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生物过滤工艺在污水处理厂除臭工程中的应用

发布时间：2016-04-14 11:13:00 点击：

摘要综述了目前污水处理厂常用的除臭技术原理、工艺及特点，对各种工艺进行了综合比较，并对某化工厂污水处理车间除臭工程实例进行了探讨。介绍了生物过滤工艺流程的概况和主要系统，分析了装置的运行效果，提出了系统优化的措施。
0 引言
在污水和污泥的处理过程中会有大量的有机气体和无机气体挥发，形成恶臭气味，对厂内及周边居民区的大气环境造成很大的污染，给企业员工和周边居民造成感官和身体健康方面的危害。对污水处理厂或污水处理车间进行除臭十分必要。污水处理厂产生恶臭的主要构筑物包括集水池、调节池、水解酸化池、污泥浓缩池、污泥脱水机房和生化装置等。
1 污水处理中常用除臭技术简介
1． 1 吸收法
吸收法是通过液体( 吸收液) 与臭气的传质过程，将恶臭物质从气体中转移到液体中，使气体得到净化。针对恶臭物质的化学性质，用清水作吸收液，对氨有较理想的净化效果，但对硫化氢和甲硫醇的净化效果不理想; 用碱液作吸收液，对硫化氢、甲硫醇和氨均有较好的净化效果。在吸收设备中采用新型的规整填料( 如塑料丝网波纹填料) ，使得传质单效率大幅提高、阻力明显降低，已有较多有机废气( 包括臭气) 净化处理的成功实例。在一般情况下，吸收法适用于臭气浓度较高的场合。
1． 2 吸附法
常用的吸附法为活性炭纤维吸附。该方法是采用活性炭纤维作为吸附材料净化有机废气。当含有机物气体通过活性碳纤维层，有机物被吸附、分离、富集。活性碳纤维吸附有机物达到一定数量后，用水蒸汽进行解吸，有机物被解析后带出活性炭纤维层。解吸下来的冷凝液分离为水层和有机物层，有机物回收利用。该法适用于高浓度、有回收价值的恶臭气体治理，而且蒸汽解吸投资大，解吸后产生的冷凝液会二次污染。
1． 3 等离子体法
利用离子发生装置发射的等离子体中含有的大量高能电子和·O，·OH 等活性粒子将含硫化合物和其他有机物氧化成CO2和H2O［1］。降解机理是高能电子作用下产生强氧化性自由基·O，·OH，·HO2，由于·O，·OH，·HO2的强氧化性将有机物分子氧化分解为CO，CO2，H2O; 恶臭组分最终转变为SO3，NO，CO2，H2O 等小分子物质。该技术具有工艺简单，能耗低、无明显的二次污染、运行成本低等特点，已成功应用于低浓度、高流速、大风量恶臭气体的处理，处理效果良好。
1． 4 生物过滤法
生物除臭是利用微生物的代谢作用将致臭物质进行生物降解，实现脱臭。生物脱臭是目前最具前景的恶臭净化技术，由于其一次投资低、运行费用省、净化效果好、操作维护方便，在欧美发达国家已被广泛用于低浓度恶臭气体治理。近年来，国内已经逐步开展了生物除臭技术研究和工业化应用实践。目前，污水处理厂常用的生物除臭法主要有生物过滤法、生物洗涤法以及生物滴滤法［2］。生物过滤法是将通入的臭气先加湿，在适宜的工艺条件下使臭气通过湿润多孔且长满微生物的生物滤层，附着在固体载体上的大量微生物对恶臭物质进行吸附、吸收和降解，通过微生物的代谢作用将恶臭物质降解成CO2，H2O 和其他无机物。生物过滤法的适宜运行条件为pH 值为6． 5 ～ 8． 0，湿度保持在80% ～90%，温度15 ～35 ℃，氧气质量浓度为0． 20 ～ 1． 0 mg /L，停留时间4 ～ 8 h［3］。生物过滤工艺设备少，操作简单，不需外加营养物，投资运行费用低，臭气去除率高，但生物过滤法的生化反应过程需要相对较长的停留时间，从而需要很大的占地面积，反应条件较难控制，易造成滤料堵塞。几种典型工艺技术方法的对比见表1。
