污水厂生物过滤除臭工艺及工程设计.doc

摘 要： 随着对污水厂周边环境要求的提高，污水厂除臭处理已成为业界关注的焦点。介绍了污水处理厂恶臭物质的成分、来源及生物除臭的原理，并以某污水处理厂除臭工程为例，介绍了生物过滤除臭工艺气体收集、处理系统的设计参数及生化反应条件的控制方法，可为类似工程提供借鉴。关键词： 污水处理厂； 恶臭气体； 生物除臭； 生物过滤工艺中图分类号：X7031 文献标识码：C 文章编号：10004602 (2009)16003204Biofiltration Deodorization Process and Project Design in Wastewater Treatment PlantWANG Mingjian， LI Xin(Guangdoug ENVITEK EPInc，Guangzhou 510500，China)Abstract：Along with the increase in requirement for surrounding environment of wastewater treatment plant (WWTP)，the deodorization treatment performed in WWTP has become the focus of the industry concern The components and source of odors and the principle of biodeodorization are introducedTaking the deodorization project of a WWTP for example，the co1lection of odors，the design parameters and the control of biological reaction conditions are presentedwhich provides a reference for the similar projectsKey words： wastewater treatment plant； odorous gas； biodeodorization； biofiltration process近年来，生物脱臭技术(尤其是生物过滤除臭技术)以其工艺相对成熟、基建费用低、操作维护简单、污染物净化彻底且处理效果好等特点而在实际应用中逐渐推广1-3，已成功应用于治理污水厂、公共区域的恶臭以及对VOC和有毒气体排放物的去除，已成为城市污水处理中臭气处理的主流工艺4。1污水厂臭气成分及来源污水处理厂的臭气成分分为三类：含硫化合物，如H2S、硫醇、硫醚类；含氮化合物，如氨、胺类、酰胺、吲哚等；含氧有机物，如醇、酚、醛、酮、有机酸等。其中H2S、NH3，是臭味的主要组成成分5。经德国工程师协会调查，各处理工段产生的臭气与气味值如表1所示。表1 臭气来源及气味值处理工段气味值波动范围进水井4528-80格栅井、泵站集水池8532-136沉砂池6030-90一般附和曝气池5021-101延时曝气法曝气池3010-43二沉池3012-50二沉池污泥提升泵站4526-82污泥存放20030-800消化污泥存放8035-240机械污泥脱水间40050-770污泥脱水滤液3300-955007100（浓缩池内侧）在采用二级生物处理工艺的污水处理厂中，一般包括粗格栅、提升泵站、细格栅及沉砂池、生物反应池、二沉池、消毒池等构筑物，其产生的污泥一般在厂区内贮存、浓缩、脱水，有的还要进行消化稳定处理。从表1可以看出，污水前处理部分(格栅井、提升泵房集水池及沉砂池)和生物反应池中的厌氧段和污泥处理部分(贮泥池、脱水问等)是除臭的重点。2生物过滤除臭原理Ottengraf等提出了生物膜理论，并建立了模型来描述低浓度有机废气的净化过程。孙石等较早地在国内介绍了Ottengraf模型，并认为恶臭气体在生物滤池中的吸附净化一般要经历以下几个步骤6：废气中的有机污染物首先同水接触并溶解(或混合)于水中，即由气膜扩散进入液膜；溶解(或混合)于液膜中的有机污染物在浓度差的推动下进一步扩散到生物膜内，进而被其中的微生物捕获并吸收；进入微生物体内的有机污染物在其自身的代谢过程中作为能源和营养物质被分解，最终转化为无害的化合物。在净化过程中，总吸收速率主要取决于气、液两相中的有机污染物扩散速率(气膜扩散、液膜扩散)和生化反应速率。3生物过滤除臭设计以某污水处理厂一期生化池加盖除臭工程为例，介绍污水处理厂恶臭气体的生物过滤工艺设计。该污水处理厂一期设计规模为20104m3d，采用改良A2O工艺。31 恶臭物质浓度及排放标准主要恶臭物质浓度设计值H2S浓度为075150 mg/m3，NH3浓度为050283 mg/m。