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污水廠生物過濾除臭工藝及工程設(shè)計
2019-11-26 閱讀(1119)
隨著對污水廠周邊環(huán)境要求的提高，污水廠除臭處理已成為業(yè)界關(guān)注的焦點。本文介紹了污水處理廠惡臭物質(zhì)的成分、來源及生物除臭的原理，并以某污水處理廠除臭工程為例，介紹了生物過濾除臭工藝氣體收集、處理系統(tǒng)。
近年來，生物脫臭技術(shù)(尤其是生物過濾除臭技術(shù))以其工藝相對成熟、基建費用低、操作維護(hù)簡單、污染物凈化*且處理效果好等特點而在實際應(yīng)用中逐漸推廣，已成功應(yīng)用于治理污水廠、公共區(qū)域的惡臭以及對VOC和有氣體排放物的去除，已成為城市污水處理中臭氣處理的主流工藝。
污水廠臭氣成分及來源
污水處理廠的臭氣成分分為三類：
①含硫化合物，如H2S、硫醇、硫醚類；
②含氮化合物，如氨、胺類、酰胺、吲哚等；
③含氧有機(jī)物，如醇、酚、醛、酮、有機(jī)酸等。
其中H2S、NH3，是臭味的主要組成成分。經(jīng)德國工程師協(xié)會調(diào)查，各處理工段產(chǎn)生的臭氣與氣味值如表1所示。
表1 臭氣來源及氣味值
處理工段 | 氣味值 | 波動范圍 |
進(jìn)水井 | 45 | 28-80 |
格柵井、泵站集水池 | 85 | 32-136 |
沉砂池 | 60 | 30-90 |
一般附和曝氣池 | 50 | 21-101 |
延時曝氣法曝氣池 | 30 | 10-43 |
二沉池 | 30 | 12-50 |
二沉池污泥提升泵站 | 45 | 26-82 |
污泥存放 | 200 | 30-800 |
消化污泥存放 | 80 | 35-240 |
機(jī)械污泥脫水間 | 400 | 50-770 |
污泥脫水濾液 |
| 3300-95500 |
| 7100（濃縮池內(nèi)側(cè)） |
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在采用二級生物處理工藝的污水處理廠中，一般包括粗格柵、提升泵站、細(xì)格柵及沉砂池、生物反應(yīng)池、二沉池、消毒池等構(gòu)筑物，其產(chǎn)生的污泥一般在廠區(qū)內(nèi)貯存、濃縮、脫水，有的還要進(jìn)行消化穩(wěn)定處理。
從表1可以看出，污水前處理部分(格柵井、提升泵房集水池及沉砂池)和生物反應(yīng)池中的厭氧段和污泥處理部分(貯泥池、脫水問等)是除臭的重點。
生物過濾除臭原理
Ottengraf等提出了生物膜理論，并建立了模型來描述低濃度有機(jī)廢氣的凈化過程。孫石等較早地在國內(nèi)介紹了Ottengraf模型，并認(rèn)為惡臭氣體在生物濾池中的吸附凈化一般要經(jīng)歷以下幾個步驟：
①廢氣中的有機(jī)污染物首先同水接觸并溶解(或混合)于水中，即由氣膜擴(kuò)散進(jìn)入液膜；
②溶解(或混合)于液膜中的有機(jī)污染物在濃度差的推動下進(jìn)一步擴(kuò)散到生物膜內(nèi)，進(jìn)而被其中的微生物捕獲并吸收；
③進(jìn)入微生物體內(nèi)的有機(jī)污染物在其自身的代謝過程中作為能源和營養(yǎng)物質(zhì)被分解，終轉(zhuǎn)化為無害的化合物。
在凈化過程中，總吸收速率主要取決于氣、液兩相中的有機(jī)污染物擴(kuò)散速率(氣膜擴(kuò)散、液膜擴(kuò)散)和生化反應(yīng)速率。
生物過濾除臭設(shè)計
以某污水處理廠一期生化池加蓋除臭工程為例，介紹污水處理廠惡臭氣體的生物過濾工藝設(shè)計。該污水處理廠一期設(shè)計規(guī)模為20×104m3／d，采用改良A2／O工藝。
1惡臭物質(zhì)濃度及排放標(biāo)準(zhǔn)
①主要惡臭物質(zhì)濃度設(shè)計值
H2S濃度為0．75～1．50 mg/m3，NH3濃度為0．50～2．83 mg/m。，臭氣濃度(氣味值)為250～4 000。H2S原始設(shè)計濃度為1．50 mg/m3，NH3原始設(shè)計濃度為2．83 mg/m3。
②除臭排放標(biāo)準(zhǔn)
由于該污水廠位于城市商業(yè)、交通、居民混合區(qū)，屬環(huán)境空氣質(zhì)量功能二類區(qū)，根據(jù)《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3095—1996)的規(guī)定，其環(huán)境空氣質(zhì)量執(zhí)行二級標(biāo)準(zhǔn)。
