以华南地区某印染工业区废水处理厂产生的复合恶臭气体为研究对象, 采用物化与生化相结合的处理方法, 完全能实现达标排放。同时研究了生物滴滤池运行的各种因素, 确定生物滴滤池的最佳运行参数和工艺。运用均数-极差控制图, 对整个试验过程的监测数据进行有效处理, 进而验证生物滴滤池除臭动力学模型, 精确模型中的吸附系数和生物膜填料吸附常数, 并确定其应用范围。

试验采用两套相同规格的生物滴滤池中试装置, 工艺流程如图1所示。其中, 预洗池规格:H=2 200 mm, ∅=400 mm;生物滴滤池规格:H=2 100 mm, ∅=900 mm;喷淋水泵规格:Q=3.5 m3/h, H=450 kPa, N=550 W。

预洗池所用填料为多面空心球, 生物滴滤池所用填料为陶粒、蚝壳、石灰石、碳质生物酶这四种填料组成的复合填料。从废水处理厂预曝气工艺段加罩收集系统中引入一部分废气进预洗池, 预洗池用厂区回用中水加湿后进入生物滴滤池底部并以上流方式经过填料层。臭气通过湿润、多孔和充满活性微生物的填料层, 微生物细胞对污染物进行吸附、吸收和降解。滴滤池顶部设置喷淋头, 通过间歇喷淋培养基为微生物提供营养物质, 流量由自动控制装置调节, 每小时间歇喷淋。在进风管和生物滴滤池不同填料高度处设置气体采样孔, 对装置运行情况进行实时监测。

H2S和NH3的浓度分别采用亚甲基蓝分光光度法和纳氏试剂分光光度法测定, 并用便携式复合气体探测仪进行现场监测;空塔风速采用热敏式风速仪测定;喷淋量用转子流量计测定;压降采用微压仪测定;pH值采用pH计测定;微生物生长分布状况采用扫描电镜进行观察。

在温度为25 ℃、气体流量为91.6 m3/h的条件下, 考察不同填料组合[1]对生物滴滤池脱臭效率的影响。填料层高度为1 m, 1#装置投加蚝壳量为100 kg/m3[2], 填料体积为0.65 m3;2#装置投加陶粒和石灰石, 填料层高度为1 m, 石灰石投加量为100 kg/m3, 填料体积为0.65 m3。试验装置于10月初开始运行, 采用二沉池出水作为喷淋液。

试验结果表明, 启动阶段 (10月1日—18日) 1#装置平均去除率远远大于2#装置, 之后两套装置的去除率逐渐接近, 均在80%左右。由于该废水处理厂的进水水质变化很大, 11月12日—22日时进气浓度波动很大, H2S的浓度在125~569 mg/m3范围内波动, 在此期间, 1#装置的平均去除率由原来的84.30%下降至64.80%, 2#装置对H2S的去除率则由原来的76.74%下降至44.39%。

将2#装置的填料更换为1 m的纯碳质生物酶, 验证碳质生物酶对H2S的去除效果。2#装置经接种培养20 d后, 微生物附着生长情况良好, 图2为碳质生物酶电子显微镜照片。

在第二阶段进气H2S浓度增大, 且浓度波动较大。2#装置运行稳定后, 对H2S的去除率维持在98%以上, 且不随进气浓度的波动而波动, 5月27日进气H2S浓度增大到200 mg/m3, 2#装置仍表现出较高的去除率, 设备对H2S的最大去除负荷为50 g/ (m3·h) ;在相同的条件下, 1#装置的去除效果不稳定, 随进气浓度的变化波动较大。碳质生物酶具有较大且均匀的比表面积和孔隙率, 其吸附性能优越, 易于微生物附着。进气中H2S被生物酶的微孔结构吸附后, 被附着的大量微生物逐步降解, 装置的去除率高且稳定性好。由此可以证明碳质生物酶作为填料的优势性。

生物滴滤池的运行温度一般在20~40 ℃为宜, 35 ℃是生物滴滤池中好氧微生物生长的最佳温度[3]。试验过程中当气温由23 ℃下降至10 ℃时, 在气体流量为153 m3/h、喷淋密度为6.6 kg/ (m2·h) 的条件下, 考察1#装置 (陶粒+蚝壳+碳质生物酶复合填料) 与2#装置 (纯碳质生物酶填料) 对H2S的去除率随气温的变化情况。

由试验可知, 气温降低后, 对硫化氢的去除率急剧下降, 1#装置对硫化氢的去除率由原来的99.28%下降至88.54%, 2#装置对硫化氢的去除率由99.03%下降至86.4%。降温使生物活性降低, 从而影响到生物滴滤池对H2S的去除效果。

在温度为30 ℃、气体流量为153 m3/h、喷淋密度为6.6 kg/ (m2·h) 的条件下, 为微生物的生长提供营养成分 (含K、P、N、Mg等) 。试验中设定2组无机盐添加浓度和1个对照组 (见表1) , 从高浓度到低浓度依次进行试验, 每组试验持续1周时间。

结果表明, 当进气H2S浓度<90 mg/m3时, 高浓度组 (含量1) 与低浓度组 (含量2) 对H2S的去除率差别不大, 均较高, 而未添加任何营养物质时的去除率波动较大。随着进气浓度的增加, 去除率均有所下降, 且添加无机盐对H2S的去除效果比不添加任何营养物质时的好。

根据吸附-生物膜动力学模型[4]来研究生物法处理低浓度H2S的动力学过程, 可求得该研究中生物膜填料的H2S吸附常数以及H2S在生物膜表面的吸附系数。在温度为30 ℃、喷淋密度为13.2 kg/ (m2·h) 条件下, 试验采用的进气流量为226.2 m3/h, 以进气H2S浓度的倒数为横坐标、进出气H2S浓度差的倒数为纵坐标作曲线, 对于不同进气浓度的H2S运用吸附-生物膜模型将计算值与实测值进行对比。结果表明, 模拟计算值与实测值之间具有较好的相关性 (R2=0.980 7) , 吸附-生物膜动力学模型对生物法处理低浓度H2S具有指导意义。当进气H2S浓度持续增大时 (>90 mg/m3) , 实测值与模拟计算值偏差较大, 分析认为当进气H2S浓度超过一定阈值时, 填料对H2S的吸附速率远大于微生物对H2S的降解速率, H2S先经填料吸附后再逐步被附着在填料上的微生物所降解, 但该结论还有待进一步论证。

① 针对印染废水处理厂的典型废气开展了生物滴滤池净化工艺和技术的研究, 详细分析了不同填料、温度、营养液等工艺条件对生物滴滤池处理性能的影响, 确定了合适的生物滴滤池运行工艺及参数。设备对H2S的最大去除负荷为50 g/ (m3·h) , 当进气浓度<200 mg/m3时, 生物滴滤池对H2S的去除率稳定在95%以上。

② 常规填料较难使高浓度臭气处理达标, 碳质生物酶加上适当营养调节可使臭气稳定达标排放。

③ 经论证, 吸附-生物膜理论的动力学模型可用于描述生物滴滤池对低浓度H2S的生物净化处理过程。