生物滤床处理污水处理厂恶臭废气中试研究

　　导读：城市污水处理厂在废水处理过程中，会在格栅间、调节池、曝气池和污泥处理等区域产生多种恶臭气体，主要包括H2S、NH3等无机物及硫醇、低分子脂肪酸、胺、卤代烃等可挥发性有机物。

        近年来，各种废气处理技术在城市污水厂恶臭气体处理中得到了应用，主要有吸收法、燃烧法、氧化法、活性炭吸附法和生物过滤法等。其中，生物过滤法具有处理效果好、无二次污染、投资及运行费用低、易于管理等优点，在研究与实际应用中越来越受到关注。
　　
　　浙江椒江污水处理厂调节池在废水处理过程中，散发出了大量的恶臭废气，严重污染周边环境，废气的主要成分为H2S、NH3等无机恶臭气体以及可挥发性有机物(VOCs)。本研究采用生物滤床对城市污水处理厂恶臭气体进行处理，通过考察生物滤床的净化效果、污染物去除性能和影响因素控制，为该技术的工艺设计和工业化应用提供科学依据。
　　
　　试验方法
　　
　　中试流程
　　
　　来自调节池的恶臭废气，在引风机的作用下，通过调节阀调节废气流量*入水洗填料塔，由循环水泵、循环水罐和水洗填料塔上方的喷淋装置对废气进行连续的逆流洗涤，废气经洗涤吸收后，再进入生物滤床(BF)内，废气中的各种恶臭污染物在生物填料上寄居生长的大量微生物作用下，氧化为H2SO4、CO2和H2O，使废气得到净化，净化气体排入大气。中试装置流程见图1。
　　
　　为保持生物滤床内微生物合适的生长条件，除控制温度在25℃～40℃范围外，必须让生物填料保持一定的水份，并供给微量的无机营养盐。生物填料塔内设置两层填料层，上部设雾化喷淋装置，填料层搁板兼有液体再分布器的功能，搁板上所设的导气管可使废气顺利进入填料层，而喷淋水在生物滤床下部集中排出。
　　
　　工艺参数控制
　　
　　本中试装置主体结构由有机玻璃制成，形状均为圆柱形，处理气体流量为45m3/h。具体工艺设计和运行参数见表1。
　　
　　工艺设计和运行参数
　　
　　名称填料塔生物滤床(BF)
　　
　　塔体尺寸
　　
　　cmФ16mm×100mmФ600mm×130mm
　　
　　填充填料鲍尔环上下两层，混合生物填料
　　
　　填料高度
　　
　　cm60上层30，下层40
　　
　　喷淋水量0.5m3/h喷淋时4m3/(m2•h)
　　
　　2次/d，30s/次
　　
　　生物填料
　　
　　生物填料是废气生物脱臭工艺的关键技术之一，本中试采用以泥炭和堆肥(60%左右)、碎木屑(30%左右)、棕纤维、柱状活性炭为主的复合填料，使其既能够保持泥炭对微生物良好的附着生长的特性，又在一定程度上改善填料的透气性和整体生物填料的刚性结构。
　　
　　分析方法
　　
　　采用H2S、NH3和总挥发性有机物为主要检测指标，对生物滤床的运行效果进行研究。H2S和NH3的浓度检测采用PortaSensⅡ无机气体检测仪，VOCs的浓度检测采用PC5000EX多功能VOC气体检测仪。
　　
　　试验结果与讨论
　　
　　试验总体结果
　　
　　中试试验挂膜完成且运行稳定后进行了3d的连续监测，在气体进气流量为45m3/h的情况下，考察了中试装置H2S、NH3和可挥发性有机物(VOCs)的进、出气浓度及去除率的变化，结果分别如图2~图4所示。
　　
　　由图2～图4可见，生滤床出口H2S和NH3的浓度处于较低的水平，整体去除效率较高，其平均值分别达到了86.8%和90.1%;而VOCs的去除效率一般，其整体去除率的平均值为30.8%。该污水处理厂调节池废水中的有机溶剂主要为CH2Cl2、CH3OH、DMF、甲苯和乙酸乙酯等有机物，其中大部分有机物的水溶性一般，在填料较湿润的情况下，传递效率较差，且生物填料塔内基本上处于酸性条件下，抑制了降解VOCs微生物的快速增长，因此VOCs的去除效率一般。
　　
　　2.2污染物单元去除效率
　　
　　中试试验时喷淋塔的空塔气速为0.62m/s，液气比为6L/m3~7L/m3;生物塔的空塔气速为0.044m/s，气体停留时间为15.9s。中试装置单元污染物的去除情况见表2。
　　
　　表2中试装置污染物去除情况
　　
　　项目入口浓度生物塔前出口浓度喷淋塔去除率
　　
