生物濾床處理污水處理廠惡臭廢氣中試研究

　　導讀：城市污水處理廠在廢水處理過程中，會在格柵間、調節池、曝氣池和污泥處理等區域產生多種惡臭氣體，主要包括H2S、NH3等無機物及硫醇、低分子脂肪酸、胺、鹵代烴等可揮發性有機物。

        近年來，各種廢氣處理技術在城市污水廠惡臭氣體處理中得到了應用，主要有吸收法、燃燒法、氧化法、活性炭吸附法和生物過濾法等。其中，生物過濾法具有處理效果好、無二次污染、投資及運行費用低、易于管理等優點，在研究與實際應用中越來越受到關注。
　　
　　浙江椒江污水處理廠調節池在廢水處理過程中，散發出了大量的惡臭廢氣，嚴重污染周邊環境，廢氣的主要成分為H2S、NH3等無機惡臭氣體以及可揮發性有機物(VOCs)。本研究采用生物濾床對城市污水處理廠惡臭氣體進行處理，通過考察生物濾床的凈化效果、污染物去除性能和影響因素控制，為該技術的工藝設計和工業化應用提供科學依據。
　　
　　試驗方法
　　
　　中試流程
　　
　　來自調節池的惡臭廢氣，在引風機的作用下，通過調節閥調節廢氣流量*入水洗填料塔，由循環水泵、循環水罐和水洗填料塔上方的噴淋裝置對廢氣進行連續的逆流洗滌，廢氣經洗滌吸收后，再進入生物濾床(BF)內，廢氣中的各種惡臭污染物在生物填料上寄居生長的大量微生物作用下，氧化為H2SO4、CO2和H2O，使廢氣得到凈化，凈化氣體排入大氣。中試裝置流程見圖1。
　　
　　為保持生物濾床內微生物合適的生長條件，除控制溫度在25℃～40℃范圍外，必須讓生物填料保持一定的水份，并供給微量的無機營養鹽。生物填料塔內設置兩層填料層，上部設霧化噴淋裝置，填料層擱板兼有液體再分布器的功能，擱板上所設的導氣管可使廢氣順利進入填料層，而噴淋水在生物濾床下部集中排出。
　　
　　工藝參數控制
　　
　　本中試裝置主體結構由有機玻璃制成，形狀均為圓柱形，處理氣體流量為45m3/h。具體工藝設計和運行參數見表1。
　　
　　工藝設計和運行參數
　　
　　名稱填料塔生物濾床(BF)
　　
　　塔體尺寸
　　
　　cmФ16mm×100mmФ600mm×130mm
　　
　　填充填料鮑爾環上下兩層，混合生物填料
　　
　　填料高度
　　
　　cm60上層30，下層40
　　
　　噴淋水量0.5m3/h噴淋時4m3/(m2•h)
　　
　　2次/d，30s/次
　　
　　生物填料
　　
　　生物填料是廢氣生物脫臭工藝的關鍵技術之一，本中試采用以泥炭和堆肥(60%左右)、碎木屑(30%左右)、棕纖維、柱狀活性炭為主的復合填料，使其既能夠保持泥炭對微生物良好的附著生長的特性，又在一定程度上改善填料的透氣性和整體生物填料的剛性結構。
　　
　　分析方法
　　
　　采用H2S、NH3和總揮發性有機物為主要檢測指標，對生物濾床的運行效果進行研究。H2S和NH3的濃度檢測采用PortaSensⅡ無機氣體檢測儀，VOCs的濃度檢測采用PC5000EX多功能VOC氣體檢測儀。
　　
　　試驗結果與討論
　　
　　試驗總體結果
　　
　　中試試驗掛膜完成且運行穩定后進行了3d的連續監測，在氣體進氣流量為45m3/h的情況下，考察了中試裝置H2S、NH3和可揮發性有機物(VOCs)的進、出氣濃度及去除率的變化，結果分別如圖2~圖4所示。
　　
　　由圖2～圖4可見，生濾床出口H2S和NH3的濃度處于較低的水平，整體去除效率較高，其平均值分別達到了86.8%和90.1%;而VOCs的去除效率一般，其整體去除率的平均值為30.8%。該污水處理廠調節池廢水中的有機溶劑主要為CH2Cl2、CH3OH、DMF、甲苯和乙酸乙酯等有機物，其中大部分有機物的水溶性一般，在填料較濕潤的情況下，傳遞效率較差，且生物填料塔內基本上處于酸性條件下，抑制了降解VOCs微生物的快速增長，因此VOCs的去除效率一般。
　　
　　2.2污染物單元去除效率
　　
　　中試試驗時噴淋塔的空塔氣速為0.62m/s，液氣比為6L/m3~7L/m3;生物塔的空塔氣速為0.044m/s，氣體停留時間為15.9s。中試裝置單元污染物的去除情況見表2。
　　
　　表2中試裝置污染物去除情況
　　
　　項目入口濃度生物塔前出口濃度噴淋塔去除率
　　
　　%生物塔去除率
　　
　　%
　　
　　平均值
　　
　　mg/m3
　　
　　H2S14.112.21.913.584.4
　　
　　NH330.54.33.085.930.2
