生物組合裝置凈化養(yǎng)殖舍硫化氫廢氣的試驗(yàn)與研究

魏曉明　張洪鵬　趙洪葉　宋紅艷

摘 要：本文研究生物組合裝置對(duì)畜禽養(yǎng)殖舍臭氣中的硫化氫及常規(guī)生物法脫硫造成的二次污染的凈化。本裝置實(shí)現(xiàn)了硫化氫到硫單質(zhì)的生物轉(zhuǎn)化，單位面積的最大處理負(fù)荷可達(dá)357m3/m2·h，該工況下的適宜噴淋量為230L/m2·h，穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)硫化氫平均去除率達(dá)98.6%。運(yùn)行中實(shí)現(xiàn)了廢液減排，大大降低了傳統(tǒng)生物脫硫產(chǎn)生的二次污染問(wèn)題。為生物法脫除H2S的工程應(yīng)用提供了技術(shù)依據(jù)與指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：硫化氫;生物除臭;生物脫硫。

在畜禽養(yǎng)殖業(yè)規(guī)?；l(fā)展過(guò)程中，養(yǎng)殖舍內(nèi)的惡臭氣體是一大難題，臭氣成分主要包括H2S、NH3。目前針對(duì)畜禽養(yǎng)殖舍惡臭氣體的處理，生物法已成為主流趨勢(shì)。因生物法高效凈化H2S與NH3的環(huán)境有所不同，本文研究生物法凈化H2S的工藝裝置與技術(shù)參數(shù)。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外生物脫硫的研究中存在的SO42-二次污染問(wèn)題，本研究使用自主研發(fā)的生物組合裝置，對(duì)H2S及其產(chǎn)物SO42-進(jìn)行凈化處理，以期為生物法脫除H2S的工程應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)裝置

試驗(yàn)裝置由硫氧化塔、硫還原塔兩部分組成。其中，硫氧化塔由直徑1.0m、高2.8m的有機(jī)玻璃制作而成，塔內(nèi)裝有填料，填料高度為1.5m。硫還原塔由直徑0.5m、高2.5m的有機(jī)玻璃制作而成，塔內(nèi)裝有填料，填料高度為2.0m。

本裝置建于北京市昌平區(qū)某豬場(chǎng)，進(jìn)氣來(lái)自該豬場(chǎng)的豬舍。

1.豬舍風(fēng)機(jī);2.硫氧化塔;3.營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)投加箱;4.循環(huán)液提升泵;5.硫還原塔;6.緩沖水池;7.噴淋水泵;8.生物氧化填料;9.尾氣管;10.高效霧化噴淋裝置;11.生物還原填料;12.進(jìn)氣擴(kuò)散裝置。

1.2 生物填料

填料的選擇是反應(yīng)器設(shè)計(jì)的重要因素，生物除臭設(shè)備的填料宜選擇比表面積大、氣阻低、輕質(zhì)便捷、使用壽命長(zhǎng)的填料。根據(jù)我公司的污水處理工程經(jīng)驗(yàn)，好氧裝置（硫氧化塔）選用PU填料;厭氧裝置（硫還原塔）選用立體纖維掛膜填料。

1.3 試驗(yàn)方法

掛膜所用的活性污泥來(lái)自北京市某再生水廠的污水A/O生化池，掛膜方式為直接通氣掛膜法，設(shè)備啟動(dòng)后加入活性污泥，并加入配置好的無(wú)機(jī)營(yíng)養(yǎng)液，以縮短系統(tǒng)掛膜時(shí)間。馴化采用60m3/h低流量豬舍廢氣，循環(huán)量、噴淋量均為0.8L/min。定期補(bǔ)充自來(lái)水。生物降解H2S的最佳pH有兩個(gè)區(qū)間，分別為強(qiáng)酸（pH≈2）、中性（pH≈7），本試驗(yàn)控制循環(huán)液的pH 為6.0-8.0。

掛膜完成并正式開(kāi)始運(yùn)行調(diào)試后，持續(xù)監(jiān)測(cè)進(jìn)出氣的H2S含量。定期（2-3天）檢測(cè)兩套裝置循環(huán)液中的COD、S2-、SO42-、S單質(zhì)、pH，分別研究硫氧化塔對(duì)H2S的氧化、硫還原塔對(duì)SO42- 的還原。

1.4 分析方法

采用GT-903手持硫化氫檢測(cè)儀人工監(jiān)測(cè)H2S濃度;采用ICS2000離子色譜儀檢測(cè)循環(huán)液中S2-、SO42- 的濃度;采用Agilent1200高效液相色譜檢測(cè)單質(zhì)S含量。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

試驗(yàn)過(guò)程中的自變因素主要為廢氣處理量與噴淋量，據(jù)此設(shè)五組試驗(yàn)。氣體處理量分別為140、140、200、280、280m3/h，循環(huán)液噴淋量分別為1.5、2.5、2.5、2.5、3L/min。

2.1 最大處理負(fù)荷研究

為研究本套裝置的最大處理負(fù)荷，根據(jù)氣體停留時(shí)間與筆者前期的考察，設(shè)置上述3組廢氣處理量。廢氣處理量分別為140、200、280m3/h，設(shè)備負(fù)荷分別為178、255、357m3/m2·h?？疾炝蚧瘹涞娜コЧS處理規(guī)模的變化關(guān)系，見(jiàn)圖2。

