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污水处理厂废气处理工艺探讨
李成
(神华鄂尔多斯煤制油分公司环储生产中心，内蒙古鄂尔多斯伊旗上湾 017209)
摘 要：现在污水处理厂废气的排放和处理越来越受到重视。本文论述了恶臭气体净化方法及工艺，并结合神华煤制油污水厂废气处理的先进工艺提出了相应的解决方案，值得借鉴、参考。
关键词：恶臭气体 净化方法复合生物过滤 技术特点
1 前言
近年来,随着我国政府对环境问题的日益重视,城市及各类企业都建设了污水处理厂,使我国的污水处理率迅速得到了提高,控制了我国水污染的进一步恶化,同时,随着污水处理厂的大规模建设,其除臭问题也引起了越来越多的关注。一些污水厂经常通过管道收集上游污水,污水进入处理设施后,所含有的部分有机物在水解池等构筑物中发生“腐败”释放出H2S、4等恶臭气体,造成了二次污染,致使污水厂在处理污水的同时,又产生了恶臭问题,这是整个环保领域面临的共性问题。随着国家各项环保法规的完善和落实，恶臭污染物的排放开始受到严格的限制，为防止和避免污水处理厂臭味对周围环境和居民生活的影响，很多污水厂都采取了相应的除臭设施。
2 恶臭气体净化方法及工艺
2.1恶臭污染物及其分类
恶臭污染物指一切能刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害人的健康和生活环境的有害恶臭物质及挥发性有机污染物（）气体物质。
恶臭物质中只有少数的气味物质是无机化合物，如：氨(3)和硫化氢(H2S)；绝大多数恶臭气体为挥发性有机物，如：低分子脂肪酸、胺类、醛类、酮类、醚类、卤代烃以及脂肪族的、芳香族的、杂环的氮或硫化物。
从其组成可分为五类：① 含硫的化合物，如H2S、硫醇类、硫醚类；②含氮的化合物，如胺类、酰胺、吲哚类；③ 卤素及衍生物，如氯气、卤代烃；④ 烃类，如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃；⑤ 含氧的有机物，如醇、酚、醛、酮、有机酸等。[1]
这些物质都带有活性基团，容易发生化学反应，易被氧化。当活性基团被氧化后，气味就消失，各种除臭工艺就是基于这一原理。
2.2主要恶臭污染物和产生行业(见表1)
表1 主要恶臭污染物和产生行业
物质名称
主 要 来 源
硫化氢
炼油、炼焦、石化、煤气、牛皮纸浆、粪便处理、污水处理、垃圾处理
氨
粪便处理、氮肥、硝酸、炼焦、肉类加工、污水处理、垃圾处理
硫醇类
炼油、煤气、制药、农药、合成树酯、合成纤维、牛皮纸浆、橡胶
硫醚类
炼油、农药、垃圾处理、牛皮纸浆、生活污水下水道、垃圾处理
胺 类
畜产加工、水产加工、皮革、骨胶、垃圾处理
吲哚类
生活污水处理、粪便处理、炼焦、肉类腐烂、屠宰牲畜
硝 基
燃料、炸药、污水处理、垃圾处理
脂肪酸
油脂加工、石油化工、合成洗涤剂、皮革制造、制药、香料、食物腐烂
烃 类
炼油、炼焦、石油化工、电石、化肥、燃机排气、油漆、溶剂
醇 类
石油化工、油脂加工、皮革制造、肥皂、合成材料、照相软片
酯 类
合成纤维、合成树酯、涂料、黏合剂
醛 类
炼油、石油化工、医药、内燃机排气、垃圾处理、铸造
卤素及衍生物
合成树酯、合成橡胶、溶剂、灭火器材、制冷剂
2.3恶臭气体净化方法及工艺简介
