生物滴滤技术处理污水处理厂废气中VOCs 的效果评价

2023-10-13杜聪

中国资源综合利用 2023年9期

杜聪

（梅州源源环保科技有限公司，广东梅州 514000）

污水处理厂是大气污染物的重要来源，由于废水的复杂性，其排放的废气成分也特别复杂，恶臭污染物会严重影响周边环境[1]。生物滴滤（BTF）是一种废气处理技术，相比物理化学方法，它具有更好的经济效益和环境效益，受到普遍认可[2]。生物滴滤塔可以去除废气中的苯、甲苯、氯苯、三氯乙烯、苯乙烯、NH3和H2S 等[3]。然而，污水处理厂排放的废气不尽相同，成分复杂，它们会相互作用，导致微生物之间的竞争或抑制[4]。受工艺过程影响，污染物浓度每天可能都不同。这些因素可能导致BTF 性能下降[5]。因此，污水处理厂废气中污染物的鉴定和定量分析就显得尤为重要。本文以某污水处理厂为例，对其排放的废气成分和浓度进行分析，并安装中试规模的生物滴滤塔对含VOCs 的废气进行净化，评估其处理效果。

1 材料与方法

1.1 试验设备

中试规模的生物滴滤塔采用直径2 m、总高度6 m 的玻璃纤维柱，将其安装在钢板支架中。生物滴滤塔的有效容积设计为9 m3，分为上、中、下三级，每级高1 m。每层底部安装多孔聚氨酯填料支撑板，作为液体和气体的分配器。生物滴滤塔顶部均匀分布16 个喷嘴，以保证营养液能够充分喷射到包装材料中。物料搬运口设置在每级上部，直径为0.45 m。从这些孔中取出陶瓷颗粒进行生物膜分析。污水处理池装有集气罩，其排出的废气在气体混合罐中与环境空气混合，然后进入生物滴滤塔。一个装满5 L 无机盐培养基溶液的营养罐通过回流管与生物滴滤塔底部相连，进行再循环。利用水泵将营养液从生物滴滤塔顶部加入填料中，与流动气体形成逆流模式。营养液以475 L/h 的流量周期性自动滴注，通过培养基床。

1.2 微生物接种

将污水处理厂4 个污水处理池的活性污泥混合液作为生物滴滤塔的微生物来源。活性污泥含有好氧菌和兼性厌氧菌，其优势菌株可以降解目标污染物。微生物接种过程分为两个阶段。第一阶段，活性污泥以60 L/min 的流量直接连续喷洒在填料上，持续3 h。第二阶段，活性污泥以60 L/min 的流量每小时滴入1 次，滴入时间为1 min。

1.3 操作条件和分析方法

生物滴滤塔的空床停留时间为32 s，流速为550 m3/h 和1 008 m3/h，环境温度为20 ～30 ℃，湿度为41%～80%。环境的温度和湿度由探测器监测。采用分光光度计和大气进样仪，分别用亚甲基蓝分光光度法和纳什试剂分光光度法分析H2S 和NH3气体样品。有机气体样品采用气相色谱仪进行分析，配备火焰电离检测器和毛细管柱。最后，测定不同空床停留时间下的VOCs 去除率，评估生物滴滤塔对废气中VOCs 的处理效果。

2 结果与分析

2.1 污水处理厂废气特性

4 个污水处理池会排放多种废气，经分析，污水处理厂产生的大气污染物主要由甲醇、乙醇、乙酸甲酯、三氯乙烯、H2S 和NH3组成。各污染物浓度随时间的变化趋势如图1 所示，其浓度随时间波动剧烈，废水的主要成分随着生产工艺的变化而变化。除个别天格栅井的甲醇浓度高于其他池外，4 个污水处理池的甲醇浓度相似，最大浓度为979 mg/m3。乙醇主要产生于第20 天至第35 天，平均浓度仅为0.8 mg/m3。应急池排放的主要污染物是乙酸甲酯，其浓度波动较大。乙酸甲酯的最大浓度可达1 351.3 mg/m3，最小浓度仅为0 mg/m3。氧化池和调节池生成的三氯乙烯平均浓度分别为8.4 mg/m3和7.5 mg/m3。调节池含典型污染物H2S和NH3。该池创造厌氧环境，容易导致H2S 出现，H2S和NH3的平均浓度分别为0.29 mg/m3和0.96 mg/m3。总的来说，污水处理厂排放的废气主要含有甲醇、乙醇、乙酸甲酯、三氯乙烯、NH3、H2S 等。废气组成与废水成分密切相关，具有复杂性、高毒性和不稳定性。

2.2 污水处理厂废气中VOCs 去除率的变化

如图2 所示，运行至第13 天时，生物滴滤塔对废气中VOCs 的去除率超过90%。随后，生物滴滤塔的VOCs 去除率先下降再上升。入口VOCs 浓度最高可达508 mg/m3，但在随后的几天内，VOCs 去除率可稳定保持在90%以上。空床停留时间为59 s 时，生物滴滤塔对污染物的去除率均高于90%。当空床停留时间调整为32 s 时，生物滴滤塔的VOCs 去除率明显降低。适当地控制空床停留时间，有助于提高生物滴滤塔的VOCs 去除率。在中试过程中，最佳空床停留时间为32 ～59 s。中试结果表明，生物滴滤塔成功启动需要13 d，VOCs 去除率可以保持在90%以上，营养液中微量元素的减少对生物滴滤塔的性能影响不大。