污泥廠發酵車間臭氣處理系統改造工程研究

摘要：對于污泥好氧發酵處理工藝來說，發酵過程中的惡臭污染物去除難度大，也影響了污泥無害化處理。哈爾濱市某污泥廠剩余污泥處理工藝為好氧發酵工藝，處理規模為1000噸／日（含水率80%），發酵車間內臭氣處理系統主要采用生物除臭濾池，由于污泥處理量提升，原有除臭工藝無法滿足臭氣去除需要，污泥廠采取臨時措施保障臭氣排放達標。改造期間進行污染物分析，確定惡臭污染物主要成分，開展高效生物除臭菌劑的生產試驗，結果表明該菌劑可以達到強化生物濾除作用，同時，綜合考慮惡臭污染物中氨氣濃度高的問題，設計水噴淋處理以提升氨氣去除效能。通過增加水噴淋處理，強化生物濾池，優化植物液噴淋處理三個方面的改造，處理后臭氣達到排放標準。

關鍵詞：污泥發酵；除臭技術；除臭系統改造

中圖分類號：X703 文獻標志碼：B

1工程概述

哈爾濱市某污泥廠設計規模為650噸/日（含水率80%），接收污泥為處理生活污水廠產生的剩余污泥，后因哈爾濱市主城區剩余污泥處理量增大，規模提升為1000噸/日（含水率80%），處理工藝采用的是深度脫水結合高溫好氧發酵工藝，項目占地9.16公頃，主要工藝單元為：污泥稀釋池、污泥調節池、板框生產車間、污泥發酵車間、混料車間等。污泥處理工藝流程如圖1所示，將含水率80%的污泥運進稀釋池稀釋至含水率98%之后加入化學藥劑，經過調理反應后，通過板框壓濾進行深度脫水至含水率60%左右，脫水后使1000噸／日（含水率80%）的污泥重量縮減至500噸／日（含水率60%左右）。脫水后含水率60%的污泥與秸稈粉混合后在槽內進行高溫好氧堆肥處理，經過20天左右的高溫好氧發酵，成品熟料部分作為反混料與污泥進行混合，剩余成品熟料輸送至污泥成品車間待外運。

污泥廠接收的污泥屬于典型的城市生活污水處理產生的剩余污泥，有機質、氮、磷、鉀等元素含量高，污泥經高溫好氧發酵工藝處置后，其產品營養土各項指標均符合相關標準，可以用于鹽堿地改良使用，實現污泥減量化、無害化、穩定化、資源化利用。

惡臭污染是人們生活日益關注的一個焦點，惡臭污染物控制相關標準也日漸嚴格，這給臭氣處理造成較大難度。而對于污泥好氧發酵處理工藝來說，惡臭污染主要來源是發酵車間好氧堆肥過程產生的臭氣，污泥堆肥釋放的惡臭氣體不僅濃度高，而且臭氣強度大，對人體健康危害也較大。好氧發酵工藝中除臭工藝采用最廣泛的是生物濾池法，此項目中污泥廠發酵車間南北兩側配有兩座生物除臭濾池，濾料為樹皮和火山巖。整個生物除臭系統包括集氣系統、預處理系統、生物處理系統和排放系統。處理的惡臭氣體一部分來自工藝風機抽取的污泥發酵堆體底部氣體，另一部分來自空間風機抽取的發酵車間內部氣體。每座濾池配有兩臺除臭風機，其中工藝風機規格為：Q=50000m³/h、N=75kW、P=2.96kp，工藝風機的作用是將負壓作用到發酵槽底部布氣板，氣流從堆體間通過，從而為發酵污泥供氧，也達到了給車間換氣的作用；空間風機規格為：Q=30000m³／h、N=75kW、P=2.96kp，作用是利用負壓風管將發酵車間內部的氣體收集至濾池進行處理，從而達到給車間換氣的效果。風機24h運行，預處理系統每30分鐘噴淋10分鐘，使用的是廠內中水，噴淋后水循環使用，循環水冬季每周換1次，夏季每周換2次。

隨著污泥處置量增大，臭氣濃度增大，導致整個除臭系統滿負荷運行，污泥廠采用植物液噴淋應急措施進行控制，2022年進行污泥廠除臭系統升級改造，以期污泥廠惡臭污染物得到有效控制。

2源強及工藝問題分析

2.1源強分析

城市污水處理廠的惡臭氣體主要成分為：含硫化合物、含氮化合物、烴類化合物、含氧有機物。具體成分種類和濃度存在差異，污泥發酵過程中主要惡臭氣體成分為氨氣、硫化氫，尤其是氨氣濃度最大。此項目污泥廠發酵間內惡臭氣體組分經檢測發現，氨氣占比最大，硫化氫占比較小，其他成分三甲胺、二硫化碳、苯乙烯、甲硫醇、甲硫醚和二甲二硫等均未檢出。2021年檢測報告顯示廠界上風向、廠界下風向氨氣濃度（最大值為0.31mg/m³）和硫化氫濃度（最大值為0.009mg/m³）均未超標，表中數據為檢測報告中數據最大值。

