生物過濾工藝在污水除臭中的應用

夏興勃

摘要：闡述了化工裝置污水處理過程中產生的臭氣來源、成分以及危害，詳細說明了生物過濾工藝除臭原理、設備組成及處理過程。并以某化工裝置處理污水臭氣為例，重點介紹了生物過濾工藝除臭系統的臭氣封閉收集、輸送管路、一體化生物過濾除臭設備及過濾填料的設計選型等，并對該除臭工藝的運行費用和除臭效果進行了估算和檢測，結果表明：生物過濾工藝是臭氣處理的一種有效方法，適合用于化工裝置污水處理中的大氣量、低濃度的臭氣治理，對化工裝置污水處理所產生的臭氣治理效果較好。

關鍵詞：化工裝置；污水處理；惡臭氣體； 除臭

中圖分類號：X703

文獻標識碼：A 文章編號：1674-9944（2017）6-0032-05

1 引言

現代化工生產中，會產生大量生產污水，為保護環境，化工裝置會將污水進行收集處理、達標排放。但在污水及污泥收集、處理過程中，會產生大量的惡臭氣體，這些臭味氣體主要是由有機物腐敗、揮發產生的氣體造成。化工裝置在污水處理過程中，因對污水的擾動往往會使得污水中的各種有毒有害污染氣體揮發出來，特別是H2S、氨氣及含硫有機氣體，嚴重影響廠區及周邊地區大氣環境。本文以某合資化工企業的裝置污水處理臭氣為例，分析了該化工裝置的臭氣來源、成分、氣量等，通過生物過濾工藝除臭系統的封閉收集、輸送管路、一體化生物過濾除臭設備及過濾填料的設計選型等，運用生物過濾工藝進行除臭處理。并對生物過濾除臭工藝的運行費用和除臭效果進行了估算和檢測，說明了生物過濾工藝是臭氣處理的一種有效方法，適合用于化工裝置污水處理中的大氣量、低濃度的臭氣治理，對化工裝置污水處理所產生的臭氣治理效果較好。

2 臭氣的分類和來源

2.1 臭氣的分類

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。臭味造成人們感官上的不適，甚至會影響人體生理健康，諸如呼吸困難、倒胃、胸悶、嘔吐等。

根據主要成分，污水處理產生的臭氣可分為三大類：含硫的化合物，如硫化氫﹑甲硫醇﹑甲硫醚等；含氮化合物，如氨﹑二元胺﹑甲基引哚等；碳﹑氫﹑氧等組成的化合物，如低級醇﹑醛﹑脂肪酸等[1]。污水中各類各類臭氣成分如表1所示。

2.2 臭氣的來源

污水處理系統的臭氣主要來源于污水處理系統和污泥處理系統[2]，而且污水污泥處理、處置工藝不同，產生的臭氣成分與濃度也不同。一般來講，長泥齡工藝（如氧化溝）臭氣產量低于低泥齡工藝（如常規曝氣工藝）[3]，好氧工藝低于厭氧工藝。污水處理系統中的臭氣源主要分布在進水頭部、預處理、初級處理及濾池反沖洗液、污泥處理上清液等，曝氣池的攪拌和充氧也會產生部分臭氣。污泥處理系統中的臭氣來源主要分布在污泥濃縮、厭氧消化后的污泥脫水和污泥堆放、外運過程，由于對不穩定污泥進行壓縮、剪切作用，產生蛋白質類生物高聚物，進而分解產生大量臭氣。

污水收集、處理設施中的主要臭氣產生源、氣味值及其相波動范圍詳見表2。從表2中可以看出，污水前處理部分（污水提升泵站、格柵、沉砂池）以及生物反應中的厭氧調節池和污泥處理部分（濃縮池、儲泥池、脫水間等）是除臭的重點。

3 生物過濾工藝

生物除臭法是20世紀60年代發展起來的新工藝，它利用微生物降解轉化致臭物質[4]，其中生物過濾除臭法是目前研究最多、工藝最成熟、應用最廣泛的生物除臭方法。主要過程包括水溶滲透生物吸收及生物氧化3個步驟。

