XX污水處理廠除臭工藝的選擇
漢西污水處理廠除臭工藝的選擇
簡介： 隨著漢西污水處理廠的逐步建成，污水廠除臭問題日益突出。本文介紹了水清洗和化學除臭法、活性炭吸附法、催化型活性炭法、臭氧氧化法、燃燒法、純天然植物提取液噴灑技術、生物脫臭法等7種方法，并通過比較，指出生物脫臭法中的土壤處理法是適合漢西污水處理廠除臭的理想工藝，最后介紹了漢西污水處理廠除臭系統的具體工程設計。
關鍵字：污水處理廠 生物處理 除臭
相關站中站： 水廠及污水廠建設
1.漢西污水廠概況
漢西污水處理廠工程近期設計規模40萬m3/d，采用A/O(缺氧/好氧)生物工藝，目前正在進行土建施工。隨著污水廠的建成，運行中的污水處理廠將產生大量的惡臭氣體，不僅將影響污水處理廠的員工的身體健康及工作環境，還會對周圍的投資環境和居民的日常生活帶來嚴重的危害。為了完善漢西污水廠功能、創造良好的生活投資環境，續建漢西污水處理廠除臭工程勢在必行。
2.污水廠臭氣來源
根據污水處理的過程這些臭氣產生源主要分為污水處理系統和污泥處理系統。污水處理系統中的臭氣源主要分布在進水頭部、預處理、初級處理及濾池反沖洗液、污泥處理上清液等，曝氣池的攪拌和充氧也會產生部分臭氣。污泥處理系統中的臭氣來源主要分布在污泥濃縮、厭氧消化后的污泥脫水和污泥堆放、外運過程，由于對不穩定污泥進行壓縮、剪切作用，產生蛋白質類生物高聚物，其分解產生大量臭氣。
污水收集、處理設施中的主要臭氣產生源、產生原因及其相對污染程度詳見表1[1]。從表1中可以看出，污水前處理部分(污水提升泵站、格柵、沉砂池)以及生物反應中的厭氧調節池和污泥處理部分(濃縮池、儲泥池、脫水間等)是除臭的重點;曝氣池負荷低，一般可不考慮除臭措施。
表1 污水處理中的臭氣源
位置 臭氣源/原因 臭氣強度
污水處理設施
進水頭部 由于紊流作用在水流渠道和配水設施中釋放臭氣 高
污水泵站 集水井中污水、沉淀物和浮渣的腐化 高
格柵 柵渣的腐爛 高
預曝氣 污水中臭氣釋放 高
沉砂 沉砂中的有機成分腐爛 高
厭氧調節池 池表面浮渣堆積造成腐爛 高
回流液 污泥處理的上清液、壓濾液 高
曝氣池 混合液/回流污泥，高有機負荷，混合效果差，DO不足，污泥沉積 低/中
二沉池 浮泥/浮渣 低/中
污泥處理設施
濃縮池 浮泥，堰和槽/浮渣和污泥腐化，溫度高，水流紊動 高/中
好氧消化 反應器內不完全混合，運行不正常 低/中
厭氧消化 硫化氫氣體，污泥中硫酸鹽含量高 中/高
儲泥池 混合差，形成浮泥層 中/高
機械脫水 泥餅/易腐爛物質，化學藥劑，氨氣釋放 中/高
污泥外運 污泥在儲存和運輸過程中釋放臭氣 高
堆肥 堆肥污泥/充氧和通風不足，厭氧狀態 高
焚燒 排氣/燃燒溫度低，不足以氧化所有有機物 低
3.臭氣成分
在污水處理工藝過程中產生氣味的物質主要由碳、氮和硫元素組成。大多數的氣味物質是有機物，只有少數的氣味物質是無機化合物。據有關資料介紹，從成分來看氨的濃度最高，其次是硫化氫;而從臭氣的強度來看甲硫醇最大，其次是硫化氫 (其臭氣強度達到了強臭的程度 )。硫化氫是產生惡臭氣味的主要物質之一。污水收集、輸送和處理處置工程中主要的致臭氣體列于下表。
表2 污水中各類臭氣成分表
名稱 化學式 分子量 特征氣味
氨 NH3 17.0 刺激性
氯 Cl2 71.0 窒息的，刺激性
乙基硫醇 CH3CH2-SH 62 爛白菜味
硫化氫 H2S 34 臭雞蛋味
甲基胺 CH3NH2 31 腐爛，腥味
