安庆市城东污水处理厂除臭方法及工艺的选择

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  【摘要】:分析污水处理厂臭气的来源和成分,综述除臭常用的方法并对其进行比选, 最终本工程选择采用活性氧离子法除臭方法及工艺。
  【关键词】: 污水处理厂 臭气 除臭方法及工艺
  中图分类号: TK235 文献标识码: A
  目前,污水处理厂除臭已普遍受到人们的重视。由于城市化进程的加快导致城市用地日益紧张,已建或新建的城市污水处理厂周围往往都有人口密集的居民生活区或公共活动区,但多数已建污水处理厂没有除臭措施或除臭设施不完善。随着城市污水处理厂恶臭污染的控制法规和对策的日益完善, 对空气污染的防治有着更高的要求。建设污水处理厂的除臭系统势在必行。
  安庆市城东污水处理厂址座落在魏家嘴,处理规模24万m3/d(分两次建设)。一期工程12万m3/d于2007年8月投入运行。随着城市建设的发展,污水量的增加,经预测,确定安庆市城东污水处理厂二期工程12万m3/d即将建设。二期工程厂址仍选在魏家嘴,位于一期工程的东侧,紧邻一期工程。(二期工程工艺流程与一期工程相同)。
  
  
  
  
  一、二期工程改良型A2/O工艺流程图
  随着城市化建设的范围扩大,厂区外围居住区不断增加,同时厂区进水水质也发生了变化。一期工程未建设污水除臭系统,为了消除污水处理厂产生的恶臭对周围居民的影响。因此,在即将建设二期工程的同时对已投入运行的一期工程一并建设除臭系统。
  一、污水处理厂臭气来源
  一般来说,污水处理过程的臭气产生源主要是污水处理系统和污泥处理系统。一些研究表明,城市污水处理厂的恶臭源主要分布在进水预处理区(进水泵房、格栅、沉砂池和厌氧水解池)以及生物反应中的厌氧调节池和污泥处理部分(浓缩池、储泥池和脱水)等,工序中伴随微生物、原生动物等新陈代谢过程产生的H2S、NH3、CH4等复合臭气(污水处理中的臭气源及污水中各类臭气成分见下表)。排放方式多为无组织排放。臭气的扩散对室内外空气环境影响较大,直接影响到运行工人的身体健康和工作效率,并对周围居民的生活产生一定影响。因此,有必要对恶臭量较大的污水处理及污泥处理设施考虑除臭工程措施。
  污水处理中的臭气源 
  
  
  
  污水中各类臭气成分表
  
  
  
