閆事忠,白 鷺,蘆竹茂

（1.中國能源建設(shè)集團山西省電力勘測設(shè)計院,山西 太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院,山西 太原 030001）

生物法去除含硫化氫惡臭氣體的實驗研究

閆事忠1,白 鷺2,蘆竹茂2

（1.中國能源建設(shè)集團山西省電力勘測設(shè)計院,山西 太原 030001；2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院,山西 太原 030001）

生物質(zhì)發(fā)電技術(shù)是綠色發(fā)電產(chǎn)業(yè)的重要組成部分,伴隨其發(fā)展產(chǎn)生大量的惡臭氣體硫化氫。選擇引發(fā)惡臭氣味的主要污染物硫化氫作為研究對象,采用生物滴濾塔組合工藝對其進行處理,從影響生物滴濾塔工藝運行的因素等方面進行分析,為今后進一步脫除多組分惡臭氣體的工程研究提供參考。

惡臭；硫化氫；生物滴濾塔

0 引言

硫化氫是大部分惡臭氣體中主要的致臭成分[1]。因其嗅閑濃度較低，因此要求處理后氣體中所含硫化氫含量更低甚至為零，這就使得惡臭污染的治理不同于一般空氣污染物的治理。

目前，惡臭氣體主要的處理方法為物理法、化學(xué)法以及生物法三類。物理法是用一種物質(zhì)將它的臭味掩蔽或稀釋，或者將惡臭物質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)移至液相或固相?；瘜W(xué)法是引入其他物質(zhì)與其發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即改變惡臭物質(zhì)的化學(xué)結(jié)構(gòu)，生成無臭物質(zhì)或臭味較低的物質(zhì)。生物法則是指利用微生物的代謝活動使惡臭物質(zhì)被降解，氧化成為最終產(chǎn)物以達到無臭化、無害化的目的。近年來，由于運行可靠、基質(zhì)普廣、負荷高、可操控性強等優(yōu)點，生物滴濾床處理惡臭氣體技術(shù)得到廣泛重視和深入研究[2-5]。本實驗研究采用三級生物滴濾塔[6]對含硫化氫的惡臭氣體進行去除，分別采用三種物質(zhì)為各級填料，考察生物滴濾塔的工藝參數(shù)（進氣濃度、填料種類、壓力、溫度）等對硫化氫氣體去除的影響，得到穩(wěn)態(tài)條件下其對硫化氫的去除規(guī)律。

1 去除硫化氫惡臭氣體實驗

1.1 試驗藥品及材料

試驗藥品及材料涉及纖維球填料、陶粒、纖維球和多面體混合填料，K2HPO4，KH2PO4，( NH4)2SO4，MgCl2·6H2O，Na2SO4·2H2O，牛肉膏，CaCl2·2H2O，MnCl2·4H2O，F(xiàn)eSO4·7H2O，Na2S，濃硫酸。

1.2 實驗裝置和反應(yīng)器

實驗采用的三級生物滴濾塔的設(shè)備規(guī)模為2000 mm×500 mm×1 650 mm，氣體最大日處理量可達510 m3/h。系統(tǒng)采用全自動控制，由電腦微控開關(guān)控制噴水系統(tǒng)及頻率。 其工藝系統(tǒng)由廢氣收集系統(tǒng)、噴淋裝置與滴濾塔主體3部分組成。核心部分三級滴濾塔(Φ120 mm×1 500 mm)由有機玻璃制成，有效容積為30 L，裝置內(nèi)分別布置了纖維球填料、陶粒、纖維球和多面體混合填料。為方便實驗和分析，在每級生物滴濾塔側(cè)面、填料中間不同高度設(shè)有4個采樣口，采樣口間距400 mm。試驗的工藝流程見圖1。

1.3 試驗方法

本實驗采用三級生物滴濾塔去除硫化氫氣體，并分別裝有3種不同填料作為生物載體，分析穩(wěn)態(tài)條件下硫化氫的去除規(guī)律。在實驗室的運行階段，主要研究生物滴濾塔運行的工藝參數(shù)，包括生物滴濾塔的進氣濃度、填料高度、pH、溫度等對硫化氫去除的影響。

首先用濃硫酸與硫化鈉反應(yīng)生成含硫化氫惡臭物質(zhì)的氣體，由空壓機抽入氣體緩沖箱中，再經(jīng)氣體流量計從底部進入生物滴濾塔主體，經(jīng)填料層過濾后，由上部出口排放。儲水箱中的液體由離心水泵，經(jīng)過滴濾器內(nèi)填料層上方設(shè)置的噴水裝置泵入反應(yīng)器。定時將含生物脫臭處理所需成分的配制液噴灑進填料層（也可使用污水廠二沉池出水），為微生物提供養(yǎng)料供給和液相環(huán)境，噴淋出水最后經(jīng)塔底部排出。

