污水处理厂除臭技术及其案例分析_周泽友.pdf

化学工程与装备 2022 年 第 12 期 304 Chemical Engineering&Equipment 2022 年 12 月 污水污水处理厂除臭技术及其案例分析处理厂除臭技术及其案例分析 周泽友（福建省环境保护设计院有限公司，福建 福州 350025）摘摘 要要：污水处理厂的臭气问题影响厂边居民的现象频发，受到广泛关注，本文以福建省某工业园区污水厂臭气问题为例探讨相关除臭技术和方法。首先通过恶臭散发率指标分析，找到污水厂主要臭气来源于厌氧池缺氧池和进水泵井。其次针对支管的收集风量偏离设计风量问题，通过分析臭气收集系统的风量和风阻，采用“同程抽风技术”以实现臭气的高效和完整收集。最后通过综合分析除臭工艺特点和现场项目情况，提出“化学法+生物法”的复合除臭工艺来处理污水厂臭气。通过上述除臭技术的应用，现场除臭效果显著，最终实现了污水厂臭气的达标排放。关键词：关键词：污水处理厂；臭气；同程抽风技术；复合除臭工艺；案例分析 1 1 背背 景景 污水厂是处理生产生活废水必要的基础设施，为提高人民群众生活水平、改善人居环境起到了重要的作用。截至2020年，我国已建成城镇污水处理厂9000余座，日处理能力达2.3108m31。污水厂在处理净化水体的同时，由于所处环境拥有大量的微生物和营养物质，会产生大量的恶臭气体。这些次生恶臭污染如不及时处理，将会危害厂内工作人员以及厂区周边居民的身体健康。国家生态环境部公布了2019年度全国环保举报情况，大气污染占各类举报的50.8%，其中恶臭异味占大气举报的41.0%2。可见污水处理厂的恶臭问题已经引起人们广泛关注，影响到人民群众日益增长的对美好生活需求向往的实现。为了解决污水厂的恶臭问题，有必要在污水厂中建设除臭系统，以对臭气进行收集并实现达标排放。根据恶臭污染物排放标准（GB14554-93），国家对八种恶臭污染物（氨NH3、三甲胺TMA、硫化氢H2S、甲硫醇MT、甲硫醚DMS、二甲二硫DMDS、二硫化碳CS2、苯乙烯SM）的一次最大排放限值、复合恶臭物质的臭气浓度OU限值及无组织排放源的厂界浓度限值进行了规定3。其中臭气浓度OU(odorconcentration，无量纲)指恶臭气体（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。污水厂常见易超标恶臭污染物主要是氨(主要是含氮有机物被厌氧或好氧异养微生物氧化而成)、硫化氢(主要是硫酸盐在厌氧环境生成)、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚、二硫化碳和臭气浓度1。为实现污水厂恶臭污染物达标排放，目前约81%91%的城镇污水处理厂安装了恶臭物质处理系统，包括生物法、化学法和物理法等处理技术1,4,5.（1）生物法，包括生物滤池法、生物滴滤法和生物洗涤法6，是目前应用最广泛的处理技术，占比高达78%7。该技术的原理是以恶臭物质为底物驯化适宜的微生物菌群，微生物在新陈代谢和氧化分解过程中消耗恶臭污染物从而达到除臭目的，如下8 （2）化学法，包括燃烧法、化学氧化法和化学洗涤法。化学洗涤法通过加入NaOH等化学药剂和H2S等恶臭污染物产生化学反应，生成无臭物质实现除臭。该方法效果显著，占地面积小，但成本较高，而且化学药剂作为危化品将逐步被加强管控，一般适用于恶臭污染物浓度高或者排放标准严格的情形。燃烧法需要外界热源，一般较常见于垃圾焚烧发电厂除臭工程中9；（3）物理法，包括掩蔽法、稀释扩散法、活性炭吸附法和等离子体法。吸附法是利用活性炭多孔结构，将恶臭气体吸附去除。离子法是当外加电压达到一定程度时，气体被击穿产生高能电子等和恶臭污染物发生氧化还原反应实现除臭10。在现有上述各种除臭技术的基础上，本文结合福建某工业园区污水厂具体案例对除臭技术进行详细讨论，通过创新性的“同程抽风技术+复合除臭工艺”优化臭气收集系统并高效处理臭气，最终实现除臭目标。