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污水处理厂恶臭气体治理介绍

污水处理厂恶臭气体
治理介绍

王公望

帕克环保技术（上海）

二零零六年三月

名目

一. 前言 2
二. 恶臭物质及其臭味性质 3
三. 污水处理设施的恶臭源及其强度评判 4
四. 恶臭气体的防治 9
（一）燃烧法 9
（二）洗涤吸取法 9
（三）吸附法 12
1. 活性炭吸附 12
2. 生物吸附降解 13
五. 恶臭设施设计 14
（一）化学洗涤塔 14
（二）除臭生物滤池 16
1. 生物滤池的组成 16
2. 生物滤池设计 17
参考文献 22

一. 前言
随着国民经济的高速进展，人们对周围环境质量的要求也愈为关注，为操纵恶臭物质对环境的阻碍，国家环境爱护局于1993年就颁布了《中华人民共和国恶臭污染物质排放标准》（GB14554-93）。该标准规定了八种恶臭污染物的一次最大排放限值、复合恶臭物质的臭气浓度限值及无组织排放源的厂界浓度限制值。
就污水处理厂而言，由于在废水中含有硫、氮等有臭化合物，在处理过程中都会向大气逸散出有臭化合物，对周围环境产生了恶臭污染，阻碍了人们的生活质量。因此在建设污水处理厂的同时，有必要设置治臭设施，以满足国家环境爱护局于2002年颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中规定的要求。
为了评判恶臭污染物和对恶臭污染物的防治措施，本文介绍了某些恶臭物质的敏阈值及其特性，恶臭污染物强度的评判标准，并对恶臭治理设施的设计作了较为详细的描述。

二. 恶臭物质及其臭味性质
臭气通常是由于含硫、氮等化合物在其加热、分解、合成等工艺过程中产生出的臭气。低浓度臭气对人的要紧危害是造成心理上的压力，因为这些难闻的气味会引起厌食、呼吸憋气、恶心、呕吐等现象。然而某些高浓度的臭气，如硫化氢则是剧毒的臭气，有生命危害。下表2-1所列的是废水治理设施中常见的臭气类型。

表2-1 恶臭物质臭阈及其特性
化合物名称
化学式
相对分子量
臭阈值 ppm
臭气特性
氨
NH3
17.0
46.8
辛辣、刺激
氯
Cl2
71.0
0.314
辛辣、窒息
氯酚
ClC6H4OH
128.56
0.00018
药味
甲硫醚
CH3-S-CH3
62
0.0001
烂洋葱臭味
乙硫醇
C2H5SH
62
0.00019
大蒜臭味
二乙硫（乙硫醚）
(C2H5)2S
90
0.000025
令人作呕气味
硫化氢
H2S
34
0.00047
臭鸡蛋味
吲哚
C8H6NH
117
0.0001
粪臭、致呕
甲胺
CH3NH2
31
21.0
腐烂味、鱼腥
甲硫醇
CH3SH
48
0.0021
烂洋葱臭味
粪臭素
C9H9N
131
0.019
粪臭、致呕
二氧化硫
SO2
64.07
0.009
辛辣、刺激
甲苯硫酚
CH3-C6H4-SH
124
0.000062
臭鼬气味、腐臭
三甲胺
(CH3)3N
59
0.0004
辛辣、鱼腥

三. 污水处理设施的恶臭源及其强度评判
由于在废水中含有硫、氮等有臭化合物，因此在污水处理的流程范畴内都可能存有散发臭气的场所。表3-1所列为常见的散发出臭气的源头。

