生物除臭技術(shù)在造紙廢水工程中的應(yīng)用

摘 要：采用炭質(zhì)生物媒作為填料的生物除臭技術(shù)，對東莞某造紙廢水處理過程中散發(fā)的臭氣進(jìn)行治理。中試結(jié)果表明，當(dāng)系統(tǒng)采用循環(huán)噴淋前提下，臭氣停留時(shí)間低于25S，進(jìn)口硫化氫濃度低于500ppm時(shí)，系統(tǒng)對硫化氫的去除率可穩(wěn)定在99.5%以上，當(dāng)進(jìn)口硫化氫濃度在500ppm以上時(shí)，系統(tǒng)對硫化氫的去除率開始下降，當(dāng)進(jìn)口濃度達(dá)到1000ppm時(shí)，系統(tǒng)的去除率為92%。

關(guān)鍵詞：生物除臭；硫化氫；惡臭氣體

隨著近年來環(huán)保力度的加強(qiáng)，以及人居環(huán)境要求的不斷提高，市政污水廠以及國內(nèi)相關(guān)工業(yè)企業(yè)近年來著力進(jìn)行了老舊污水廠、污水站的改擴(kuò)建或者新建工程，以應(yīng)對國家規(guī)定的越來越嚴(yán)厲的污染物排放要求。但在污水污泥處理過程中經(jīng)常會散發(fā)出惡臭氣體，發(fā)臭物質(zhì)包括還原性硫化物、氨、苯、甲苯和氯化物等[1]，對一些暴露在外的機(jī)械設(shè)備造成極大的腐蝕，縮短其使用壽命，同時(shí)對廠區(qū)內(nèi)工作人員的人身健康也造成極大的威脅，另外臭氣散逸到廠區(qū)外部的大氣環(huán)境中嚴(yán)重干擾了周圍居民的日常生活。

于是，利用相關(guān)技術(shù)和設(shè)備去除這些惡臭氣體并達(dá)到國家規(guī)定的相關(guān)氣體排放標(biāo)準(zhǔn)變得尤為重要。

1 生物除臭技術(shù)介紹

常見的臭氣處理方法有水洗法、化學(xué)洗滌法、活性炭吸附法（包括催化型活性炭法）、臭氧氧化法、燃燒法、高能離子除臭法、純天然植物提取液噴灑法和生物除臭法等。

其中，生物法是處理惡臭氣體的有效方法之一[2]，就目前國內(nèi)除臭行業(yè)來說，生物除臭法應(yīng)該是應(yīng)用最為廣泛的、技術(shù)也是相對最為成熟的技術(shù)工藝。具有處理效率高、設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、適用范圍廣、運(yùn)行費(fèi)用低、無二次污染等特點(diǎn)。生物法包括生物過濾、生物滴濾和生物洗滌技術(shù)等[3，4]。

Yin等[5]采用泥炭作為生物濾池的填料，對硫化氫的去除進(jìn)行了研究，結(jié)果表明，在進(jìn)氣濃度為1.51～9.57g/（m3h），停留時(shí)間30秒的工況下，去除率可達(dá)到99%以上。

本文介紹了以炭質(zhì)生物媒為填料的生物除臭工藝為主的除臭技術(shù)在造紙廢水處理上的工程應(yīng)用。

2 生物除技術(shù)在造紙廢水上的工程應(yīng)用

2.1 工程概況

東莞某紙業(yè)集團(tuán)有限公司為了改善該公司各廠區(qū)內(nèi)的大氣環(huán)境，擬在其中一個分廠的污水處理站內(nèi)設(shè)一套生物除臭中試設(shè)備，以達(dá)到凈化廠區(qū)環(huán)境的目標(biāo)。由于該廠污水處理過程中的臭氣成分濃度值很高，對設(shè)備的腐蝕性很大，該廠現(xiàn)有的幾套化學(xué)除臭設(shè)備（堿洗塔）因硫化氫濃度值太高導(dǎo)致設(shè)備的腐蝕性嚴(yán)重，現(xiàn)已暫停使用。由于生物除臭工藝運(yùn)行操作簡單、運(yùn)行成本低、處理效果好等特點(diǎn)，公司考慮利用生物除臭工藝對臭氣濃度較高的區(qū)域進(jìn)行臭氣的收集與集中處理，為了確保生物除臭工藝對該廠高濃度臭氣的處理效果，同時(shí)也為得到更為可靠的工程設(shè)計(jì)參數(shù)，故經(jīng)協(xié)商進(jìn)行現(xiàn)場中試試驗(yàn)。

