生物滴滤塔处理硫化氢废气研究

来源:用户上传      作者:傅科平 辜碧 宋天成

　　摘要：于常温条件下，生物滴滤塔将陶粒与WD-F10-4设作为填料净化处理硫化氢废气（H2S），研究H2S负荷、气体停滞时间等指标不同时对生物滴滤塔性能形成的影响。总结本次实验研究历程，总结实验结果后发现，当气体浓度是400㎎/m?，H2S负荷是32g/（m?·h），淋喷量4L/h，气体停滞时间为是47s时，生物滴滤塔剔除H2S效率能达到97.1%，且运作全过程，均未观察到填料堵塞等异常状况，提示系统所选用的填料有一定推广价值。
　　关键词：生物滴滤塔;硫化氢;净化处理;效率
　　中图分类号：X701 文献标识码：A 文章编号：2095-672X（2020）05-0-02
　　DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2020.05.075
　　Study on the treatment of hydrogen sulfide waste gas by biofilter
　　Fu Keping1，Gu bi2，Song Tiancheng3
　　（1.Hangzhou Zhongmei East China Pharmaceutical Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310011，China;2.Zhejiang Huazai Environmental Technology Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310000，China;3.Hangzhou Zhongmei East China Pharmaceutical Co.，Ltd.，Hangzhou Zhejiang 310011，China）
　　Abstract：Under normal temperature conditions， the biofilter uses ceramsite and WD-F10-4 as fillers to purify and treat hydrogen sulfide waste gas （H2S）. The effects of H2S load and gas stagnation time on the performance formation of biofilter are studied. The results show that when the gas concentration is 400㎎/ m?，H2S load is 32 g/（m3·h） and the gas stagnation time of 4 L/h， is 47 s， the removal efficiency can reach 97.1%.The filler selected by the system has certain popularization value.
　　Key words：Bio trickling filter;Hydrogen sulfide;Purification treatment;Efficiency
　　工業化、城镇化进程的推进，在很大尺度上促进了全球空气质量降低过程，H2S是一种有毒有害的恶臭性废气，其对人类社会健康生存发展构成严重威胁。有研究资料记载[1]，H2S的嗅约为0.00143㎎/m?，属于一种神经毒物，对人体黏膜能形成强刺激性;机体吸进H2S后，可能会出现不同程度呼吸困难、嗅觉麻痹、恶心呕吐等表现，严重者会猝死。关于H2S废气的治理，传统方法以洗涤、吸附剂热氧化处理等为主，但以上方法难以大规模推行且运行期间会耗用巨资。生物法净化H2S是近些年研发的新方法，使用期间在环保性、适用性、经济性及操作简洁性等诸多方面体现出良好优势，本文主要探究生物滴滤塔处理H2S期间填料的使用情况。
　　1 材料与方法
　　1.1 实验仪器
　　主要由生物滴滤塔、配气与营养液淋喷系统构成。其中，滴滤塔是单层结构，制造材料以有机玻璃位置，内径、高程依次为90mm、600m。填料层整体高度大概为249mm，陶粒在下，改性生物填料（WD-F10-4）在上，厚度依次为49mm、200mm，内径分别为15mm、10mm。图1 为实验装置图。配气系统构成为图1中的1、2、4与5，在具体运作期间，在混合瓶内H2S与空气初步混合，缓冲瓶内进行再混合，通导至滴滤塔内，气体流量计调控其停滞时间。营养液淋喷系统的构成有图1中的7、8以及淋喷器具，计量泵功能以调控营养液为主，在淋喷器具的协助下营养液能被均匀喷洒至填料上[2]。
　　1.2 挂膜与驯化微生物
　　利用生物法处理H2S等恶臭性气体过程中，培育及驯化微生物是关键一环。活性污泥直接驯化法在国内废气净化领域中有较广泛应用，但该种传统驯化法历时较长，为减缩时间，有人员通过大量实践后作出把污泥上清液接种至固体培养基上的提议，通过该种形式挑选出能够降解硫化物浓度的微生物[3]。待观察到有微生物长出以后将与液体培养基接种，于30℃环境条件下持续培养5d，随后按照一定比例将其与经驯化处理的活性污泥相混合，转嫁至滴滤塔中进行挂膜。固体培养基成分以NH4CI、KH2PO4、Na2S2O3·5H2O、琼脂以及MgSO4·7H2O等为主，对应的浓度依次为0.4g/L、4g/L、10、20g/L、0.8g/L。