表3-1 污水处理设施恶臭气体来源
源点
成因
臭气强度
检查井
废水排出的臭气积存
高
泵站吸水井（集水井）
废水、固体及浮渣和沉积物的腐化
高
格栅、筛网间
筛除的易腐物质
高
沉砂池
随沉砂去除的有机物
高
调剂池
浮渣、沉泥积存造成的腐化条件
高
旁流回水
由污泥浓缩池、脱水机等设施的回流水
高
初沉池
出流堰槽及挡板前浮渣积存产生腐化条件；溢流时紊流导致的臭气开释
高/中等
固定膜法（生物滤池等）
生物膜因缺氧造成腐化；高的有机负荷；生物滤池填料堵塞以及紊流导致的臭气开释
中等/高
曝气池
腐化的回流污泥；有臭气的旁通水流；高有机负荷；搅拌不良、DO不是和固体沉积
低/中等
二沉池
池面漂浮固体停留时刻长发生腐化条件
低/中等
污泥浓缩池
出流堰槽前漂浮固体停留时刻长导致腐化；溢流造成的紊流导致臭气开释
高/中等
贮泥池
缺搅拌，形成浮渣层导致腐化
中等/高
污泥脱水设备
泥饼形成的腐化物
中等/高
污泥转输设备
由贮泥间将脱水污泥转输到运输设施时开释出的臭气
高
污泥焚烧排气
燃烧温度不够，不能破坏全部有机物
低
堆肥设施
固体堆肥时曝气不足，通风不良
高

依照有关文献报导，对某些污水处理厂运行过程中产生臭气检测结果如表3-2、表3-3、表3-4所列。
表3-2 甲污水处理厂恶臭污染物监测结果
源点
硫化氢 (mg/m3)
氨 (mg/m3)
甲硫醇 (mg/m3)
臭气浓度
一般曝气池
0.222
0.479
0.084
570
贮泥池
30.95
0.312
0.347
6500
脱水机房
52.72
0.475
0.495
20000
初沉池
0.45
4.7

下风向50m处
0.30
4.1

下风向100m处
0.07
3.5

下风向150m处
0.05
2.6

表3-3 乙污水处理厂恶臭监测结果
源点
氧化沟入口
氧化沟出口
格栅
沉淀池
浓缩池
格栅池厂界
厂界外10m处
臭气浓度
760
110
760
1200
1100
2.8
1.5

表3-4 乙污水处理厂恶臭监测结果
源点
污泥浓缩池
污泥脱水间
污泥脱水间外50m处
污泥脱水间外100m处
厂界外
臭气浓度
43
173
6.5
1.5
<1.5

由表3-2可知，从污水处理设施散发的恶臭物质要紧为硫化氢、氨、甲硫醇等。这些恶臭化合物对上呼吸道、眼有强烈的刺激作用，高浓度时能引起神经系统痉挛、瘫痪，乃至死亡，必须引起高度的重视。因此国家环境爱护局于2002年颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中对污水处理厂的废气排放最高承诺浓度作了如下表3-5所列的限值。

表3-5 厂界（防护带边缘）废气排放最高承诺浓度 单位：mg/m3
序号
污泥脱水间
一级标准
二级标准
三级标准
1
氨
1.0
1.5
4.0
2
硫化氢
0.03
0.06
0.32
3
臭气浓度（无量纲）
10
20
60
4
甲烷（厂区最高体积浓度%）
0.5
1
1

注：1. 位于《环境空气质量标准》（GB3095）中一类区的污水处理厂，执行一级标准。
2. 位于《环境空气质量标准》（GB3095）中二类区的污水处理厂，执行二级标准。
3. 位于《环境空气质量标准》（GB3095）中三类区的污水处理厂，执行三级标准。
依照《中华人民共和国恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）的规定，凡1994年6月1日起立项的新、扩、改建项目及其建成后投产的工业企业，关于无组织排放源的恶臭污染物厂界排放限值可执行表3-6二级、三级标准中相应的标准值。

表3-6 恶臭污染物厂界标准值
序号
操纵项目
单位
一级
二级
三级
1
氨
mg/m3
1.0
1.5
4.0
2
三甲胺
mg/m3
0.05
0.08
0.45
3
硫化氢
mg/m3
0.03
0.06
0.32
4
甲硫醇
mg/m3
0.004
0.007
0.02
5
甲硫醚
mg/m3
0.03
0.07
0.55
6
二甲二硫
mg/m3
0.03
0.06
0.42
7
二硫化碳
mg/m3
2.0
3.0
8.0
8
苯乙烯
mg/m3
3.0
5.0
14
9
臭气浓度
mg/m3
10
20
60