　　
　　VOCs13.412.89.34.527.3
　　
　　由表2可知，惡臭氣體經過噴淋塔后，絕大部分的NH3被水吸收，其去除效果較好，而H2S的去除主要集中在生物濾床中。經分析，主要原因為NH3的水溶性較好，當NH3遇到水后迅速被水物理吸收，而H2S相對NH3來說，其水溶性相對差一些，但H2S的生物降解性較好，在一定的酸性條件下，能夠作為營養物質被微生物所利用。
　　
　　生物濾床對惡臭氣體中H2S和VOCs去除能力的試驗結果見表3。
　　
　　表3生物濾床H2S和VOCs的去除能力
　　
　　項目生物塔去除率平均值
　　
　　%填料去除負荷平均值
　　
　　g/(m3˙h)
　　
　　H2S84.42.34
　　
　　VOCs27.30.80
　　
　　由表3可見，H2S的平均去除負荷為2.34g/(m3˙h)，VOCs的平均去除負荷為0.80g/(m3˙h)。總體來說，H2S和VOCs的去除負荷與文獻或其它類似工程項目相比較低，分析原因主要有：a)廢氣停留時間較短，污染物的去除效果沒有達到*狀態;b)局部填料的壓實現象，導致填料的有效體積小于實際所用填料的體積，使得去除負荷偏低;c)污染物質的進氣濃度較低，導致去除負荷偏低。
　　
　　污染物去除的影響因素控制
　　
　　溫度
　　
　　微生物生長的*溫度在25℃~35℃間，在操作時生物濾床的溫度實際需控制在20℃~40℃間，以始終保持微生物適宜的生長溫度。本次中試試驗期間的溫度基本上為20℃~40℃間，因此中試裝置沒有安裝氣體或循環液加熱裝置，溫度的影響在中試試驗期間未做考察。
　　
　　對于物理吸收過程，溫度越低，吸收效果越好。本中試試驗的整個運行過程為常溫狀態，因此溫度對于水噴淋塔的處理效果基本沒有影響。
　　
　　pH值
　　
　　廢氣的生物處理過程，實質是廢氣中污染物通過微生物酶催化反應過程，微生物酶往往只有在一種特定的電荷狀態下才具有催化活性，而這種特定的電荷狀態受pH值影響很大。氧化H2S的大多數微生物zui適宜的pH值為2~3，部分微生物也能夠在pH值為中性條件下較好地氧化H2S，但基本上以酸性硫桿菌、絲狀硫磺細菌為主。而氧化VOCs的大部分微生物，其適宜生長的pH值環境為中性或微酸性，這是由于微生物的酶在酸性環境會失活。當H2S濃度高時，大量嗜酸性的硫桿菌在其代謝H2S的同時產生大量的H2SO4，床層的酸性環境抑制了氧化VOCs的微生物(多屬適宜在微酸性或中性條件下生長異養細菌)的生長繁殖。中試裝置生物床運行穩定后的一段期間，對每天噴淋淋出液pH值進行檢測，具體見圖5。
　　
　　每次噴淋液經過填料層后將微生物氧化H2S產生的H2SO4淋出，從檢測數據中我們可以看出，一般噴淋淋出液的pH值在1.8~2.7之間。從數據可以得出，生物濾床對H2S的去除效率較好，微生物基本上能夠在適合的pH值范圍內較好地生長。但是，填料層的酸性使得降解VOCs的微生物處于劣勢菌群，在一定程度上抑制了降解VOCs微生物的快速增長。因此，如何使得同一個生物填料塔能夠取得同時較好地去除H2S和VOCs的效果，還有許多方面值得研究和探索。
　　
　　對于水噴淋塔，隨著試驗過程的進行，噴淋循環液的pH值會隨著NH3的吸收而增大，當pH值增大到一定程度時，吸收效果會顯著降低。
　　
　　床層濕度
　　
　　試驗期間生物填料實際含水率保持70%~85%間，要保持床層濕度，除從水噴淋塔帶來的飽和水汽外，必需通過噴淋操作來保證附著生長在填料層中的微生物得到必需的水份。試驗期間每間隔12h，以1m3/h流量噴淋30s，由于中試試驗中在生物填料塔前增加了水噴淋塔，對廢氣起到了增濕的效果，有利于恒定生物填料的含水率。從實際情況來看，生物濾床內填料層比較濕潤，能夠較好地滿足微生物的生長。
　　
　　a)污水處理廠調節池散發出了大量的惡臭廢氣，主要成分為NH3、H2S等無機惡臭氣體以及可揮發性有機物(VOCs)；
　　
　　b)中試裝置H2S和NH3整體去除效率較高，平均值分別達到了86.8%和90.1%;VOCs的去除效率一般，整體去除率的平均值為30.8%。生物濾床H2S的平均去除負荷為2.34g/(m3˙h)，VOCs的平均去除負荷為0.80g/(m3˙h)。生物濾床對H2S的去除效率較好，填料層的酸性使得降解VOCs的微生物處于劣勢菌群，在一定程度上抑制了降解VOCs微生物的快速增長。