甲基硫醇 CH3SH 48 爛白菜味
糞臭素 C9H9N 131 糞臭味，惡心
硫甲酚 CH3―C6H4-SH 124 腐臭
二甲基胺 (CH3)2N 44 魚腥味
三甲基胺 (CH3)3N 59 刺激性，腥味
4.除臭工藝
除臭方法經歷了一個發展過程，從最初采用的水洗法，逐步發展到效果較好的微生物脫臭法。常見的方法有水洗法、活性炭吸附法、催化型活性炭法、臭氧氧化法、燃燒法、純天然植物提取液噴灑技術、生物脫臭法等。
4.1水清洗和化學除臭法
水清洗是利用臭氣中的某些物質能溶于水的特性，使臭氣中氨氣、硫化氫氣體和水接觸、溶解，達到脫臭的目的。化學除臭法是利用臭氣中的某些物質和藥液產生中和反應的特性，如利用呈堿性的苛性鈉和次氯酸鈉溶液，去除臭氣中硫化氫等酸性物質，利用鹽酸等酸性溶液，去除臭氣中的氨氣等堿性物質。與活性炭吸附法相比較，化學除臭法必須配備較多的附屬設施，如藥液貯存裝置、藥液輸送裝置、排出裝置等，運行管理較為復雜，運行費用較高，與藥液不反應的臭氣較難去除，效率較低。
4.2活性炭吸附法
活性炭吸附法是利用活性炭能吸附臭氣中致臭物質的特點，達到脫臭目的。為了有效地脫臭，通常利用各種不同性質的活性炭，在吸附塔內設置吸附酸性物質的活性炭，吸附堿性物質的活性炭和吸附中性物質的活性炭，臭氣和各種活性炭接觸后，排出吸附塔。該法與水清洗和藥液清洗法相比較，具有較高的效率，但活性炭吸附到一定量時會達到飽和，就必須再生或更換活性炭，因此運行成本較高。這種方法常用于低濃度臭氣和脫臭的后處理。
4.3催化型活性炭法
傳統的活性炭吸附法存在著活性炭再生費用高、更換活性炭操作麻煩等缺點。為了改善這些缺點，卡爾岡炭素公司在1994年開發了一種可靠的催化活性炭除臭技術。該活性炭是煙煤基帶增強催化能力的粒狀活性炭，具有獨特的催化能力和水再生優勢，克服了傳統活性炭的缺點。催化型活性炭通過對H2S及其它含硫有機物吸附后，催化型活性炭促進氧化反應，將H2S轉變為H2SO4、少量的H2SO3和硫元素。催化型活性炭只對H2S及含硫有機臭味氣體去除率高，對污水廠產生的其它臭味物質去除率不是很高，因此此方法較適宜用在污水泵站除臭中。
4.4臭氧氧化法
臭氧氧化法是利用臭氧強氧化劑，使臭氣中的化學成份氧化，達到脫臭的目的。臭氧氧化法有氣相和液相之分，由于臭氧發生的化學反應較慢，一般先通過藥液清洗法，去除大部分致臭物質，然后再進行臭氧氧化。
臭氧對臭味物質氧化分解反應式如下：
R3H→R3N-O+O2
H2S+O3→S+H2O+O2(主反應)→SO2+H2O(副反應)
CH3SH+O3→[CH3-S-S-CH3] →CH3-SO3H+O2
4.5燃燒法
燃燒法有直接燃燒法和觸煤燃燒法。根據臭氣的特點，當溫度達到648℃，接觸時間0.3 s以上時，臭氣會直接燃燒，達到脫臭的目的。
4.6純天然植物提取液噴灑技術
采用霧化設備將純天然植物提取液噴灑形成具有很大比表面積的小霧粒，吸附空氣中的臭氣分子進行反應或催化與空氣中的氧氣反應，生成無味、無二次污染的產物。
4.7生物除臭法
生物除臭法是通過微生物的生理代謝將具有臭味的物質加以轉化，達到除臭的目的。目前國內外污水處理廠采用生物法處理臭氣的方法主要有土壤處理法和生物濾池法等，除臭效果較好[2]。