結(jié)果表明，處理量由140m3/h增至280m3/h過(guò)程中，硫化氫的去除率均較高。試驗(yàn)后期，嘗試?yán)^續(xù)加大廢氣處理量至320m3/h，發(fā)現(xiàn)此時(shí)氣體壓損突然變大，不可用于實(shí)際工程。結(jié)論：本套反應(yīng)系統(tǒng)的最大處理負(fù)荷為357m3/m2·h，氣體在好氧填料內(nèi)停留時(shí)間最短15s，H2S平均去除率為98.6%。

2.2 噴淋量、循環(huán)液流量的影響研究

因系統(tǒng)平衡，硫氧化塔噴淋量、硫還原塔進(jìn)水量相等。硫氧化塔噴淋量影響氣液傳質(zhì)接觸進(jìn)而影響H2S的吸收效果，硫還原塔進(jìn)水量影響SO42- 的水力停留時(shí)間從而影響厭氧段的還原效果。

根據(jù)噴淋吸收塔理論計(jì)算以及本試驗(yàn)在掛膜與馴化過(guò)程中的經(jīng)驗(yàn)，設(shè)上述3個(gè)噴淋量：1.5、2.5、3.0L/min。廢氣處理量140m3/h時(shí)，可采用2.5L/min噴淋量;廢氣處理量200m3/h，噴淋量2.5L/min仍可滿足脫硫要求;廢氣處理量280m3/h，需要噴淋量3.0L/min;試驗(yàn)后期，嘗試?yán)^續(xù)增加噴淋量（循環(huán)量）至3.5L/min后，對(duì)硫還原塔的厭氧環(huán)境開(kāi)始造成影響。

結(jié)論：廢氣處理量決定其所需的噴淋量，噴淋量過(guò)低則無(wú)法達(dá)到硫化氫吸收傳質(zhì)要求，過(guò)高的循環(huán)量則會(huì)將氧氣帶入硫還原塔從而破壞厭氧。在上述2.1的最大處理負(fù)荷下，適宜的噴淋量為3.0L/min，合230L/m2·h。

2.3 硫元素在系統(tǒng)中的遷移轉(zhuǎn)化

本中試試驗(yàn)單獨(dú)運(yùn)行硫氧化塔15天后加設(shè)已經(jīng)完成掛膜的硫還原塔，監(jiān)測(cè)對(duì)比其循環(huán)液中S2-、SO42-、S單質(zhì)的變化情況。

①在硫氧化塔單獨(dú)運(yùn)行期間，循環(huán)液中的S2- 緩慢增加（噴淋液吸收作用）而后緩慢下降，且SO42- 濃度逐漸上升。表明硫氧化塔中硫氧化菌發(fā)揮主要作用，使得SO42- 不斷累積，按此趨勢(shì)，繼續(xù)運(yùn)行5-8天后必須定期排水;②好氧（硫氧化塔）、厭氧（硫還原塔）裝置串聯(lián)運(yùn)行后，S2- 下降趨勢(shì)較為明顯，且硫還原塔底部發(fā)現(xiàn)淡黃色固態(tài)沉積物，定期檢測(cè)其S單質(zhì)含量，呈明顯上升趨勢(shì)，說(shuō)明硫還原塔中的硫還原微生物發(fā)揮作用;③串聯(lián)運(yùn)行后，對(duì)比兩反應(yīng)裝置S2-、SO42- 的變化情況，因噴淋液的循環(huán)，兩個(gè)裝置內(nèi)循環(huán)液的成分（S單質(zhì)除外）較為接近，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)S元素的動(dòng)態(tài)平衡。

3 結(jié)論

①本套生物組合裝置，好氧、厭氧微生物共同實(shí)現(xiàn)了S元素的遷移轉(zhuǎn)化，H2S經(jīng)硫氧化塔被吸收轉(zhuǎn)化為S2- 而后被氧化為SO42- ，然后S元素隨循環(huán)液經(jīng)硫還原塔被還原為S單質(zhì)。本中試試驗(yàn)未排液，S單質(zhì)的累積大大減少了傳統(tǒng)生物脫硫反應(yīng)產(chǎn)生的SO42- 二次污染，預(yù)計(jì)在工程化應(yīng)用中排液頻率可減少兩倍以上;②噴淋量既影響硫氧化塔的氣液傳質(zhì)及對(duì)硫化氫的吸收效果，同時(shí)影響硫還原塔的水力停留時(shí)間。廢氣處理量決定其所需的噴淋量（循環(huán)量），噴淋量過(guò)低則無(wú)法達(dá)到硫化氫吸收傳質(zhì)要求，過(guò)高的循環(huán)量則會(huì)將氧氣帶入硫還原塔從而破壞厭氧;③本套反應(yīng)裝置最大處理負(fù)荷為357m3/㎡·h，氣體在好氧填料內(nèi)停留時(shí)間最短15s，硫化氫平均去除率達(dá)98.6%，該工況下適宜的噴淋量（循環(huán)量）為3.0L/min，折合230L/㎡·h。

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