本文接下来各章节内容安排如下：第二部分介绍案例污水厂项目概况及厂区臭气分布，第三部分介绍臭气收集系统，第四部分介绍除臭工艺，最后第五部分对全文进行总结。2 2 污水厂项目概况及厂区臭气分布污水厂项目概况及厂区臭气分布 本项目污水处理厂位于福建省宁德市霞浦县某工业园区，主要处理对象为园区内某明胶公司的生产工业废水，处理规模6000m3/d。该明胶公司主要生产药用辅料（明胶）、食品添加剂明胶、胶原蛋白、复配食品添加剂等，生产废水含有较高浓度悬浮物、油类等物质。进水水质COD1500mg/L、NH345mg/L、TN270mg/L、TP4mg/L等。出水现执行城镇污水处理厂污染物排放标准（GB18918-2002）一级B标准，未来计划提标到一级A。考虑到进水水质可生化性良好，污水厂主体工艺采用“两级A/O”工艺(一级厌氧段、一级缺氧段、一级好氧段、二级缺氧段和二级好氧段)。通过该处理工艺，可有效大幅减低DOI:10.19566/35-1285/tq.2022.12.067 周泽友：污水处理厂除臭技术及其案例分析 305 当地水污染负荷，为当地生态环境保护做出较大贡献。进一步规定了排污单位厂界标准值。因此在做好除臭工艺之前，需要先优化臭气收集系统，保证其收集率和高效性，才能实现整个污水厂区域臭气的治理提升。第二小节确定了臭气处理单元为两级A/O的厌氧池缺氧池和进水泵井。本小节通过优化设计臭气收集系统以提升各臭气处理单元的收集率和高效性。臭气收集系统主要包括风管、风机和支撑架等，确定这些设备选型的一个重要参数是待处理臭气风量，其计算公式为10 虽然污水厂有效降低了水污染，但也带来了恶臭问题。污水厂初期除臭设施简易，无法满足当地群众生产生活需求，并在试运行时收到了周边居民关于恶臭的投诉。作者所在单位收到了关于污水厂除臭工艺升级改造需求后，迅速开展了相关的工作研究。经过分析，要解决恶臭问题，首先要找到恶臭释放的源头并评判不同源头相对重要性。根据相关文献研究和现场人员嗅觉感观，本污水厂构筑物中产生恶臭污染物的主要集中在两个部分，污水处理区（提升泵井、水解酸化罐、两级A/O、二沉池等）和污泥处理区（污泥浓缩池、污泥调理池、脱水车间）。为评判各恶臭污染源贡献率，本文选用恶臭散发率指标OUm3/s，也即臭气浓度OU和臭气排放量(m3/s)之积7,11。OU是微生物合成分解代谢生成的臭气速率和臭气扩散速率达到平衡时的浓度，人体在现场可直接感受到不同污染源的相对浓度大小，一般在两级A/O的厌氧池缺氧池、进水泵井和污泥浓缩池较高2,7,12。臭气排放量是空气流动速度(m/s)和污染源排放面积(m2)之积，浓缩池等污泥处理单元由于密闭处理，使得臭气排放量相对较小；而两级A/O池面积大，臭气排放量相对较大。通过上述对臭气污染源的源强分析，结合现场臭气收集系统的可行性和经济性，本项目最终选择两级A/O的厌氧池缺氧池和进水泵井的臭气进行优先收集处理。3 3 臭气收集系统臭气收集系统 为了实现对污水厂臭气的治理，首先要对其进行收集。可靠稳定的臭气收集系统直接决定了臭气治理 式中：Q(m3/h)为臭气处理设施收集的总臭气风量；A为散发臭气的水面面积；E1(m3/(m2h)为单位水面面积臭气风量指标；V为臭气空间体积，也即有效水深上方的池容；E2(次/h)为臭气空间体积所需的换气量；K为渗入风量系数。可见处理风量主要由两部分组成，一部分是AE1代表微生物在同化异化过程中产生的臭气，系数E1的大小代表了第二节分析中不同臭气污染源的源强；另一部分VE2是为保证集气罩内维持微负压，使得臭气不会通过集气罩缝隙往外泄露(一般需保证缝隙中往罩内吹的风速不低于0.4m/s4)。