水溶滲透過程是生物除臭的第一步。臭氣中的化學物質與濕潤濾料接觸后在表層溶解，并從氣相轉化為水相。同時，濾料的多孔性可有效增大氣相化學物質在水相中的傳送擴散速率，可迅速將臭氣的濃度降至極低的水平。

隨后，水溶液中的惡臭成分被微生物吸附、吸收，惡臭成分從水中轉移至微生物體內；

最后，通過生物氧化來降解惡臭物質。濾料中的專性細菌（根據臭源的類型篩選而得到的處理菌種）將以污染物為食，把污染物轉化為自身的營養物質，使碳、氫、氧、氮、硫等元素從化合物的形式轉化為游離態，進入微生物的自身循環過程，從而達到降解的目的。與此同時，專性細菌等微生物又可實現自身的繁殖過程。

生物過濾法常用工藝過程如圖1所示。

生物過濾法除臭效率高，可達90%以上，同時所需設備簡單，不需要藥劑和燃料，能耗低，不需再生和其他后續設施，管理維護方便，已成為治理惡臭的一個重要發展方向，具有較為廣闊的發展前景[5～8]。

4 某合資化工企業裝置的生物過濾除臭工藝介紹

某合資化工企業的生產裝置，是以粗碳五、催化裂化石腦油或粗碳九為原料，生產石油樹脂產品的化工裝置。本化工裝置有污水初級處理系統，經其預處理后的污水再排放到上海石化環保中心繼續處置。此化工裝置污水處理系統的主要工藝為“水解酸化→三級接觸氧化→斜板沉淀→砂濾→超濾”。在污水處理過程中，因對污水的擾動使得污水中的各種有毒有害污染物質包括H2S、氨氣及含硫有機氣體成分等更多的揮發出來，嚴重影響廠區及周邊地區的大氣環境。本除臭工藝設計旨在針對化工裝置污水處理系統的所有惡臭污染源構筑物進行封閉收集后集中處理。臭氣經過綜合處理后，在不受其它臭氣源的影響下，達到廠界《惡臭污染物排放標準》（GB14554-93）中的一級排放標準。

4.1 臭氣控制場所及氣量

根據污水處置系統的處理工藝及構筑物情況，結合廠區平面布置圖，確定惡臭控制場所主要為：格柵井、調節池、水解酸化池、三級接觸氧化池、污泥池、污泥脫水機房、應急水池等。本除臭工藝設計主要包括臭氣的收集與處理問題。具體氣量計算如表3所示。

4.2 主要控制污染物與濃度

該污水處置系統是工業廢水和生活污水的混合廢水，惡臭污染物質主要成分為：H2S、氨氣、甲硫醇、乙硫醚和少量有機硫氣體。

臭氣主要成分及濃度：

NH3： 5～30mg/ m3；

H2S： 5～50mg/ m3；

硫醇： 1～5mg/ m3；

臭氣濃度： 4000（無量綱）。

4.3 除臭工藝確定

本除臭工藝設計的的廢氣污染物主要含有硫化氫、氨氣類以及甲硫醇等惡臭氣體，確定的比較經濟可行并在技術上能達到排放標準的解決方案是：對污水處置系統的惡臭氣體，采用高效生物過濾法的處理工藝。對污水處理構筑物加蓋封閉后集中收集到一體化生物除臭裝置處理，即針對污水處理構筑物采用玻璃鋼蓋板。塑鋼收集倉封閉后通過風機和收集管路輸送至一體化生物除臭裝置進行異味治理，處理后的氣體達標排放。一體化生物除臭裝置集成了生物預洗滌器和生物過濾器，生物預洗滌器也可以去除部分有機廢氣和氨氣并調節氣體狀態（濕度、溫度）保證后續生物過濾器的高效運行。

整個除臭工藝如圖2所示。

5 污水處置系統除臭系統設計

5.1 加蓋收集系統

對污水格柵井、調節池、應急水池、水解酸化池、三級接觸氧化池等構筑物進行惡臭收集，對未封閉的水解酸化池、三級接觸氧化池采用玻璃鋼拱形蓋板封閉加蓋；調節池、應急水池、污泥池等利用現有混凝土蓋板，直接檢修口收集；污泥脫水機房利用現有廠房整體通風；格柵等設備采用不銹鋼框架+透明PVC板封閉罩封閉收集。所有收集系統都必須保證處理構筑物封閉臭氣源內為微負壓，使惡臭污染物質不向外擴散，保證收集效果明顯。而加蓋設計在考慮維修和操作空間的情況下，力求協調、美觀、通透、密封、輕質、實用等兼顧。