臭氣處理后排放根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)、《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14554—93)、《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值》(GBZ 2．1—2007)的要求，按照從嚴(yán)的原則確定除臭排放標(biāo)準(zhǔn)如下：H2S≤0．06 mg／m3，NH3≤1．50 mg／m3，CH4≤1 mg/m3，甲硫醇≤0．007 mg/m3．甲硫醚≤0．07 mg／m。，二甲二硫≤0．06 mg／m3．臭氣濃度(氣味值)≤20。
2惡臭收集與輸送
加蓋設(shè)計
除臭工藝的個重點是建立臭氣收集系統(tǒng)，理想的臭氣收集系統(tǒng)是對臭氣污染源在小的范圍內(nèi)進(jìn)行封閉和直接收集。為了減少臭氣對周圍環(huán)境的影響，設(shè)計中對產(chǎn)生臭氣的改良A2／O生物處理池等構(gòu)筑物采取了加蓋封閉措施。具體做法是在構(gòu)筑物水面上加一個高度≤1 m的蓋，將污水水面罩住。
加蓋材料有多種，在綜合考慮投資、耐腐蝕性、可靠性和美觀性的基礎(chǔ)上，加蓋材料采用進(jìn)口玻璃鋼。
風(fēng)量計算
污水廠臭氣量的計算基本上有下列幾種方法：①根據(jù)水面積確定臭氣量；②對構(gòu)筑物整體加蓋，根據(jù)臭氣空間容積確定脫臭氣量；③對水池局部加蓋，根據(jù)開口面積和風(fēng)速確定脫臭氣量；④根據(jù)設(shè)備臺數(shù)確定脫臭氣量。
本工程的風(fēng)量根據(jù)臭氣空問容積和換氣次數(shù)確定，換氣次數(shù)根據(jù)室內(nèi)是否進(jìn)人確定取值范圍：不進(jìn)人或一般不進(jìn)人的地方，換氣次數(shù)約為2～3次／h：有人進(jìn)入，但工作時間不長的，換氣次數(shù)約為2～3-5次／h；有人長時間工作的空間，換氣次數(shù)為4～8次／h。
本設(shè)計根據(jù)臭氣空間，按換氣次數(shù)為2次／h再疊加曝氣量確定臭氣量。該污水廠A2／O生化池加蓋后臭氣空間為17 500 m3，曝氣量為35 000 m3／h．則生化池處理氣量按70 000 m3／h來考慮。
3生物過濾除臭設(shè)計
生物除臭濾池由臭氣收集系統(tǒng)、加濕系統(tǒng)、生物填料系統(tǒng)、原水輸送、濾液排放等幾部分構(gòu)成。
設(shè)計參數(shù)的確定
為了保證設(shè)備的正常運行和對惡臭物質(zhì)的去除率，工藝參數(shù)的選擇和確定是極為重要的。
一般生物除臭濾池的主要設(shè)計參數(shù)如表2所示。
根據(jù)污水處理廠生化池臭氣量及臭氣處理設(shè)施的建設(shè)情況，本工程設(shè)置2套生物濾池除臭裝置，每套處理臭氣能力為35 000 m3／h。具體設(shè)計參數(shù)如下：
生物濾池高度為2．5 m；濾池表面負(fù)荷為176．8m3／(m。．h)；停留時間為50．9 s；填料高度為0．8m；生物濾池尺寸為18．0 m×11．0 m×2．5 m；風(fēng)機(jī)Q=20 000 m3／h，H=2 kPa，N=15 kW，2臺。
填料選擇
生物濾池的主要組成部分是填料，微生物在惡臭氣體處理實際工程中應(yīng)用效果的優(yōu)劣，與所用填料有密切關(guān)系，不同的填料具有不同的特性，適用于不同的場合。目前，廢氣生物處理的填料主要為有機(jī)和無機(jī)兩大類。無機(jī)填料主要有沙子、碳酸鹽類、各種玻璃材料、沸石類、陶瓷、活性炭等，有機(jī)填料多為土壤、堆肥、碎木屑、樹皮、樹葉、聚丙烯小球、塑料環(huán)等。
若選擇填料不合理，則不僅不能達(dá)到既定的使用目標(biāo)，甚至可使整個生物處理過程失敗，會導(dǎo)致不必要的損失。選擇填料有以下要求：①應(yīng)具有一定的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及耐腐蝕性；②具有較大的比表面積，可給微生物提供充分的附著及與污染氣體接觸的面積；③應(yīng)具有較好的表面性質(zhì)，要有親水性，便于微生物和水附著；④應(yīng)具有足夠的孔隙率供微生物生長，確保供氧充足；⑤無毒，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。