接下来代入本项目数据：两级A/O厌氧池缺氧池的长和宽分别为43.7米和11.6米，空间高度为1米,E1=3m3/(m2h)，E2=3次/h；污水提升泵井直径为5米，空间高度为1.9米,进水泵井E1=10m3/(m2h)，E2=2次/h；渗入风量系数取K=10%，计算得到处理总风量为Q=3600m3/h。在确定风量后，就可以确定风管内径d=4Q/(v)1/2,v为管道的经济风速，根据 工业建筑供暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2015)，对于非除尘系统的非金属干管6m/sv14m/s，支管为2m/sv8m/s。本项目臭气收集输送系统选用流体阻力小、机械强度高、耐腐蚀、抗老化性能优越的玻璃钢材质，干管经济流速选择v=8m/s，得到管径为d400mm，同理可计算其他支管管径为100mm400mm。为实现风量的有效收集，还需要计算臭气收集系统的风阻以对风机进行选型。整个系统的风阻主要来源于填料、除雾器、管道三部分。各部分的压力损失类型主要由两部分组成13的效果。需要注意的是，除臭工艺只能对收集到的臭气进行处理。因此很多污水厂即使有良好的除臭设计工艺，但周围居民依然有强烈的直接恶臭感觉，这往往是由于臭气收集不完整不充分导致。此外，在恶臭污染物排放标准（GB14554-93）中，国家不仅规定了排气筒的排放的恶臭污染物的排放量和臭气浓度，也上式等号右边的第一部分为沿程压力损失，为沿程阻力系数，与管径和内壁粗糙度相关，在0.02左右。为管道长度，可见沿程阻力损失与管道长度成正比。等号右边的第二部分为沿程压力损失，为局部阻力系数，代表阀门、变径处的阻力，例如管道出口处为=1.0。整个管道系统含有多条支管和多处阀门等，表示对各部分管道(以 和 表示)进行求和。填料和除雾器主要是第二部分局部压力损失占主导。管道的沿程和局部压力损失两者在同量级，因此均需考虑。从方便运维和经济性出发，一般中小型污水厂的臭气收集系统只在末端设置一个风机，因此前端各处理单元厌氧池、缺氧池、污水提升泵井形成并联管道。对于任一条管道，从各支管吸风口到汇总的干管口，其阻力相同，也即其吸力相同13。但从上式(2)可以看出，靠近干管口的支管小，在同样的P情况下，该支管将会有更大的吸入风速，从而更大的吸入风量。这样靠近干管口的吸入风量大于设计风量，远离干管口的吸入风量小于设计风量，前者导致吸入大量的低浓度臭气，浪费电耗降低系统效率，后者将导致远离端的臭气收集不完全。为解决上述并联支管长度不一导致臭气收集低效率低收集率的问题，本项目借鉴供暖通风相关技术，在臭气收集系统中采用了同程抽风技术。首先采用二叉树对称布置，保证二级干管长度一致。其次对末级支管进行阻力补充，在保证远距离支管吸气量的情况下，对艺。正如第一节背景介绍中提到，除臭工艺主要有生物法、化学法和物理法三种。生物法具有处理成本低、无二次污染、使用寿命长、高效稳定等优点，受到广泛使用。但本项目的除臭系统是在后期升级改装中设计使用，生物法占地面积较大，前期未预留足够多的用306 周泽友：污水处理厂除臭技术及其案例分析 地。与此同时，污水处理厂排放的恶臭物质中，约90%以上是含硫化合物(其中H2S是最主要的污染物)7,12，而本项目去除率要求最高的也是H2S，因此推荐使用化学法进行前期高效处理。综上，为实现高效稳定除臭，本项目采用“化学法+生物法”的复合除臭工艺。如下图1所示，本项目除臭单元包含化学段和生物段两部分。臭气通过收集系统首先进入到化学洗涤池，本项目化学洗涤装置配置有高液气比、高喷淋密度、强接触方式和气液有效接触时间长的喷洒装置和高比表面积的洗涤填料。其工艺过程为：化学洗涤水(含NaOH)通过循环泵加压被喷洒于洗涤填料表面，并形成均匀的液体薄膜。当臭气从上到下穿过填料层时，气体就会被填料上的液体薄膜拦截、阻滞，部分异味分子(H2S)与洗涤工作液中含有的有效分子反应，使其从气相中得以去除。化学洗涤法可中和臭气中的酸性恶臭物质，但无法去除未反应部分。