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城镇污水厂除臭技术的展望

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《环境科技》2014年第三期

1污水厂除臭技术应用现状

目前,污水厂常用除臭技术主要有生物法、化学法、掩蔽法、离子法、吸附法几大类,下面将各类方法的除臭原理及应用现状进行具体介绍。

1.1生物法生物法是利用自然界微生物降解恶臭物质而自然除臭,其原理是使收集的废气在适宜条件下通过长满微生物的固体载体被填料吸收并被微生物氧化分解。生物法具有除臭效率高、设备简单、费用低等优点,为城市污水处理厂应用最为广泛的除臭技术,但易受污染负荷及组分的变化、非稳态工况和外界环境温度的影响。目前污水厂的生物处理技术主要有4种:生物滤池、生物滴滤池、土壤生物过滤法和活性污泥法。(1)生物滤池生物滤池主要包括增湿器和生物处理装置2部分。由引风机收集的臭气经增湿装置预处理后进入生物处理装置,气体中的污染物从气相主体扩散到填料外层的水膜并被填料所吸附,最终降解为二氧化碳和水等,处理后的气体从生物滤池的顶部排出。生物滤池的填料层是具有吸附性的滤料(如土壤、堆肥、活性炭等),能为微生物提供良好的附着载体,并为微生物提供生长所需的碳源、微量元素等营养,同时还能保持微生物生长环境的相对稳定。无锡市城北污水处理厂二期工程中的厌氧池除臭工艺采用生物滤池,设计除臭风量为4000m3/h,整个除臭系统采用加湿区与生物滤池组成一体式装置;成都市沙河污水处理厂对全厂5处臭源进行收集采用生物滤池处理,臭气处理后符合GB3095—2012《环境空气质量标准》规定的二级排放标准;广州市污水治理有限责任公司旗下猎德、沥滘、西朗、石井、大沙地、竹料、龙归、京溪八间污水处理厂大部分产气环节均采用生物滤池除臭技术,处理规模6000~40000m3/h不等,且设有1套或多套处理装备,其中猎德污水厂采用生物滤池主体工艺对沉砂池、污泥浓缩池和脱水间等环节臭气进行处理[6-7],进气口ρ(H2S)为1~7mg/m3,出气口低至0.003~0.009mg/m3;此外,青岛市团岛污水厂、深圳罗芳污水厂二期工程厌氧池、泉州市北峰污水厂、泉州市城东污水厂等均采用生物滤池除臭。(2)生物滴滤池同生物滤池相比,生物滴滤池的工艺原理大致相当,最大区别在于填料。前者填料能提供微生物生长所需的营养,需定期更换;后者填料则仅能作为微生物区系的附着生长点,而需额外喷洒可溶性无机营养物液体。由于生物滴滤池在运行过程中需要添加营养物质,其对运行条件的控制更为严格,并且能更有效地控制处理过程,除臭效率高于生物滤池。该技术推广应用的限制瓶颈在于是否能开发出较大表面积和合理孔隙率、易微生物挂膜的填料。目前欧美、日本等国家应用生物滴滤塔工艺处理污水厂臭气较多,国内则较少。广州市污水治理有限责任公司大坦沙污水厂采用3套生物滴滤塔分别处理3别期格栅、反应池和脱水机房(规模分别为4500,17500,20000m3/h),运行1年后,排气口的臭气质量浓度稳定保持在17~19μg/L;天津市咸阳路污水提升泵站采用生物滴滤床净化系统处理臭气,结果表明:对恶臭特征污染物(H2S,NH3)的去除率长期稳定在98%以上,达到排放标准;此外,郭静等通过小试发现,生物滴滤池在处理臭气的同时也可有效处理营养液废水,而李桂荣等也提出可采用生物滴滤池同步处理城市污水和臭气的建议。(3)土壤法土壤法以土壤层作为生物滤床的载体,当收集的臭气物质通过长满微生物的、湿润多孔的土壤滤层时,或者被土壤水分吸收去除或者被土壤中的微生物细胞吸附、吸收和降解之后除去。杭州市七格污水厂一、二、三期工程在对曝气池加盖后采用土壤除臭技术处理收集的臭气,对H2S和臭气浓度去除率较高;福星污水厂使用生物土壤除臭装置极大改善了厂区空气环境,通过监测,H2S,NH3去除率大于90%,生物土壤过滤器排气口的D.R.T恶臭强度小于25,空间除臭效率达到60%~90%;大坦沙污水厂对二期生化池臭气采用土壤法处理,处理规模达到58000m3/h;此外,苏州城东污水厂、江东南区污水厂等均采用了该项技术。(4)活性污泥法活性污泥法包括洗涤式活性污泥法、曝气式活性污泥法及腐殖质活性污泥法,3种方法的除臭原理不尽相同。洗涤式活性污泥法先使臭气与悬浮泥浆混合液在吸收池充分接触形成洗涤液后,通入反应器被悬浮活性污泥代谢分解。该法对脱除复合型臭气效果很好,但需要臭气溶解性较高,因此在污水厂除臭中应用很少。曝气式活性污泥法将臭气以曝气的形式分散到活性污泥混合液中,通过悬浮生长微生物的代谢作用来降解臭气物质。该法系统简单,十分经济,但同样需要臭气溶解性较高,工程应用有待进一步开发。腐殖质活性污泥法是在传统活性污泥工艺的基础上增加了填充腐殖土填料的生物培养装置,在运行过程中有10%~30%的活性污泥回流进入腐殖土反应器进行处理,以改善活性污泥特性,减少恶臭气体的产生。该技术源自日本,已成功应用于日本岛内住宅小区污水净化站、山之内水质净化中心、鸟栖市饭田地区和永吉地区农田排水处理站等多个污水处理厂;但国内尚无相关应用报道。