，臭气浓度(气味值)为2504 000。H2S原始设计浓度为150 mg/m3，NH3原始设计浓度为283 mg/m3。除臭排放标准由于该污水厂位于城市商业、交通、居民混合区，属环境空气质量功能二类区，根据环境空气质量标准(GB 30951996)的规定，其环境空气质量执行二级标准。臭气处理后排放根据城镇污水处理厂污染物排放标准(GB 189182002)、恶臭污染物排放标准(GB 1455493)、工作场所有害因素职业接触限值(GBZ 212007)的要求，按照从严的原则确定除臭排放标准如下：H2S006 mgm3，NH3150 mgm3，CH41 mg/m3，甲硫醇0007 mg/m3甲硫醚007 mgm。，二甲二硫006 mgm3臭气浓度(气味值)20。32恶臭收集与输送321 加盖设计除臭工艺的第一个重点是建立臭气收集系统，理想的臭气收集系统是对臭气污染源在最小的范围内进行封闭和直接收集。为了减少臭气对周围环境的影响，设计中对产生臭气的改良A2O生物处理池等构筑物采取了加盖封闭措施。具体做法是在构筑物水面上加一个高度1 m的盖，将污水水面罩住。加盖材料有多种，在综合考虑投资、耐腐蚀性、可靠性和美观性的基础上，加盖材料采用进口玻璃钢。322风量计算污水厂臭气量的计算基本上有下列几种方法：根据水面积确定臭气量；对构筑物整体加盖，根据臭气空间容积确定脱臭气量；对水池局部加盖，根据开口面积和风速确定脱臭气量；根据设备台数确定脱臭气量。本工程的风量根据臭气空问容积和换气次数确定，换气次数根据室内是否进人确定取值范围：不进人或一般不进人的地方，换气次数约为23次h：有人进入，但工作时间不长的，换气次数约为23-5次h；有人长时间工作的空间，换气次数为48次h。本设计根据臭气空间，按换气次数为2次h再叠加曝气量确定臭气量。该污水厂A2O生化池加盖后臭气空间为17 500 m3，曝气量为35 000 m3h则生化池处理气量按70 000 m3h来考虑。33 生物过滤除臭设计生物除臭滤池由臭气收集系统、加湿系统、生物填料系统、原水输送、滤液排放等几部分构成。33。1设计参数的确定为了保证设备的正常运行和对恶臭物质的高效去除率，工艺参数的选择和确定是极为重要的。一般生物除臭滤池的主要设计参数如表2所示。参数设计运行范围参数设计运行范围风管风速m/s12表面负荷m3/m2h50-200停留时间s15-100有机负荷10-160压力损失pa70-120臭气湿度%90填料高度m0.5-1.5臭气去除率%95-99温度10-35pH值6-9根据污水处理厂生化池臭气量及臭气处理设施的建设情况，本工程设置2套生物滤池除臭装置，每套处理臭气能力为35 000 m3h。具体设计参数如下：生物滤池高度为25 m；滤池表面负荷为1768m3(m。h)；停留时间为509 s；填料高度为08m；生物滤池尺寸为180 m110 m25 m；风机Q=20 000 m3h，H=2 kPa，N=15 kW，2台。332填料选择生物滤池的最主要组成部分是填料，微生物在恶臭气体处理实际工程中应用效果的优劣，与所用填料有密切关系，不同的填料具有不同的特性，适用于不同的场合。目前，废气生物处理的填料主要为有机和无机两大类。无机填料主要有沙子、碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、陶瓷、活性炭等，有机填料多为土壤、堆肥、碎木屑、树皮、树叶、聚丙烯小球、塑料环等。若选择填料不合理，则不仅不能达到既定的使用目标，甚至可使整个生物处理过程失败，会导致不必要的损失。选择填料有以下要求：应具有一定的结构强度及耐腐蚀性；具有较大的比表面积，可给微生物提供充分的附着及与污染气体接触的面积；应具有较好的表面性质，要有亲水性，便于微生物和水附着；应具有足够的孔隙率供微生物生长，确保供氧充足；无毒，化学性质稳定。本工程选用聚丙烯鲍尔环作为微生物附着生长的填料，规格为25 mm25 mm12 mm，堆叠高度在800 mm左右。这种填料具有机械强度高、密度小、比表面积大(175 m2m3)、孔隙率高、透气性好、压力损失小、没有异味、耐腐蚀等优点，而且填料环上衰老的微生物膜易脱落，微生物更新速度快；填料环的内表面容易被液体润湿，保水性强，便于控制湿度和减少喷淋水的用量。34 其他设计341 温度生物滤池的操作温度为2535(微生物生长的最佳温度为2535)，一般而言，在适宜的生长范围内，温度每下降或升高10，微生物的生长速率将降低或提高12倍，则其对恶臭物质的去除效率也将相应地降低或提高，为保证良好的处理效果，对生物滤床进行了保温，以保证滤床和微生物的热量不散发出去，同时对进气进行电加热升温，根据进气量，配备合适的电加热功率，以确保空气温度维持在10以上，保证微生物的良好生长。