(a)土壤處理法：是利用土壤中的有機質及礦物質將臭氣吸附、濃縮到土壤中，然后利用土壤中的微生物將其降解的方法。由穿孔管構成的空氣分布系統位于生物土壤底部，收集的臭氣藉風機進入穿孔管，然后緩慢的在土壤介質中擴散，向上穿過土壤介質，并暫時的吸附在載體表面或吸附在微生物表面，或吸附在薄膜水層中，然后臭氣被微生物吸收，參與微生物代謝，臭氣被轉化成CO2和H2O。土壤擴散層由粗、細石子及黃沙組成，可以使臭氣均勻分布。土壤法具有設備簡單，運行費用極低，維護操作方便的優點。表3列出了一些土壤床的參數及處理臭氣的效率。
表3 土壤床的應用和運行
地點 場合 土壤床面積(m2) 填料 停留時間(min) 報導的去除率
Burwood 海灘 污水廠的滴濾池 540 樹皮，土壤，泥炭，肥料 2 99%
多倫多 污水廠進水部分 50 樹皮，土壤，泥炭，肥料 4.5 99%
Griffith 提升干管 64 肥土，土壤 大約 7 98.7~99.9%
Quakers山脈 污水廠進水部分 50 米殼，泥炭，污泥，肥料 無數據 無數據
Manukau,新西蘭 污水廠滴濾池 3500(近期擴建) 鐵渣，土壤 1.5 無數據
工業生產廠，悉尼 廢水處理的進水部分 45 肥料 8.5 無數據
(b)生物濾池：生物濾池法是把收集的臭氣先經過加濕處理，再通過長滿微生物的、濕潤多孔的生物濾層，臭氣物質被填料吸收，然后被微生物分解成二氧化碳和其它無機物，從而達到除臭目的。生物濾池法工藝流程為：臭氣收集→風管輸送→抽風機→預洗池加濕→生物濾池→排氣。濾池填料可采用海綿、干樹皮、干草、木渣、貝殼、果殼及其混合物等[3]。生物濾池的缺點是占地較大。其優點是較經濟，來自天然的富含有機成分的多孔滲水填料構造簡單，操作方便，無需液體循環系統。
5.除臭工藝方案比選
根據以上各種脫臭方法的分析，O3氧化成本偏高、管理復雜，水洗法效率不高且不徹底，燃燒法理論上可行但與本工程難以銜接，活性炭吸附法設備投資高，管理復雜，運行成本高。因此可用于污水處理廠除臭的方法為化學脫臭法、植物提取液除臭法、生物除臭法。
根據我們收集的數據比較，國內目前采用的除臭方法中，化學洗滌方法比較貴，而且日常的運行費用也較大;植物提取液投資較低，運行費用較高，且植物提取液目前尚無國產須全部依賴進口;因此漢西廠可考慮生物除臭工藝，其中生物濾池除了占地大的缺點外，隨著國產設備的運用，其投資具有可比性，而且運行費用主要是電費、填料的補充費用;土壤法除臭除了占地大的缺點外，投資適中，運行管理簡單，運行費用主要是電費。綜上所述我們對漢西污水處理廠除臭工藝選取生物濾池法和土壤處理法進行比選：
表4 生物除臭方案比較
除臭方法 土壤法除臭 洗滌—生物濾床過濾聯合除臭
除臭效果 H2S去除率>99%，其它臭味物質去除率>95。 H2S去除率>99%，其它臭味物質去除率>95。
堵塞情況 不堵塞 不易堵塞
耐沖擊負荷 耐沖擊 不耐沖擊
溫度、濕度影響 有影響 有影響
濾料使用壽命 20年 5～8年
能耗 最低 較低
運行管理 最簡單 簡單
環境美化 好
換埋料費用 無 200萬元/年
工程總投資 5105萬元 5400萬元
年運行費用 200萬元 240萬元
從上表可以看出, 土壤法除臭具有除臭效率高、使用壽命長、能耗低、運行管理簡單、運行費用低等優點，因此本工程推薦采用土壤法除臭。
6.漢西污水處理廠除臭工藝設計
漢西污水處理廠有以下構筑物需要進行臭氣的收集和處理：1、粗格柵間;2、細格柵間、曝氣沉沙池;3、初沉池;4、A/O生物反應池。
生物土壤濾體除臭系統由三大系統組成，即：臭源密封系統、臭氣體收集及輸送系統、臭氣生物土壤處理系統。
6.1 臭源密封系統設計
