生物填料塔脱除H2S的现场试验

麦穗海1，李菊1，白海梅1，朱惟猛1，蔡伟娜1，吴志超2，羌宁2，陈绍伟2
(1.上海市水务局，上海200040；2.同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室，上海200092)

　　摘　要：在泵站内采用生物法脱除H₂S恶臭的试验结果表明：①以复合填料为核心的生物脱臭方法在技术上是完全可行的；②在一定条件下提高GRT、运行温度和喷淋量有利于获得更高、更稳定的H₂S去除率。
　　关键词：生物法；恶臭；H₂S?
　　中图分类号：X512
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)02-0049-04

　　硫化氢(H₂S)是生活污水收集和处理系统中最普遍和常见的恶臭气体。Nagaharu Okuno^［1］对污水厂浓缩池进行了生物脱臭研究，在停留时间为48s、进气H₂S浓度稳定在10mg/L左右时，泥炭过滤装置对H₂S的去除率接近100%。Koe^［2］采用活性炭洗 涤器对污水厂的恶臭进行了处理，其对H₂S的去除率为95%左右，臭味去除率为60%～70%。Koe^［3］还在实验室进行了固定膜生物洗涤器的脱臭研究(进气H₂S浓度为5～100mg/L)，当气体停留时间＞5s时对H2S的去除率可以达到99%；当气体停留时间为3s时对H2S的去除率也可达到78%。郭静^［4］、王玉亭^［5］、黄兵^［6］等也分别在实验室内对生物法脱除H₂S恶臭进行了研究，但国内尚无针对城市污水收集处理系统H₂S恶臭进行现场试验研究的报道。?

1 试验内容和方法

　　试验在上海合流污水一期工程某泵站进行，装置如图1所示。?
　　恶臭源头为泵房的进水井，恶臭气体经过流量计从上部进入生物脱臭装置(生物脱臭装置分为6段，分别为进口段、第1段、第2段、第3段、第4段和出口段，每段高度均为27cm，其内径为10cm)，喷淋水同样由上部进入生物塔，沥滤下来的循环液依靠重力流入循环槽，然后经循环泵提升又由高位槽分配重新进入生物脱臭塔。第1段到第4段放置复合填料用于生长微生物，填料以同心圆的卷状形式进行填充，每段填料高度为16cm，质量为121g。试验中H₂S用氢氧化镉—聚乙烯醇磷酸铵吸收，采用亚甲基蓝比色法进行测定。?

2　结果和分析

2.1　驯化阶段
　　种泥取自上海曲阳污水厂的曝气池，每天投加少量硫化钠连续曝气半个月，然后通过喷淋水循环进入生物脱臭塔。塔内微生物的培养驯化历时16d，进气流量为1.2m³/h，循环液喷 淋量为3.0L/h。图2是随停留时间的延长生物塔出口处H₂S浓度的变化，图3是对H₂S的去除情况。

　　驯化阶段进气的H₂S最低浓度为1.4mg/L，最高达69.5mg/L。最初2d复合填料自身所具备的一定吸附性能使生物塔表现出较好的去除H₂S的能力。到第3天由于吸附能力趋向饱和，而微生物刚处于挂膜阶段，此时对H₂S的去除率显著下降，可以认为其后生物塔对H₂S的去除将完全依赖于微生物的作用。
　　对第2、3段填料而言，复合填料吸附能力的耗竭比第1段要晚，但微生物的作用(由于喷淋液的循环)在第1段就已发生，即在复合填料吸附能力还没有耗竭时微生物作用已得到有效提高，对H₂S的去除能力也恢复得相对快一些。到驯化的第6天，第2、3段出口处对H₂S的去除率达94%和96%。
　　从驯化阶段生物塔对H₂S的去除情况还可以发现，由于选用了具有一定吸附能力的复合填料作为生物载体，除了吸附能力耗竭时(第3天)的H₂S去除率为64.9%外，其余均不低于80%(第3段出口处测定值)。
2.2　正常运行阶段
　　在正常运行阶段考察了循环液喷淋量、气体流量、停留时间、温度对H₂S去除效果的影响。
　　①循环液喷淋量?
　　循环液不仅对水溶性的恶臭成分起溶解吸收作用，而且为微生物的正常生理活动提供了必不可少的水分，同时也可将代谢产物及时排除，避免其在填料中的累积。若喷淋量过少，不仅水溶性恶臭成分难以及时进入液相被微生物降解，而且下部填料容易干燥，会影响整体脱臭效率，代谢产物也不易排出生物塔。反之，当循环液喷淋量过多时也会影响传质效率，气体穿过阻力增大，还可能造成局部厌氧而影响脱臭效率，故对循环液的喷淋量进行有效控制是保证脱臭效率的关键因素之一。循环液在不同喷淋量下的脱臭效率见表1。