圖1 生物滴濾塔試驗工藝流程圖

2 實驗結(jié)果討論與分析

2.1 進氣濃度對硫化氫去除率的影響

模擬氣體硫化氫由硫化鈉與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)生，經(jīng)色譜分析純硫化氫只占其中的40%左右，其余均為雜質(zhì)氣體，所以為了更好地去除含硫化氫臭氣，將反應(yīng)出來的氣體稱作含硫化氫氣體，分別制取不同濃度的含硫化氫氣體，分為高濃度和低濃度兩部分加以研究[7]，見表1。

表1 劃分含硫化氫臭氣濃度 mg/m3

從圖2可以看出，當入口氣體為低濃度含硫化氫氣體時，入口濃度125 mg/m3，去除率可達97.35%，當入口濃度逐漸升高至最高值350mg/m3，去除率下降到50%，因此低濃度時入口氣體濃度越低凈化效率越高，隨著入口濃度的升高，凈化效率逐漸降低。

圖2 低濃度進氣濃度與去除率的變化曲線

從圖3中可以看出，入口氣體為高濃度含硫化氫氣體時，起初隨進氣濃度的增加，去除率也增加，之后逐漸降低。在進氣濃度為537.0 mg/m3以后，隨著進氣濃度的增加，去除率穩(wěn)定在58%左右，證明此時反應(yīng)器中微生物比較適應(yīng)，運行比較穩(wěn)定。

圖3 高濃度進氣濃度與去除率的變化曲線

2.2 填料層高度對硫化氫去除率的影響

逐漸增加反應(yīng)塔中填料層的高度，分別對4種濃度的含硫化氫氣體去除率進行實驗，得出以下數(shù)據(jù)。

圖4 硫化氫氣體濃度隨填料層高度的變化

圖4表明，隨著填料層高度的增加，硫化氫去除率逐漸提高。當硫化氫進氣濃度為100 mg/m3，生物膜填料層高度為180 cm時，即可將其完全凈化；當硫化氫濃度為272 mg/m3時，填料層高度必需增加才能完全凈化。但填料層高度的增加會增大氣體阻力以及能耗，因此在工程實踐中需根據(jù)廢氣濃度和凈化要求選擇合適高度，通過多塔串聯(lián)方法滿足出氣濃度的要求。

在停留時間為20 s條件下，考察硫化氫氣體去除率隨填料層高度的變化。從圖5 中可以看出，當進氣濃度為70 mg/m3時，去除效率可達83.16%，出氣濃度為11.78 mg/m3，能達到國家允許排放標準（國家排放標準是17 mg/m3）；當進氣濃度為333 mg/m3時，去除效率只能達到30%左右，需要大大增加填料的高度或者體積才能滿足出氣濃度的要求，因此填料層高度是設(shè)計生物滴濾塔的一個重要參數(shù)。

圖5 硫化氫氣體濃度隨填料層高度的變化

2.3 3種填料對硫化氫氣體去除性能的比較

本試驗采用纖維球、陶粒、纖維球和多面體（1 比2）混合3種物質(zhì)分別作為生物滴濾塔1號、2號、3號反應(yīng)器的填料，表2為各單一填料的性能參數(shù)。

表2 填料性能參數(shù)

從表2中可以看出纖維球的比表面積大比較易于生物體負載，并且含水率大，很易于微生物的生長，所以對氣體的去除效果就要好一些，混合填料中盡管有纖維球，含水率可以得到保證，但多面體填料的孔隙很大，不易負載微生物，所以去除效果不是很好，而陶粒填料選擇的粒徑大約為2.0 cm，孔隙太大，再加上陶粒表面光滑，不易負載微生物，含水率也不高，所以陶粒的去除效果最不好。

2.4 pH值對硫化氫去除率的影響

由圖6可以看到隨著進氣負荷的增加，pH值迅速降低。在pH較低時，硫化氫的去除效果很好，之后隨著pH值的升高去除率有所下降，但在1.4左右又開始升高，之后又呈現(xiàn)下降的趨勢，并且當pH值在超過4時，去除率明顯下降，在pH值較低時，強酸環(huán)境對設(shè)備腐蝕性較強，不宜于實驗及工程應(yīng)用，所以一般應(yīng)該控制在1.4左右能達到最好的去除效果。