通過協(xié)商，該中試試驗(yàn)主要針對該污水站內(nèi)IC厭氧反應(yīng)罐、污泥罐以及配水井內(nèi)臭氣進(jìn)行收集，通過風(fēng)機(jī)送至生物除臭塔進(jìn)行處理凈化后最終排放至大氣。

中試規(guī)模設(shè)計(jì)最大除臭風(fēng)量：11000m3/h。

一般污水處理廠的臭氣成分分為三類：含硫化合物，如H2S、硫醇、硫醚類；含氮化合物，如氨、胺類、酰胺、吲哚等；含氧有機(jī)物，如醇、酚、醛、酮、有機(jī)酸等。其中H2S、NH3是臭味的主要組成成分[6]。經(jīng)現(xiàn)場勘查，該污水站內(nèi)H2S濃度很高，是主要的致臭成分，因此，本工程主要針對硫化氫進(jìn)行除臭中試。

中試裝置進(jìn)口的H2S濃度設(shè)計(jì)值見表1。

表1 進(jìn)口H2S濃度

2.2 處理裝置

除臭中試采用的是生物除臭系統(tǒng)工藝，該系統(tǒng)主要由臭氣收集系統(tǒng)、除臭風(fēng)機(jī)、生物除臭塔、噴淋散水供給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等構(gòu)成。

生物除臭塔體主要由有機(jī)玻璃鋼材質(zhì)制作而成，塔內(nèi)分三部分，頂部為散水區(qū)，中部為填料層，底部為布?xì)鈱印３羲?nèi)的微生物接種直接采用該污水處理站內(nèi)的活性污泥馴化而成。運(yùn)行時(shí)采用氣液逆向流動原理。臭氣由底部進(jìn)入到除臭塔，經(jīng)過填料層時(shí)，吸附在炭質(zhì)生物媒填料上，與附著在填料表面的微生物接觸發(fā)生生物降解反應(yīng)從而得到凈化，凈化后的氣體由塔頂?shù)呐艢饪谥苯优欧诺酱髿狻Ｓ捎谥性嚨膰娏苡盟捎梦鬯畯S的中水，所以不需另外添加營養(yǎng)液。

2.3 分析方法

風(fēng)速測試儀、氣體檢知管，Gastec公司；pH 3310，WTW公司。

2.4 工藝流程

此次除臭中試處理的臭氣主要成分是硫化氫氣體，中試的氣源分別取自厭氧罐、污泥罐和配水井內(nèi)臭氣，臭氣濃度值很高，現(xiàn)場調(diào)查和取樣分析得知厭氧罐頂部、污泥罐硫化氫濃度值在1500-3000ppm范圍內(nèi)，而配水井內(nèi)硫化氫濃度值在2500-5000ppm范圍內(nèi)，高時(shí)達(dá)到10000ppm以上。如此高濃度的硫化氫臭氣處理對于生物法工藝來說是個難點(diǎn)，為防止高濃度的臭氣負(fù)荷給系統(tǒng)帶來的沖擊，中試通過加入一部分干凈的空氣來稀釋，借鑒污水生物處理調(diào)試的模式，逐步降低加入干凈空氣的比例直至不用稀釋臭氣濃度即能達(dá)到預(yù)期的處理效果。

除臭中試試驗(yàn)采用的是生物除臭系統(tǒng)工藝，該系統(tǒng)主要由臭氣收集系統(tǒng)、除臭風(fēng)機(jī)、生物除臭塔、噴淋散水供給系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等構(gòu)成。項(xiàng)目中試流程如示意圖，圖1。