于中距离支管进行缩短管径 和曲线盘绕以延长管长；对于短距离支管由于改变管径管长经济性较差，采用加装控制阀门进行调节。最后对整个系统进行流体力学仿真计算(CFD)和试运行管道风量测量4，实现各并联支管满足上式(1)设计臭气量需求。采用同程抽风技术后，臭气收集系统的总风阻为1800Pa，管道、填料、除雾器三部分占比大致相同。在优化并确定臭气收集系统的风量(上式(1)和风压(2)后，就可以根据管路特性曲线和风机性能曲线进行选择风机。臭气收集系统的支撑管和防腐等其它问题可参阅相关设计手册14。4 4 除臭工艺除臭工艺 臭气收集系统在完成高效完整收集后，需要除臭工艺对臭气进行处理以实现达标排放。本项目进气臭气浓度指标，臭气浓度=30006000。排放到大气的气体应符合恶臭污染物排放标准(GB14554-93)中恶臭污染物有组织15米高空排放标准值，臭气浓度=2000；厂 界浓 度 上 限，臭 气浓度=20。为实现达标排放，需选定合适的除臭工 图图1.1.除臭工艺装置图除臭工艺装置图 为进一步提高臭气去除率，化学洗涤池的出口臭气以 串联的方式继续通向生物池。如前文背景中介绍，生物法是通过微生物菌群分解臭气达到除臭的目的。根据被去除臭气的水溶性又可分为生物滤池法、生物滴滤法和生物洗涤法。一般用无量纲亨利系数H=Cg/Cw来衡量臭气的水溶性(Cg和Cw分别是臭气在气液两相的浓度)。生物滤池法一般用于水溶性差(HO(10)的大流量低浓度的臭气，生物滴滤法用于可溶臭气(HO(1)，生物洗涤法用于易溶臭气(HO(0.01)。来到生物池的臭气已经通过了化学洗涤池，其绝大部分是难溶性气体，因此采用生物滤池法更合适。生物滤池法去除臭气一般包含三个过程：一是污染物的溶解过程，污染物与填料水膜接触由气相转移到液相；二是水膜的污染物被微生物吸收吸附转移到微生物体内；三是进入微生物细胞的污染成分作为微生物生活活动的能源或养分被分解和利用，从而使污染物得以去除。在这三个过程中有三个关键影响因素：微生物、营养液和pH7。首先，要培育合适的菌种微生物，其接种来源非常广泛，包括污水处理厂的活性污泥、被相关污染物污染过的土壤或水体、实验室中驯化可降解相关污染物的菌群以及菌群中分离获得的纯种菌15，本项目直接采用活性污泥作为接种源。其次，需要营养液以保证微生物的生长繁殖，本项目采用污水处理厂处理的进水作为微生物的营养液。最后，在处理含硫恶臭气体时，通常会使填料床pH下降，但微生物菌种一般更适宜生长在偏碱性环境。根据需要控制化学循环水箱的pH值在9.011.0，生物循环水箱的pH值在8.09.0，一般可通过添加缓冲材料(如碳酸钙)来稳定系统pH。综上，本文通过“化学法+生物法”的复合除臭工艺实现了臭气的高效稳定去除，实现了排气筒的达标排放和相关验收标准。最后，通过大气污染物扩散仿真软件EIAPro对各种运行工况下的臭气浓度进行了仿真计算，进一步验证厂界各处均能满足相关标准。5 5 结结 论论 污水处理厂的臭气问题影响周边人员生产生活健康和安全，需要予以重视并解决。本文以福建省霞浦县某工业园区污水厂的臭气治理过程为例，对污水处理厂除臭技术进行研究。首先，本文对于臭气收集系统提出并应用同程抽风技术，通过理论分析发现不同支管收集风量和设计风量偏差的原因，并提出优化管线布局和加装调阻阀门的方式实现不同支管管线“同程”，从而优化了臭气收集系统的效率和收集率。其次，对于收集到的臭气，结合项目用地紧张特点，提出“化学法+生物法”的复合除臭工艺实现了臭气的高效稳定去除，并对化学法和生物法其中关键过程和控制因素进行分析，以实现臭气高效稳定处理，最终实现臭气达标排放。致致 谢谢 感谢福州市科技局（项目编号 2021-N-123）和省市场局（项目编号 FJM2021019）对本项目的资助 （下转第（下转第32320 0页）页）320 林文辉：厦门市过氧乙酰硝酸酯（PAN）的浓度特征 中几乎所有反应 VOC 均能生成臭氧（O3），而仅有能够生成过氧乙酰基的醛烯类 VOC 能够生成 PAN7。