王曉璞

(西原環(huán)保工程（上海）有限公司，上海 201204)

1 引言

大氣污染日益嚴(yán)重，硫化氫、氨氣等惡臭污染物是造成環(huán)境污染的主要原因之一。目前，被人們熟知的惡臭污染物有4000多種，主要由硫、碳、氮等元素構(gòu)成，其中硫化氫為惡臭污染物的典型代表[1-2]。其對人們的危害包括呼吸、內(nèi)分泌、神經(jīng)系統(tǒng)等多方面[3-4]。處理這類污染物的主要方法有物理法、化學(xué)法和生物法，其中，物理法主要是通過改變環(huán)境的壓力、溫度等物理條件使污染物質(zhì)富集分離，從而達(dá)到回收利用的目的?；瘜W(xué)法主要是利用化學(xué)試劑對污染物分子結(jié)構(gòu)進(jìn)行破壞，將其轉(zhuǎn)化成小分子、無毒組分，從而達(dá)到分解去除的效果。這兩種方法雖然處理工藝較為成熟，也有比較穩(wěn)定的處理效率，但存在前期投資費(fèi)用高、運(yùn)行成本高、易造成二次污染等缺點。而目前新興起的生物處理技術(shù)主要是利用微生物自身的新陳代謝將大分子污染物質(zhì)轉(zhuǎn)化成小分子物質(zhì)的一種生化反應(yīng)，因這種方法是利用微生物的生物特性去降解污染物質(zhì)，所以其與傳統(tǒng)的物理、化學(xué)等方法相比具有運(yùn)行成本低、無二次污染等優(yōu)勢[5]。這種方法尤其適合處理低濃度、大氣量、水溶性和生物降解性能好的廢氣[6]。但在工程項目應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)生物法存在占地面積大、馴化周期長、受環(huán)境因素影響較大等略勢[7]。如果通過調(diào)控生物滴濾塔體的諸多運(yùn)行參數(shù)，如在不改變硫化氫去除效率的前提下，將停留時間減少后，仍能夠達(dá)到相應(yīng)的國家排放標(biāo)準(zhǔn)要求，那么在實際工程建設(shè)中塔體運(yùn)行的成本和占地面積將得到有效減少，從而能夠指導(dǎo)實際工程應(yīng)用。因此，用生物法處理含硫化氫廢氣的運(yùn)行參數(shù)研究，對生物法更高效的工程化應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

2 實驗儀器及流程

本實驗在杭州某污水泵站進(jìn)行，實驗過程中用到的主要實驗儀器有氣體檢測管、風(fēng)速儀、惡臭污染物便攜式檢測儀、pH試紙等。實驗所用主體設(shè)備為生物滴濾塔（長2.5 m×寬2.5 m×高3.3 m），塔體內(nèi)馴化承載微生物所用載體為比表面積較大的竹炭填料（比表面積大于300 m2/g）。經(jīng)過前期調(diào)研發(fā)現(xiàn)該泵站中提升調(diào)節(jié)池里的硫化氫濃度最高，并隨著時間的變化具有一定的波動性，將其作為目標(biāo)廢氣收集并通過風(fēng)管進(jìn)入生物滴濾塔塔體內(nèi)部。進(jìn)入塔內(nèi)的廢氣與塔中的噴淋系統(tǒng)逆流接觸，在濃度梯度的作用下，廢氣從氣相轉(zhuǎn)移到液相最后轉(zhuǎn)移到填料上的生物膜相，微生物經(jīng)過一系列的新陳代謝可將硫化氫轉(zhuǎn)換成硫酸根離子隨噴淋液排出塔內(nèi)，最終將硫化氫去除。

3 結(jié)果與討論

3.1 微生物馴化及掛膜實驗

活性污泥菌群取自于浙江省某污水處理廠曝氣池，將取回的污泥接種到生物滴濾塔填料中，并通入目標(biāo)廢氣進(jìn)行微生物馴化及掛膜實驗的探究。本實驗分別在2021年6月17日和2021年6月21日進(jìn)行了兩次活性污泥接種。其中，2021年6月17日加入80 kg菌種（污泥量為10 kg/m3）后，去除效率總體呈下降趨勢，處理效果不明顯，2021年6月21日再次加入500 kg菌種（污泥量為62.5 kg/m3），去除效率先提高，隨后下降，最后提高至穩(wěn)定狀態(tài)。分析其原因可能是因為前期接種的所有微生物菌群都嘗試降解硫化氫，導(dǎo)致去除效率升高，中期微生物菌群中不能代謝掉硫化氫的微生物中毒死亡，導(dǎo)致去除效率降低，后期能降解掉硫化氫的微生物大量繁殖，去除效率顯著提高最終達(dá)到穩(wěn)定。經(jīng)過馴化掛膜后發(fā)現(xiàn)，硫化氫去除效率與接種污泥量有較大關(guān)系，當(dāng)接種污泥量為62.5 kg/m3時，馴化周期較短僅需要3.5天。