  二、除臭方法的选择
  对恶臭气体目前较为常用的处理方法主要有:化学吸收法、活性氧电离子法、生物处理法、液体雾化法等。各种处理工艺在设备投资、占地面积、运行噪声、运行费用以及运行操作等环节都有些不同,各有优缺点,针对不同气体组分、气体浓度以及不同的气相条件等因素,采用不同的处理方法。
  从工程应用和技术性能上进行分析,上述除臭方法各有其特点:
  1、化学吸收法
  化学吸收法主要是利用酸碱中和原理,对臭气有吸附和化合作用的化学介质,通过溶解、过滤或中和原理,将废气去除。可以在很大程度上去除异味。由于有除了吸附以外的化学及生物反应,因此,化学吸收法效率较高。对高等浓度的臭气除臭效果好。
  工程应用上主要特点:
  (1)其与臭气分子的反应时间较短,气流流速较快,因此,其占地面积较小,与同等处理规模的生物法相比,占地面积只为生物法的1/5左右。
  (2)需采用氢氧化钠及硫酸等化学药剂,运行成本略高。
  (3)控制系统是一种集成系统,只需操作人员像常规的机械设备一样在控制柜上进行操作,管理较简单。可连续或间歇运行。
  (4)需加装隔离罩换气处理,需建酸碱储罐及仓库,属危险品仓库类型,消防及防爆要求高。
  (5) 建设费用较高,
  2、活性氧电离子法
  近几年出现的离子法活性氧技术作为氧化法的技术延伸,在国内外得到迅速的发展。它利用高压脉冲放电,产生大量O2-、O2+等聚集体,由于具有极强的氧化能力,与至臭分子发生碰撞反应,从而得到氧化除臭的目的。对中等浓度的臭气除臭效果好。活性氧电离子法有两方面的作用。
  (1)活性氧作用
  其主要原理是采用电离技术将空气中的氧失去电子或得到电子,使其成为氧分子与臭氧之间的中间态,这时氧得到活化,能级提高,成为活性氧,按理论计算活性氧的氧化能力是氧气的1000倍,直接与有机分子和致臭成分发生氧化反应,反应可在数秒内实现,从而达到除臭目的。
  活性氧废气净化设备利用高频高压静电的特殊脉冲放电方式(活性氧发射管每秒钟发射上千亿个高能离子),产生高密度的高能活性氧(介于氧分子和臭氧之间的一种过渡态氧),迅速与污染物分子碰撞,激活有机分子,并直接将其破坏;或者高能活性氧激活空气中的氧分子产生二次活性氧,与有机分子发生一系列链式反应,并利用自身反应产生的能量维系氧化反应,进一步氧化有机物质,生成二氧化碳和水以及其它小分子,而且可以在极短的时间内达到很高的处理效率。
  由于上述过程是在常温下进行的,因此也称为“低温燃烧”过程,包括了许多种技术和作用,如过氧化氢、OOH的催化作用和紫外线作用,这是一个极端复杂的物理过程,产生O2、O2-、O2+、OH、H02、O等氧簇聚集体,由于具有极强的氧化能力,因此称其为“活性氧”。
  活性氧对恶臭污染物(H2S、NH3、CH3SH、VOCs)的去除主要有两条途径:一是在电子的瞬时高能量作用下,打开污染物分子的化学键,使其直接分解成单质原子或无害分子;二是在大量高能電子、离子、激发态粒子和氧自由基、氢氧自由基(自由基因带有不成对电子而具有很强的活性)等作用下,将污染物氧化分解。恶臭组分经过电离设备处理后,将转变为NOx、SO3、H2O等小分子,在一定的浓度下,各种反应的转化率均在95%以上,而且恶臭浓度较低,因此产物的浓度极低,均能被周边的大气所接受。
  该技术能很好地解决了大风量、中等浓度恶臭气体的净化问题。
  (2)光催化作用
  光催化技术是一种新型复合纳米高科技功能的技术,其基本原理是利用光催化纳米粒子在一定波长的紫外光线照射下受到激发生成电子—空穴对,同时在氧及水的参与下,空穴分解催化剂表面吸附的水产生强氧化性的羟基自由基(OH),电子使其周围的氧还原成活性离子氧,从而具备极强的氧化-还原作用,利用其强氧化性,将光催化纳米粒子表面的各种污染物氧化,氧化分解空气中低浓度的化学污染物使其无害化,从而达到净化空气的目的。
  工程应用上主要特点:
  (1)由于活性氧电离法的活性氧离子具有极强的氧化性,其与臭气分子的反应时间较短,气流流速较快,因此,其占地面积较小,与同等处理规模的生物法相比,占地面积只为生物法的1/10左右。
  (2)活性氧技术中的臭气气流是在设备箱体中通过的,压力损失较小,只需要配置压头较小的风机,整套设备功率较小,运行费用也较低,只为生物法的1/5左右。
  (3)控制系统是一种集成系统,只需操作人员像常规的机械设备一样在控制柜上进行操作,而不受其他因素影响,只需用电,无需填料及药剂,对外界环境要求低,管理简单。可连续或间歇运行。
  (4)需加装隔离罩换气处理。
  (5)建设费用较低。
  3、生物处理法
