污水處理廠除臭技術與工程化研究

1　概述

　　城市污水處理廠污水污泥處理過程中，必然會產生大量的惡臭氣體—異味，這些臭味主要是由有機物腐敗產生的氣體造成。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。隨著人類社會經濟的發展，人民生活水平的提高和日益增強的公眾環境意識，城市污水處理廠在運行過程中所產生的臭氣問題，已經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境及居民生活的影響，一些發達國家先后制定和逐步完善了一些有關的具體規定。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，有的很難避開居民區、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

表2 污水處理廠構筑物脫臭通量

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1m²的臭氣需2.5～3.3 m^２土地；③ 但不適于降暴雨、下大雪地區；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
　　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。[page]
　　日本經驗得出：
　　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
　　（1）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／m²min
　　　　 需土壤面積：1580m²（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）／m²（土）min
　　　　 需土壤面積（計算值）：8.3m² （設計值）：25m² 結構設計（自土壤表層向下）

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
　　（1）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，必須為之創造一個良好的生存環境，比如：適宜的濕度、ph值、氧氣含量、溫度和營養成分等。實際生產設計要求，載體填料相對濕度保持在80～95%，所以經常采用噴淋原污水或初沉池出水以提供水分和營養源。
　?。?）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：使惡臭物質通過活性碳層，利用物理吸附去除；
　　適用物質：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
　　日本某公司生產的生物活性炭脫臭裝置規格和性能見表3所示：

表3 生物活性炭脫臭裝置規格和性能

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。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，其工作原理是置于室內的離子發生裝置發射出高能正、負離子，它可以與室內空氣當中的有機揮發性氣體分子（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；離子發生裝置發射離子與空氣中塵埃粒子及固體顆粒碰撞，使顆粒荷電產生聚合作用，形成較大顆?？孔陨碇亓Τ两迪聛恚_到凈化目的；發射離子還可以與室內靜電、異味等相互發生作用，同時有效地破壞空氣中細菌生存的環境，降低室內細菌濃度，并將其完全消除。最終的效果是使室內空氣變得象雨后森林般的純凈。[page]
　　高能離子凈化系統在歐洲諸國應用于醫院、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
　　（1）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，臭源是脫水污泥處置過程中產生的臭氣。
　　（2）試驗條件：
　?、傥勰嘀性噷嶒炇?br>　　總容積：30m³ (3×4×2.5m³) ；
　　污泥發酵倉直徑φ600mm，長3m；
　　臭氣測試點與發酵倉的水平距離為1m；
　　高能離子凈化系統主機及通風系統置于室內。
　?、诔魵庠?br>　　260kg脫水污泥投入到回轉式污泥發酵倉中；
　　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
　　離子機規格型號：2—e—s氣流：0.42m³／s
　　空氣處理量：1500m³／h 功率：22w
　　為離子發射系統配套的通風系統；
　?、?測試項目
　　負離子濃度；voc（有機污染）氣體總量；
　　h₂s、o₂、co、ch₄濃度。
　?、?試驗數據分析及評價
　　9小時連續運行，臭源voc濃度周期性變化從25～100ppm，室內則從15～16.7ppm逐漸衰減到0～1ppm；室內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。

　?、?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，能保證數據的可靠性；
　　b試運行是污泥發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　經濟分析
　　在本實驗條件下，高能離子凈化系統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。