目前，治理恶臭气体的主要方法有物理法、化学法和生物法3类。
物理法不改变恶臭物质的化学性质，只是用一种物质将它的臭味掩蔽和稀释，或者将恶臭物质由气相转移至液相或固相。常见方法有掩蔽法、稀释法、冷凝法和吸附法等。
化学法是使用另外一种物质和恶臭物质进行化学反应，改变恶臭物质的化学结构，使之转变为无臭物质或臭味较低的物质。常见方法有燃烧法、氧化法和化学吸收法（酸碱中和法）等。
物理和化学方法目前应用的主要有酸碱吸收、化学吸附、氧化法和催化燃烧三种。这些方法各有其优点，但都存在着所用设备繁多且工艺复杂、吸附剂再生困难和后处理过程复杂，能耗大等问题。
生物脱臭是20世纪50年代发展起来的新兴脱臭技术，是应用自然界中微生物能够在代谢过程中降解恶臭物质这一原理开发的大气污染控制新技术。充分利用了微生物将臭味气体中的有机污染物降解或转化为无害或低害类无臭物质的过程。和其它物理化学方法相比，用生物法处理废气投资少，净化效率高，污染物不会被转移到其它地方，可避免二次污染等优点而成为近十年来研究应用的重点，在德国和荷兰的一些生产性实践中，这一技术成功地处理了大量来自污水厂、公共区域的恶臭、和有毒气体排放物。室外垃圾场恶臭气体生物处理常用方法为生物制剂法，室内垃圾恶臭气体生物处理常用方法为生物滤池处理法。近几年我国也开展了此方面的研究工作，并已得到产业化应用。
生物滤池处理垃圾恶臭气体具有运行费用极低，设备结构简单，运行维护容易，操作管理方便，处理效率高等优点，是目前实际中最常用的生物脱臭方法，技术也较成熟。表2列出了物理、化学及生物法的原理、特点及适用范围。
表2 物理、化学及生物脱臭的主要方法及比较[2]
方法
原 理
特 点
适用范围
掩蔽法
采用更强烈的芳香气味或其他令人愉快的气味和臭气掺和，以掩蔽臭气，使之能被人接受
可尽快消除恶臭影响，灵活性大，费用低，但恶臭成分并没有被去除掉，除臭率一般＜50%，但低投资。
适用于需要立即地、暂时地消除低浓度恶臭气体影响的场合
稀释法
将有臭味的气体通过烟囱排至大气，或用无臭空气稀释，降低恶臭物质浓度和臭味
费用低，但易受气象条件的影响，恶臭物质仍然存在
适用于处理中、低浓度的有组织排放的恶臭气体，受环保限制。
燃烧法
在高温下恶臭物质和燃料气充分混合，实现完全燃烧
净化效率高，恶臭物质被彻底氧化分解，但设备易腐蚀，消耗燃料，投资高，处理成本高，易形成二次污染
只经济适用于大型设施的高浓度、小气量、难处理的臭气处理
氧化法
利用强氧化剂氧化恶臭物质，使之无臭和低臭
净化效率高，但需要氧化剂，处理费用高
适用于处理大气量的、高中浓度的臭气
吸收法
使用水等溶剂溶解臭气中的恶臭物质
可处理大流量气体，工艺最成熟，但净化效率不高，消耗吸收剂，易形成二次污染
适用于处理大气量、高中浓度的臭气
吸附法
利用吸附剂的吸附功能使恶臭物质由气相转移至固相
净化效率很高，可处理多组分的恶臭气体，但吸附剂费用昂贵，再生比较困难，对待处理的恶臭气体要求高
适用于处理大气量、低浓度、高净化要求的恶臭气体的处理
生物法
利用微生物的代谢活动使恶臭物质氧化降解为无臭物质
净化效率很高，可处理复杂组分的恶臭气体，无二次污染，但对待处理的恶臭气体要求适宜的生物、温度和含湿量
适用于中低浓度的恶臭气体的处理。
2.4生物法净化恶臭气体的反应机理
生物降解恶臭气体的过程可以归纳为以下几个步骤进行：

（1）恶臭气体物质和填料被微生物吸附或吸收在生物体内，由气相转移至到生物相。
