填料湿度、pH值对BF系统处理H2 S废气的影响

1　材料与方法(Materials and methods)

1. 1　实验装置
实验装置如图1 所示. BF 系统为一直径800mm、高1500 mm的有机玻璃塔,填充以碎秸秆、木屑、营养土(由泥炭和缓释氮磷钾组成)构成的有机生物填料(秸秆∶木屑∶营养土质量比为0. 2∶1.0∶0.8). 填料层高500 mm,有机质质量比为35%,填料孔径0. 6
～1. 2μm,空隙率50%,持水能力(水分与填料的质量比)为2. 44∶1,密度0. 28 g·cm- 3. 从钢瓶出来的H2S气体经稳压和转子流量计计量,恒流进入气流缓冲罐,与鼓风机主气流按比例混合,获得实验需要的H2S模拟废气. 模拟H2 S废气先通过一个湿度、温度调
节系统,进行气流温度、湿度调节,再从生物过滤池底部进入,经多孔生物填料床后,废气中H2 S得到氧化分解,净化后的废气从排气口排出. 填料层按实验要求事先布置了湿度、温度测定探头,数据由多通道数据采集器实时采集处理.


图1　实验装置
Fig. 1　Schematic diagram of experimental set2up
系统启动时, H2 S氧化菌悬浊液(质量分数约
10% )由喷淋系统自上而下呈雾状喷洒在填料层,与饱和湿度的模拟H2 S废气逆向接触. S2 - 主要作为微生物的电子供体,并在氧化过程中不断向微生物供应能量(一分子H2 S氧化为SO2 -4 时,将释放出798. 2kJ的能量). 启动期,废气气速142. 8 m·h- 1、
温度( 22. 0 ±0. 5 ) ℃, H2 S浓度从( 1510 ±2. 0 )mg·m- 3逐渐增至( 12810 ±2. 5) mg·m- 3 ,菌悬液采用间隙性喷淋(3 d一个周期,每次时间以填料层底部透水为准) ,保持填料层湿度55%以上,当H2 S去除率维持在85%以上时,显示系统处于稳定.
1. 2　测试项目及方法
填料层湿度测定:本实验采用AZ2DT多孔介质湿分/温度测定仪(由香港澳作生态仪器有限公司按照用户要求提供). 该仪器是依据原理进行工作的,经2个月时间的重复标定,在湿度0～100%、温度0～70℃范围内,精度分别可以达到±1%、±0.2℃,湿分探针间距10 mm,温度探头直径5 mm,数据采集采用DL2e15 /30模拟通道数据采集器.BF系统填料层湿度分布存在很大的不均匀性(Mysliwiee, 2000) ,为方便实验结果表述,本论文提 出“平均湿度”概念,指不同位置填料湿度的平均 值,文中湿度不特别说明时均为“平均湿度”. 填料层pH 测定:采用P53 型pH /ORP 分析仪 (美国HACH 公司)对生物填料层液相环境pH 值变 化进行连续测定,测量精度0. 1%. H2 S浓度分析:废气中H2 S浓度用碘量法(H2 S 浓度> 10 mg·m -3时)或亚甲基蓝分光光度法(H2 S 浓度< 10 mg·m -3时)测定.

2　结果(Results)
2. 1　填料湿度对H2 S去除效率的影响填料层湿度对H2 S 去除效率的影响如图2所示.


图2　填料湿度和H2 S去除效率随时间的变化
Fig. 2　Effect ofmoisture content on removal efficiency of H2 S
由图2可知,填料层湿度随运行时间逐渐下降,H2 S去除率则经历一稳定期后开始下降. 图3为填料湿度对生物相对活性和H2 S去除效率的影响,填料层湿度46% ～57%范围内, H2 S去除率稳定在87. 0%～88. 5%;当填料湿度小于45%时,废气中H2 S去除率开始随填料湿度变化呈明显下降. 相应地,以H2 S氧化速率表示的生物相对活性随填料层湿度下降而降低.


图3　填料湿度对生物相对活性和H2 S去除效率的影响
Fig. 3　Effect ofmoisture content on biological relative activity and
H2 S removed efficiency
2. 2　气流特性对填料层湿度变化的影响图4a 表示在气流相对湿度Rh 为( 80. 0 ±015) %、温度为(22. 0 ±0. 5) ℃、废气中H2 S浓度为(12810 ±2. 5)mg·m- 3时,不同气速下填料层湿度随时间的变化. 由图可见,填料层湿度降低速率随气速增大而增大,当气速为71. 6、142. 8、286. 6 m·h- 1时,填料层湿度降至42%所需要的时间分别为12、6和4 d,对应的最大干燥速率Rm 分别为2. 66、3. 85和6179 h- 1.
图4 废气流速、相对湿度、温度对填料层湿度的影响( a. 废气流速, b. 相对湿度, c. 温度)
Fig. 4 Effect of inlet gas velocity, relative humidity andtemperature on moisture content of packing ( a. gas
velocity, b. relative humidity, c. temperature)图4b表示在气速Vg 71. 6 m·h- 1、温度(22. 0 ±0. 5) ℃、废气中H2 S浓度( 12810 ±2. 5) mg·m- 3的条件下,气流相对湿度对填料层湿度变化的影响规律. 由图可知,填料层湿度降低速率随气流相对湿
度增大而减缓,当相对湿度为80%、90%、100%时,12 d运行期内填料层湿度降低速率分别为54. 0%、


图4 废气流速、相对湿度、温度对填料层湿度的影响( a. 废气流速, b. 相对湿度, c. 温度)
Fig. 4 Effect of inlet gas velocity, relative humidity andtemperature on moisture content of packing ( a. gas
velocity, b. relative humidity, c. temperature)34. 7%、14. 6% ,对应的最大干燥速率Rm 分别为3185、2. 58、1. 02 h- 1.
图4c表示在气流相对湿度Rh (80. 0 ±0. 5) %、气速Vg 71. 6 m·h- 1、废气中H2 S浓度( 12810 ±215)mg·m- 3的条件下,温度对填料层湿度变化速率的影响规律. 由图可知,填料层湿度降低速率随温度升高而略有增大,当气流温度为22、28、35℃时,
测得填料层温度对应值为28、32和36℃, 12d运行期内填料层湿度降低速率分别为54. 0%、5715%和64. 4% ,对应的最大干燥速率Rm分别为3185、4. 12和4. 69 h- 1.
2. 3　填料层pH对去除效率的影响
填料层pH对去除效率的影响如图5所示.


图5 pH值对H2 S去除效率的影响
Fig. 5　Effect of pH on H2 S removal efficiency
由图5可知,填料层pH随运行时间不断下降,第10d达到最低值1. 0,其间H2 S去除率维持在8212%～92. 1%. 添加稀碱液(NaOH溶液,质量浓度为5%)调节pH值至8. 6后(第12 d) , H2 S去除率开始下降,最低值72. 6%. 随着pH值降低( 7. 9以下) , H2 S去除率又逐渐恢复,最高值达到90. 1%(第19 d).