污水處理廠除臭技術和工程化研究

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1　概述

　　城市污水處理廠污水污泥處理過程中，必然會產(chǎn)生大量的惡臭氣體—異味，這些臭味主要是由有機物腐敗產(chǎn)生的氣體造成。臭味大致有魚腥臭[胺類CH₃NH₂，（CH₃）₃N]，氨臭[氨NH₃]，腐肉臭[二元胺類NH₂（CH₂）4NH₂]，腐蛋臭（硫化氫H₂S），腐甘藍臭[有機硫化物（CH₃）₂S]，糞臭[甲基吲哚C₈H₅NHCH₃]以及某些生產(chǎn)廢水的特殊臭味。臭味給人以感官不悅，甚至會危及人體生理健康，諸如呼吸困難、倒胃、胸悶、嘔吐等。隨著人類社會經(jīng)濟的發(fā)展，人民生活水平的提高和日益增強的公眾環(huán)境意識，城市污水處理廠在運行過程中所產(chǎn)生的臭氣問題，已經(jīng)引起社會越來越多的關注。為了防止和消除城市污水處理廠臭味對周圍環(huán)境及居民生活的影響，一些發(fā)達國家先后制定和逐步完善了一些有關的具體規(guī)定。目前我國興建的城市污水處理廠大多在大、中城市和旅游景點城鎮(zhèn)，有的很難避開居民區(qū)、交通要道或村落，因此污水處理廠脫臭問題不可避免地提到議事日程上來，有的已達到急迫需要得到解決的地步。今后我國環(huán)境部門將要對污水處理廠提出臭氣控制指標。

　　2　脫臭技術及設計

　　污水處理廠臭味的處理方法有很多，如直接焚燒法、催化劑氧化法、酸堿洗凈法、臭氣氧化法、化學吸附法、活性碳物理吸附法、生物脫臭法、土壤脫臭法等，但經(jīng)濟實用的還屬生物除臭技術。當采用排風換氣時脫臭時，污水處理廠處理構筑物通氣量可參考表2數(shù)值。本文將對土壤法、生物法、離子法簡單論述。

表1 臭氣濃度控制參考值  　　

 

號 控制項目 一級標準 二級標準 1 氨 1.5 4.0 2 硫化氫 .06 .32 3 甲硫醇 .007 .02 4 甲硫醚 .07 .55 5 臭氣濃度（倍數(shù)） 20 60 6 甲烷氣（廠區(qū)最高濃度） 5 5 7 氯氣 .4 .6

 

表2 污水處理廠構筑物脫臭通量

設施名稱 通風量 備注 沉 沙 池 二層蓋板作業(yè)空間 3～5次／小時 　   非作業(yè)空間 1～3次／小時 　   廠房式蓋板作業(yè)空間 5～10次／小時 在漏斗上加蓋辦事為3～5次／小時 泵房 3～5次／小時或根據(jù)發(fā)熱量計算 考慮內(nèi)燃機用氣 鼓風機房 3～5次／小時或根據(jù)發(fā)熱量計算 　   電氣室 根據(jù)發(fā)熱量計算 　   發(fā)電機房 3～5次／小時 考慮內(nèi)燃機用氣 初 沉 池 二層蓋板作業(yè)空間 3～5次／小時 　   非作業(yè)空間 1～3次／小時 　   廠房式蓋板作業(yè)空間 5～10次／小時 　   曝 氣 池 二層蓋板作業(yè)空間 3～5次／小時 　   非作業(yè)空間 1.2×曝氣空氣量 　   廠房式蓋板作業(yè)空間 3～5次／小時 　   加氯機房 5～7次／小時 　   污泥濃縮池 二層蓋板作業(yè)空間 3～5次／小時＋1.5×曝氣空氣量 　   非作業(yè)空間 1～3次／小時 　   廠房式蓋板作業(yè)空間 5～10次／小時 　   污泥濃縮機房 3～10次／小時 熱處理時采用其他方法 一般機械室 3～5次／小時 　   管廊 3～5次／小時 　  

　　2.1　土壤脫臭技術

　　2.1.1土壤脫臭原理及特點

　　土壤脫臭機理主要可分為物理吸附和生物分解兩類，惡臭氣體－如胺類、硫化氫、低級脂肪酸等水溶性臭氣類，被土壤中的水分吸收去除，而非溶性臭氣則被土壤表面物理吸附繼而被土壤中微生物分解。土壤脫臭法特點：① 維護管理費用低，效果與活性炭脫臭同等，② 處理1㎡的臭氣需2.5～3.3 ㎡土地；③ 但不適于降暴雨、下大雪地區(qū)；對于高溫、高濕和水分、塵土、微塵等氣體須予處理。

　　2.1.2　土壤和參數(shù)