（2）恶臭气体物质和生物滤池和填料－生物膜表面的水接触溶于水，由气相转移至液相水中，溶解在水中的H2S被栖息在填料上的生物所吸附，由液相转移到生物相。
（3）微生物以恶臭气体物质为食栖息，恶臭物及被微生物氧化分解，。在转化过程中产生能量，为微生物的生长和繁殖提供了能源，使恶臭气体物质的转化能持续进行。
2.5填料的选择
填料作为微生物的附着物，在整体处理系统中起着重要的作用。从理论上讲，它的总表面积越大，即生物可附着的面积越大，微生物的数量就越多，生物反应器的去除效率就越高。同时，填料还要有相当的空隙度，空隙度越高，在同体积的反应器中，当处理量一定时，实际停留时间越长，反应器的容积利用系数越高。另外，高空隙对防止滤池堵塞、防止产生短流均有好处，又有利于微生物的新陈代谢，气体和喷洒水量既能通畅流动，又能充分接触。因此，填料的粒径和强度均要适宜，既不能过大也不能过小。
一种好的载体填料必须满足：容许生长的微生物种类丰富；为微生物提供栖息生长大的比表面积；营养成分合理；有好的吸水性；自身无异味；吸附性好；结构均匀孔隙率大；材料易得且价格便宜；耐老化；运行、养护简单。
2.6一种新型高效复合生物过滤设备的特点
目前，用于净化低浓度恶臭气体和工业废气的生物处理装置主要有生物洗涤池、生物滴滤池和生物过滤池，在应用中，其方法和设备的选择需根据废气中污染物的类型和性质而定。但前者存在传质效率低、微生物难以生存、剩余污泥量较大、启动程序复杂、建设费用和运行费用相对较高等缺点。而生物滴滤池仅适用于单一工业废气净化和除臭，对非水溶性有机废气处理效果较差，反应条件不易控制，对进气浓度的适应性较差。另外，臭气中所含的污染物是多样而复杂的，既有疏水性物质，也有亲水性物质。使用单一处理设备难以同时有效地去除。将三种设备同时运行，又会带来占地面积大、设备复杂、投资多、运行费用高等问题。因此，开发了大气恶臭污染物复合生物滤池高效净化新技术和成套设备专利技术。
本实用新型为一种净化中低浓度恶臭和废气的复合生物过滤装置，它由新型生物滴滤池和新型生物过滤池组成。其特点是结合了生物洗涤法、生物滴滤法和生物过滤法的优点，消除了它们的各自缺点，通过对设备结构、填料和微生物群落的改进和优化，大大提高了对复杂恶臭气体和工业废气的处理能力和效率。目前在采用生物滴滤池和生物滤池相结合的复合生物滤池这方面还尚无研究和应用报道。
同时，本装置具有设备结构和操作简单、工作稳定、生物菌种和填料易得、启动容易、运行稳定、处理效率高、设备制造成本低、处理成本低的优点，特别适用于中低浓度复杂恶臭气体的净化和处理。
2.6.1设备原理及工艺描述
复合生物滤池设备、复合填料和除臭工程复合生物菌种为具有自主知识产权的设备和技术。
（1）设备及技术基本原理
利用筛选处理后的复合填料和工程复合微生物的吸附－降解作用降解恶臭物质，使之氧化为2和H2O等最终无臭产物，从而达到无臭化、无害化的目的。本设备中微生物的降解恶臭气体污染物过程的基本原理见下图：[3]

填料
生物膜
水 膜
O2
生物分解

降解后
2
H2O
42-
3-
溶解及吸附
恶臭物质
（无机物及
物）

（2）除臭工艺流程
其处理流程是含恶臭物质的气体被收集后，经过除尘增湿等预处理（视具体情况而定）后，送入复合生物滤池，恶臭气体通过滤床层时恶臭物质从气相转移至水一微生物混合相（生物层），由附着生长在填料上的生物的代谢作用而被分解，最后从排入大气，达到无污染排放。详见下图。