1.2离子法离子法同生物法一样是在国际上应用最为广泛的除臭方法,包括高能离子除臭法、活性氧氧化法和等离子除臭法。(1)高能离子除臭法高能离子法是通过高频高压电场将空气激发为强氧化基团,再通过高能电场加速器将活性基团进一步激发并发射出高能离子,高能离子束与高能紫外线产生光化学反应,使空气当中的恶臭气体快速打开化学键,分解成CO2,SO42-,NO3-和水等;此外,高能离子法还可以沉降颗粒和降低细菌浓度。高能离子法对多种恶臭气体都有去除效果,设备简单,运行管理方便;但实际运行中由于臭气接触时间不长、高能离子衰减速率过快、使用寿命不长等原因而导致净化效果欠佳。高能离子净化系统在法国、英国、苏格兰、瑞典等国的应用实例较多,在国内也有少数应用工程。公司猎德污水厂在对一、二期脱水机房进行臭气处理时,选择高能离子技术并采用2层建设方案,首层17000m3/h,2层14000m3/h,大大节约了操作空间并取得了良好的处理效果;上海文庙泵站采用高能离子除臭法进行除臭,结果表明,该方法最大的优点是操作简单、去除率高、无二次污染、能耗小;天津海河工程地下排水泵站采用高能离子除臭法进行除臭,主要臭气净化指标均符合国家有关标准规定。(2)活性氧氧化法活性氧氧化法是利用高压静电脉冲放电,将空气中氧电离成高密度、强氧化活性物质,高密度活性氧与恶臭污染物碰撞,将其氧化分解为低浓度、无机小分子。该技术运行成本低、工艺简单、无明显二次污染,比较适宜处理低浓度、大流量的恶臭气体,在国内应用较多。利用活性氧氧化法处理大连老虎滩污水厂、温江第二污水厂、杭州滨江区污水厂、上海竹园第二污水厂、黄石市慈湖污水厂的恶臭污染物,结果表明该方法对H2S,NH3,CH4S,臭气均有良好的去除效果,处理后气体符合GB14554—93标准。(3)等离子除臭法低温等离子体法作为一项新技术,其除臭原理主要是通过高压脉冲电晕放电,在常温常压下获得非平衡等离子体,即大量高能电子和•O,•OH等活性粒子,把恶臭污染物氧化降解为无害或危害小的物质。该技术具有处理效率高、能耗低、适用广、无二次污染等特点。目前该技术在国外主要应用于治理VOC废气、烟气脱硫、降解氟利昂类等物质,国内应用实例较少。许小红等研究低温等离子体处理污水厂恶臭气体发现,H2S,NH3,CH3-SH等恶臭气体的去除率分别达到81.3%,88.1%,84.4%,能有效消除恶臭对周围环境的影响。

1.3化学法利用化学介质(NaOH,NaClO,H2SO4)与H2S,NH3等与致臭成分进行反应,达到除臭的目的。该法对H2S,NH3等的吸收比较彻底,速度快,但对硫醇、挥发性脂肪酸或其他挥发性有机化合物的去除比较困难,不能保证完全消除异味,且易造成二次污染,因此现在已较少使用。深圳市滨河污水厂三期工程除臭系统采用化学除臭工艺,设计规模为7×103m3/h,处理后的臭气浓度达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918—2002)的一级标准,除臭效果显著;南京城北污水处理厂采用湿式化学二级除臭方法,设计恶臭污染物源强:ρ(NH3-N)为10mg/m3,ρ(H2S)为5mg/m3,设计净化后去除效率为99.2%。

1.4植物提取液喷淋法植物提取液含有大量的多聚糖、活性肽、酶等种类繁多的代谢产物,被喷洒到空间后能直接与空气中的臭气物质反应,使其发生物理或化学上的变化,从而消除恶臭污染。在污水厂内,植物提取液除臭剂主要应用于提升泵房、生物反应池、污泥脱水车间等产生恶臭气体且恶臭气体不便于收集的构筑物内。桐乡市污水处理厂通过比较,选择基建投资小、操作运行简单的天然植物液除臭法,污水除臭效率可达到96%以上,空间除臭效率可达60%~90%;上海竹园第一污水处理厂经方案比较采用天然植物液除臭法,主要污染物H2S,NH3达到厂界排放要求,但对臭气浓度的去除效果尚待提高;此外,无锡城北污水厂、上海天山污水厂、北京高碑店污水厂等均有该项除臭技术的应用。