  通过脱臭微生物的喷淋,氧化分解多组分的上升混合臭气。可使不含氮的有机物分解成二氧化碳;含氮物质将通过氨化作用生成氨,氨则被转化成NO2-和NO3-;含硫物质经生物分解生成H2S,并进一步转化成单质S或SO42-。
  对高浓度臭气除臭效果好。主要分为生物滤床法、生物滴滤床法二种。
  1)生物滤床法
  包括土壤处理法、活性污泥法、堆肥法等,其优点是设备简单、运行稳定、经济,但占地面积大。生物滴滤床以陶瓷、塑料和木材等材料做载体,微生物的数量和接触面积增大、气液接触效率高,可以达到高效除臭的目的。
  在过去的30年内,生物除臭技术已在欧洲广泛地得到应用,最近也在北美洲应用在除臭方面。生物除臭主要利用微生物去除及氧化气体中的致臭成份,气体流经生物活性滤料,滤料上面的细菌就会分解致臭物质,产生二氧化碳及水气。
  2)生物滴滤床法
  生物滴滤床因其停留时间较短、空塔流速较大、设备投资和占地相对较小和净化效率高,具有较大优越性和安全性。成为世界废气净化研究的的热点课题之一。生物滴滤床去除气体污染物的工艺日益得到人们的关注,国外已有成功处理污水厂臭气净化工程的范例,脱臭效率大于90%。
  工程应用上主要特点:
  (1)是建立在微生物对废气中有机和无机物进行消化降解的基础上,因此受环境温度、湿度影响波动大,一般管理人员操作具有一定难度。
  (2)为了保证菌种对臭气全面处理,臭气在通过生物滤料的流速较慢,因此,其占地面积较大。
  (3)臭气气流要在滤料层中穿过,其压力损失较大,整套设备功率较大,需定时加入营养或更换菌种。从而导致后期运行费用增加,运行费用也较高。
  (4)运行过程中必须要维持微生物生长环境的湿度和温度,需要供氧以保证微生物得以在好氧环境下降解有机物质。
  (5)要求操作人员的水平较高,需填料、药剂及动力,对外界环境要求高,管理较复杂。必须连续运行。
  (6)需加隔离罩换气处理,
  (7)建设费用较高。
  4、液体雾化法
  液体雾化法属化学吸附除臭法的一种,主要是采用无毒的天然植物提取液进行除臭。该技术的核心是将天然植物提取液雾化,均匀地分布在空气中,吸附空气中的异味分子,与异味分子发生分解、聚合、取代、置换等化学反应,促使异味分子改变原有的分子结构,使之失去臭味,以达到除臭的目的。反应的最后产物为水、氧、氮等。对中低浓度臭气除臭效果好。天然植物提取液的原材料是天然植物,经过先进的微乳化技术乳化,使得它可以与水相溶,形成透明的水溶液。天然植物提取液具有无毒性、无爆炸性、无燃烧性、无刺激性等特点。天然植物提取液安全性已得到美国、英国、加拿大以及中国有关政府部门的认可。
  工程应用上主要特点:
  (1)设备占用极小空间,无需加隔离罩换气处理,需用电及药剂,对外界环境要求低,管理简单。
  (2)可连续或间歇运行。
  (3)无须增加任何土建工程建设费用低。
  (4)需不断消耗天然植物提取液,运行费用较高。
  从上面分析可以看出,化学吸收法、活性氧电离子法、生物处理法及液体雾化法各有优缺点。化学吸收法由于原料为氢氧化钠及硫酸,需建危险品仓库,消防及防爆要求高,并不适合在城东污水厂内设置;生物处理法较占地方,操作管理上存在一定难度,且投资运行费用较大;液体雾化法及活性氧电离子法适用于中低浓度的除臭,可较好的克服上述工程难点。但液体雾化法需要定期购买工作液,采购源单一,不利于厂区运行管理。
  根据相关资料表明,在正常工况及常规气象条件下,活性氧电离子法对有机污染物和恶臭的去除率为60%~90%,经活性氧废气净化设备处理后的气体可以满足《恶臭污染物排放标准GB 14554- 93》和《城镇污水处理厂污染物排放标准GB 18918 - 2002》中相应标准值。
  综上所述并结合安庆市当地情况综合考虑,安庆城东污水处理厂工程选择活性氧电离法除臭处理比较合适。
  三、除臭对象和除臭系统的确定
  1、除臭对象的确定
  根据国内外污水厂对恶臭实测结果的有关资料,采用二级生化处理工艺的污水处理厂,主要恶臭污染源是预处理工艺(进水泵房、格栅、沉砂池)、生物处理工艺及污泥处理工艺(储泥池以及污泥浓缩脱水机房等)。
  安庆城东污水处理厂采用二级生化处理工艺,厂区北侧、东北侧及西南侧都有居民住宅,环境空气质量功能属二类区。根据有关调查资料结果,类比出拟建工程臭气排放源强(见下表),确定城东污水处理厂除臭对象主要为:一、二期工程中的粗格栅、进水泵房、细格栅、曝气沉砂池、A2/O生物池、储泥池、脱水车间等部位。除臭工艺采用构筑物加盖(或设备安装集气罩)、利用管道(管材为玻璃钢)输送臭气至除臭设备除臭。
  拟建工程臭气排放源强
  