污水處理構筑物玻璃鋼拱形蓋板面積總數約為 967 m2。對加蓋工程描述如表4所示。

5.2 管路收集系統

管路收集系統包括氣體收集罩、導流罩、管道、閥門及埋地、架空、爬墻等需要的支架體、吊裝件、加固件等部件，從每個氣體收集點開始匯合至除臭處理系統。

對于除臭風管的管材選擇主要從以下幾方面原則考慮。

（1）由于臭氣收集風管架設在構筑物之上，為了減輕對構筑物的荷載影響，應盡量選擇材質較輕的管材。

（2）污水處置系統工程中，空氣中溫度高、濕度大，從廢水中溢出的有害氣體H2S、NH3濃度高，容易引起臭氣收集風管的腐蝕，因此應盡量選擇耐腐蝕性較好的管材。

（3）對于風管的選擇還應考慮其使用壽命，綜合經濟造價等因素。

根據上述管材選擇原則，用于本除臭工藝的風管擬設計選用FRP風管。該管材的耐化學腐蝕性能好，使用壽命長，在正常使用壽命期間無需維護，輸送的氣體穩定，管道采用法蘭連接，施工方便，可縮短工期，且氣密性能好。

5.3 風機的選型

根據系統配置，每套系統配套風機2臺，1用1備；以保證氣體處理及排放需要的足夠動力， 為保證有效抽風效果，風機后置，位于洗滌——生物濾床除臭設備之后，室內布置。

根據各構筑物污染氣體處理氣量要求，額定風量以20℃、濕度為65%為準，除臭風機的工作風量為：8500 m3/h，2套，1用1備。

根據臭氣收集風管的管道風壓損失，除臭設備的自身風阻，整體除臭設備自身的壓損及臭氣排放管的風壓損失等整套系統的壓力損失，同時考慮風機在最大抽氣量的工況下應具有高于系統壓力10～15%的安全余量，除臭風機的工作全壓分別為： 2000 Pa；風機選型如下：

除臭風機選用“頂裕winfan品牌”玻璃鋼風機，根據以上氣體流量和壓力需要選用風機規格見表5。

風機采用側吸式離心風機，臥式安裝，與電機置于同一機座；設置防振墊，隔振效率≥80%；軸與殼體密封連接，不會泄漏氣體；風機可以24 h連續運轉；風機配套有風機箱，風機的噪音控制在65dB（A）以下。

風機葉輪成形后均經過靜、動平衡校正，精度不低于G2.5級，滿足最高轉速的110%下，保證運轉平衡、運行可靠，不產生變形。

風機與進風閥或風管的連接采用有效卸震的軟聯接（柔性連接）。連接方式為法蘭連接。安裝時留有足夠的操作距離，便于閥門之間的管道安裝及設備的維修和裝拆。

管路系統上配套風量調節閥，風閥的調節范圍超過50%～100%。

風機防護等級IP55，電流380V、 3相、50Hz，F級絕緣，B級溫升。

5.4 預洗滌生物過濾一體化除臭設備選型

預洗滌生物過濾一體化設備是除臭系統設備中的主體設備，是生物降解氣體污染物的主要場所，是目前使用最普遍的除臭工藝設備。

本系統生物過濾器設備為室內放置，采用封閉式集裝箱式結構，艙體形態為長方型立方體，采用玻璃鋼材料，一體化制造工藝；其具有強度好、防紫外線抗老化、外形美觀等特點。根據處理惡臭氣體的氣量和濃度，需配套1套預洗滌生物過濾一體化除臭設備，其處理氣量為8000 m3/h；生物過濾器壓降約在400～800 Pa；濾料高度1.6～1.8 m。具體系統規格參數如表6所示。

洗滌——生物濾床過濾一體化除臭設備集成了生物預洗滌器和生物濾床，配套噴淋散水設備，內部裝填濾料，配有氣體進出口（法蘭式）、除霧器、檢修口、水箱、耐腐蝕循環泵、壓力表、液位控制、給水和排水裝置，氣體導流板、加熱裝置等部件和設備。是生物降解氣體污染物的主要場所，是目前使用最普遍的除臭工藝設備。

