化纖粘膠纖維行業(yè)低濃度CS2、H2S廢氣治理應(yīng)用研究
——以唐山某污水廠曝氣生物處理裝置項(xiàng)目為例

上海實(shí)力機(jī)電設(shè)備成套有限公司 胡文斌

粘皎纖維企業(yè)在生產(chǎn)過(guò)程中會(huì)排放大量和低濃度的H2S和CS2廢氣，達(dá)不到排放要求，嚴(yán)重污染環(huán)境。傳統(tǒng)的處理方法是采用冷凝吸收、活性炭吸附、催化氧化等工藝，存在投資高、運(yùn)行費(fèi)用高、產(chǎn)生二次污染等問(wèn)題。

本文以“唐山某企業(yè)粘膠短纖維技術(shù)改造項(xiàng)目污水廠曝氣生物處理裝置項(xiàng)目”低濃度CS2、H2S廢氣所采取的治理方案為例進(jìn)行討論和分析，對(duì)項(xiàng)目廢氣治理結(jié)果進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)，同時(shí)探討如何進(jìn)一步提高處理效率的可行性的研究方向。

一、粘皎纖維行業(yè)廢氣的特性概述

粘膠纖維生產(chǎn)企業(yè)車間及污水區(qū)的主要廢氣為：二硫化碳（CS2）、硫化氫（H2S）。

二硫化碳是無(wú)色澄明液體，化學(xué)式為CS2，常被用作有機(jī)溶劑。在水中的溶解度小于0.005%。相對(duì)密度比水大。閃點(diǎn)低，易燃，蒸氣與空氣能形成爆炸性混合物。

硫化氫是一種無(wú)機(jī)化合物，化學(xué)式為H2S。正常情況下是一種無(wú)色、易燃的酸性氣體，濃度低時(shí)帶臭蛋味，可以麻痹嗅覺(jué)神經(jīng)，有劇毒。硫化氫的水溶液是一種弱酸。

二硫化碳是粘膠纖維企業(yè)的一種生產(chǎn)原料，廢氣治理時(shí)也會(huì)根據(jù)濃度不同采取不同的治理方案。對(duì)于生產(chǎn)車間產(chǎn)生的高濃度（2000ppm以上）廢氣，業(yè)主方己采用了冷凝法處理，原料回收利用。該項(xiàng)目是針對(duì)以含CS2和H2S為主的冷凝處理后的低濃度（600ppm以下）廢氣及污水廠曝氣廢氣進(jìn)行治理。

二、污水廠曝氣生物處理裝置項(xiàng)目工藝條件

（1）污水廠曝氣廢氣組成：

風(fēng)量風(fēng)溫：120000m3/h，溫度：40℃以下。

廢氣組成：硫化氫濃度300ppm、二硫化碳濃度600ppm、達(dá)到濕飽和的空氣。

（2）生物脫硫效率：要求硫化氫去除率不低于97%，二硫化碳去除率不低于95%，停留時(shí)間不小于100s,雙層填料，排水PH≤1.5。

（3）本次招標(biāo)技術(shù)要求只能使用生物脫硫工藝不能使用其他化學(xué)與物理方法。裝置不能添加氫氧化鈉等堿性溶液及其他含堿性鹽溶液、經(jīng)過(guò)生物處理后的氣相不生成新的污染物。

三、項(xiàng)目處理工藝的難點(diǎn)與解決措施

（一）項(xiàng)目難點(diǎn)

本項(xiàng)目是針對(duì)化纖粘膠纖維行業(yè)經(jīng)處理后的含H2S、CS2低濃度廢氣，是真正意義上的化纖粘膠纖維行業(yè)廢氣的國(guó)內(nèi)首例工程項(xiàng)目，之前國(guó)內(nèi)無(wú)案例可查。網(wǎng)絡(luò)上能查到的僅有瑞士某公司、奧地某公司和意大利某公司曾試驗(yàn)用收生物法處理CS2、H2S廢氣的點(diǎn)滴信息。意大利某公司推薦的一套處理氣量90000m3/h的設(shè)備，廢氣進(jìn)口濃度H2S：65mg/m3，CS2：453mg/m3，初期運(yùn)行尾氣排放濃度 H2S：10mg/m3，CS2：50mg/m3，處理效率達(dá)到90%以上。但這套裝置在國(guó)內(nèi)安裝后很快就廢棄，并未真正投入長(zhǎng)期運(yùn)行中。

項(xiàng)目難點(diǎn)：(1)H2S、CS2廢氣濃度相對(duì)較高；（2）無(wú)成功案例可參考；（3）項(xiàng)目投資大，風(fēng)險(xiǎn)高。所以項(xiàng)目參與各方都非常重視，多次進(jìn)行各方技術(shù)研討，確保風(fēng)險(xiǎn)值降到最低。

