汉西污水处理厂除臭工艺的选择

简介： 随着汉西污水处理厂的逐步建成，污水厂除臭问题日益突出。本文介绍了水清洗和化学除臭法、活性炭吸附法、催化型活性炭法、臭氧氧化法、燃烧法、纯天然植物提取液喷洒技术、生物脱臭法等7种方法，并通过比较，指出生物脱臭法中的土壤处理法是适合汉西污水处理厂除臭的理想工艺，最后介绍了汉西污水处理厂除臭系统的具体工程设计。
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　　 1 ．汉西污水厂概况
　　汉西污水处理厂工程近期设计规模40万m3/d，采用A／O(缺氧/好氧)生物工艺，目前正在进行土建施工。随着污水厂的建成，运行中的污水处理厂将产生大量的恶臭气体，不仅将影响污水处理厂的员工的身体健康及工作环境，还会对周围的投资环境和居民的日常生活带来严重的危害。为了完善汉西污水厂功能、创造良好的生活投资环境，续建汉西污水处理厂除臭工程势在必行。
　　 2 ．污水厂臭气来源
　　根据污水处理的过程这些臭气产生源主要分为污水处理系统和污泥处理系统。污水处理系统中的臭气源主要分布在进水头部、预处理、初级处理及滤池反冲洗液、污泥处理上清液等，曝气池的搅拌和充氧也会产生部分臭气。污泥处理系统中的臭气来源主要分布在污泥浓缩、厌氧消化后的污泥脱水和污泥堆放、外运过程，由于对不稳定污泥进行压缩、剪切作用，产生蛋白质类生物高聚物，其分解产生大量臭气。
　　污水收集、处理设施中的主要臭气产生源、产生原因及其相对污染程度详见表1[1]。从表1中可以看出，污水前处理部分（污水提升泵站、格栅、沉砂池）以及生物反应中的厌氧调节池和污泥处理部分（浓缩池、储泥池、脱水间等）是除臭的重点；曝气池负荷低，一般可不考虑除臭措施。

位置	臭气源/原因	臭气强度
污水处理设施
进水头部	由于紊流作用在水流渠道和配水设施中释放臭气	高
污水泵站	集水井中污水、沉淀物和浮渣的腐化	高
格栅	栅渣的腐烂	高
预曝气	污水中臭气释放	高
沉砂	沉砂中的有机成分腐烂	高
厌氧调节池	池表面浮渣堆积造成腐烂	高
回流液	污泥处理的上清液、压滤液	高
曝气池	混合液/回流污泥，高有机负荷，混合效果差，DO不足，污泥沉积	低/中
二沉池	浮泥/浮渣	低/中
污泥处理设施
浓缩池	浮泥，堰和槽/浮渣和污泥腐化，温度高，水流紊动	高/中
好氧消化	反应器内不完全混合，运行不正常	低/中
厌氧消化	硫化氢气体，污泥中硫酸盐含量高	中/高
储泥池	混合差，形成浮泥层	中/高
机械脱水	泥饼/易腐烂物质，化学药剂，氨气释放	中/高
污泥外运	污泥在储存和运输过程中释放臭气	高
堆肥	堆肥污泥/充氧和通风不足，厌氧状态	高
焚烧	排气/燃烧温度低，不足以氧化所有有机物	低

　　 3 ．臭气成分
　　在污水处理工艺过程中产生气味的物质主要由碳、氮和硫元素组成。大多数的气味物质是有机物，只有少数的气味物质是无机化合物。据有关资料介绍，从成分来看氨的浓度最高，其次是硫化氢；而从臭气的强度来看甲硫醇最大，其次是硫化氢 (其臭气强度达到了强臭的程度 )。硫化氢是产生恶臭气味的主要物质之一。污水收集、输送和处理处置工程中主要的致臭气体列于下表。

名称	化学式	分子量	特征气味
氨	NH3	17.0	刺激性
氯	Cl2	71.0	窒息的，刺激性
乙基硫醇	CH3CH2－SH	62	烂白菜味
硫化氢	H2S	34	臭鸡蛋味
甲基胺	CH3NH2	31	腐烂，腥味
甲基硫醇	CH3SH	48	烂白菜味
粪臭素	C9H9N	131	粪臭味，恶心
硫甲酚	CH3―C6H4－SH	124	腐臭
二甲基胺	(CH3)2N	44	鱼腥味
三甲基胺	(CH3)3N	59	刺激性，腥味

