污水处理厂生物法去除H2S条件探讨

西原环保工程（上海）有限公司 冯润

随着人们生活质量的不断提升，对生物法除臭技术的深入研究也随之成为环保行业研究的新方向[1]。以微生物培养为基础的环保技术越来越被重视，被应用于农场动物粪便臭气处理[2]，食品厂臭气处理[3]，污水处理厂恶臭处理[4]，农村堆肥恶臭处理[5]等各个场景。因此，基于以培养微生物菌群为手段去除恶臭气体中的H2S研究是很有必要的。同一时期应用在污水处理厂的其他技术如化学吸收、离子除臭、活性炭吸附等技术因为除臭效率低、耗能高、运行复杂等缺点，正逐渐被代替。这时，去除恶臭微生物菌群就能一展身手，微生物菌群去除城市运转过程中污水处理厂处理生活污水所产生的臭气成为一种发展的新趋势。

在一些污水处理厂散发的臭气不能及时有效处理时，臭气就会很快扩散到周边地区，从而影响居民们的日常生活。为此通过长期观测某污水处理厂的除臭设备在处理臭气前后的硫化氢（H2S）浓度，分析了生物滴滤塔去除H2S的单位负荷，温度季节对H2S去除效果的影响，喷淋循环水水质情况，以及改变处理风量对生物滴滤除臭塔去除H2S能力的影响。据此为生物法高效去除H2S做出有效的检测结果和参考数据。

一、实验方法

在该实验中，实验主体为某污水处理厂一生物滴滤除臭塔，塔体规格为长8m*宽4.5m*高3.3m。该生物滴滤除臭塔进口风量为26000m3/h，气体经过填料的停留时间（EBRT）为20s，所用除臭填料为竹炭，粒径范围为5-15mm，比表面积为344m2/g。污水处理厂臭气源产生的恶臭气体经过集气管道收集至生物滴滤除臭塔，塔内喷淋循环液与恶臭气体内的H2S接触并溶解在水中，生活在竹炭内的硫化细菌将H2S捕捉进行新陈代谢，H2S经过一系列生化反应后，变成SO42-随喷淋液排出，从而达到去除H2S的目的。该生物滴滤除臭塔的运行情况为：以6h为一次连续喷淋周期，定时排出一部分喷淋循环水和补水。在不同工况下利用抽气筒和H2S检知管检测生物滴滤塔进口和出口H2S气体浓度，改变的条件变量分别为喷淋流量、环境温度和进气风量。其工艺流程图如图1所示。

图1 除臭工艺流程图

在稳定的工况下检测生物滴滤除臭塔进出口H2S浓度，并探讨不同工况条件下去除H2S的影响因素，同时探究出喷淋循环水水质在去除H2S的过程中的规律。为了清楚量化生物滴滤塔去除H2S的能力，引入单位去除负荷概念。其定义为：生物滴滤塔内，单位竹炭填料在单位时间内去除H2S质量的大小，单位为g/（m3·h）。以下为竹炭去除H2S的单位去除负荷计算公式：

C0—生物滴滤塔进口H2S浓度，ppm；

C1—生物滴滤塔出口H2S浓度，ppm；

M—H2S相对分子质量，为34g/mol；

22.4—气体的摩尔体积，l/mol；

m—检测并计算出去除H2S的质量，kg/m3；

Q—生物滴滤塔处理风量值，为26000m3/h；

V—生物滴滤塔内竹炭填料体积，为144m3；

τ—竹炭填料对H2S的单位去除负荷，g/（m3·h）。

调节进风量改变气体在竹炭内的停留时间，以探究其对去除H2S的影响。改变的风量值如表1所示。

表1 处理风量与空塔流速和停留时间关系对应表

实验过程中长时间观测除臭设备的运行工况，检测并记录对应的循环喷淋水水质，检测的水质指标包括溶解性总固体（TDS）、氧化还原电位（ORP）和酸碱度（pH）。

二、实验检测仪表及器材

本实验使用的主要器材有H2S气体检支管、抽气筒、风速仪、便携式TDS检测计、便携式pH计、便携式ORP检测计等。

三、实验结果及数据分析

（一）喷淋流量对H2S去除效果的影响

图2中三种工况分别为喷淋流量为28m3/h、40m3/h和52 m3/h时，除臭塔进口浓度与单位负荷的关系图。能够明显看出，在同一进口浓度下，喷淋流量越大，对应的单位负荷越大，去除H2S的质量也越多。

图2 喷淋流量对H2S去除效果散点图

（二）季节温度对去除效果的影响

在长期不间断的观察中，季节温度的显著变化可分为9月份的26～30℃和10月份的21～27℃两个温度段。下图3为这两个月的去除效果对比图：

图3 季节温度对去除效果对比散点图

不同季节影响着对应的除臭温度不一样，除臭效果也各异。夏天除臭温度在30℃左右，据相关文献报道，硫化细菌的最佳生存环境也是在25～35℃。实验过程中循环喷淋水的最高温度在30℃，而循环水体的温度就是硫化细菌生存的环境温度，该时间段内硫化细菌对H2S的去除效果最好。因此建议最佳喷淋循环水的温度在30℃左右。

（三）改变停留时间对去除H2S能力的影响

在不同处理风量工况下，由上图4可看出，在同一进口H2S浓度下，处理风量越大，竹炭层内去除H2S的平均单位负荷越高；在进风量不变的情况下，进口H2S浓度越高，H2S去除负荷值也越高。

图4 不同处理风量下进口H2S浓度与单位去除负荷关系散点图

当处理风量分别为26000m3/h和35000m3/h时，去除负荷值的范围随进口浓度升高而增大。这可能是由于处理风量越大，塔内气液两相流动紊乱导致湍流度增加，由温度、水质、浓度波动等条件的微小改变可能导致微生物新陈代谢波动影响增大，从而进一步影响去除负荷值的范围。

（四）喷淋循环水水质监测

循环喷淋水水质的好坏也直接影响硫化细菌的生存环境，本实验水质检测的三个项目分别为pH、ORP和TDS。从长期水质检测数据可以看出，该三项水质指标相互关联，pH值越小，ORP和TDS值越大。下图6为所有水质检测数据中pH、ORP、TDS的3D散点图及两两各自映射的背景散点图：

从图5映射图中可以看出，pH、ORP、TDS三者之间两两之间的映射图各自满足一定的曲线关系。

图5 循环喷淋水中TDS、pH、ORP的3D散点及映射图

在该实验中，循环喷淋水的pH值正常范围在0.6～1.6，TDS值的范围在5×104～1.2×105mg/l，ORP值在200～530mV。随着排水周期延长，循环喷淋水的含盐量累计增加，pH值降低，氧化还原电位也会升高。循环喷淋水pH值在0.8～1.2之间，含盐量在4×104～6×104mg/l范围内。

四、总结

通过以上实验分析，得出以下几点结论：

（1）随着喷淋流量的增大，生物滴滤塔内的气液传质效率升高，从而提高了竹炭的单位去除负荷；

（2）除臭效果随季节温度呈周期性变化，夏季除臭效果比冬季好；

（3）随着硫化细菌活性增强，微生物新陈代谢速率加快，喷淋循环水水质变酸，氧化还原电位越高，水中含盐量也越高。