* 臭气浓度是恶臭气体（包括异味）用无臭空气进行稀释，稀释到刚好无臭时所需的稀释倍数。

日本于1972年5月开始实施《恶臭防治法》，将臭气的强度分为6个等级，见下表3-7。

表3-7 恶臭强度的表示方法
臭气强度（级）
0
1
2
3
4
5
表示方法
无臭
将就可感受出的气味（检测阈值）
稍可感受出的气味
（认定阈值）
易感受出的气味
较强的气味（强臭）
强烈的气味（剧臭）

臭气的强度与臭气的浓度高低之间的相对关系可由下式（3-1）表示：
（3-1）
式中：—— 臭气强度（平均值）
—— 恶臭的质量浓度，mg/m3
、 —— 常数，见表3-8
—— 恶臭污染物的相对分子质量

表3-8 、值
项目
氧化物
硫化物
氮化物
乙醛
丙醛
乙酸
丙酸
硫化氢
甲硫醇
甲硫醚
二甲二硫
氨
三甲胺

1.01
1.01
1.77
1.46
0.95
1.25
0.784
0.985
1.67
0.901

3.85
3.86
4.45
5.03
4.14
5.99
4.06
4.51
2.38
4.56

在日本的《恶臭防治法》中列出了8种恶臭污染物的浓度与强度的关系见表3-9。

表3-9 恶臭污染物质量浓度与臭气强度对比表
臭气强度（级）
污染物质量浓度（mg/m3）
氨
甲硫醇
硫化氢
甲硫醚
二甲硫醚
三甲胺
乙醛
苯乙烯
1
0.0758
0.0002
0.0008
0.0003
0.0013
0.0003
0.0039
0.1393
2
0.455
0.0015
0.0091
0.0055
0.0126
0.0026
0.0196
0.9286
2.5
0.758
0.0043
0.0304
0.0277
0.0420
0.0132
0.0982
1.8572
3
1.516
0.0086
0.0911
0.1107
0.1259
0.0527
0.1964
3.7144
3.5
3.79
0.0214
0.3036
0.5536
0.4196
0.1844
0.982
9.286
4
7.58
0.0643
1.0626
2.2144
1.2588
0.5268
1.964
18.572
5
30.32
0.4286
12.144
5.536
12.588
7.902
19.64
92.86

四. 恶臭气体的防治
防止恶臭气体自废水处理设施中逸散至大气，可对相应的设备和构筑物采取密闭或加盖，并设集气罩通过收集系统将恶臭气 导致处置或处理设施。
关于恶臭物质的治理，能够通过建立燃烧、吸附、吸取等除臭装置加以去除。另外也可用大量无臭的空气进行稀释，降低其臭气强度，然后通过烟囱高空扩散排放；如臭味强度不大的，可采纳屏障隔离以阻止臭气直截了当弥散，或在一定范畴内开释具有芳香味的物质以掩盖恶臭物质的臭味。

（一）燃烧法
恶臭气体几乎差不多上可燃物质，在空气中都有自燃点。在焚烧炉温为800℃，停
留时刻为0.3秒时，废气中的恶臭成分和有害气体等可燃物质即可被分解成无臭的二氧化碳和水。

（二）洗涤吸取法
洗涤吸取法是利用吸取液的物理、化学特性去除废气中的恶臭成分的一种常用
方法。可依照不同类别的恶臭物质选择相应的吸取剂。吸取剂能够是水、碱、酸以及各种化学氧化剂。
水吸取，仅对水溶性恶臭物有效，兼有冷凝恶臭物质的成效，通常可作为一级
（预）处理。
碱液吸取，适用于酸性的恶臭物质。
酸液吸取，适用于碱性的恶臭物质。
氧化——吸取，通常使用的氧化剂有次氯酸钠、高锰酸钾、过氧化氢等氧化剂，加入至吸取液中吸取并氧化分解恶臭物质。出于安全和操作缘故，在废水处理设施洗涤应用中，不宜使用氯气。当H2S在臭气中的浓度高时，也使用氢氧化钠。
洗涤吸取法通过洗涤塔实施。洗涤塔的差不多设计目标是为空气、水和药剂之间提供接触的机会，使恶臭物质得到氧化、吸取。
洗涤塔通常为湿式逆流填料塔和横流填料塔。分别示于图4-1和图4-2。洗涤液是循环使用的。假如在洗涤液中使用不同的化学吸取剂，能够排除多种组分的恶臭物质，除臭成效将会更好。
图4-1 逆流洗涤塔
图4-2 横流洗涤塔