 上述几种除臭方法相比较，吸收法和吸附法虽有技术成熟、效果可靠等特点，但一次投资和运行费用较高，且有二次污染问题; 低温等离子体分解法为新型处理技术，但工程应用时间不长; 生物法具有技术先进成熟、处理效果稳定、资金节约等特点，使其更符合国情，在国内有着广泛的应用。
2 工程案例分析
某化工污水处理车间日处理规模52 000 t，主体采用水解酸化+ A/O 工艺。污水主要来源于附近石油化工厂，含有大量的致臭物质和极易挥发的有毒、有害、有机污染物质。污染物主要来源为集水池、调节池、水解酸化池、污泥浓缩池、污泥脱水机房和A/O 装置等。主要致臭物质为含硫化合物、含氮化合物和其他有机物，另外还含有氯乙烯、二氯乙烷、三氯乙烷、苯、苯乙烯、甲苯、二甲苯、三甲苯等有毒有害气体。
2． 1 污染源分析及排放标准
主要考察苯乙烯、H2S、NH3和臭气浓度几个指标，对各臭气排放源进行检测分析，分析结果见表2。
 处理后的废气中苯乙烯、硫化氢、氨、臭气浓度执行《恶臭污染物排放标准》( GB 14554—93) 厂界标准值一级标准，见表3。
 2． 2 恶臭治理系统
根据污水处理厂的废水水质及污染因子的不同特点，对可能产生恶臭气体的点源进行分析，本着“源头收集、管道输送、终端治理”的原则，并进行了针对性的市场调研，采用技术先进、成熟可靠、运行成本较低的生物法，以确保污水厂外排恶臭气体稳定达标，该厂建成了一套以“洗涤－ 生物滤床过滤”为核心的联合除臭工艺，主要工艺流程见图1。
 该恶臭处理系统主要由集气系统、输气管道系统及生物除臭系统等3 部分组成。
2． 2． 1 集气系统
污水装置、处理构筑物露天安装，长期受紫外线照射，并且废气腐蚀性强，因此要求加设的集气设施需具备耐腐蚀、防静电、抗紫外线、抗老化等特性。污水处理构筑物均为敞开式结构，需加设玻璃钢罩，以解决废气四溢无组织排放问题，并在玻璃钢拱罩顶部设置玻璃钢排气管，排气管汇集到排气干管，然后通过离心风机抽风，再输入废气治理设施。
2． 2． 2 输气管道系统
输气管道设计考虑防静电、抗老化及耐腐蚀等特性，选择采用玻璃钢材质，根据气量及流速确定管径，设计支架、支墩及桥架进行支撑。
2． 2． 3 生物除臭系统
污水处理工艺各封闭构筑物产生的各种气体，由收集系统风机抽吸通过输气风管送入除臭系统，除尘除臭系统采用洗涤和生物滤床过滤联合除臭。首先恶臭气体由收集系统输气风管及风机正压送入除臭设备的前级加湿区，经前级水或2% ～ 5%的NaOH 溶液洗涤，加湿区的水或化学药剂对臭气进行吸收、加湿及除尘处理。其后，没有完全脱除的臭气再进入生物滤床过滤区，臭气通过滤层时，从气相中转移到生物膜表面: ①臭气在喷洒水的作用下
与生物填料的水膜接触并被吸附、溶解; ②被生物膜吸附的臭气在微生物的代谢下被生物降解; ③微生物把吸收的臭气成分作为营养物质进一步生长繁殖。最后，经配有专用洗液的过滤床，对前两级未完全处理的有害物质进行进一步处理，以达到达标排放的要求。
2． 3 运行条件控制
2． 3． 1 散水方式及散水周期
洗涤床预洗区为连续循环散水，生物滤床过滤区为间歇式散水。散水周期视处理对象而定，一般设定为2 ～ 24 次/d。主要是保证生物滤床的湿度适中，若过于干燥，微生物将失去活性; 若湿度过高，固体填料表面的水膜加厚，通气的压力损失增大，阻碍气体流动。因此，散水周期的确定既要确保微生物活性，又要确保空气溶解接触效率。为促进微生物生长加速挂膜，在菌种驯育期间应采用连续散水方式。
2． 3． 2 温度控制
大部分脱臭微生物的生存温度为10 ～ 50 ℃，最佳在35 ℃左右，此时微生物活性最强。因此，将滤床温度控制在35 ℃左右，以利于微生物的生长繁殖，提高除臭效率。
2． 3． 3 pH 值控制
整个系统pH 值一般应该维持在6 ～ 8 范围内，如pH 值有所下降，说明微生物在正常发挥作用，系统运行正常。当pH 值下降至3 及以下时，菌群将被破坏，需及时加碱性物质将系统pH 值调至中性，以维持系统的正常运行。
