也有比较稳定的处理效率，但存在前期投资费用高、运行成本高、易造成二次污染等缺点。而目前新兴起的生物处理技术主要是利用微生物自身的新陈代谢将大分子污染物质转化成小分子物质的一种生化反应，因这种方法是利用微生物的生物特性去降解污染物质，所以其与传统的物理、化学等方法相比具有运行成本低、无二次污染等优势[5]。这种方法尤其适合处理低浓度、大气量、水溶性和生物降解性能好的废气[6]。但在工程项目应用中发现生物法存在占地面积大、驯化周期长、受环境因素影响较大等略势[7]。如果通过调控生物滴滤塔体的诸多运行参数，如在不改变硫化氢去除效率的前提下，将停留时间减少后，仍能够达到相应的国家排放标准要求，那么在实际工程建设中塔体运行的成本和占地面积将得到有效减少，从而能够指导实际工程应用。因此，用生物法处理含硫化氢废气的运行参数研究，对生物法更高效的工程化应用具有一定的指导意义。

2 实验仪器及流程

本实验在杭州某污水泵站进行，实验过程中用到的主要实验仪器有气体检测管、风速仪、恶臭污染物便携式检测仪、pH试纸等。实验所用主体设备为生物滴滤塔（长2.5 m×宽2.5 m×高3.3 m），塔体内驯化承载微生物所用载体为比表面积较大的竹炭填料（比表面积大于300 m2/g）。经过前期调研发现该泵站中提升调节池里的硫化氢浓度最高，并随着时间的变化具有一定的波动性，将其作为目标废气收集并通过风管进入生物滴滤塔塔体内部。进入塔内的废气与塔中的喷淋系统逆流接触，在浓度梯度的作用下，废气从气相转移到液相最后转移到填料上的生物膜相，微生物经过一系列的新陈代谢可将硫化氢转换成硫酸根离子随喷淋液排出塔内，最终将硫化氢去除。

3 结果与讨论

3.1 微生物驯化及挂膜实验

活性污泥菌群取自于浙江省某污水处理厂曝气池，将取回的污泥接种到生物滴滤塔填料中，并通入目标废气进行微生物驯化及挂膜实验的探究。本实验分别在2021年6月17日和2021年6月21日进行了两次活性污泥接种。其中，2021年6月17日加入80 kg菌种（污泥量为10 kg/m3）后，去除效率总体呈下降趋势，处理效果不明显，2021年6月21日再次加入500 kg菌种（污泥量为62.5 kg/m3），去除效率先提高，随后下降，最后提高至稳定状态。分析其原因可能是因为前期接种的所有微生物菌群都尝试降解硫化氢，导致去除效率升高，中期微生物菌群中不能代谢掉硫化氢的微生物中毒死亡，导致去除效率降低，后期能降解掉硫化氢的微生物大量繁殖，去除效率显著提高最终达到稳定。经过驯化挂膜后发现，硫化氢去除效率与接种污泥量有较大关系，当接种污泥量为62.5 kg/m3时，驯化周期较短仅需要3.5天。

3.2 pH值对硫化氢去除效率的影响

控制硫化氢进气浓度在100～200 ppm之间，进气量为1000 m3/h，循环喷淋流量为11 m3/h，探究pH值对硫化氢去除效率的影响。如图1所示，当pH值从5降到2时，去除效率变化并不明显，但当pH值从2降到1.5时，去除效率从83%提升至99%以上，继续降低pH值，去除效率依然维持在99%以上。说明pH值对去除效率的影响较大，当pH值在2以下时，生物滴滤法对硫化氢的去除效果最明显。+

图1 pH值对硫化氢去除效率的影响

3.3 停留时间 对去除效率的影响

本部分实验所指停留时间为空床停留时间（Empty Bed Residence Time，EBRT）。EBRT是指填充填料段的塔体体积与废气流量的比值，是影响生物法降解废气的重要参数。通常情况下，提高EBRT有利于提高生物塔的降解效率，但在废气流量恒定的条件下，EBRT越长，对应的塔体体积也会越大，导致造价高、占地面积大等问题。因此在实际工程应用中，在保证处理效率的前提下，控制塔体的EBRT是节省运行成本的关键，因此探究停留时间对去除效率的影响对生物法处理硫化氢的工程应用有一定的实际价值。本实验通过调节进气风量，间接调节生物滴滤塔的EBRT，控制硫化氢进气浓度在100～200 ppm之间，循环喷淋流量为11 m3/h，从图2可以看出，将停留时间从39 s调至9 s，硫化氢去除效率仍能稳定在99%以上，说明在泵站除臭领域，本文所述的生物除臭设备，在停留时间仅为9 s时，仍能达到最佳的去除效率。

图2 停留时间对去除效率的影响

3.4 进气浓度对去除负荷的影响

在硫化氢浓度为0～250 ppm、循环喷淋流量为11 m3/h条件下，对进气浓度与去除负荷的关系进行拟合，线性拟合效果最好（R2=0.97203），拟合方程式为y=0.2148 x+0.0327，表明在硫化氢进气浓度在0～250 ppm的条件下，进气浓度与去除负荷的关系基本成正比关系，如图3所示。

图3.3 进气浓度对去除负荷的影响

4 实验结论

本实验主要围绕生物滴滤法处理硫化氢废气展开，分别探究了进气浓度、pH值、EBRT等主要参数对硫化氢去除效率及去除负荷的影响，主要结论如下：

（1）硫化氢去除效率与接种污泥量有较大关系，当接种污泥量为62.5 kg/m3时，驯化周期较短仅需要3.5天。

（2）硫化氢进气浓度在100～200 ppm，进气量为1000 m3/ h，循环喷淋流量为11 m3/h的条件下，pH值小于2时，去除效率可达到99%以上。

（3）硫化氢进气浓度在100～200 ppm，循环喷淋流量为11 m3/h、pH值小于2的条件下，EBRT为9 s时，仍能达到最佳的去除效率，去除效率为99%以上。

（4）硫化氢浓度为0～250 ppm、循环喷淋流量在11 m3/h条件下，对进气浓度与去除负荷的关系进行拟合，拟合方程式为y=0.2148 x+0.0327（R2=0.97203），表明硫化氢进气浓度在0～250 ppm的条件下，进气浓度与去除负荷的关系基本成正比关系。