各类恶臭气体
气体收集系统
风 机
生物除臭装置
净化气体排放
除尘等预处理

2.6.2 设备及技术主要特点
（1） 集国家专利技术和专有保密技术于一体，设备和技术性能稳定可靠。
（2） 采用复合生物滤池专利技术，能同时有效地生物净化无机和水溶性及非水溶性有机污染物（），无二次污染问题。
（3） 选用的填料经预处理，采用特殊方法提高了填料的稳定性和其使用寿命。
（4） 针对不同污染气体采用复合微生物菌种，能有效提高单位体积的生物降解速率。
（5） 生物膜固着生长，生态条件稳定，单位体积内生物量大，高密度的微生物群具有较高的微生物吸附和生物氧化的能力，因而对外界负荷、毒物冲击的抵抗力强。微生物分解恶臭物质的速度快、效率高、稳定。
（6） 本项目生物法不仅低浓度的处理而且对中等或高浓度的处理及难溶废气的处理。
（7） 设备简单、维护管理方便、投资和运行费用低，设备和系统无需人值守。
（8） 设备材料为耐腐蚀材料，如玻璃钢材料和特种复合材料等，能适应多种工作环境。
（9） 设备的先进可靠，整个系统可进行全自动控制。
（10）系统除臭效率高、能耗低、方便管理等特点。
（11）可和废水处理一并进行。
（12）恶臭气体脱除率大于98%的目的。
（13）能对复合生物滤池进行生态景观处理进行美化。
2.6.3 适用范围、应用前景和效应分析
该技术适用于城市垃圾处理厂、垃圾中转站、垃圾堆肥厂、污水处理厂、垃圾焚烧厂烟气、涂料和喷漆、炼焦、制药、有机原料及合成材料厂、农药、染料、石油化工、鞋厂、印刷厂、造纸厂、加油站、禽畜养殖厂、油毯生产厂、污泥脱水、污泥稳定、干化处理和焚烧过程所产生的恶臭、污水泵站，鱼品加工厂和肉类加工厂等等恶臭气体和废气的净化和处理。可见本项目和技术具有很广泛的应用前景
效益分析：该技术投资﹑运行费用低，适用于大﹑中﹑小规模的各类中、低浓度有机废气和恶臭气体的处理，具有广阔的市场应用前景，能产生显著的经济效益。
该技术和吸收法、吸附法、燃烧法等传统工艺相比，具有工艺流程短、设备简单、运行费用低、无二次污染等优点，尤其在处理低浓度、复杂成分的恶臭气体时，具有其他方法不可比拟的优势。在处理低浓度的有机气体和无机臭气时，生物法的一次性投资是吸附法的1/8-1/5、燃烧法的1/3、化学吸收法1/3左右；运行费用是吸附法的1/10、燃烧法的1/20、化学吸收法的1/15，经济效益显著。
3神华鄂尔多斯煤制油分公司废气处理工艺
3.1本工艺原理
针对神华鄂尔多斯煤制油分公司污水处理场废气处理系统中臭气的组成成分复杂，有硫化氢、氨、挥发酚、烃等恶臭污染物，采用组合式生物除臭装置。
废气处理系统的作用是将污水处理场各种盖水池和设备内的废气收集处理后排入大气。含油污水调节罐、油水分离器、污油脱水罐、含油污水吸水池、油泥浮渣池、加压溶气气浮、涡凹气浮排出的废气主要含挥发烃、硫化和氨、其他排放点排出的废气主要含甲硫醇、硫化氢、苯系物等。鼓风曝气池、加压溶气气浮、涡凹气浮所产废气主要来自鼓风曝气、气浮溶气和气浮装置诱导吸气，废气气量大，污染物浓度较低；其他设施所产废气主要来自呼吸排气、挥发排气、气量小，污染物浓度高。