2． 3． 4 营养成分的投加
微生物的生长繁殖过程需要合理的营养搭配，以使其处于最佳的生理活动状态。主要营养物质有碳、氮、磷等。臭气成分中本身含氮，氮元素是过量的，而碳源则较为缺乏，需根据情况随时添加碳源，较为适宜的碳氮比为20 ～ 35 之间。磷也要适当添加，而且磷酸盐对去除氨类物质有利。
2． 4 运行效果分析
运行效果主要从两个方面来分析: 一方面是考察除臭装置进气口和15 m 高排气口各污染物浓度的变化，即考察装置处理效果; 另一方面是考察装置运行前、后厂区内的空气质量变化情况，即大气环境改善效果。
2． 4． 1 处理效果
连续半年的监测数据表明，硫化氢的去除率平均达到97． 02%，最高为97． 41%; 氨的平均去除率为94． 66%，最高为95． 37%; 臭气浓度的去除率平均达到74． 26%，最高为74． 84%。但是苯乙烯的去除率平均只为11． 46%，最高为12． 70%。各指标进、出口浓度变化见表4 ～ 表7。
 由表4 ～ 表7 可见，经“洗涤－ 生物滤床过滤”除臭工艺处理后，废气中各污染物含量有较大幅度降低， 15 m 高排气筒出口污染物浓度均达到二级排放标准，除臭效果显著。其中苯乙烯排出口浓度与进口浓度比较变化不大，可见该工艺对有机污染物的处理效果一般; 而无机气体H2S 和NH3的去除率均在95%以上，可见化学吸收( NaOH 溶液洗涤) 效果显著。总体来看，臭气浓度由902 降为242，除臭效率很高。
2． 4． 2 大气环境改善效果
该臭气处理装置稳定运行后，对厂区的空气进行了检测，并与运行前数据进行了比较，结果如表8所示。
 由表8 可见，该装置运行前后厂区内空气质量有很大的改善，尤其是H2S 和NH3的浓度大大降低，各指标均符合厂界一级标准。
2． 5 运行成本
臭气收集、处理系统运行费用主要含电费和药剂费用。电价按0． 60 元/( kW·h) 计，装置每小时耗电168 kW，处理废气量为72 000 m3 /h。电费: E1 =168 ×0．6 元/72 000 m3 /h =14 元/万m3药剂费用: E2 = 330 kg /a × 2 000 元/t ÷ ( 72 000m3 /h × 24 h × 300 d) = 0． 013 元/万m3直接运行费: E = E1 + E2 = 14． 8 + 0． 013≈14元/万m3年总运行费用: 14 元/万m3 × 7． 2 万m3 /h × 24h × 300 d = 725 760 元/a
2． 6 系统优化建议
通过运行效果分析发现，该工艺对于硫化氢、氨等致臭成分去除效果显著，但对于苯乙烯等有机气体污染物的去除效果较差。因此，考虑在后洗涤单元加入氧化剂以便对难生物降解有机物进行氧化降解，最终实现有机气体的有效去除。
3 结论
( 1) “洗涤－ 生物滤床过滤”工艺在石油化工污水处理车间除臭的工程实践取得了显著成效。恶臭气体通过装置净化后各项污染指标均大大降低，排气达到二级排放标准; 装置经过半年运行后厂区内的大气质量明显提高，各指标均符合厂界一级标准。
( 2) 该工艺对部分有机气体的去除效果较差，通过系统优化措施有望进一步完善。
( 3) 该工艺属于国内同行业先进、成熟的工业化技术，实施废气源头治理，在技术上是可行的，经济上是合理的，项目实施后取得了巨大的社会效益。
参考文献
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［2］尹军，赵玉鑫，王晓玲，等． 城市污水处理厂除臭技术［J］． 环境污染治理技术与设备， 2006，7( 8) : 90 － 94．
［3］卢义程，徐灿华，李天琪，等． 竹园第一污水处理厂除臭工程设计［J］． 中国给水排水， 2007， 23( 16) : 46 － 48．