342湿度水分不仅是微生物生命活动的必要成分，而且也是吸收废气进而被微生物利用的溶剂，因此要求臭气有一定的湿度。生物滤池湿度太低则水溶性恶臭物质难以及时进入液相，且填料易干燥，降低床内生物活性，既影响了整体除臭效率，又使得代谢产物不易排出滤池。但是生物滤池的湿度过高又会使得传质效率受到影响，且会导致气体穿过阻力增大，甚至还可能造成局部厌氧而影响除臭效率。本工程在生物滤池内设计有喷雾加湿区，使臭气进入生物氧化区前相对湿度达到90以上，完全满足生物滤池的需要。另外在生物滤床上方也增设散水装置，便于填料接种时将菌种均匀投加到填料上。343 pH值生物滤池中的大部分微生物在接近中性的环境下生物活性高，恶臭的去除效率也高。在一些情况下，处理含H2s气体时会产生酸性副产品(如H2SO。),则生物滤池内pH值会下降，滤池内微生物的活性受到影响，从而降低恶臭物质的去除率。故在滤池内设置pH值控制器监控pH，通过生物滤池上方的散水装置添加碱液以调整pH值为68。344营养成分微生物新陈代谢过程中除了碳元素外，还需要氮、磷、钾和痕量元素。当恶臭气体不能提供足够的养分时还需要投加营养成分来满足微生物的生长。设置在滤池上方的散水装置在滤池内营养成分不足时也可为滤池提供营养成分。为了使对污染物质的去除能力达到最大化，营养物质的供应在种类与数量上应能保证微生物的活性，其具体的添加数量与频率可参考恶臭气体中的碳含量并结合实际运行情况来确定。Acuna等的试验表明，较高的营养水平可以使滤池快速启动，并能提高其在稳定阶段的去除能力7。Gribbins和Loehr认为，只有当氮碳比001时生物滤池才能达到最佳的去除效果8。4运行效果该污水处理厂生物滤池除臭工程已建成并投入运行，现设备运转正常，在污水厂周边基本上闻不到臭味，对生物滤池排放气体进行了多次监测，H2S的浓度为004 mg/m3，NH3，浓度为10 mgm3，厂区边界臭气浓度为10，达到了国家二级排放标准。由于对滤池采用了保温措施，即使在冬季，H2S和NH3浓度也分别维持在005006 mgm3 和120130 mm3，厂区边界臭气浓度20，也同样达到了国家排放标准。5结语污水厂运行实践表明，生物除臭滤池具有去除率高、不存在二次污染、运行成本低、管理方便等优点，该工程为国内城市污水处理厂恶臭气体的控制提供了良好的借鉴。参考文献：1Pagans Estela，Font Xavier，Sanchez AntoniEmission of volatile organic compounds from composting of different solid wastes：abatement by biofihrationJJ Hazard Mater，2006，131 (13)：1791862MorganSagastume J M，Noyola AHydrogen sulfide removal by compost biofiltration：effect of mixing the filter media on operational factorsJ Bioresour Technol，2006，97 (13)：154615533Hernndez Ignacio，Prez-Pastor Abraham，Vergara Juan J，et alStudies on the biofiltration capacity of Gracilariopsis longissima：from microscale to macroscaleJAquaculture，2006，252 (1)：43534尚魏，王启山，郭静生物过滤除臭技术在城市污水处理厂中的应用J天津城市建设学院学报，2001，7(2)：121124彭清涛恶臭污染及其治理技术J现代科学仪器，2000，(5)：44466孙石，杨显万，谢蕴国，等生物法净化低浓度挥发性有机废气的动力学问题探讨J环境科学学报，1999，19(2)：1531587Acu a M E，Villanueva CCrdenas B，et alThe effect of nutrient concentration on biofilm formation on peat and gas phase toluene biodegradation under biofiltration conditionsJProcess Biochem，2002，38 (1)：7一138Gribbins M JLoehr R C Effect of media nitrogen concentration on biofilter performanceJ Air Waste Manage，1998，48(3)：475480