　　 4 ．除臭工艺
　　除臭方法经历了一个发展过程，从最初采用的水洗法，逐步发展到效果较好的微生物脱臭法。常见的方法有水洗法、活性炭吸附法、催化型活性炭法、臭氧氧化法、燃烧法、纯天然植物提取液喷洒技术、生物脱臭法等。
　　 4.1 水清洗和化学除臭法
　　水清洗是利用臭气中的某些物质能溶于水的特性，使臭气中氨气、硫化氢气体和水接触、溶解，达到脱臭的目的。化学除臭法是利用臭气中的某些物质和药液产生中和反应的特性，如利用呈碱性的苛性钠和次氯酸钠溶液，去除臭气中硫化氢等酸性物质，利用盐酸等酸性溶液，去除臭气中的氨气等碱性物质。与活性炭吸附法相比较，化学除臭法必须配备较多的附属设施，如药液贮存装置、药液输送装置、排出装置等，运行管理较为复杂，运行费用较高，与药液不反应的臭气较难去除，效率较低。
　　 4.2 活性炭吸附法
　　活性炭吸附法是利用活性炭能吸附臭气中致臭物质的特点，达到脱臭目的。为了有效地脱臭，通常利用各种不同性质的活性炭，在吸附塔内设置吸附酸性物质的活性炭，吸附碱性物质的活性炭和吸附中性物质的活性炭，臭气和各种活性炭接触后，排出吸附塔。该法与水清洗和药液清洗法相比较，具有较高的效率，但活性炭吸附到一定量时会达到饱和，就必须再生或更换活性炭，因此运行成本较高。这种方法常用于低浓度臭气和脱臭的后处理。
　　 4.3 催化型活性炭法
　　传统的活性炭吸附法存在着活性炭再生费用高、更换活性炭操作麻烦等缺点。为了改善这些缺点，卡尔冈炭素公司在1994年开发了一种可靠的催化活性炭除臭技术。该活性炭是烟煤基带增强催化能力的粒状活性炭，具有独特的催化能力和水再生优势，克服了传统活性炭的缺点。催化型活性炭通过对H2S及其它含硫有机物吸附后，催化型活性炭促进氧化反应，将H2S转变为H2SO4、少量的H2SO3和硫元素。催化型活性炭只对H2S及含硫有机臭味气体去除率高，对污水厂产生的其它臭味物质去除率不是很高，因此此方法较适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强氧化剂，使臭气中的化学成份氧化，达到脱臭的目的。臭氧氧化法有气相和液相之分，由于臭氧发生的化学反应较慢，一般先通过药液清洗法，去除大部分致臭物质，然后再进行臭氧氧化。
　　臭氧对臭味物质氧化分解反应式如下：
　　R3H→R3N－O＋O2
　　H2S＋O3→S＋H2O＋O2（主反应）→SO2＋H2O（副反应）
　　CH3SH＋O3→[CH3－S－S－CH3] →CH3－SO3H＋O2
　　 4.5 燃烧法
　　燃烧法有直接燃烧法和触煤燃烧法。根据臭气的特点，当温度达到648℃，接触时间0.3 s以上时，臭气会直接燃烧，达到脱臭的目的。
　　 4.6 纯天然植物提取液喷洒技术
　　采用雾化设备将纯天然植物提取液喷洒形成具有很大比表面积的小雾粒，吸附空气中的臭气分子进行反应或催化与空气中的氧气反应，生成无味、无二次污染的产物。
　　 4.7 生物除臭法
　　生物除臭法是通过微生物的生理代谢将具有臭味的物质加以转化，达到除臭的目的。目前国内外污水处理厂采用生物法处理臭气的方法主要有土壤处理法和生物滤池法等，除臭效果较好[2]。
　　 （ a ）土壤处理法：是利用土壤中的有机质及矿物质将臭气吸附、浓缩到土壤中，然后利用土壤中的微生物将其降解的方法。由穿孔管构成的空气分布系统位于生物土壤底部，收集的臭气藉风机进入穿孔管，然后缓慢的在土壤介质中扩散，向上穿过土壤介质，并暂时的吸附在载体表面或吸附在微生物表面，或吸附在薄膜水层中，然后臭气被微生物吸收，参与微生物代谢，臭气被转化成CO2和H2O。土壤扩散层由粗、细石子及黄沙组成，可以使臭气均匀分布。土壤法具有设备简单，运行费用极低，维护操作方便的优点。表3列出了一些土壤床的参数及处理臭气的效率。