圖1 除臭系統(tǒng)工藝流程圖

3 運(yùn)行結(jié)果與討論

此次試驗(yàn)主要通過對系統(tǒng)進(jìn)出口硫化氫濃度值、系統(tǒng)處理總風(fēng)量、系統(tǒng)排水pH值來分析系統(tǒng)處理效果。

由于系統(tǒng)進(jìn)口的硫化氫濃度受到污水廠厭氧處理工藝水量水質(zhì)的影響，變化幅度較大，因此在處理風(fēng)量一定條件下，其他運(yùn)行條件不變，將測得的數(shù)據(jù)按硫化氫進(jìn)口濃度劃分范圍進(jìn)行對比分析，分析比較進(jìn)口硫化氫濃度在不同范圍內(nèi)的處理效率。

3.1 進(jìn)口硫化氫濃度≤250ppm時(shí)，如表2。

表2 除臭效果隨進(jìn)口硫化氫濃度的變化情況

以上數(shù)據(jù)是在不同時(shí)間點(diǎn)采樣測得的，從數(shù)據(jù)上看，當(dāng)硫化氫濃度低于250ppm時(shí)，出口并未檢測出硫化氫其他（檢知管量程最小為0.1ppm）。在此工況下，可保證硫化氫的去除率大于99.5%。同時(shí)系統(tǒng)排水的pH基本穩(wěn)定在1.8左右。

3.2 進(jìn)口硫化氫濃度≥240ppm且≤500ppm時(shí)，如表3。

表3 除臭效果隨進(jìn)口硫化氫濃度的變化情況

從表3可以看出，當(dāng)進(jìn)口硫化氫濃度在240-500ppm范圍內(nèi)時(shí)，出口硫化氫的濃度穩(wěn)定在15ppm以內(nèi)。生物除臭系統(tǒng)對硫化氫的去除率為96%-97.8%，去除率相對穩(wěn)定，變化幅度不大，這也說明生物除臭系統(tǒng)具有一定的抗沖擊負(fù)荷能力。這期間系統(tǒng)排水的pH值基本還維持在1.87-1.99以內(nèi)，說明系統(tǒng)內(nèi)的微生物已基本維持在一定的生長量上，微生物的生長代謝能力維持在相對平衡的狀態(tài)。

3.3 進(jìn)口硫化氫濃度>500ppm且≤750ppm時(shí)，如表4。

表4 除臭效果隨進(jìn)口硫化氫濃度的變化情況

從表4可以看出，當(dāng)進(jìn)口硫化氫濃度在500-750ppm范圍內(nèi)變化時(shí)，出口硫化氫的濃度穩(wěn)定在31ppm以內(nèi)，生物除臭系統(tǒng)對硫化氫的去除率95.7%-97.4%，排水的pH值在1.88-2.01以內(nèi)。與之前的數(shù)據(jù)相比較，發(fā)現(xiàn)在其他條件不變的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)出口的硫化氫濃度隨著進(jìn)口硫化氫濃度的增加而有所上升，但是系統(tǒng)對硫化氫臭氣的處理效率變化不大，說明系統(tǒng)的微生物的負(fù)荷量在目前的工藝條件下基本達(dá)到飽和，因此在該工況下，若繼續(xù)增加進(jìn)口硫化氫的濃度，系統(tǒng)對硫化氫的處理效率變化不大，甚至當(dāng)硫化氫負(fù)荷達(dá)到一定值時(shí)反而會降低處理效率。

3.4 系統(tǒng)改進(jìn)后運(yùn)行結(jié)果分析

為了進(jìn)一步提高系統(tǒng)對硫化氫的處理效率，結(jié)合類似項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，中試過程中將原來的間歇噴淋系統(tǒng)改造為循環(huán)噴淋系統(tǒng)。