2.2工藝問題分析

通過對原生物除臭濾池系統進行梳理排查，并借助惡臭氣體成分和微生物數量測定，發現以下幾個問題：

（1）通過對惡臭氣體成分檢測表明，進氣口氨氣濃度最高，滿負荷運行導致原生物濾池對氨氣去除效果不理想；

（2）原生物濾池噴淋控制系統損壞，濾池中濕度控制不好，不能保證惡臭氣體分子吸收和微生物生長；

（3）通過對原有生物除臭濾池中填料進行微生物數量的檢測，填料中有效菌落總數為7.8×10⁶CFU/g，微生物數量水平不高，生物除臭功能未發揮到最大。

3污泥發酵間除臭系統改造

對發酵車間除臭系統改造以降低氨氣濃度為首要目標，能更有效的控制廠區及周邊的惡臭污染。針對上述分析工藝問題，工藝升級采用增加水噴淋處理、強化生物濾池、優化植物液噴淋等三方面改造，最終形成為水噴淋塔+生物除臭濾池+植物液噴淋組合方式，以提升污泥處理過程中惡臭污染物去除效能，處理后臭氣可以達標排放。

3.1水噴淋塔

經不斷改進、完善，水噴淋塔技術屬于成熟、性能可靠的廢氣凈化設備，對處理氯化氫、氨氣、硫化氫等凈化可以達到或超過國標排放規定，且成本低。可廣泛應用于鋼鐵、冶金、化工、機械、電子、電鍍、醫藥、市政設施等行業廢氣的凈化處理，也可作為預處理系統用于高濃度臭氣去除。

氨氣易溶于水，通常情況下在水中的溶解度為700：1，為了更好去除氨氣，南北兩側生物濾池前增加四座水噴淋塔，分別為2座空間噴淋塔和2座工藝噴淋塔，其中空間噴淋塔設計風量為30000m³／h，進氣氨氣濃度150mg/m²，工藝噴淋塔設計風量50000m³／h，進氣氨氣濃度250mg/m³。同時，增加4套風機，工藝噴淋塔和空間噴淋塔各2套，其中工藝噴淋塔風機規格為：Q=50000m³／h；空間噴淋塔風機規格為：Q=30000m³／h。臭氣收集到噴淋塔中，進行處理后送到生物除臭濾池單元進一步處理。板框生產車間濾布濾池出水用作循環水噴淋，設計進水量為120m³／h，工藝流程圖見圖2。

水噴淋單元主要是去除臭氣中的無機成分，主要為氨氣、硫化氫等；過濾后的臭氣從洗滌塔塔體下方進氣口進入噴淋塔，然后進入第一級填料段。在填料的表面上，混合臭氣被有效截留而進入貯液槽。未被截留氣體繼續進入第一級噴淋段，與吸收液形成的細小霧滴充分混合接觸，再次形成有效截留；氣體進入到二級填料段，發生同樣的截留過程，兩個階段截留的混合氣體濃度范圍不同。噴淋系統包括噴淋管、濾網、閥門及法蘭等全套設施，洗滌塔的填料選用純PP階梯環、由聚丙烯材質注射成形。風機采用玻璃鋼離心通風機，機殼以玻璃鋼制作的整體蝸殼型結構，內表平滑，阻力小；機殼設有人孔配制置，葉輪清潔方便并有排水閥設計以減少故障。

3.2生物除臭濾池

改造前期，發現生物濾池中有效微生物數量不高。經過小試、中試驗證后，采取生產試驗方式，驗證生物除臭菌劑對生物除臭濾池強化作用。向北側生物濾池填料投加專用生物除臭菌劑，與南側進行比對發現，投加生物除臭菌劑可有效提升生物除臭濾池對氨氣和硫化氫的去除效率，保證廠內及周邊空氣環境質量。生產試驗論證生物強化作用有效后，向南側生物除臭濾池填料中投加專用生物除臭菌劑。通過生物除臭菌劑噴灑，將功能性微生物菌群附著在填料上，形成生物膜，惡臭氣體通過時易被水層吸收，附著在填料上微生物以惡臭污染物為營養物質而得到生長、繁殖；惡臭氣體通過填料吸附和微生物降解作用被去除。