　　設計土壤脫臭時選擇的土壤指標應是：腐殖土為好，亞粘土等紅土需摻入雞糞、垃圾和污泥肥料進行改良后使用；礦質(zhì)土和粘土不宜。土壤水分40～70%為宜。過于干燥的土壤需裝設水噴淋器。種植草坪土壤表面保持傾斜，作為防降暴雨的措施。

　　日本經(jīng)驗得出：

　　臭氣通過土壤中速度：2mm ～17mm／s；

　　設計一般選為5mm／s；

　　有效土壤厚度為50 cm；

　　臭氣與土壤接觸時間為1分40秒；

　　臭氣通過活性炭速度：30cm～40cm／s；

　　有效厚度為40cm；

　　臭氣與活性碳接觸時間為1秒。

　　2.1.3　工程范例

　?。?）日本某處土壤脫臭床

　　臭氣風量：600m³／min

　　臭氣與土壤接觸時間：2.7m³／㎡min

　　需土壤面積：1580㎡

　　（2）我國某處污泥脫水機房土壤脫臭床

　　脫水機房容積：V＝450m₃

　　設換氣周期：每小時3次（20min）

　　換臭氣量：22.5m³／min（450m³／20min）

　　脫臭負荷：設2.7m³（臭氣）／㎡（土）min

　　需土壤面積（計算值）：8.3㎡

　?。ㄔO計值）：25㎡

　　結構設計（自土壤表層向下） 　　

數(shù) 結構 參數(shù) 1 土壤植被 2%坡度 2 三維土工網(wǎng)墊 有效厚度＞50cm 3 腐殖土 300 g／m² 4 土工布 1層 5 礫石層 中設臭氣輸入穿孔管，萬包200 g／m土工布 6 土工膜 1層 7 基土 原土層

 

　　2.2　填料塔式生物活性炭吸附脫臭裝置

　　2.2.1工作原理和填料

　?。?）生物脫臭原理

　　生物脫臭是在適宜條件下，利用載體填料比表面積上微生物的作用脫臭。臭氣物質(zhì)先被填料吸收，然后被填料上附著的微生物氧化分解，從而完成臭氣的除臭過程。為了使微生物保持高的活性，必須為之創(chuàng)造一個良好的生存環(huán)境，比如：適宜的濕度、pH值、氧氣含量、溫度和營養(yǎng)成分等。實際生產(chǎn)設計要求，載體填料相對濕度保持在80～95%，所以經(jīng)常采用噴淋原污水或初沉池出水以提供水分和營養(yǎng)源。

　?。?）填料選擇

　　生物脫臭塔最主要部分是填料。一種好的載體填料必須滿足：容許生長的微生物種類豐富；為微生物提供棲息生長大的比表面積；營養(yǎng)成分合理（N、P、K和微量元素）；有好的吸水性；自身無異味；吸附性好；結構均勻孔隙率大；材料易得且價格便宜；耐老化；運行、養(yǎng)護簡單。常用的填料有：塑料、半軟性塑料、干樹皮、干草、纖維性泥炭或其混合物。

　　脫臭塔填料的堆放高度取決于所要求的停留時間和表面負荷。工程上填料高度一般為1.0～1.2 m。如果選擇的填料合適，工藝上能做到布氣均勻、排除氣流短路的話，最低高度可以為0.5 m。

　　2.2.2 活性碳吸附脫臭

　　原理：使惡臭物質(zhì)通過活性碳層，利用物理吸附去除；

　　適用物質(zhì)：硫化氫和硫醇（氨和胺）。

　　2.2.3脫臭工藝流程及脫臭裝置

　　臭氣 → 空氣凈化器 → 風機 → 生物脫臭裝置 → 活性炭脫裝置 →排放

　　日本某公司生產(chǎn)的生物活性炭脫臭裝置規(guī)格和性能見表3所示：

表3 生物活性炭脫臭裝置規(guī)格和性能 　　

 

名稱

處理臭氣量(m³／h)

20～40

30～60

50～100

填料塔生物脫臭裝置

塔徑（mm）

外形尺寸(mm)

填料容積(m³)

填料高度(mm)

鋼板厚(mm)

凈重(kg)

1800

1800×5400

8

3500

6

2700

2000

2000×6000

12

4000

6

3200

2500

25000×6000

20

4000

6

4400

活性炭吸附脫臭裝置

塔徑(mm)

外形尺寸(mm)

填料容積(m³)

填料高度(mm)

鋼板厚(mm)

凈重(kg)

1100

1100×4300

2.64

2400

5

1270

1400

1400×5000

5.1

3200

5

1740

2000

2000×5500

11.2

4000

6

3000

鼓風機

型號

風量（m³/min）

靜壓力(mm水柱)

電動機型號

電動機功率(kw)

D3×28-20/2000

20

2000

JO₂71-6

12

D36×28-30/2000

30

2000

JO₂71-4

22

D36×28-30/2000

60

2000

JO₂71-6

40

污水泵

型號

流量(m³/h)

楊程（m）

配電動機功率(kw)

