污水处理厂除臭技术和工程化研究

1　概述

　　城市污水处理厂污水污泥处理过程中，必然会产生大量的恶臭气体—异味，这些臭味主要是由有机物腐败产生的气体造成。臭味大致有鱼腥臭[胺类CH₃NH₂，（CH₃）₃N]，氨臭[氨NH₃]，腐肉臭[二元胺类NH₂（CH₂）4NH₂]，腐蛋臭（硫化氢H₂S），腐甘蓝臭[有机硫化物（CH₃）₂S]，粪臭[甲基吲哚C₈H₅NHCH₃]以及某些生产废水的特殊臭味。臭味给人以感官不悦，甚至会危及人体生理健康，诸如呼吸困难、倒胃、胸闷、呕吐等。随着人类社会经济的发展，人民生活水平的提高和日益增强的公众环境意识，城市污水处理厂在运行过程中所产生的臭气问题，已经引起社会越来越多的关注。为了防止和消除城市污水处理厂臭味对周围环境及居民生活的影响，一些发达国家先后制定和逐步完善了一些有关的具体规定。目前我国兴建的城市污水处理厂大多在大、中城市和旅游景点城镇，有的很难避开居民区、交通要道或村落，因此污水处理厂脱臭问题不可避免地提到议事日程上来，有的已达到急迫需要得到解决的地步。今后我国环境部门将要对污水处理厂提出臭气控制指标。

　　2　脱臭技术及设计

　　污水处理厂臭味的处理方法有很多，如直接焚烧法、催化剂氧化法、酸碱洗净法、臭气氧化法、化学吸附法、活性碳物理吸附法、生物脱臭法、土壤脱臭法等，但经济实用的还属生物除臭技术。当采用排风换气时脱臭时，污水处理厂处理构筑物通气量可参考表2数值。本文将对土壤法、生物法、离子法简单论述。

表1 臭气浓度控制参考值  　　

表2 污水处理厂构筑物脱臭通量

　　2.1　土壤脱臭技术

　　2.1.1土壤脱臭原理及特点

　　土壤脱臭机理主要可分为物理吸附和生物分解两类，恶臭气体－如胺类、硫化氢、低级脂肪酸等水溶性臭气类，被土壤中的水分吸收去除，而非溶性臭气则被土壤表面物理吸附继而被土壤中微生物分解。土壤脱臭法特点：① 维护管理费用低，效果与活性炭脱臭同等，② 处理1㎡的臭气需2.5～3.3 ㎡土地；③ 但不适于降暴雨、下大雪地区；对于高温、高湿和水分、尘土、微尘等气体须予处理。

　　2.1.2　土壤和参数

　　设计土壤脱臭时选择的土壤指标应是：腐殖土为好，亚粘土等红土需掺入鸡粪、垃圾和污泥肥料进行改良后使用；矿质土和粘土不宜。土壤水分40～70%为宜。过于干燥的土壤需装设水喷淋器。种植草坪土壤表面保持倾斜，作为防降暴雨的措施。

　　日本经验得出：

　　臭气通过土壤中速度：2mm ～17mm／s；

　　设计一般选为5mm／s；

　　有效土壤厚度为50 cm；

　　臭气与土壤接触时间为1分40秒；

　　臭气通过活性炭速度：30cm～40cm／s；

　　有效厚度为40cm；

　　臭气与活性碳接触时间为1秒。

　　2.1.3　工程范例

　　（1）日本某处土壤脱臭床

　　臭气风量：600m³／min

　　臭气与土壤接触时间：2.7m³／㎡min

　　需土壤面积：1580㎡

　　（2）我国某处污泥脱水机房土壤脱臭床

　　脱水机房容积：V＝450m₃

　　设换气周期：每小时3次（20min）

　　换臭气量：22.5m³／min（450m³／20min）

　　脱臭负荷：设2.7m³（臭气）／㎡（土）min

　　需土壤面积（计算值）：8.3㎡

　　（设计值）：25㎡

　　结构设计（自土壤表层向下） 　　

　　2.2　填料塔式生物活性炭吸附脱臭装置

　　2.2.1工作原理和填料

　　（1）生物脱臭原理

　　生物脱臭是在适宜条件下，利用载体填料比表面积上微生物的作用脱臭。臭气物质先被填料吸收，然后被填料上附着的微生物氧化分解，从而完成臭气的除臭过程。为了使微生物保持高的活性，必须为之创造一个良好的生存环境，比如：适宜的湿度、pH值、氧气含量、温度和营养成分等。实际生产设计要求，载体填料相对湿度保持在80～95%，所以经常采用喷淋原污水或初沉池出水以提供水分和营养源。

　　（2）填料选择

　　生物脱臭塔最主要部分是填料。一种好的载体填料必须满足：容许生长的微生物种类丰富；为微生物提供栖息生长大的比表面积；营养成分合理（N、P、K和微量元素）；有好的吸水性；自身无异味；吸附性好；结构均匀孔隙率大；材料易得且价格便宜；耐老化；运行、养护简单。常用的填料有：塑料、半软性塑料、干树皮、干草、纤维性泥炭或其混合物。