本工程選用聚丙烯鮑爾環(huán)作為微生物附著生長的填料，規(guī)格為ф25 mm×25 mm×1．2 mm，堆疊高度在800 mm左右。這種填料具有機(jī)械強(qiáng)度高、密度小、比表面積大(>175 m2／m3)、孔隙率高、透氣性好、壓力損失小、沒有異味、耐腐蝕等優(yōu)點，而且填料環(huán)上衰老的微生物膜易脫落，微生物更新速度快；填料環(huán)的內(nèi)表面容易被液體潤濕，保水性強(qiáng)，便于控制濕度和減少噴淋水的用量。
4其他設(shè)計
溫度
生物濾池的操作溫度為25～35℃(微生物生長的溫度為25～35℃)，一般而言，在適宜的生長范圍內(nèi)，溫度每下降或升高10℃，微生物的生長速率將降低或提高1～2倍，則其對惡臭物質(zhì)的去除效率也將相應(yīng)地降低或提高，為保證良好的處理效果，對生物濾床進(jìn)行了保溫，以保證濾床和微生物的熱量不散發(fā)出去，同時對進(jìn)氣進(jìn)行電加熱升溫，根據(jù)進(jìn)氣量，配備合適的電加熱功率，以確?？諝鉁囟染S持在10℃以上，保證微生物的良好生長。
濕度
水分不僅是微生物生命活動的必要成分，而且也是吸收廢氣進(jìn)而被微生物利用的溶劑，因此要求臭氣有一定的濕度。生物濾池濕度太低則水溶性惡臭物質(zhì)難以及時進(jìn)入液相，且填料易干燥，降低床內(nèi)生物活性，既影響了整體除臭效率，又使得代謝產(chǎn)物不易排出濾池。但是生物濾池的濕度過高又會使得傳質(zhì)效率受到影響，且會導(dǎo)致氣體穿過阻力增大，甚至還可能造成局部厭氧而影響除臭效率。本工程在生物濾池內(nèi)設(shè)計有噴霧加濕區(qū)，使臭氣進(jìn)入生物氧化區(qū)前相對濕度達(dá)到90％以上，*生物濾池的需要。另外在生物濾床上方也增設(shè)散水裝置，便于填料接種時將菌種均勻投加到填料上。
pH值
生物濾池中的大部分微生物在接近中性的環(huán)境下生物活性高，惡臭的去除效率也高。在一些情況下，處理含H2s氣體時會產(chǎn)生酸性副產(chǎn)品(如H2SO。),則生物濾池內(nèi)pH值會下降，濾池內(nèi)微生物的活性受到影響，從而降低惡臭物質(zhì)的去除率。故在濾池內(nèi)設(shè)置pH值控制器監(jiān)控pH，通過生物濾池上方的散水裝置添加堿液以調(diào)整pH值為6～8。
營養(yǎng)成分
微生物新陳代謝過程中除了碳元素外，還需要氮、磷、鉀和痕量元素。當(dāng)惡臭氣體不能提供足夠的養(yǎng)分時還需要投加營養(yǎng)成分來滿足微生物的生長。設(shè)置在濾池上方的散水裝置在濾池內(nèi)營養(yǎng)成分不足時也可為濾池提供營養(yǎng)成分。為了使對污染物質(zhì)的去除能力達(dá)到大化，營養(yǎng)物質(zhì)的供應(yīng)在種類與數(shù)量上應(yīng)能保證微生物的活性，其具體的添加數(shù)量與頻率可參考惡臭氣體中的碳含量并結(jié)合實際運行情況來確定。試驗表明，較高的營養(yǎng)水平可以使濾池快速啟動，并能提高其在穩(wěn)定階段的去除能力。Gribbins和Loehr認(rèn)為，只有當(dāng)?shù)急?ge;0．01時生物濾池才能達(dá)到的去除效果。
運行效果
該污水處理廠生物濾池除臭工程已建成并投入運行，現(xiàn)設(shè)備運轉(zhuǎn)正常，在污水廠周邊基本上聞不到臭味，對生物濾池排放氣體進(jìn)行了多次監(jiān)測，H2S的濃度為0．04 mg/m3，NH3，濃度為1．0 mg／m3，廠區(qū)邊界臭氣濃度為10，達(dá)到了國家二級排放標(biāo)準(zhǔn)。由于對濾池采用了保溫措施，即使在冬季，H2S和NH3濃度也分別維持在0．05～0．06 mg／m3 和1．20～1．30 m∥m3，廠區(qū)邊界臭氣濃度<20，也同樣達(dá)到了國家排放標(biāo)準(zhǔn)。
污水廠運行實踐表明，生物除臭濾池具有去除率高、不存在二次污染、運行成本低、管理方便等優(yōu)點，該工程為國內(nèi)城市污水處理廠惡臭氣體的控制提供了良好的借鑒。當(dāng)然，生物濾池法除臭也有其相應(yīng)的缺點：占地面積大；對環(huán)境變化敏感；耐沖擊負(fù)荷的能力差；操作復(fù)雜，運行管理要求高等。還需根據(jù)具體情況選擇適當(dāng)?shù)某舴椒ā?/span>