3.2 pH值對硫化氫去除效率的影響

控制硫化氫進(jìn)氣濃度在100～200 ppm之間，進(jìn)氣量為1000 m3/h，循環(huán)噴淋流量為11 m3/h，探究pH值對硫化氫去除效率的影響。如圖1所示，當(dāng)pH值從5降到2時，去除效率變化并不明顯，但當(dāng)pH值從2降到1.5時，去除效率從83%提升至99%以上，繼續(xù)降低pH值，去除效率依然維持在99%以上。說明pH值對去除效率的影響較大，當(dāng)pH值在2以下時，生物滴濾法對硫化氫的去除效果最明顯。+

圖1 pH值對硫化氫去除效率的影響

3.3 停留時間 對去除效率的影響

本部分實驗所指停留時間為空床停留時間（Empty Bed Residence Time，EBRT）。EBRT是指填充填料段的塔體體積與廢氣流量的比值，是影響生物法降解廢氣的重要參數(shù)。通常情況下，提高EBRT有利于提高生物塔的降解效率，但在廢氣流量恒定的條件下，EBRT越長，對應(yīng)的塔體體積也會越大，導(dǎo)致造價高、占地面積大等問題。因此在實際工程應(yīng)用中，在保證處理效率的前提下，控制塔體的EBRT是節(jié)省運(yùn)行成本的關(guān)鍵，因此探究停留時間對去除效率的影響對生物法處理硫化氫的工程應(yīng)用有一定的實際價值。本實驗通過調(diào)節(jié)進(jìn)氣風(fēng)量，間接調(diào)節(jié)生物滴濾塔的EBRT，控制硫化氫進(jìn)氣濃度在100～200 ppm之間，循環(huán)噴淋流量為11 m3/h，從圖2可以看出，將停留時間從39 s調(diào)至9 s，硫化氫去除效率仍能穩(wěn)定在99%以上，說明在泵站除臭領(lǐng)域，本文所述的生物除臭設(shè)備，在停留時間僅為9 s時，仍能達(dá)到最佳的去除效率。

圖2 停留時間對去除效率的影響

3.4 進(jìn)氣濃度對去除負(fù)荷的影響

在硫化氫濃度為0～250 ppm、循環(huán)噴淋流量為11 m3/h條件下，對進(jìn)氣濃度與去除負(fù)荷的關(guān)系進(jìn)行擬合，線性擬合效果最好（R2=0.97203），擬合方程式為y=0.2148 x+0.0327，表明在硫化氫進(jìn)氣濃度在0～250 ppm的條件下，進(jìn)氣濃度與去除負(fù)荷的關(guān)系基本成正比關(guān)系，如圖3所示。

圖3.3 進(jìn)氣濃度對去除負(fù)荷的影響

4 實驗結(jié)論

本實驗主要圍繞生物滴濾法處理硫化氫廢氣展開，分別探究了進(jìn)氣濃度、pH值、EBRT等主要參數(shù)對硫化氫去除效率及去除負(fù)荷的影響，主要結(jié)論如下：

（1）硫化氫去除效率與接種污泥量有較大關(guān)系，當(dāng)接種污泥量為62.5 kg/m3時，馴化周期較短僅需要3.5天。

（2）硫化氫進(jìn)氣濃度在100～200 ppm，進(jìn)氣量為1000 m3/ h，循環(huán)噴淋流量為11 m3/h的條件下，pH值小于2時，去除效率可達(dá)到99%以上。

（3）硫化氫進(jìn)氣濃度在100～200 ppm，循環(huán)噴淋流量為11 m3/h、pH值小于2的條件下，EBRT為9 s時，仍能達(dá)到最佳的去除效率，去除效率為99%以上。

（4）硫化氫濃度為0～250 ppm、循環(huán)噴淋流量在11 m3/h條件下，對進(jìn)氣濃度與去除負(fù)荷的關(guān)系進(jìn)行擬合，擬合方程式為y=0.2148 x+0.0327（R2=0.97203），表明硫化氫進(jìn)氣濃度在0～250 ppm的條件下，進(jìn)氣濃度與去除負(fù)荷的關(guān)系基本成正比關(guān)系。