本废气处理系统采用生物滤池法，是将臭气引入并经过有机填料形成的滤层，利用滤料上经过培养和驯化后的微生物将恶臭物质氧化分解成为无臭的水和二氧化碳，或者其他简单物质，从而达到脱臭的目的。微生物在氧化分解污染物的过程中，还同时将恶臭物质转化为自身的营养物，微生物得以产生新细胞，继续繁殖。
本废气处理系统采用的生物活性填料为特有配方技术的有机填料，是由具有高吸附性的滤料（堆肥、树皮等）附着能降解、转化恶臭物质、有机物、氨以及硫化氢等的微生物构成的。这种高效滤料具有吸收、吸附双重效果，有较好的通气性、适度的通水和持水性以及完整的微生物群落系统，而且微生物数量较以往的土壤法多，因此，处理效率较高、占地面积较小。
按一般分类方法，生物滤池技术的关键在于其有机填料。有机填料主要区别于采用陶瓷、塑料等制品所形成的所谓无机填料。有机填料的本质是可以提供微生物赖以生存的底料，包括碳源、营养、微量元素等。这样可以确保在生物滤床上形成数量庞大的、体系完整的微生物群落，使得臭气这一特殊的、成分复杂的污染物质在经过滤床时得以被有效地、没有选择地处理。
生物滤池法技术成熟，迄今在世界上的实际应用最多；其优点是设备结构简单、设备费用低、运行费用低、操作管理方便，适宜于浓度低、气量大的有机废气、恶臭等的净化和处理；
一般认为，生物滤池处理废气用的微生物可分为自养型和异养型两类。自养菌可在无有机碳源和氮源的条件下，由硫化氢、硫和铁离子的氧化获得能量，适合于无机恶臭物的转化，降解氨的硝化菌和降解硫化氢的嗜硫菌等为其代表；异养菌通过对有机物的氧化获得营养物和能量，适合于有机恶臭污染物的转化，油分解菌是这类菌的代表。

致臭物质
无臭物质

有机填料 生物层 液膜 废气
生物除臭原理示意图
生物滤池技术处理废气，其中生物过程的发生依靠吸收和吸附双重作用；气态污染物通过吸收和（或）吸附转移到液相或生物膜表面,进行微生物氧化、降解或转化污染物的过程。吸附是因为生物滤池的填料具有巨大的表面积和极其完善的微生物群落系统，这对于水溶解性不好的有机物的降解尤为重要；吸收则主要针对水溶性物质，而污水处理场散发出的臭气绝大多数是水溶性的；
对于吸收式生物作用的历程一般认为为以下三步：（1）废气首先和水（液相）接触，由于气相和液相的浓度差以及污染物在液相的溶解性能，使得污染物从气相进入液相（或液膜内）；（2）进入液相或固体表面生物层（或液膜）的污染物被微生物吸收；（3）进入微生物细胞的污染物在微生物代谢过程中作为能源和营养物质被分解、转化成无害、简单物质。
3.2本工艺流程
恶臭气体从气体收集系统排出经引风管首先进入生物除臭装置预处理段进行隔油、温度调节、除尘及增湿后，进入生物除臭主体设备，废气中的污染物和生物除臭装置的生物填料上微生物接触，被微生物捕获降解、氧化，使污染物分解为无害的2和H2O，未完全降解的难降解的化合物经离子氧二次氧化为无害的气体，无害气体通过风机抽送排放，产生的硫酸、硝酸等无机物进一步被硫杆菌、硝酸菌分解、氧化成无害物质，无害气体由风机抽出直接排放。在废气浓度很低时，营养液循环箱中的营养液由循环泵送到生物填料床顶部，均匀的喷淋在生物填料上，供微生物吸取营养物质，生长繁殖。如下是工艺流程控制图。
预处理单元
生物处理单元
二次氧化段
增湿循环水箱
自动控制系统
引风机
后续处理单元

工艺流程控制图
3.3 本工艺采用生物滤池除臭系统的技术特点