采纳化学氧化剂时与臭气（要紧为H2S）的典型反应如下：
H2S与次氯酸钠反应
…………… （4-1）
（34.06）（4×74.45）
……………………………… （4-2）
（34.06） （74.45）
H2S 与高锰酸钾反应
（PH酸性） …… （4-3）
（3×34.06）（2×142.04）
（PH碱性）
（3×34.06）（8×142.04） …………… （4-4）
H2S与过氧化氢反应
（PH<5） …………………………… （4-5）
在式（4-1）的反应中，氧化1mg硫化氢需8.74mg次氯酸钠，若硫化氢以硫化物表示，则为9.29mg。此外在式（4-1）的反应中还需消耗2.35mg氢氧化钠（碱性），以补偿反应中消耗的碱度。在实际应用中，次氯酸钠消耗量为8~10mg。在式（4-2）的反应中，每mg硫化氢所需次氯酸钠量为2.19mg。
当使用高锰酸钾时，依照化学运算式（4-3）和（4-4）每氧化1mg H2S分别需2.8mg及11.1mg KMnO4。式（4-3）和式（4-4）的反应产物视当地废水的化学性质而定，包括元素硫、硫酸盐、硫代硫酸盐、连二硫酸盐以及硫化锰等。
在式4-5的反应中，每氧化1mg H2S需1mg H2O2，实际需要量约为1~4mg之间。
在臭气中其它气体浓度专门小时，次氯酸钠洗涤塔可望去除的臭气效率见下表4-1。

表4-1 恶臭污染物质量浓度与臭气强度对比表
气体名称
估量去除率 %
气体名称
估量去除率 %
硫化氢
98
硫醇
90
氨
98
其它可氧化物
70~90
二氧化硫
95

当在洗涤塔尾气中臭气化合物浓度超过适当水平常，可能要用多级洗涤塔。
图4-3所示为三级洗涤塔除臭流程图，图中第一级为预处理时期，用以提高PH值，从而使部分臭气（如H2S）在第二、第三级中处理往常已减少。在三级处理中，第一级发生的反应可表示如下：
………………………… （4-6）
为减少沉积造成的爱护问题，最好使用低硬度（小于50mg/l以CaCO3计）的补充水。

图4-3 三级除臭过程流程图

（三）吸附法
吸附法除臭可分为物理吸附和生物吸附分解两种差不多类型。

1. 活性炭吸附
物理吸附通常使用活性炭作为吸附剂。由于活性炭的吸附率与被吸附物质的组
分或化合物的性质有关，因此必须明白拟处理臭气的组分。为了连续地除臭，活性炭必须再生或定期更换。为延长活性炭的使用期，可采纳二级处理系统，第一级为湿式洗涤塔，其后为活性炭吸附器。图4-4为活性炭吸附器示意。

图4-4 活性炭吸附器

2. 生物吸附降解
在好氧条件下，硫化氢及其它可溶于液体中的恶臭化合物，可直截了当导入活性污泥法曝气池或并入其工艺供气系统，利用曝气池内混合液中的微生物分解恶臭物质；另一种方法是将恶臭气体导入装有填料的生物滤池，恶臭气体通过滤床向上运动时，吸附和生物转化作用将同时发生。恶臭物质被潮湿的表层生物膜和填料表面吸附，附着在填料介质上的微生物氧化被吸附的恶臭物质，臭气得以去除。关于生物滤池除臭成效而言，保持滤床内适宜的湿度在50%~65%之间和温度在15℃~45℃范畴内乃是其操作运行的重要环境条件。由于常规生物滤池应用于除臭设施方面还存在着一些问题，诸如如何样将含有恶臭的气体传输到滤池中去，以及如何幸免未处理的恶臭物质排到大气中去。目前多以堆肥生物滤池替代常规的生物滤池，但需要较大的表面积。