  
  
  
  2、除臭系统的确定
  (1)、粗格栅、进水泵房
  ①集气罩
  产生臭气的主要部位为粗格栅和进水泵房泵坑。
  设密闭罩将格栅密封,密闭罩采用不锈钢框架加彩钢板,尺寸6.0×4.5×3.0m。泵坑敞开部分采用玻璃钢盖板密封,尺寸6.7×2.6m,共2块。利用管道(管材为玻璃钢)将臭气输送至除臭设备。
  ②除臭设备
  粗格栅、进水泵房除臭计算表
  
  
  
  计算总风量为 5915
  设备选型:AOE-II-60,1台,Q=6000m3/h,尺寸2800x1500x1310mm,N=5.2kw,含过滤系统、发射电极、风机等;设备就地控制,预留远程控制端口。
  (2)、细格栅、曝气沉砂池
  ①集气罩
  产生臭气的主要部位为细格栅和曝气沉砂池。
  一期细格栅、曝气沉砂池。设密闭罩将格栅密封,密闭罩采用不锈钢框架加彩钢板,尺寸6.5×3.0×2.5m。沉砂池体采用钢筋砼框架结构加盖密封,尺寸36.4×29.51 m,池顶以上高度3.8m。
  二期细格栅、曝气沉砂池同一期。
  加盖密封范围以外部分的盖板均为玻璃钢盖板。
  ②除臭设备
  细格栅、曝气沉砂池除臭计算表
  
  
  
  设备选型:AOE-II-180,共2台(一、二期各1台),Q=18000m3/h,尺寸4600x1500x1840mm,N=15.5kw,含过滤系统、发射电极、风机等;设备就地控制,预留远程控制端口。
  (3)、改良型A2/O生物池
  ①构筑物加盖
  一期生物池两座,采用钢筋砼框架结构加盖密封,尺寸119.4×43.08m,池顶以上高度4.7m。
  二期生物池两座,加盖方式同一期。
  ②除臭设备
  一期生物池分两座,每座尺寸为123.1m×39.7m,单座封闭空间总体积为22420m3,取换气次数为1.5次/小时,则单座生物池风量Q=22420×1.5=33630(m3/h)。二期生物池两座计算同上。
  生物池除臭计算表
  
  
  
  设备选型:AOE-II-400,共4台(一、二期各2台),单台处理风量:40000m3/h,尺寸:6800x1500x1840mm,重量:4.5噸,总功率:32.0Kw,可根据现场情况自动开停,控制信号可接入污水厂中控室。设备安装在生物池边。
  (4)、储泥池和污泥脱水车间
  储泥池采用池顶加不锈钢框架和彩钢板密封的形式,利用管道将臭气接至除臭设备。
  污泥脱水车间,主要是板框压滤机和皮带输送机等设备。采用设备加罩,臭气收集后利用管道输送至除臭设备,进行处理。
  ①集气罩
  设不锈钢框架加彩钢板密闭罩,将板框压滤机和皮带输送机密封,一层皮带机密闭罩尺寸18×18×4.1m,二层板框压滤机密闭罩尺寸18×18×5.9m。
  ②除臭设备
  储泥池、污泥脱水车间除臭计算表
  
  
  
  设备选型:AOE-II-300,1台,Q=30000m3/h:尺寸6500x1500x1840mm,N=27.0kw。安装于污泥脱水车间北侧。
  (5)、除臭设备选型
  根据废气处理风量,确定除臭设备选型及基本参数如下:
   除臭设备选型表
  
  
  
  四、结语
  目前,随着人们的生活水平不断提高,对生活质量的要求也在提高,污水处理厂除臭已逐渐受到人们的重视。本工程实施后,将减少污水厂对周边地区空气质量的影响,改善厂区周边的人居环境,美化城市市容,提高卫生水平,保护人民身体健康提供了保障。污水处理厂将不会处理污染再因污染,影响城市经济的发展。
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