生物除臭菌劑初始投加量按照2kg/m³填料投加，菌懸液微生物量為1×10⁹ CFU/mL，分15天連續投加至生物濾池填料表面，后期每月按照0.35kg/m³填料補充生物除臭菌劑。南側和北側生物除臭濾池填料體積約為800m³。按照初始投加量計算，初期每天噴灑生物除臭菌劑1600kg至單側生物濾池填料表面，連續噴灑15天，之后每月補充280kg生物除臭菌劑至單側生物濾池填料表面。噴菌后填料中有效除臭菌濃度升高，菌落總數為9.8×10⁷ CFU/g。生物除臭菌劑包括以下菌種：芽孢桿菌、乳酸菌、酵母菌、光合菌、硝化菌、放線菌以及絲狀菌；芽孢桿菌的菌數占比為20%；所述乳酸菌的菌數占比為15%；所述酵母菌的菌數占比為15%；所述光合菌的菌數占比為15%；所述硝化菌的菌數占比為15%；所述放線菌的菌數占比為10%；所述絲狀菌的菌數占比為10%。

為了優化生物除臭系統中噴淋水吸收氨氣飽和后達到的pH值，檢測收集液pH值，發現夏季pH為9時達到飽和，冬季pH值為8時達到飽和，這可能是因為氨的溶解度受溫度影響，溫度較低時溶解度降低（冬季），溫度較高時溶解度升高（夏季）。完善了噴淋塔的自動控制系統，調節PLC控制柜排水pH值參數夏季為9，冬季為8。

3.3植物液噴淋

在污泥發酵過程中，惡臭污染物濃度與發酵工藝運行參數和實際工況有密切關系，污泥發酵車間無法完全封閉，對惡臭氣體的去除有一定難度；植物液噴淋適用于無法完全封閉空間內臭氣去除，植物液被霧化成霧狀，溶液的表面可以吸附空氣中臭氣分子，也可使其立體構型發生改變，從而達到除臭目的，植物液噴淋單元也是整個除臭系統的安全應急保障措施。

污泥廠發酵間長124m，寬98m，周長444m，總面積12152m²。設計6套噴霧除臭系統，安裝不銹鋼高壓噴霧噴頭2880個，噴霧管采用高壓尼龍管，單個噴頭噴霧量為150mL/min。高壓噴霧除臭系統配備6m²配藥罐一座，清水管道泵一臺，流量15m³／h，除臭劑配置比例為1：50，即配藥罐每次投加除臭劑120公斤，清水管道泵將配藥罐加滿水，地面操作，勞動強度低。系統配備供藥泵兩臺，流量15m²／h，揚程20m，一用一備，定期為6套噴霧主機供藥，單次供藥時長不超過30分鐘。噴霧除臭系統共設計使用噴霧主機6套，每套除臭系統配備1m²PE儲藥箱1個，配備高壓陶瓷柱塞泵1臺，水處理器1套。每套設備配控制箱及遙控器1套。每套噴霧除臭系統配備480個0.4μm不銹鋼噴頭，共計2880個，單頭噴霧量95-178 mL/min，壓力0～7.0MPa，噴霧系統管道使用Φ9.52 mm高壓尼龍管，安裝支撐采用Φ8mm配塑料防護鋼絲繩。

噴霧除臭系統采用手動運行的方式，應急保障期間每10分鐘噴霧1次，每次噴霧2分鐘，連續運行24小時，共噴144次。轉入正常運行后，運行方式可采用春夏運行模式和冬季運行模式，各6個月時間。為便于操作人員能夠進入發酵車間進行相關操作，選擇手動控制除臭設備；結合發酵車間人員進入室內頻次初步估算：春夏季每天8：00-20：00，每4小時噴霧1次，每次噴霧3分鐘，共12小時噴3次，夜間每天20：00-次日8：00，每6小時噴霧1次，每次噴霧3分鐘，共12小時噴2次；冬季白天運行每天8：00-20：00，每4小時噴霧1次，每次噴2分鐘，共12小時噴3次，夜間每天20：00-次日8：00，每6小時噴霧1次，每次噴霧2分鐘，共12小時噴2次。

3.4改造后工藝運行狀況

發酵間除臭系統改造工程于2023年4月完成，2023年6月對項目進行驗收，各處理單元進氣、排氣口平均污染物濃度和廠界無組織排放廢氣結果如表1所示，均達標排放。改造后除臭系統穩定運行，夏季對氨氣平均去除率達90%以上。

4結論

哈爾濱市污泥廠發酵間除臭系統改造，使污泥廠惡臭污染物得到有效控制，改善了工作條件和周圍環境。此項目在原有生物濾池前增加預處理設施，可以有效去除臭氣中占主要比例的氨氣污染物。同時，采用生物強化方法，充分利用原有生物濾池，提升生物濾池除臭效能，與水噴淋系統有很好的銜接，節約了工程建設成本；考慮污染物濃度受工藝和溫度影響，且發酵間無法封閉，采用植物液噴淋作為除臭系統的安全應急保障措施。最終形成