　　脱臭塔填料的堆放高度取决于所要求的停留时间和表面负荷。工程上填料高度一般为1.0～1.2 m。如果选择的填料合适，工艺上能做到布气均匀、排除气流短路的话，最低高度可以为0.5 m。

　　2.2.2 活性碳吸附脱臭

　　原理：使恶臭物质通过活性碳层，利用物理吸附去除；

　　适用物质：硫化氢和硫醇（氨和胺）。

　　2.2.3脱臭工艺流程及脱臭装置

　　臭气 → 空气净化器 → 风机 → 生物脱臭装置 → 活性炭脱装置 →排放

　　日本某公司生产的生物活性炭脱臭装置规格和性能见表3所示：

表3 生物活性炭脱臭装置规格和性能 　　

　　2.3　高能离子脱臭技术

　　2.3.1　技术简介及工作原理

　　高能离子净化系统是瑞典的高新技术，它能有效地清除空气中的细菌、可吸入颗粒物、硫化合物等有害物质。使人的嗅觉感受到模拟自然的清新空气。它的核心装置是BENTAX离子空气净化系统，其工作原理是置于室内的离子发生装置发射出高能正、负离子，它可以与室内空气当中的有机挥发性气体分子（VOC）接触，打开VOC分子化学键，分解成二氧化碳和水；对硫化氢、氨同样具有分解作用；离子发生装置发射离子与空气中尘埃粒子及固体颗粒碰撞，使颗粒荷电产生聚合作用，形成较大颗粒靠自身重力沉降下来，达到净化目的；发射离子还可以与室内静电、异味等相互发生作用，同时有效地破坏空气中细菌生存的环境，降低室内细菌浓度，并将其完全消除。最终的效果是使室内空气变得象雨后森林般的纯净。

　　高能离子净化系统在欧洲诸国应用于医院、办公楼、公众大厅等，以空气净化以致达到模拟自然森林空气清新的效果。近些年逐步开发应用于污水处理厂和污水提升泵房的脱臭方面，法国、英国、苏格兰、瑞典等国的应用实例很多。

　　2.3.2　天津市某污水厂试验效果

　　（1）试验场地

　　脱臭中试场地选择在天津市某污水处理厂污泥处置实验室内，臭源是脱水污泥处置过程中产生的臭气。

　　（2）试验条件：

　　①污泥中试实验室

　　总容积：30m³ （3×4×2.5m³） ；

　　污泥发酵仓直径φ600mm，长3m；

　　臭气测试点与发酵仓的水平距离为1m；

　　高能离子净化系统主机及通风系统置于室内。

　　②臭气源

　　260kg脱水污泥投入到回转式污泥发酵仓中；

　　为了加强臭气强度，污泥采用了太阳能加热。

　　③高能离子净化系统

　　离子机规格型号：2—E—S气流：0.42m³／s

　　空气处理量：1500m³／h 功率：22w

　　为离子发射系统配套的通风系统；

　　④ 测试项目

　　负离子浓度；VOC（有机污染）气体总量；

　　H₂S、O₂、CO、CH₄浓度。

　　⑤ 试验数据分析及评价

　　9小时连续运行，臭源VOC浓度周期性变化从25～100ppm，室内则从15～16.7ppm逐渐衰减到0～1ppm；室内测点离子浓度始终保持在160～170Ions／cm3；H2S气体浓度也保持为0.

　　试验结果变化曲线见图1及2.

　　⑥ 试验结果评价

　　A试验所采用的VOC测定仪，离子检测计和有毒有害气体测定仪都是先进的便携式仪器，灵敏度很高，能保证数据的可靠性；

　　B试运行是污泥发酵仓及太阳能加热后的污泥臭气，臭气强度高，通过BENTAX离子空气净化系统净化，仅1小时后，VOC浓度降低至零，离子浓度升高，H2S气体由4.0ppm减小到0，人员嗅觉感觉臭味明显下降。负载试验是在脱水污泥处置臭源条件下进行的，臭源VOC浓度从25～100ppm，室内测点则从15～16.7ppm逐渐衰减到0～1ppm；离子浓度始终保持在160～170 Ions／cm³；H₂S气体浓度也保持为0。

　　技术结论意见为：通过利用高能离子除臭，在上述试验条件下，除臭效果技术上是可行的。

　　C　经济分析

　　在本实验条件下，高能离子净化系统对污水厂脱水污泥臭气的净化效果较显著，运行成本分析如下：

　　24小时运行耗电量仅为0.53kwh；

　　单位空间耗电量为0.018 kwh／m³.d；

　　按每度电0.45元计算

　　净化1立方米臭气的成本约为0.0081元／m³.d；

　　污泥脱水车间以1000 m³为计；

　　则运行成本直接耗电费用为8.1元／d。