猪粪堆肥净化硫化氢气体的实验研究

论文摘要

城市化和工业化的迅速发展,导致环境污染日益严重,恶臭作为一种扰民和危害人体健康的污染已成为公众身边比较突出的环境问题。硫化氢（H2S）是恶臭气体中的主要成分之一,其去除方法一直备受关注。为降低填料成本和实现固废的综合利用,堆肥作为填料净化H2S一直是研究的热点,但以往研究主要关注填料塔对H2S净化的整体效果,而对堆肥填料本身可能对H2S具有的吸收、吸附及催化氧化等作用重视不够。此外,现有关于堆肥作为填料的研究中,往往添加了木屑、珍珠岩等材料增强填料的机械强度和增加填料孔隙率等,导致研究结果中堆肥本身的作用不明确,关于堆肥填料单独处理H2S的机理研究报道也比较少见。为此,本文通过比较灭菌猪粪堆肥和未灭菌堆肥在不同含水率、不同污染负荷等条件下去除H2S的效果,结合实验前后填料中不同形态硫含量的分析,对猪粪堆肥净化H2S的机理及其影响因素进行了初步研究,得到以下结论。（1）猪粪堆肥填料在不接种微生物甚至经灭菌处理等条件下对于浓度低于1656 mg/m3的H2S具有良好的净化效果,对于H2S浓度的波动缓冲能力很强,在200 h的运行时间内净化效率接近100%。实验表明含水率、空塔停留时间（EBRT）、污染负荷对其净化效率有影响：随含水率（1.5-44%范围内）增大填料的净化效率提高,稳定运行时间延长；EBRT延长,净化效率提高。另外,填料净化效率会随着进气污染负荷的增加而下降,但填料的去除能力（单位体积填料所能去除的H2S量）有所上升,最高达到846（g H2S）/（m3填料）/h。（2）填料塔内不同高度处的猪粪堆肥填料对H2S净化的贡献不同,50%以上的H2S负荷由底部的占全塔填料1/4的填料净化处理,越接近底部填料吸收H2S的总量越大。另外,填料塔运行过程中猪粪堆肥的压降范围为220-306Pa/m,与文献报道的其他填料相比并不占优势,应该混合珍珠岩等提高填料孔隙率减小压降从而获得更加经济的运行条件。（3）堆肥填料中H2S的净化机理主要是吸收、吸附和催化氧化,净化反应方程符合一级动力学方程。催化氧化生成产物有硫单质和SO42-等,致使填料内的各种形态的硫含量会发生改变。比表面分析表明截留H2S后的填料孔隙率降低,比表面减小,总孔隙率（约<820A）从10.0×10-3cm3/g下降至4.96×10-3cm3/g,孔总体积（约<820A）减小5.04×10-cm3/g,比表面从2.48 m2/g下降至0.85 m2/g,可能由于反应中生成的硫单质堵塞填料内部孔隙所致。比表面和孔隙率减小导致运行一段时间后净化能力下降。此外,H2S净化中导致填料pH降低,抑制了H2S的吸收,净化能力随运行时间延长进一步下降。实验数据表明,当堆肥填料全硫（TS）含量达到3.4%（即全硫含量为34（g S）/（m3填料））时,填料净化效率下降；经计算,填料达到饱和吸收时,全硫含量为91（g S）/（m3填料）,即填料硫容为9.1%,此时如果不对填料作处理,填料的净化效率将变为0。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 前言
• 2S的来源'>1.1 H₂S的来源
• 2S的危害'>1.2 H₂S的危害
• 2S气体的净化方法'>1.3 H₂S气体的净化方法
• 1.3.1 化学处理法
• 1.3.2 物理处理法
• 1.3.3 生物处理法
• 1.3.4 其他净化方法
• 1.4 研究进展
• 1.5 研究意义和目的
• 1.5.1 研究意义
• 1.5.2 研究内容和目的
• 2 材料与方法
• 2.1 实验装置与仪器
• 2.1.1 填料塔
• 2.1.2 仪器
• 2.2 实验设计
• 2.2.1 实验流程设计
• 2S的净化机理实验'>2.2.2 填料中H₂S的净化机理实验
• 2.3 材料
• 2.3.1 填料
• 2.3.2 药品
• 2.4 分析方法
• 2.4.1 填料pH值的测定
• 2.4.2 填料含水率测定
• 2.4.3 比表面和孔隙分析
• 2S测定'>2.4.4 H₂S测定
• 2.4.5 填料中硫酸根测定
• 2.4.6 填料中全硫分析
• 2.4.7 硫单质[S]检测
• 3 结果与讨论
• 2S净化效果'>3.1 堆肥填料对H₂S净化效果
• 3.2 反应条件对处理效果的影响
• 3.2.1 填料塔的高度对净化效率影响
• 3.2.2 负荷对去除能力的影响
• 3.2.3 含水率对净化效率的影响
• 3.2.4 停留时间对净化效率的影响
• 3.3 填料性质的变化
• 3.3.1 填料压降
• 3.3.2 填料中含水率的变化
• 3.4 反应机理探讨
• 2S处理过程中全硫含量变化'>3.4.1 H₂S处理过程中全硫含量变化
• 2S处理过程中单质硫的形成以及填料结构变化'>3.4.2 H₂S处理过程中单质硫的形成以及填料结构变化
• 2S处理过程中SO₄^2-的变化'>3.4.3 H₂S处理过程中SO₄^2-的变化
• 2S处理过程中填料pH变化'>3.4.4 H₂S处理过程中填料pH变化
• 3.4.5 堆肥填料的净化机理讨论
• 4 结论与展望
• 4.1 结论
• 4.2 研究中存在的问题和展望
• 参考文献
• 致谢