　　%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，恶臭气体经过喷淋塔后，绝大部分的NH3被水吸收，其去除效果较好，而H2S的去除主要集中在生物滤床中。经分析，主要原因为NH3的水溶性较好，当NH3遇到水后迅速被水物理吸收，而H2S相对NH3来说，其水溶性相对差一些，但H2S的生物降解性较好，在一定的酸性条件下，能够作为营养物质被微生物所利用。
　　
　　生物滤床对恶臭气体中H2S和VOCs去除能力的试验结果见表3。
　　
　　表3生物滤床H2S和VOCs的去除能力
　　
　　项目生物塔去除率平均值
　　
　　%填料去除负荷平均值
　　
　　g/(m3˙h)
　　
　　H2S84.42.34
　　
　　VOCs27.30.80
　　
　　由表3可见，H2S的平均去除负荷为2.34g/(m3˙h)，VOCs的平均去除负荷为0.80g/(m3˙h)。总体来说，H2S和VOCs的去除负荷与文献或其它类似工程项目相比较低，分析原因主要有：a)废气停留时间较短，污染物的去除效果没有达到*状态;b)局部填料的压实现象，导致填料的有效体积小于实际所用填料的体积，使得去除负荷偏低;c)污染物质的进气浓度较低，导致去除负荷偏低。
　　
　　污染物去除的影响因素控制
　　
　　温度
　　
　　微生物生长的*温度在25℃~35℃间，在操作时生物滤床的温度实际需控制在20℃~40℃间，以始终保持微生物适宜的生长温度。本次中试试验期间的温度基本上为20℃~40℃间，因此中试装置没有安装气体或循环液加热装置，温度的影响在中试试验期间未做考察。
　　
　　对于物理吸收过程，温度越低，吸收效果越好。本中试试验的整个运行过程为常温状态，因此温度对于水喷淋塔的处理效果基本没有影响。
　　
　　pH值
　　
　　废气的生物处理过程，实质是废气中污染物通过微生物酶催化反应过程，微生物酶往往只有在一种特定的电荷状态下才具有催化活性，而这种特定的电荷状态受pH值影响很大。氧化H2S的大多数微生物zui适宜的pH值为2~3，部分微生物也能够在pH值为中性条件下较好地氧化H2S，但基本上以酸性硫杆菌、丝状硫磺细菌为主。而氧化VOCs的大部分微生物，其适宜生长的pH值环境为中性或微酸性，这是由于微生物的酶在酸性环境会失活。当H2S浓度高时，大量嗜酸性的硫杆菌在其代谢H2S的同时产生大量的H2SO4，床层的酸性环境抑制了氧化VOCs的微生物(多属适宜在微酸性或中性条件下生长异养细菌)的生长繁殖。中试装置生物床运行稳定后的一段期间，对每天喷淋淋出液pH值进行检测，具体见图5。
　　
　　每次喷淋液经过填料层后将微生物氧化H2S产生的H2SO4淋出，从检测数据中我们可以看出，一般喷淋淋出液的pH值在1.8~2.7之间。从数据可以得出，生物滤床对H2S的去除效率较好，微生物基本上能够在适合的pH值范围内较好地生长。但是，填料层的酸性使得降解VOCs的微生物处于劣势菌群，在一定程度上抑制了降解VOCs微生物的快速增长。因此，如何使得同一个生物填料塔能够取得同时较好地去除H2S和VOCs的效果，还有许多方面值得研究和探索。
　　
　　对于水喷淋塔，随着试验过程的进行，喷淋循环液的pH值会随着NH3的吸收而增大，当pH值增大到一定程度时，吸收效果会显著降低。
　　
　　床层湿度
　　
　　试验期间生物填料实际含水率保持70%~85%间，要保持床层湿度，除从水喷淋塔带来的饱和水汽外，必需通过喷淋操作来保证附着生长在填料层中的微生物得到必需的水份。试验期间每间隔12h，以1m3/h流量喷淋30s，由于中试试验中在生物填料塔前增加了水喷淋塔，对废气起到了增湿的效果，有利于恒定生物填料的含水率。从实际情况来看，生物滤床内填料层比较湿润，能够较好地满足微生物的生长。
　　
　　a)污水处理厂调节池散发出了大量的恶臭废气，主要成分为NH3、H2S等无机恶臭气体以及可挥发性有机物(VOCs)；
　　
　　b)中试装置H2S和NH3整体去除效率较高，平均值分别达到了86.8%和90.1%;VOCs的去除效率一般，整体去除率的平均值为30.8%。生物滤床H2S的平均去除负荷为2.34g/(m3˙h)，VOCs的平均去除负荷为0.80g/(m3˙h)。生物滤床对H2S的去除效率较好，填料层的酸性使得降解VOCs的微生物处于劣势菌群，在一定程度上抑制了降解VOCs微生物的快速增长。