五. 恶臭设施设计
在选择和设计处理臭气的设施时，除了确定拟处理臭气的性质及其处理的气体流量外，还需确定臭气经处理后执行的排放标准，并依照当地的气象和大气的环境条件选择臭气治理设施的类型。
目前关于臭气治理设施多数采纳化学洗涤塔或堆肥生物滤池两种方法。

（一）化学洗涤塔
一样采纳单级逆流式洗涤塔，其填料多数由塑料制作的鲍尔环、泰勒环……等
等。
表5-1显示的为化学洗涤塔典型的设计参数。

表5-1 化学洗涤塔典型设计参数
项目
单位
数值
填料高度
m
1.8~3
气体在填料中的停留时刻
s
1.3~2.0
洗涤液流量

2~3

kg H2O/kg 气流
1.5~2.5
补充水流量
L /s kg （硫化物） PH=11
0.075

L /s kg （硫化物） PH=12.5
0.004
洗涤液 PH
量纲为1
11~12.5
温度
℃
15~40
碱用量
kg NaOH / kg 硫化物
2~3

例5-1废气流量500m3/min，其中硫化氢浓度为30ppm，温度20℃，试设计一化学洗涤塔，拟用次氯酸钠作为洗涤剂，算出其化学药剂及水的用量：
解：
1. 求出塔的直径
a. 假设气体在填料内的停留时刻t = 2.0 (s)
b. 所需填料体积

式中 ： —— 废气流量，m3/s
—— 废气在填料中的停留时刻，s
—— 填料孔隙率。
取= 0.9

c. 洗涤塔直径
设填料厚度2.4m
洗涤塔直径 ，取D = 3.15 m

2. 求出温度为20℃，压力为1atm时，1mol气体所占的体积。
应用理想气体方程式：
L/mol
式中： —— 绝对压力，atm
—— 1mol气体占有的体积，L
—— 气体常数，R = 0.082
—— 绝对温度，T = 273 + t

3. 依照步骤2算出每日必须处理的H2S量
将30ppmH2S浓度换算成g/m3

H2S 浓度 = 42.52 mg/m3
每日必须处理的H2S量：

4. 估算出次氯酸钠的剂量
依照反应式（4-1），次氯酸钠剂量为 8.74 mg NaOCl / mg H2S
每日次氯酸钠剂量：

5. 求出为补偿反应中消耗的碱度而添加NaOH剂量
依照反应式（4-1）为2.35 mg NaOH / mg H2S
每日氢氧化钠剂量：

6. 求出洗涤塔用水量
取液气比为
洗涤液流量 = 2.0500 m3/60s = 16.67 L/S = 60 m3/h

（二）除臭生物滤池
1. 生物滤池的组成
生物滤池通常由填料、布气及配水系统所组成。
（1） 填料
用于生物滤池的材质有堆肥、泥炭及各种合成材料。
为保持堆肥或泥炭生物滤池填料的一定孔隙率，需向其中掺合诸如泡沫聚苯乙
烯团粒、木屑、树皮以及陶瓷和塑料材料的所谓膨胀介质。典型的堆肥生物滤池做法为：堆肥与膨胀介质的体积比 = 1:1。此外还要投加1meqCaCO3/g填料的中和剂。
作为生物滤池填料的最佳物理性质应为：PH值7~8之间；孔隙率40%~80%；有机物含量35%~55%。关于堆肥滤池而言，还必须定期向滤床添加堆肥，以补偿生物转换时造成的堆肥缺失。

（2） 布气设施
生物滤池的布气设施应具有集布气、排水作用于一体的功能，而且需要有一定
的蓄水容量。通常布气系统多采纳穿孔管或预制的底部排水系统。下图5-1为生物滤池构造示意图。