地点	场合	土壤床面积（m2）	填料	停留时间（min）	报导的去除率
Burwood 海滩	污水厂的滴滤池	540	树皮，土壤，泥炭，肥料	2	99％
多伦多	污水厂进水部分	50	树皮，土壤，泥炭，肥料	4.5	99％
Griffith	提升干管	64	肥土，土壤	大约 7	98.7~99.9%
Quakers山脉	污水厂进水部分	50	米壳，泥炭，污泥，肥料	无数据	无数据
Manukau,新西兰	污水厂滴滤池	3500（近期扩建）	铁渣，土壤	1.5	无数据
工业生产厂，悉尼	废水处理的进水部分	45	肥料	8.5	无数据

　　 （ b ）生物滤池：生物滤池法是把收集的臭气先经过加湿处理，再通过长满微生物的、湿润多孔的生物滤层，臭气物质被填料吸收，然后被微生物分解成二氧化碳和其它无机物，从而达到除臭目的。生物滤池法工艺流程为：臭气收集→风管输送→抽风机→预洗池加湿→生物滤池→排气。滤池填料可采用海绵、干树皮、干草、木渣、贝壳、果壳及其混合物等[3]。生物滤池的缺点是占地较大。其优点是较经济，来自天然的富含有机成分的多孔渗水填料构造简单，操作方便，无需液体循环系统。
　　 5 ．除臭工艺方案比选
　　根据以上各种脱臭方法的分析，O3氧化成本偏高、管理复杂，水洗法效率不高且不彻底，燃烧法理论上可行但与本工程难以衔接，活性炭吸附法设备投资高，管理复杂，运行成本高。因此可用于污水处理厂除臭的方法为化学脱臭法、植物提取液除臭法、生物除臭法。
　　根据我们收集的数据比较，国内目前采用的除臭方法中，化学洗涤方法比较贵，而且日常的运行费用也较大；植物提取液投资较低，运行费用较高，且植物提取液目前尚无国产须全部依赖进口；因此汉西厂可考虑生物除臭工艺，其中生物滤池除了占地大的缺点外，随着国产设备的运用，其投资具有可比性，而且运行费用主要是电费、填料的补充费用；土壤法除臭除了占地大的缺点外，投资适中，运行管理简单，运行费用主要是电费。综上所述我们对汉西污水处理厂除臭工艺选取生物滤池法和土壤处理法进行比选：

除臭方法	土壤法除臭	洗涤—生物滤床过滤联合除臭
除臭效果	H2S去除率＞99%，其它臭味物质去除率＞95。	H2S去除率＞99%，其它臭味物质去除率＞95。
堵塞情况	不堵塞	不易堵塞
耐冲击负荷	耐冲击	不耐冲击
温度、湿度影响	有影响	有影响
滤料使用寿命	20年	5～8年
能耗	最低	较低
运行管理	最简单	简单
环境美化	好
换埋料费用	无	200万元/年
工程总投资	5105万元	5400万元
年运行费用	200万元	240万元