表1　循环液在不同喷淋量下的脱臭效率 项目123456789 喷淋量(L/h)2.02.02.02.01.01.01.01.01.0 进气浓度(mg/L)14.26711.6320.55114.07117.04616.9736.24930.4916.290 第1段出口浓度(mg/L)2.5251.5670.0821.7822.0272.3482.5433.6671.86 第1段去除率(%)82.3086.5385.1287.3488.1186.1759.3187.9770.97 第2段出口浓度(mg/L)0.0990.0950.0130.1250.0820.1530.1090.1910.251 第2段去除率(%)96.0893.9484.1592.9995.9693.4895.7194.7986.25 第3段出口浓度(mg/L)0.0520.0760.0070.0350.02*90.0860.0560.1180.107 第3段去除率(%)47.4820.0046.1572.0064.6343.7948.6238.2257.37 第4段出口浓度(mg/L)0.0460.0380.0030.0290.0260.0620.0370.0940.044 第4段去除率(%)11.5450.0057.1417.1410.3527.9133.9320.3458.88 总去除率(%)99.6899.6799.4699.7999.8599.6499.4199.6999.30 注：进气流量均为1.6m³/h。

　　由表1可见，在恶臭气体流量为1.6m³/h、喷淋量为2.0L/h时，第1～4段对H₂S去除率 的平均值分别为85.32%、91.79%、46.41%和33.96%，相应的出口H₂S浓度分别为1.49、0.08、0.04和0.03mg/L；而当喷淋量为1.0L/h时，第1～4段对H₂S去除率的平均值分别为78.51%、93.24%、50.53%和30.38%，相 应的出口H₂S浓度分别为2.48、0.16、0.08和0.05mg/L。当气体停留时间(GRT)短时，喷淋量的增加可以提高对H₂S的去除率(如第1段填料)，而当GRT足够长时喷淋量的增加对H₂S的去除基本没有影响(第4段填料的出口)。
　　②?GRT
　　在常温、正常运行条件下考察了GRT对H₂S去除效果的影响，试验结果见表2。

表2?GRT对H₂S去除效果的影响 工况Q气(m³/h)Q液(L/h)进气浓度(mg/L)去除率(%) GRT=2.8 sGRT=5.6 sGRT=8.4 sGRT=11.2 s 11.62.00.08487.1393.8495.9092.79 14.26782.3099.3199.6499.68 11.63286.5399.1999.3599.67 0.55185.1497.6298.9099.37 14.07187.3499.1199.7599.80 21.61.017.04688.1199.5299.8399.85 16.97356.1799.1099.5099.63 6.24959.3098.2699.1199.41 30.49187.9799.3799.6199.69 6.29070.9796.0198.3099.30 平均值82.1098.1398.9998.92

　　对于工况1、2而言，只要温度适宜、GRT达到8.4s，对H₂S的去除率可以达到最佳。 ?
　　③进气流量?
　　对同一生物塔而言，提高进气流量意味着恶臭气体在生物塔内的停留时间减少；对同一恶臭源来说，如果提高进气流量会造成恶臭源顶空负压的增加，意味着生物脱臭塔进口恶臭负荷的增加。如果提高进气流量不对恶臭源顶空负压产生影响，则意味着生物脱臭塔进口处H₂S浓度的降低，总体负荷基本不变。?
　　由于小试的规模非常有限，对恶臭源顶空负压基本不产生影响，提高进气流量只会导致H₂S浓度的降低。表3是不同进气流量条件下生物塔对H₂S的去除情况。
　　由表3可知，进气流量的提高并没有导致生物塔进口H₂S负荷的增加，反而使其负荷有所降低；通常此时对H₂S的去除率应该提高，但结果也相反。造成该现象的原因在于气体流量提高后GRT相应减少，恶臭物质的传质过程受到影响。?