對任何一個高效的惡臭控制和處理系統而言，臭源密封系統都是一個極為重要的關鍵要素。因為這一系統從源頭處決定了惡臭控制和處理系統的處理大小。漢西污水處理廠對下列構筑物采用如下密閉設計：
(1)粗格柵間：粗格柵井上部采用有機玻璃鋼蓋板進行加蓋密封，厚度約為10毫米，并帶加強筋，在蓋板上開進氣孔兩個，安裝氣量調節閥。粗格柵用不銹鋼或透明的有機玻璃進行密封處理。
(2)曝氣沉砂池：考慮到運行和維修的需要，此部分是工作區，需要工作人員的進出，則該部分采用輕質鋼結構加玻璃鋼蓋板的方式進行密封，高度為2.5米。
(3)初沉池：采用索膜結構，用碳鋼防腐結構骨架張拉進口膜將整個初沉池封閉起來。
(4)生物反應池：由于生物反應池密閉區間為非工作區，平時工作人員是不在此內部工作的，所以采用玻璃不銹鋼龍骨結合鋼筋混凝土的低加罩。
6.2 臭氣體收集及輸送系統
與臭源密封系統一樣，作為臭氣控制和處理系統的一個重要組成部分，臭氣收集及輸送系統設計也是一個極為重要的關鍵要素。臭氣收集及輸送系統設計得合理與否很大程度上影響著整個臭氣控制和處理系統的處理效果。
漢西污水處理廠的收集系統設計如下：
(1)收集風管的選擇：本污水處理廠的收集風管采用玻璃鋼方型風管，玻璃鋼風管的收集口在最高水位以上0.2米處，按照收集的氣量和壓力在玻璃鋼風管上開孔。
(2)換氣率：粗格柵間、細格柵間及曝氣沉砂池、初沉池采用6次換氣率;生物反應池采用3次換氣率。根據估算粗格柵間的臭氣量為5000立方米/小時;曝氣沉砂池臭氣量為20000立方米/小時;初沉池臭氣量為2688000立方米/小時;生物反應池的臭氣量為1465000立方米/小時。
(3)風機的選擇：經過計算共需要47臺風機，總的功率約為400千瓦。
(4)輸送管道：輸送管道采用玻璃鋼圓形管道，臭氣經過鼓風機加壓以后經過玻璃鋼送風管進入生物土壤濾體的不起管道系統。
6.3 生物土壤過濾處理系統
(1) 污水處理廠共采用9套生物土壤濾體系統，其中粗格柵間及細格柵間、爆氣沉砂池為一套系統，濾體厚度為1.5米，占地面積為：300平方米;初沉池為四套系統，濾體厚度為2米，每套占地面積為：600平方米;生物反應池采用2套系統，厚度為1.5米，每套占地面積為1000平方米。總占地面積為4700平方米。
(2) 考慮到使用壽命及維護問題，本系統布氣管道系統采用HDPE管道(包括主管，支管，三通，彎頭，套管等)，主管采用國內著名品牌的HDPE管道生產廠家，支管采用進口產品。
(3) 增濕系統：為了增加臭氣的濕度，提高處理效率，在臭氣進入布氣管道系統之前對其進行加濕處理，加濕系統采用進口產品。
(4) 綠化灌溉系統：為了美化環境，將對調試完畢后的土壤生物濾體系統進行綠化，為了綠化的需要配置一套灌溉噴淋系統。
7.結語
目前，污水處理廠除臭已逐漸受到人們的重視，本工程實施后，將減少漢西污水廠對周邊地區空氣質量的影響，為美化城市市容，提高衛生水平，保護人民身體健康提供益處。該項目的建設，可改善廠區周邊的投資環境，使污水處理廠不會再因污染而影響發展，吸引更多的外商投資，促進城市經濟發展。
參考文獻
[1] 郭靜等.污水處理廠惡臭污染狀況分析與評價.中國給水排水,2002.18(2).
[2] 許景文.惡臭生物處理的研究.上海環境科學,12(11).
[3] 牛學義.生物濾池處理廢氣技術在城市污水處理廠廢氣凈化中的應用.給水排水,2000.26(1).
使用微信“掃一掃”功能添加“谷騰環保網”