循環(huán)水噴淋系統(tǒng)工藝主要是將系統(tǒng)的噴淋水進(jìn)行循環(huán)使用，同時(shí)定期排水更新用水，通過循環(huán)噴淋一方面達(dá)到水洗的效果，同時(shí)更重要的是可以維持住系統(tǒng)內(nèi)的微生物量，減少微生物量隨著系統(tǒng)的排水而流失。

系統(tǒng)改造后，又進(jìn)行了相關(guān)數(shù)據(jù)的測試和采集，除臭中試系統(tǒng)改造后的處理效果見圖2。

工藝條件：（1）處理風(fēng)量：9000-11000m3/h；（2）臭氣停留時(shí)間：20-25S；（3）循環(huán)噴淋系統(tǒng)散水，循環(huán)水量22m3/h，循環(huán)水pH=1.1-1.5。

從圖2可知，在系統(tǒng)臭氣停留時(shí)間20S，進(jìn)口硫化氫濃度低于500ppm時(shí)，此時(shí)系統(tǒng)對硫化氫的去除率可穩(wěn)定在99.5%以上，當(dāng)進(jìn)口硫化氫濃度在500ppm以上時(shí)，系統(tǒng)對硫化氫的去除率開始下降，當(dāng)進(jìn)口濃度達(dá)到1000ppm時(shí)，系統(tǒng)的去除率為92%，并且隨著進(jìn)口硫化氫濃度的繼續(xù)增大，去除率還有進(jìn)一步下降的趨勢。從生物媒的硫磺負(fù)荷變化曲線來看，隨著系統(tǒng)處理硫化氫量的增加，生物媒的硫磺負(fù)荷呈正比例增加，當(dāng)處理進(jìn)口硫化氫濃度達(dá)到1000ppm時(shí)，系統(tǒng)生物媒的硫磺負(fù)荷達(dá)到201g/hr.m3。

4 結(jié)束語

4.1 在中試期間，系統(tǒng)的進(jìn)口硫化氫濃度變化幅度較大，但通過相關(guān)數(shù)據(jù)的檢測，生物除臭系統(tǒng)對硫化氫氣體的去除效果相對穩(wěn)定，由于炭質(zhì)載體優(yōu)良的吸附性能，可起到調(diào)節(jié)水相濃度的緩沖作用，提高了系統(tǒng)適應(yīng)負(fù)荷波動的能力，也驗(yàn)證了生物除臭系統(tǒng)抗負(fù)荷波動能力強(qiáng)的特點(diǎn)。

4.2 對于高濃度硫化氫臭氣的處理，當(dāng)散水采用常規(guī)的間歇噴淋方式時(shí)，系統(tǒng)對硫化氫的去除效率不高，處理效果不是很好，系統(tǒng)改造后即散水采用循環(huán)噴淋時(shí)，系統(tǒng)去硫化氫臭氣的去除效率大幅提高，處理效果明顯改善。

4.3 系統(tǒng)采用循環(huán)噴淋前提下，臭氣停留時(shí)間25S以下時(shí)，進(jìn)口硫化氫濃度低于500ppm時(shí)，系統(tǒng)對硫化氫的去除率可穩(wěn)定在99.5%以上，當(dāng)進(jìn)口硫化氫濃度在500ppm以上時(shí)，系統(tǒng)對硫化氫的去除率開始下降，當(dāng)進(jìn)口濃度達(dá)到1000ppm時(shí)，系統(tǒng)的去除率為92%，并且隨著進(jìn)口硫化氫濃度的繼續(xù)增大，去除率還有進(jìn)一步下降的趨勢。

4.4 從中試試驗(yàn)結(jié)果來看，對于高濃度硫化氫臭氣的處理不能等同于一般的市政污水廠生物除臭設(shè)計(jì)，由于臭氣濃度高，微生物的負(fù)荷大，因此需要足夠長的停留時(shí)間，因此在設(shè)計(jì)上生物除臭塔的尺寸需要進(jìn)一步的放大，停留時(shí)間比正常的市政污水廠設(shè)計(jì)大至4倍以上。

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作者簡介：楊國平（1984-），男，工程師，碩士研究生學(xué)歷，主要從事臭氣的治理與研究。