2¹/₂PW

36-72

11.0-8.5

5.5

2¹/₂PW

36-72

11.0-8.5

5.5

2¹/₂PW

36-72

11.0-8.5

5.5

 

　　2.3　高能離子脫臭技術

　　2.3.1　技術簡介及工作原理

　　高能離子凈化系統(tǒng)是瑞典的高新技術，它能有效地清除空氣中的細菌、可吸入顆粒物、硫化合物等有害物質(zhì)。使人的嗅覺感受到模擬自然的清新空氣。它的核心裝置是BENTAX離子空氣凈化系統(tǒng)，其工作原理是置于室內(nèi)的離子發(fā)生裝置發(fā)射出高能正、負離子，它可以與室內(nèi)空氣當中的有機揮發(fā)性氣體分子（VOC）接觸，打開VOC分子化學鍵，分解成二氧化碳和水；對硫化氫、氨同樣具有分解作用；離子發(fā)生裝置發(fā)射離子與空氣中塵埃粒子及固體顆粒碰撞，使顆粒荷電產(chǎn)生聚合作用，形成較大顆?？孔陨碇亓Τ两迪聛恚_到凈化目的；發(fā)射離子還可以與室內(nèi)靜電、異味等相互發(fā)生作用，同時有效地破壞空氣中細菌生存的環(huán)境，降低室內(nèi)細菌濃度，并將其完全消除。最終的效果是使室內(nèi)空氣變得象雨后森林般的純凈。

　　高能離子凈化系統(tǒng)在歐洲諸國應用于醫(yī)院、辦公樓、公眾大廳等，以空氣凈化以致達到模擬自然森林空氣清新的效果。近些年逐步開發(fā)應用于污水處理廠和污水提升泵房的脫臭方面，法國、英國、蘇格蘭、瑞典等國的應用實例很多。

　　2.3.2　天津市某污水廠試驗效果

　?。?）試驗場地

　　脫臭中試場地選擇在天津市某污水處理廠污泥處置實驗室內(nèi)，臭源是脫水污泥處置過程中產(chǎn)生的臭氣。

　?。?）試驗條件：

　?、傥勰嘀性噷嶒炇?/p>

　　總容積：30m³ （3×4×2.5m³） ；

　　污泥發(fā)酵倉直徑φ600mm，長3m；

　　臭氣測試點與發(fā)酵倉的水平距離為1m；

　　高能離子凈化系統(tǒng)主機及通風系統(tǒng)置于室內(nèi)。

　?、诔魵庠?/p>

　　260kg脫水污泥投入到回轉(zhuǎn)式污泥發(fā)酵倉中；

　　為了加強臭氣強度，污泥采用了太陽能加熱。

　?、鄹吣茈x子凈化系統(tǒng)

　　離子機規(guī)格型號：2—E—S氣流：0.42m³／s

　　空氣處理量：1500m³／h 功率：22w

　　為離子發(fā)射系統(tǒng)配套的通風系統(tǒng)；

　　④ 測試項目

　　負離子濃度；VOC（有機污染）氣體總量；

　　H₂S、O₂、CO、CH₄濃度。

　?、?試驗數(shù)據(jù)分析及評價

　　9小時連續(xù)運行，臭源VOC濃度周期性變化從25～100ppm，室內(nèi)則從15～16.7ppm逐漸衰減到0～1ppm；室內(nèi)測點離子濃度始終保持在160～170Ions／cm3；H2S氣體濃度也保持為0.

　　試驗結果變化曲線見圖1及2.

　　⑥ 試驗結果評價

　　A試驗所采用的VOC測定儀，離子檢測計和有毒有害氣體測定儀都是先進的便攜式儀器，靈敏度很高，能保證數(shù)據(jù)的可靠性；

　　B試運行是污泥發(fā)酵倉及太陽能加熱后的污泥臭氣，臭氣強度高，通過BENTAX離子空氣凈化系統(tǒng)凈化，僅1小時后，VOC濃度降低至零，離子濃度升高，H2S氣體由4.0ppm減小到0，人員嗅覺感覺臭味明顯下降。負載試驗是在脫水污泥處置臭源條件下進行的，臭源VOC濃度從25～100ppm，室內(nèi)測點則從15～16.7ppm逐漸衰減到0～1ppm；離子濃度始終保持在160～170 Ions／cm³；H₂S氣體濃度也保持為0。

　　技術結論意見為：通過利用高能離子除臭，在上述試驗條件下，除臭效果技術上是可行的。

　　C　經(jīng)濟分析

　　在本實驗條件下，高能離子凈化系統(tǒng)對污水廠脫水污泥臭氣的凈化效果較顯著，運行成本分析如下：

　　24小時運行耗電量僅為0.53kwh；

　　單位空間耗電量為0.018 kwh／m³.d；

　　按每度電0.45元計算

　　凈化1立方米臭氣的成本約為0.0081元／m³.d；

　　污泥脫水車間以1000 m³為計；

　　則運行成本直接耗電費用為8.1元／d。