設備型號：BF-8000

單套設備規格為：14000 mm×3400 mm×3200 mm。

每套洗滌——生物濾床過濾聯合除臭設備由以下二級組成：

前級預洗滌床（加濕器）：采用水洗滌吸收，對臭氣進行增濕、除塵、水溶性及酸性廢氣吸收的預處理。

有效容積：L×W×H：1.0 m×3.4 m×3.2 m；

平均流速：1 m/s 左右；

接觸時間：1 s左右；

氣 液 比：0.5～1.5；

洗滌頻率：連續（正常工作時間）。

配套循環泵選用不銹鋼防爆型的ZCQ系列自吸式磁力驅動泵，具有可靠性高，使用壽命長，無泄漏的特點，防護等級為IP55，其具體性能參數見表7。

此設備具有以下特點：

①適用性廣，去除率高。

既可處理污水處理設施產生的臭氣，又可處理其它各種有機、無機廢氣及復雜廢氣，耐沖擊負荷能力大。

②針對性強的生物填料。

填料層是生物除臭的核心部分。生物填料選用以木塊、樹皮為主，火山巖為輔的混合濾料，為微生物的生長提供最佳的環境。具有穩定性、通透性、親水性、耐腐性、抗密實以及耐用性等特點，木塊規格為30～40 mm，火山巖濾料規格為15～25 mm，比表面積大于40 m2/g，有利于對污染物的吸附及降解，適合微生物的成長，并保證長期的運行條件下壓降保持穩定，能保證8年以上的使用壽命。

完備的生物填料防酸化措施。

微生物適宜的環境pH值為6～8，但微生物在分解致臭物質時會產生酸性物質，運行時間一長，往往會導致濾池pH值下降，出現酸化現象影響微生物的生長，降低除臭效果。針對此情況，經過多次試驗，對填料采用特別措施，使填料具有調節pH值的能力，可保證pH值長期保持在6～8。

6 運行費用估算

此生物除臭工藝涉及的運行費用估算詳見表8及表9。

此生物除臭工藝運行后，對處置后排放的氣體進行檢測的數據結果詳見表10。

8 結論

生物過濾除臭技術針對化工裝置污水處理系統惡臭氣體處理，具有以下特點：

生物過濾工藝適用于大氣量，低濃度的臭氣治理，可滿足化工裝置的臭氣治理，處理效果較好；

生物過濾除臭技術二次污染較少，運行費用較低；

操作簡單，自動化程度較高；

氣體收集是臭氣治理的重要組成部分，在收集過程中，需要充分考慮防腐要求；

一般情況下，需對待處理氣體噴淋加濕處理，為后繼的生物處理創造適宜的條件；

填料是生物除臭的核心，在實際操作過程中，需注意填料的板結和酸化。

參考文獻：

[1]王建明，袁武建，陳 剛，等. 污水處理廠惡臭污染物控制技術的研究[J]. 安全環境與工程，2005，12（3）：33～34.

[2]郭 靜，梁 娟，匡 穎，等. 污水處理廠惡臭污染狀況分析與評價[J]. 中國給水排水，2002，18（3）：41～42.

[3]金成英夫. 臭氖の凳生しない下水処理法∥腐殖活性污泥文獻集.東京：國土館大學工學部，2005，12（3）：33～34.

[4]姜應和，富立鵬，張少輝，等. 城市污水處理廠臭氣治理技術評析[J]. 市政技術，2007，25（2）：125～127.

[5]王愛杰，徐瀟文，任南淇，等. 污水廠臭氣生物處理技術研究現狀與發展趨勢[J]. 中國沼氣，2005，25（3）：15～19.

[6]陳貽龍，隋 軍，汪傳新，等. 生物除臭在污水處理廠的應用[J]. 中國市政工程，2004，（3）：48～50.

[7]許延營，張世明. 城市污水處理廠惡臭氣體的生物過濾機理[J]. 有色礦冶，2005，21（增刊1）：119～122.

[8]李志強，劉緒宗，王建利. 生物除臭技術[J]. 中國給水排水，1999，15（9）：52～54.