2.5 溫度對硫化氫去除率的影響

圖6 pH與硫化氫去除率的關(guān)系曲線

圖7為進氣量為5.5 m3/h，進氣濃度為650 mg/m3時，凈化效率與溫度的關(guān)系。從圖中可以看出，當溫度在25～32 ℃范圍時，凈化效率最高；低于25 ℃時，凈化效率開始下降，低于15 ℃時效率下降速度增快。分析認為，較低溫度下大多數(shù)微生物的生物活性較低，影響了凈化功率。但當溫度高于35 ℃后，部分微生物被滅活，也造成了凈化效率的降低。運行溫度對生物塔的凈化效果影響較大，一般在25～35 ℃范圍內(nèi)，生物反應(yīng)器運行良好。

圖7 凈化塔凈化效率隨溫度的變化情況

3 結(jié)論

a）入口氣體為低濃度時，濃度越低凈化效率越高，隨著濃度的升高，凈化效率逐漸降低；入口氣體為高濃度時，隨進氣濃度的增加，去除率先增加后趨于穩(wěn)定。

b）填料層高度是設(shè)計生物滴濾塔的一個重要參數(shù)。在工程實踐中需根據(jù)廢氣濃度和凈化要求選擇合適高度，通過多塔串聯(lián)方法滿足出氣濃度的要求。

c）纖維球填料的性能優(yōu)于陶粒和混合填料，混合填料略好于陶粒填料。

d）為便于實驗與工程應(yīng)用，一般將pH值控制在1.4左右較為合適。

e）在25～35℃范圍內(nèi)，生物反應(yīng)器運行良好。

[1] Gonzalez-Sanchez A, Revah S, Deshusses M A.Alkaline biofiltration of H2S odors[J].Environ Sci Technol ,2008,42(19):7398-7404.

[2] Philip L,Deshusses M A. Sulfur dioxide treatment from flue gases using a biotrickling filter-bioreactor system [J].Environ Sci Technol,2003,37(9):1978-1982.

[3] Cox H H J, Deshusses M A.Effect of starvation on the performance and reacclimation of biotrickling filters for air pollution control [J]. Environ Sci Technol ,2002.36(14):3069-3073.

[4] Dupasquier D, Revah S, Auria R. Biofiltration of methyltert-butyl ether vapors by cometabolism with pentane：Modeling and experimental approach[J]. EnViron Sci Technol, 2002, 36(2):247-253.

[5] Cox H H J, Sexton T, Shareefdeen Z M, et al. Themophilic biotrickling filtration of ethanol vapors [J]．Environ Sci Technol, 2001, 35(12): 2612-2619.

[6] 王家德,陳建孟,唐翔宇.有機廢氣的生物處理概述[J].上海環(huán)境科學(xué),1998,17(4):21-24.

[7] 謝冰.惡臭的微生物處理概述[J].環(huán)境導(dǎo)報,1997(l): 6-10.

Experimental Study on Biological Removal of Malodorous Gas Containing Hydrogen Sulfi de

YAN Shizhong1, BAI Lu2, LU Zhumao2

（1. Shanxi Electric Power Exploration & Design Institute of China Energy Engineering Group, Taiyuan, Shanxi 030001, China; 2. State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC, Taiyuan, Shanxi 030001, China）

Biomass power generation is an essential part of green power generation, however, a large amount of hydrogen sulfide gas will be produced with its developmet. In this paper, hydrogen sulfide which is the main odor pollutant is selected as a research object. Bio-trickling filter combined process is adopted to treat the odor pollutant. Meanwhile, diverse factors which might influence the operation of the filter were inspected and analyzed. Technical route in this paper would provide new methods and thinking for management of pollution composed of multicomponent gases which is represented for odor waste gas. Similarly, research conclusions would offer basic data and reference for further application study.

odor; hydrogen sulfide; bio-trickling filter

X512

A

1671-0320（2016）04-0061-04

2016-03-19，

2016-05-08

閆事忠（1985），男，黑龍江大慶人，2012年畢業(yè)于華北電力大學(xué)環(huán)境工程專業(yè)，碩士，工程師，從事大氣污染物控制的設(shè)計與監(jiān)測工作;

白 鷺（1988），女，山西陽泉人，2012年畢業(yè)于華北電力大學(xué)環(huán)境科學(xué)專業(yè)，碩士，工程師，從事電力行業(yè)的環(huán)境保護工作；

蘆竹茂（1988），男，山西呂梁人，2012年畢業(yè)于華北電力大學(xué)電力系統(tǒng)及其自動化專業(yè)，碩士，工程師，從事高電壓設(shè)備絕緣檢測工作。