PAN 与臭氧（O3）24 小时浓度趋势图见图 5。从图 5 可知，PAN 与臭氧（O3）24 小时浓度趋势均为午后高、早晚低的单峰型，峰形较宽，趋势基本一致。大气层中的氮氧化物和 VOCS等被太阳照射，发生光化学反应，PAN 和臭氧（O3）浓度均从早上 8 时开始升高，10 时至 12 时为两者生成速率较大时间段，峰值（分别为 1.012ppb、113g/m3）都出现在午后光照最强烈的 14 时，之后开始下降；两者的浓度谷值（分别为 0.385ppb、47g/m3）均出现在凌晨 8 点。2021年 9 月 14 日厦门市环境空气质量出现轻度污染，当天 PAN与臭氧的浓度高值均出现在午后 13 时，体现较高的趋势一致性。3 3 结结 论论 （1）PAN 各月小时浓度均值走势均表现为夜间值较低，昼间开始上升，午后 12 时至 16 时出现峰值；PAN 日均浓度值在 0.0102.299ppb 之间；从各月日均浓度走势表现为 1 月到 4 月 PAN 浓度日均值相对平稳、5 月到 10 月上半月日均浓度值较低、11 月到 12 月 PAN 日均浓度值较高；PAN月均浓度值在 0.2500.976ppb 之间，整体呈“V”字形，1月到 6 月间整体趋势走低，8 月到 12 月逐月升高。（2）PAN 和 J（NO2）24 小时浓度均为午后高、早晚低的单峰型。PAN 浓度峰值时间与 JNO2 峰值时间相比慢 1 个时段。（3）PAN 与臭氧 24 小时浓度趋势均为午后高、早晚低的单峰型，趋势基本一致。峰值都出现在午后光照最强烈的14 时。参考文献参考文献 1 姚青,马志强,林伟立,等.天津夏季边界层低层大气中 PAN 和 O3 的输送特征分析J.环境科学,2019,40(1):67-75.2 孙鑫,唐倩,邹巧莉,等.金华地区夏秋大气中过氧乙酰硝酸酯的污染特征J.南京信息工程大学学报(自然科学版),2020,12(06):721-728.3 黄红铭,黄增韦,江慧,等.广西大气中过氧乙酰硝酸酯污染特征研究J.化学工程师,2020,34(02):36-39.4 董浩,高超,孙程,等.北京市大兴区大气中过氧乙酰硝酸酯的监测与特征研究J.环境科技,2021,34(3):38-42.5 张劲松,魏桢,陈志强,等.合肥市大气过氧乙酰硝酸酯污染特征研究J.环境科学与技术,2018,41(S1).6 唐孝炎,张远航,邵敏.大气环境化学 M.第 2 版.北京:高等教育出版社,2006.7 王斌,张剑波.夏季北京市大气PAN与PPN的监测分析J.环境科学,2007,28(7):1621-1626.（上接第（上接第 306306 页）页）_ 参考文献参考文献 1 崔环宇,李若愚,齐飞,等.某A2/O工艺污水处理厂恶臭气体处理设施性能评估J.环境工程学报,2022,16(4):1102-1110.2 郭学彬,常江,赵珊,等.污水处理厂恶臭气体产排规律及除臭菌群分布研究J.环境保护科学,2022,42(5):3-8.3 GB14554-93 恶臭污染物排放标准S.1993.4 杜炯.重庆大型污水处理厂除臭工程应用案例J.净水技术,2022,41(6):162-169.5 孙杰.餐厨垃圾处理厂恶臭气体的分析与治理技术J.化学工程与装备,2020(11):302-303.6 黄志杰.污水处理厂生物除臭技术的研究与应用J.当代化工研究,2022,14(1):73-75.7 贾体沛,王灿,张亮,等.城镇污水处理厂生物除臭技术的关键影响因素及案例分析J.环境工程学报,2022,16(4):1074-1082.8 杨飞龙.生物过滤除臭在南方某城市污水处理厂中的应用J.化学工程与装备,2014(7).9 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