1.5活性炭吸附法活性炭吸附法主要是利用活性炭的吸附作用,使恶臭气体通过吸附剂填充层而被吸附去除。由于运行费用高,活性炭法一般应用于风量较小、臭气浓度较低、出气要求较高的废气处理,也经常作为其它除臭方法的后处理。猎德污水厂泵站采用催化型活性炭除臭装置对产生的臭气进行净化,结果表明:H2S,NH3和臭气浓度的平均去除率分别为97.9%,86.7%和87.4%,达到厂界排放标准;哈尔滨某污水厂在采用化学吸收与活性炭吸附联合除臭技术1年后,除臭效果良好,设备运行稳定,取得了良好的社会和环境效益。

2污水厂除臭技术发展方向

我国废气除臭技术起步晚、成熟产品不多,而进口除臭装置价格贵、成本高,污水厂的除臭投入较之国外总体处于非正常化水平,因此必须大力发展经济有效的国产化除臭技术及其装备。

2.1单工艺综上所述,生物法(生物滤池、生物滴滤池、土壤过滤床)和离子法(高能离子除臭法、活性氧氧化法)在我国污水厂的应用较为广泛且效果显著,值得进一步研究和优化。通过对其综合评价分析,见表2,探索适宜于不同处理规模、水质类型和处理工艺的污水厂的除臭技术体系。由表2可以看出,生物法应用范围最广,适合于处理中低质量浓度(一般小于5g/m3)、不同风量的可生物降解臭气,这是由微生物体积小、种类多、适应性强、遗传变异快的特点决定的[8],但该技术的关键在于菌种和填料的选择,可适当根据恶臭气体成分开展进一步优化研究;高能离子法、活性氧化法和低温等离子法除臭原理相似,相较于其它除臭技术优势明显,在国外应用已较为成熟,但前2者在国内才刚刚起步,已出现部分应用实例,后者则作为一项新技术尚处于试验阶段,未来均具有广阔的发展前景。在实际工程中,首先需要调研污水厂臭气污染物类型和处理量,然后依据各除臭技术的适用范围及优缺点来具体选择合适的技术,建立适宜于不同污水厂的除臭技术体系。

2.2组合工艺鉴于污水厂(尤其是大型污水厂)各环节(提升泵房、预处理、生物处理、污泥处理等)臭气成分复杂多样、收集方式不一,单工艺往往难以适用于整个污水厂的除臭要求,因此研究和应用组合法来处理污水厂臭气十分必要。(1)植物提取液+生物过滤这是一对简单的臭气处理组合工艺,主要适用于臭气收集系统并不完善的污水厂。生物过滤池用于处理收集恶臭,而植物提取液则可喷淋至提升泵房、生物反应池、污泥脱水车间等地处理散发余臭。(2)化学洗涤+生物过滤本组合属于化学法和生物法的联合除臭工艺。其搭配方式有多种,而最完备的组合装备包括臭气导入区、前级(化学)洗涤区、生物滤床过滤区、后级化学洗涤区、净化气体排出区,其中前后2级洗涤区可采用不同的洗涤剂。当污水厂收集臭气气量偏高或气温较低(10℃以下)时,生物滤床处理效果下降,2级洗涤区需同时启动,前者对臭气进行除尘及加湿,后者通过化学反应去除生物滤床未除去的恶臭污染物,从而确保达标排放;其它正常情况下,可不激活后级化学洗涤处理。广州猎德污水厂采用化学洗涤-生物滤床联合除臭工艺处理臭气效果显著,NH3去除率大于90%,H2S去除率大于99%。该组合工艺操作灵活、经济高效,具有广阔的研究应用前景。(3)等离子体+生物过滤等离子体-生物过滤法采用等离子体技术与生物处理结合工艺处理恶臭废气,利用等离子体中的大量活性粒子对有毒有害恶臭污染物进行直接分解去除,生物过滤法将等离子体分解产物和恶臭废气继续好氧降解成无害的物质。该技术组合属于新型除臭技术组合,不仅可以减少生物除臭装置体积及等离子体装置电耗,而且能避免等离子体副产物带来的二次污染。目前该组合技术尚处于研究阶段,其应用推广前景有待实践检验。

3结语

目前,我国污水厂臭气处理技术尚处于发展初期阶段,大部分除臭技术或者是从国外引进生搬硬套或者经简单研发盲目上马,处理效果往往并不稳定。此外,我国除臭控制标准以及效果评价体系并不完善,大多数除臭设施均未设置完备的臭气成分监测系统,从而对污水厂除臭技术的发展优化不利。因此,现阶段亟需制定一个科学规范全面的污水厂臭气控制标准和防治技术评价体系,进一步完善现有优势技术并加快探索合理经济有效的新工艺技术。

作者:唐霞 肖先念庞博 罗刚单位:广州市污水治理有限责任公司

环境科技杂志责任编辑:田老师    阅读:人次