（b）底部预制排水系统
（a）穿孔管布气

图5-1 生物滤池构造示意图

（3） 配水系统
配水系统是为了保持生物滤池滤床中的适当湿度而设置的，过低和过高的湿度
均不利于生物的活动，前者会使滤床干枯；后者有可能导致产生厌氧条件。因为过高的湿度将会使空气流通量受到限制。滤床内最佳的湿度在50%~65%之间，可由下式确定：
湿度， …………………………… （5-1）

2. 生物滤池设计
表5-2为生物滤池的典型设计参数。设计时应确定臭气在滤床中的停留时刻、
表面负荷率以及要紧组分的去除能力。

表5-2 生物填料滤池典型设计参数
项目
单位
参数
氧浓度
氧分数/拟氧化臭气参数
100
湿度

堆肥滤池
%
50~65
合成介质滤池
%
50~65
温度，最佳值
℃
15~35
PH
量纲为1
6~8
孔隙率
%
30~50
臭气停留时刻
s
30~60
填料厚度
m
1.0~1.25
臭气进气浓度
g/m3
0.01~0.5
表面负荷率
m3/m2h
10~100
容积负荷率
m3/m3h
10~100
去除能力

H2S（在堆肥滤池中）
g / m3h
80~130
其它臭气
g / m3h
20~100
背压，最大值
mm H2O
50~100

依照有关文献报导，废水处理设施所排臭气在生物滤池内的停留时刻一样在
15~40s之间；当H2S浓度在20mg/L时，表面负荷率可为120 m3/m2h。组分去除率由试验决定。
据介绍，臭气在生物滤池内的去除能力，在临界负荷率之前差不多为1:1的线性关系。如图5-1所示的关系曲线。
也曾有过对堆肥滤池报导过1:1线性关系H2S的去除率其最大负荷可达130 g s/m3h，超过此值，负荷再增加，其去除率差不多保持在130 g s/m3h的常数不变。由此可见，H2S通过堆肥滤池时专门容易被除去。

去除能力 /（g/m3h）→
质量负荷 /（g/m3h）→

图5-1 相关于施加负荷的去除能力典型曲线

例5-2 废气流量3000 m3/h，废气中除其它臭气外，H2S含量为50ppm，臭气温度20℃，试设计一堆肥生物滤池并求出为中和滤池中形成的酸所需缓冲化合物质的量。滤床孔隙率为40%。
解：
1. 求出所需滤池面积
按表5-2中的参数，取表面负荷率 SLR = 90 m3/m2h
滤池面积

2. 由表5-2取滤床厚度为1.1m

3. 核算空床停留时刻（EBRT）
(s) （＞30s 可用）

4. 核算实际停留时刻（RT）
(s)

5. 求出温度为20℃，压力为1atm时，1mol气体所占的体积

6. 求出每日必须处理的H2S量
a. 将50ppmH2S浓度换算成 g/m3

H2S浓度 = 7110-3 g/m3
b. 每日必须处理的H2S量
H2S = 3000 m3/h7110-3 g/m324 h/d = 5112 g/d = 5.112 kg/d

7. 求出S2-的质量负荷（Ms），以g S2-/h 计

8. 核算S2-的容积施加负荷（VLRm）

9. 求出缓冲化合物质的量
a. 求出每年施加的H2S质量（kg）
依照步骤6中运算所得，每年施加的H2S质量
H2S a = 5.112 365= 1865.88 a
b. 求出所需缓冲化合物的质量
假设选用Ca(OH)2作为缓冲剂

34.06 74.08

按以上反应式，每kg H2S约需2.17 kg Ca(OH)2 ，若堆肥生物滤池使用期限为2年，则8100kg的Ca(OH)2 的当量需投入滤床，一样需投加1.25~1.5倍。缓冲剂是与堆肥和膨胀介质掺合在一起加入的。
参考文献

1. 郭静、梁娟等：“污水处理厂恶臭污染物状况分析与评判”
中国给水排水 2002 No.2

2. 《中华人民共和国恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）

3. 《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）

4. 刘天齐主编：“石油化工环境爱护手册”
烃加工出版 1990

5. 泰裕珩等译：“废水工程处理与回用” [美]梅特卡夫和埃迪公司 第四版
化学工业出版社 2004