（二）項(xiàng)目難點(diǎn)的解決措施

針對(duì)項(xiàng)目的難點(diǎn)，筆者在設(shè)計(jì)時(shí)采取了如下解決措施：

1.理論上廣泛查閱資料，確保所選工藝的可行性、合理性

為確保項(xiàng)目能成功實(shí)施，我們先查找了國(guó)內(nèi)科研院所關(guān)于此類廢氣處理的相關(guān)理論文獻(xiàn)及國(guó)際上僅有一個(gè)試驗(yàn)性的案例的相關(guān)資料，在此基礎(chǔ)上和合作高校的相關(guān)專家進(jìn)行進(jìn)一步探討，選取最佳處理工藝、設(shè)計(jì)參數(shù)和設(shè)備材料。

2.用小試設(shè)備來(lái)驗(yàn)證設(shè)備的設(shè)計(jì)參數(shù)、填料、菌種，確保設(shè)備滿足項(xiàng)目需求

在獲取理論基礎(chǔ)之上，我們承擔(dān)前期研發(fā)費(fèi)用，設(shè)計(jì)一套小試驗(yàn)設(shè)備。廠內(nèi)完成生產(chǎn)制造后將小試設(shè)備投放客戶使用現(xiàn)場(chǎng)，接入同工況的氣體進(jìn)行實(shí)況運(yùn)行驗(yàn)證，總共進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)一年的試驗(yàn)處理。在試驗(yàn)過(guò)程中，我們不斷對(duì)設(shè)備初始設(shè)計(jì)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，并詳細(xì)記錄了這一年中不同參數(shù)下的工藝詳細(xì)數(shù)據(jù)及處理效率數(shù)據(jù)，最終再選取了效果最佳的運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行再次的運(yùn)行驗(yàn)證。雖然驗(yàn)證過(guò)程相對(duì)時(shí)間較長(zhǎng)，但為我們獲得了處理該行業(yè)廢氣的設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)、生物菌種的選擇和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等寶貴財(cái)富。在小試設(shè)備取得成功后，才開(kāi)始合同項(xiàng)目的實(shí)施，合同共涉及的四個(gè)項(xiàng)目，先后依次逐步施及運(yùn)行，項(xiàng)目最終取得的結(jié)果雙方都基本滿意。

小試項(xiàng)目情況如下：

（1）項(xiàng)目小試時(shí)廢氣源情 況：H2S、CS2的 濃 度 小 于500ppm；廢氣量1000m3/h；

（2)小試設(shè)備選用處理工藝：立式生物塔；

（3）小試設(shè)備參數(shù)：

a.生 物 塔 規(guī) 格：∮1400*H8200mm；

b.填料高度：2m×2層；

c.氣體在填料層停留時(shí)間：t=22.2秒；

d.材質(zhì)：設(shè)備本體材質(zhì)FRP；填料：聚氨酯泡沫（PUF）和聚丙烯支撐架作為填料；

（4）小試設(shè)備運(yùn)行期間進(jìn)出口廢氣濃度檢測(cè)記錄表（見(jiàn)表1）：

表1 運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄表

續(xù)表1

根據(jù)檢知管做的小試設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)檢測(cè)記錄表，我們初步統(tǒng)計(jì)5.31-6.27日期間（入口濃度相對(duì)較高）小試設(shè)備對(duì)H2S的處理效率平均為90.14%，CS2的處理效率為84.89%。

3.盡可能降低系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用

利用生物菌種處理含硫化物的廢氣，發(fā)揮關(guān)鍵作用的是氧化硫桿菌、排硫桿菌等生物菌群。微生物分解含硫廢氣時(shí)，發(fā)生如下主要反應(yīng)：

硫化氫：H2S+2O2→H2SO4

二硫化碳：

CS2+4O2+2H2O→2H2SO4+CO2

含硫物質(zhì)經(jīng)生物降解后生成物主要為二氧化碳 、水、硫酸、硫酸鹽等，因本項(xiàng)目氣量大因而生成的酸量相對(duì)較多，若是采用酸堿中和處理或交給污水廠來(lái)處理，每年使用的藥劑也是一筆較大費(fèi)用。所以我們和業(yè)主方技術(shù)人員多次溝通，確定選用生產(chǎn)車間的高溫堿水經(jīng)加水稀釋降溫后來(lái)作為噴淋液，對(duì)微生物反應(yīng)生成的積酸進(jìn)行中和沖洗處理。中和后的噴淋液再通過(guò)管路回送車間作為生產(chǎn)用水，綜合利用了車間的生產(chǎn)廢水，這樣既滿足車間生產(chǎn)用水的需求又達(dá)到除臭設(shè)備用水的需求，循環(huán)利用，大大降低了系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，減少不必要的能源浪費(fèi)。