　　本次实验研究中选用的生物接种源来源是一个污水处理厂二沉池内的活性污泥，在挂膜早期，把污泥与液体培养基的混合液整合滴滤塔，混合液液面要在填料层以上，每日持续曝气处理21h，静置3h，剔除上层清液，填补和剔除液量等同的新液体培养基。以上操作反复进行4次后，把混合液整体排除，随即通入H2S。驯化处理期间，尽量维持较长的停滞时间，并临喷营养液，营养液成分以NH4CI、KH2PO4、MgSO4·7H2O以及微量元素为主，对应的浓度分别是0.4g/L、1.3g/L、0.02g/L、5mL/L。 　　1.3 检测指标
　　分别测量H2S进出口、SO42-对应的浓度，利用精密pH计检测pH值。
　　2 结果与分析
　　2.1 进气负荷对处理效果形成的影响
　　实验研究中，进气负荷高低直接影响滴濾塔对废气的处理性能。当进气浓度约为100㎎/m?、负荷是7.9g/（m?·h）时，生物滴滤塔在5d中对H2S的处理效果出现较明显波动，处理效率均值是84.1%。6d后，滴滤塔系统去除性能较为稳定，去除效率均值能达到97.1%。当进气浓度约增加至100㎎/m?上下时，系统依然能表现出较高的适用性，H2S的去除效率也处于较高水平，表现出一定稳定性[4]。以上现象，基本会出现在系统运行早期，微生物活性偏低;驯化期气体流量<300L/h，若流量增加到300L/h，则气体在系统内停滞时间长度有减缩，提示H2S语微生物接触时间较短，对微生物生长过程形成一定约束，以致短期中系统去除率偏低;6d后，微生物适应性增强，生态态势较好，活性抵达最佳值，此时即便进气浓度剧烈提高，系统也能维持较高去除效率与运行安稳性。
　　2.2 营养液淋喷量对系统去除效果形成的影响
　　微生物代谢活动期间，营养物质是重要基础。分析营养液淋喷量对生物滴滤塔废气去除率形成的影响期间，我们发现，当进气浓度是200㎎/m?、负荷20g/（m?·h），淋喷量2L/h时，滴滤塔的平均去除率抵达97.8%，运行状态相对较为平稳[5]。在以上过程，H2S停滞时间相对较长，提示废气与微生物接触时间相对充裕，淋喷量虽然不高，大不会对H2S降解、去除效果形成较明显影响。当淋喷量为3L/h时，系统去除率有降低趋向，对其成因予以分析，可能是由于和淋喷量相比较，进气量偏低的缘故，并且在第5d进气流量增至300L/h时，负荷量依然能维持在20g/（m?·h）上下，滴滤塔去除效率出现了较明显变动，但自第10d起系统对废气的去除效率逐渐趋于稳定，大概为85.1%;当淋喷量提升至4L/h时，系统去除率较为稳定，达91.6%。伴随进气流量增多，H2S的进气浓度也会出现一定增加，所以此阶段系统去除率小于淋喷量为2L/h时对应的去除效率。在分析中我们还发现，进气流量增加时，淋喷量指标也有一定增长，有益于提升系统运行期间对H2S的去除效率。
　　2.3 气体停滞时间对系统去除效率形成的影响
　　气体停滞时间=滴滤塔容积/进气流量×100%，气体流量决定其停滞时间，也对传质形成一定影响。本次研究中规划了200L/h、300L/h、400L/h三种气体流量，对应的停滞时间依次是69s、47s、35s，并解读了进气负荷对系统去除效率形成的影响。当气体在生物滴滤塔内的停滞时间为69s时，系统平均去除效率达到了96.5%;气体停滞时间为47s时，平稳以后（7d后）去除效率均值达到了97.1%;气体停滞时间为35s时，平均去除效率降至83.7%。综合实验研究结果，认为当气体停滞时间为47s时，于负荷相对的运行条件下，生物滴滤塔能维持相对稳定、优良的去除效率[6]。
　　气体停滞时间是47s时，系统运行的16d内，进气负荷7.9g/（m?·h）时，因气体停滞时间较为短暂，短时间内微生物的适应性偏低，这是系统早期阶段中废气去除效率偏低的主要原因。随后活性微生物形成了较强的适应能力，系统去除效率体现出相对稳定的运行特征，当进气负荷上升至3g/（m?·h）时，系统去除效率也不低于96%。
　　3 结束语
　　通过本次实验研究，我们可以总结出如下几点结论：
　　（1）在WD-F10-4填料上微生物生长态势良好，生物滴滤塔运转期间为出现封堵等异常状况，提示该填料有良好的适用性。
　　（2）当气体停滞时间为47s，进气浓度≤400㎎/m?，系统H2S去除效率能达到97.1%，淋喷量最佳值为4L/h。
　　参考文献
　　[1]王熙庭.太阳能光解硫化氢制氢催化剂设计与工艺研究项目通过专家验收[J].天然气化工（C1化学与化工），2019，44（02）：90-91.
　　[2]罗祖云，李媛媛，洪若瑜，等.硫化氢废气生产四氢噻吩工艺设计[J].现代化工，2019，39（02）：207-210+212.
　　[3]刘建伟，段粹，刘越.微生物菌剂处理畜禽养殖场含氨和硫化氢气体技术进展[J].黑龙江畜牧兽医，2018，41（11）：72-75.
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　　[5]邹玉霜.国产化湿法制酸技术处理炼厂含硫化氢废气[J].硫磷设计与粉体工程，2017，17（04）：1-5+24+55.
　　[6]石鹏远，卢长洁，翟子玮.硫化氢废气的资源化利用方向[J].化工管理，2017，14（16）：131-132.
　　收稿日期：2020-03-11
　　作者简介：傅科平（1980-），女，本科学历，工程师，研究方向为环境保护、“三废”处理、环境评价、EHS管理体系。
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