　　从上表可以看出, 土壤法除臭具有除臭效率高、使用寿命长、能耗低、运行管理简单、运行费用低等优点，因此本工程推荐采用土壤法除臭。
　　 6 ．汉西污水处理厂除臭工艺设计
　　汉西污水处理厂有以下构筑物需要进行臭气的收集和处理：1、粗格栅间；2、细格栅间、曝气沉沙池；3、初沉池；4、A/O生物反应池。
　　生物土壤滤体除臭系统由三大系统组成，即：臭源密封系统、臭气体收集及输送系统、臭气生物土壤处理系统。
　　 6.1 臭源密封系统设计
　　对任何一个高效的恶臭控制和处理系统而言，臭源密封系统都是一个极为重要的关键要素。因为这一系统从源头处决定了恶臭控制和处理系统的处理大小。汉西污水处理厂对下列构筑物采用如下密闭设计：
　　（1）粗格栅间：粗格栅井上部采用有机玻璃钢盖板进行加盖密封，厚度约为10毫米，并带加强筋，在盖板上开进气孔两个，www.civilcn.com安装气量调节阀。粗格栅用不锈钢或透明的有机玻璃进行密封处理。
　　（2）曝气沉砂池：考虑到运行和维修的需要，此部分是工作区，需要工作人员的进出，则该部分采用轻质钢结构加玻璃钢盖板的方式进行密封，高度为2.5米。
　　（3）初沉池：采用索膜结构，用碳钢防腐结构骨架张拉进口膜将整个初沉池封闭起来。
　　（4）生物反应池：由于生物反应池密闭区间为非工作区，平时工作人员是不在此内部工作的，所以采用玻璃不锈钢龙骨结合钢筋混凝土的低加罩。
　　 6.2 臭气体收集及输送系统
　　与臭源密封系统一样，作为臭气控制和处理系统的一个重要组成部分，臭气收集及输送系统设计也是一个极为重要的关键要素。臭气收集及输送系统设计得合理与否很大程度上影响着整个臭气控制和处理系统的处理效果。
　　汉西污水处理厂的收集系统设计如下：
　　（1）收集风管的选择：本污水处理厂的收集风管采用玻璃钢方型风管，玻璃钢风管的收集口在最高水位以上0.2米处，按照收集的气量和压力在玻璃钢风管上开孔。
　　（2）换气率：粗格栅间、细格栅间及曝气沉砂池、初沉池采用6次换气率；生物反应池采用3次换气率。根据估算粗格栅间的臭气量为5000立方米/小时；曝气沉砂池臭气量为20000立方米/小时；初沉池臭气量为2688000立方米/小时；生物反应池的臭气量为1465000立方米/小时。
　　（3）风机的选择：经过计算共需要47台风机，总的功率约为400千瓦。
　　（4）输送管道：输送管道采用玻璃钢圆形管道，臭气经过鼓风机加压以后经过玻璃钢送风管进入生物土壤滤体的不起管道系统。
　　 6.3 生物土壤过滤处理系统
　　(1) 污水处理厂共采用9套生物土壤滤体系统，其中粗格栅间及细格栅间、爆气沉砂池为一套系统，滤体厚度为1.5米，占地面积为：300平方米；初沉池为四套系统，滤体厚度为2米，每套占地面积为：600平方米；生物反应池采用2套系统，厚度为1.5米，每套占地面积为1000平方米。总占地面积为4700平方米。
　　(2) 考虑到使用寿命及维护问题，本系统布气管道系统采用HDPE管道（包括主管，支管，三通，弯头，套管等），主管采用国内著名品牌的HDPE管道生产厂家，支管采用进口产品。
　　(3) 增湿系统：为了增加臭气的湿度，提高处理效率，在臭气进入布气管道系统之前对其进行加湿处理，加湿系统采用进口产品。
　　(4) 绿化灌溉系统：为了美化环境，将对调试完毕后的土壤生物滤体系统进行绿化，为了绿化的需要配置一套灌溉喷淋系统。
　　 7 ．结语
　　目前，污水处理厂除臭已逐渐受到人们的重视，本工程实施后，将减少汉西污水厂对周边地区空气质量的影响，为美化城市市容，提高卫生水平，保护人民身体健康提供益处。该项目的建设，可改善厂区周边的投资环境，使污水处理厂不会再因污染而影响发展，吸引更多的外商投资，促进城市经济发展。
　　 参考文献
　　[1] 郭静等.污水处理厂恶臭污染状况分析与评价.中国给水排水,2002.18(2).
　　[2] 许景文.恶臭生物处理的研究.上海环境科学,12(11).
　　[3] 牛学义.生物滤池处理废气技术在城市污水处理厂废气净化中的应用.给水排水,2000.26(1).