表2 8.8-8.10設(shè)備運(yùn)行檢測(cè)數(shù)據(jù)表

四、廢氣處理工藝流程概述

本項(xiàng)廢氣為污水廠曝氣所產(chǎn)生的廢氣，為含飽和水汽的廢氣。

處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用離心風(fēng)機(jī)進(jìn)行抽風(fēng)，廢氣己經(jīng)洗滌塔進(jìn)行過(guò)預(yù)洗處理，在洗滌塔內(nèi)對(duì)酸性和水溶性廢氣成分的洗滌吸收和噴淋加濕處理。其余的惡臭氣體進(jìn)入生物濾床，通過(guò)過(guò)濾層時(shí)，污染物被水汽包裹，完成了從氣相到生物膜表面的轉(zhuǎn)移：

（1）廢氣在噴淋作用下與生物填料上水膜接觸并溶解。

（2）進(jìn)入生物膜的廢氣被生物填料中的微生物的吸收和分解，達(dá)到清除的目的。

（3）微生物把吸收的含S、C、O、P、N的物質(zhì)作為生物體的必要元素，用于自身的代謝和繁殖的能量來(lái)源。

每套系統(tǒng)配置了一臺(tái)應(yīng)急檢修排風(fēng)風(fēng)機(jī)，用作設(shè)備檢修時(shí)應(yīng)急排風(fēng)，排去設(shè)備空間內(nèi)殘留的含有H2S、CS2氣體的。

五、除臭設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)

本文以本項(xiàng)目中12萬(wàn)的一個(gè)系統(tǒng)為例，CWPD-60000型生物濾床除臭設(shè)備：

生物濾床微生物降解：以分解吸收硫化氫和CS2廢氣為主。

有 效 容 積：L×W×H：45m×12.5m×11.6m。 平 均 流 速：0.03m/s。

接觸時(shí)間：102.237s106.667＞100s。散水頻率：2-24次/天。延續(xù)時(shí)間：5-15min。

壓損：150-200mmAQ。數(shù)量：2套。

生物填料：

CWPD生物除臭系統(tǒng)使用國(guó)外引進(jìn)技術(shù)與國(guó)內(nèi)著名高校一起合作開(kāi)發(fā)的生物填料-聚氨酯泡沫（PUF）和聚丙烯支撐架作為填料，兩者按一定比例混合后，加入生物塔體中。兩者的結(jié)合不僅可以為整個(gè)生物系統(tǒng)的完美運(yùn)行提供支持，而且可以使得空氣通過(guò)填料床的壓降減少。

微生物的接種僅需使用占用優(yōu)勢(shì)菌種和部分污水處理廠的活性污泥即可。微生物附著在PUF填料上，吸收氣體中的惡臭成分作為營(yíng)養(yǎng)源。如果含有硫化氫，則系統(tǒng)的pH會(huì)下降，此時(shí)能適應(yīng)這種環(huán)境的微生物將大量繁殖。這就意味著隨著微生物富集程度的提高，該系統(tǒng)的去除率就能達(dá)到不低于90%。

本項(xiàng)目在生物除臭設(shè)備中選用的特殊生物填料，保濕性好、比表面積大、空隙率高、壓損小、便于微生物掛膜、材質(zhì)穩(wěn)定、抗酸、抗堿、耐老化，使用壽命達(dá)8-10年，長(zhǎng)期不需更換，生物降解時(shí)間長(zhǎng)，安裝方便等優(yōu)點(diǎn)。

六、本項(xiàng)目設(shè)備運(yùn)行去除率檢測(cè)報(bào)告結(jié)果

本項(xiàng)目整體順利實(shí)施，可以說(shuō)是其意義深遠(yuǎn)。既獲取得了關(guān)于處理理化纖粘膠纖維行業(yè)CS2、H2S低濃度廢氣設(shè)備設(shè)計(jì)參數(shù)、系統(tǒng)運(yùn)行的一線實(shí)際數(shù)據(jù)，又可以說(shuō)是為國(guó)內(nèi)化纖粘膠纖維行業(yè)類似低濃度廢氣處理的工藝選擇找到了正確的方向，也為國(guó)內(nèi)化纖站膠纖維行業(yè)相關(guān)生產(chǎn)商提供參考和考察的依據(jù)，意義重大。同時(shí)作為項(xiàng)目的參與方，筆者和業(yè)主方一起向國(guó)家專利局申請(qǐng)了專利。

七、結(jié)論

綜上所述，由于生物濾床除臭設(shè)備的生化降解過(guò)程，會(huì)受到多重因素的影響，所以要實(shí)際應(yīng)用到不同工況的項(xiàng)目，就又會(huì)有許多問(wèn)題需要商討和解決。今后的我們可以在以下幾方面進(jìn)行深入探討：（1）對(duì)于低濃度的、復(fù)雜的混合型惡臭氣體的生物填料的選擇；（2）適用于硫化物降解的高效細(xì)菌種類和接種方法；（3）噴淋時(shí)間與菌群活性、處理效率的最佳數(shù)據(jù)；（4）更新型、更高效生物處理設(shè)備的開(kāi)發(fā)。