表3进气流量对H₂S去除的影响 工况Q气(m³/h)Q液(L/h)进气浓度(mg/L)去除率（％） 第1段第2段第3段第4段 11.22.030.96675.3798.8199.6799.78 1.22.030.45976.5598.8499.9199.61 1.22.028.79188.5699.8499.9699.99 1.22.09.19689.3398.7499.4899.61 1.22.03.41089.3898.7999.5599.25 平均值20.56483.8499.0099.7199.65 工况Q气(m³/h)Q液(L/h)进气浓度(mg/L)去除率（％） 第1段第2段第3段第4段 21.62.00.08487.1393.8495.9092.79 1.62.014.26782.3099.3199.6499.68 1.62.011.63286.5399.1999.3599.67 1.62.00.55185.1497.6298.9099.37 1.62.014.07187.3499.1199.7599.80 平均值8.12185.6997.8198.7198.26

注：工况1第1～4段的GRT分别为3.8、7.6、11.4和15.2 s；工况2第1～4段的GRT分别为2.8、5.6、8.4和11.2 s。

　　④温度?
　　表4是低温下生物塔对H₂S的去除能力随GRT的变化。?

表4　低温对H₂S去除效果的影响 温度(℃)Q气(m³/ h)Q液(L/h)进气浓度(mg/L)去除率(%) GRT=2.8 sGRT=5.6 sGRT=8.4 sGRT=11.2 s 81.61.51.07842.9572.5492.7192.12 51.61.51.38884.4495.8397.9998.59 91.61.50.90387.9398.4798.4799.30 101.61.50.97057.0182.5897.24　 71.61.51.83858.0089.8297.9097.52 101.61.50.04050.8966.3383.8279.06 51.61.54.41923.3326.8882.8280.47 平均值57.7976.0692.9991.18

　　由表2和表4对比可知，低温时微生物的活性受到影响，生物塔对H₂S的去除能力明显比常温条件下低。当GRT为2.8s时对H₂S的去除率由常温的82.10%下降为57.79%；当GRT为5.6s时对H₂S的去除率由常温的98.13%下降为76.06%；而当GRT为8.4s时对H₂S的去除率则由高温的98.99%下降为92.99%。由表4同样可以发现，温度低时在一定范围内延长恶臭气体在生物塔内的停留时间(如GRT由2.8s延长到8.4s)，可以提高对H₂S的去除率，但GRT超过一定限度后继续延长GRT(如GRT由8.4s延长到11.2s)，对H₂S的去除率提高则无任何帮助。?

3　结论

　　试验结果表明：①生物脱臭法应用于实际工程在技术上是完全可行的；②采用复合填料的生物塔，污泥培养驯化速度快，对H₂S的去除率高；③当GRT较小时，适当提高循环液喷 淋量可以获得较高的H₂S去除率；当GRT足够大时，喷淋量的增加对H₂S的去除影响不大；④在一定条件下延长GRT可以获得更好的H₂S去除效果；⑤在一定负荷条件下提高进气流量会导致GRT减小，从而影响对H?2S的去除效果；⑥维持适当的运行温度对保 持较高的去除率非常重要。

参考文献：

　　［1］Nagaharu Okuno.开发生物除臭反应装置处理污水厂的废气［A］.给水与废水处理国际会议论文集［C］.北京：中国建筑工业出版社，1994.
　　［2］Koe.Field performance of an odor scrubber at a sewage treatment pl ant［A］.Proc,Annu Meet-Air Waste Manage［C］.Assoc,90th?，WP9901/1-WP9901 /10(English)：Air & Waste Management Association，1997.
　　［3］Koe.Developmen of a fixed-film bioscrubber for hydrogen sulfide re moval［A］.WEFTEC′99, Annu Conf Expo,72^nd［C］.Water Environme nt Federation:Alexandria,Va(English)1999.?
　　［4］郭静，王召，张大群，等.复合式生物膜反应器脱臭及降解COD初步研究［J］.给水排水，1999，25(2)：14-16.
　　［5］王玉亭.硫化物恶臭脱除技术的发展［J］.油气田环境保护，1999，9(2)：3 3-35.
　　［6］黄兵.生物膜填料塔净化低浓度硫化氢恶臭气体研究［J］.环境科学与技术 ，1999，(4)：17-21.

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　　收稿日期：2001-08-19