3.3.1采用技术成熟、应用最为广泛的生物滤池技术，并以最新、专有的监测和控制技术控制生物滤床的水分。生物滤池技术所遇到最大的问题就是如何保持填料的湿度。湿度太低，会使微生物失活，严重时导致填料干燥收缩而产生气体短流；湿度太高，会使运行阻力增大，停留时间降低，而且由于空气/水界面的减少引起供氧不足，形成厌氧区域而产生臭味，还会造成降解速率降低；因此，只有在真正而有效监控条件下，可确保生物滤池除臭系统长周期、稳定运行。
3.3.2 生物滤池除臭系统内部流程是，臭气由引风输送系统送至风机，而后送往加湿器和生物滤池，最后经排气筒排放。风机采用防爆、防腐型，并进行噪声及震动控制；加湿器为平流式填料塔，设内部水循环以增加出气湿度，配备有温湿度传感器和压力传感器，监测进气并通过调节水循环量以调节出气的湿度，维持生物滤池最佳工作条件；生物滤池为带保温的集装箱式箱体结构：保温是为了确保生物最佳工作温度范围为15-30；生物滤池采用上部进气底部出气的自上而下的处理流态，其优点就是布气均匀，而且是自适应式的，和升流式系统相比不仅效果好而且无须增设布气设备；滤床为有机填料，高度约1.6m，内设加水设备，通过监测进气和出气的温、湿度来控制滤床的湿度和温度，从而确保除臭系统的正常工作；
3.3.3 生物滤池除臭系统维修和替换方便：尤其是滤池集装箱箱体式设计，可以实现整体运输、工厂化生产的新型模式，节省现场的生物驯化和调试时间,建设成本投入低，且运行成本低于其他所有方法。
3.3.4 生物滤池除臭技术是真正的绿色方法，不使用化学药品，能源需求低廉，不产生二次污染物，尤其是最后的产物也是良性的，是环境友好技术。
3.3.5 生物滤池除臭技术增加了一定的掩蔽功能，真正从恶臭理念上进行恶臭指标的强化治理；掩蔽填料和滤池填料材质相当，同为有机材料，而且寿命相同，具有相当的一致性。
3.3.6流程简单，便于操作和维护；处理效率高，去除效果明显。
3.3.7生物滤床划分四个系列，增加操作弹性，方便维护、检修。
3.3.8成熟技术，采用澳大利亚环境恶臭技术公司专有工艺技术、有机填料配方、专有仪表和控制技术和设备。
3.4处理效果
经过一年多的生产运行，神华鄂尔多斯煤制油分公司污水处理场废气处理系统中所采用的组合式生物除臭装置处理废气效果明显，能够稳定运行，达标排放。详见表3。
表3 废气处理效果[4]
处理介质
恶臭废气
处理气量（m3）
14500
进口硫化氢（3）
≤30
出口硫化氢（3）
≤0.3
进口氨（3）
≤10
出口氨（3）
≤0.1
进口挥发酚（3）
≤10
出挥发酚（3）
≤0.1
进口烃（3）
≤1000
出口烃（3）
≤10
进口臭气浓度（无量纲）
≤10000
出口臭气浓度（无量纲）
≤60
4结束语
每个污水厂都应该根据自己的实际情况，根据所产生的恶臭成分、根据本厂的人力财力制定相应的处理设施，神华鄂尔多斯煤制油分公司污水处理场废气所采用的组合式生物除臭装置处理废气的成功例子告诉我们，先进的工艺在先进的企业里发挥着越来越重要的作用。

参考文献
[1] 赵鹏,栾金义,王京刚,叶晶菁;恶臭气体生物处理技术研究进展[J];化工环保;2005
[2] 朱佳;董文艺;杜红;;污水厂恶臭控制技术进展[J];水处理技术;2006年02期
[3] 韩洪彬;生物法处理污水厂废气工艺应用实例[J];环境科学和管理;2005年03期
[4] 神华污水处理场单体设备手册。
作者简介：李 成，学历：本科，毕业于辽宁石油化工大学环境工程专业。电话：。