论文部分内容阅读
中国通用机械工程有限公司 北京 100050
【摘 要】污水处理厂污水污泥处理过程中，会产生大量的恶臭气体，这些臭味给人以感官不悦，甚至会危及人体生理健康，诸如呼吸困难、倒胃、胸闷、呕吐等。目前我国兴建的城市污水处理厂大多在大中城市和旅游景点城镇，有的很难避开居民区、交通要道或村落，因此要通过各种方案比选，经济、有效地去除气态污染物，使污水处理厂从根本上达到造福于民的目的。
【关键词】污水处理；臭气；除臭工艺
一、污水处理厂臭气的种类及来源
臭气主要是由有机物腐败产生的，主要种类有胺类、酰胺类、脂肪酸类、酚类、硫化物、硫醇类、硫醚类、吲哚类、醛类等。污水处理厂的臭气以挥发性有机物以及硫化氢、甲硫醇、氨等恶臭物质为主。
污水处理厂的臭气产生源主要是污水处理系统和污泥处理系统。污水处理系统中的臭气源主要分布在进水头部、预处理、初级处理及滤池反冲洗液、污泥处理上清液等，曝气池的搅拌和充氧也会产生部分臭气；污泥处理系统中的臭气来源主要分布在污泥浓缩、厌氧消化后的污泥脱水和污泥堆放、外运过程。
二、除臭原理及常用工艺
污水处理厂的臭气少数是无机化合物，大多数是有机物，而这些有机物都带有活性基团，容易发生化学反应，特别是被氧化。根据臭气各成分的物理和化学特性，当这些物质被吸收或者被氧化后，气味就消失，这就是除臭的基本原理。
目前，污水处理厂治理臭气的主要方法有物理法、化学法和生物法三类。其中物理法主要包括大气扩散稀释法、活性炭吸附法等；化学法包括化学洗涤法、高能离子法、燃烧法等；生物法包括生物制剂法、生物滤池法、填充塔式生物脱臭法和生物土壤法等。下面对几种主要处理方法进行简单描述和比较。
1.活性炭吸附法
根据臭气能很好地被表面活性物质吸收的性质，使臭气通过活性碳层，利用物理吸附去除，降低臭气的浓度。适用物质：硫化氢和硫醇（氨和胺）。主要设备是活性炭吸附塔。
活性炭吸附法有一些局限性：对甲硫醇的处理效率非常低；活性炭的使用存在寿命周期；处理率渐变，要经常性进行更换和反冲洗以便保证除臭效率；运行成本很高。
2.化学洗涤法
利用臭气成分与化学药液的主要成分间发生不可逆的化学反应生成新的无臭物质以达到脱臭的目的。针对不同性质的臭气，配置相应的化学药剂以提高药剂的边际利用率。化学洗涤工艺采用的主要处理设备为洗涤器，一般为塔型结构。
化学洗涤法存在一定的不足之处：低PH值环境对泵的维护要求较高；对H2S和VOC的处理效果差异比较大；化学药剂价格昂贵，须长期使用，且存在一定的危险性；不能应付突发性的流量变化的情况。
3.高能离子法
经过预过滤的臭气被导入高浓度离子氧发生区域，缓慢地与离子氧群混合，离子氧群将致臭污染物降解成二氧化碳和水以及其它小分子，经过净化后的空气通过通风管道进入到大气中。
利用高压静电装置产生高能脉冲放电，将空气中的氧分子电离成原子氧（O），羟基自由基（·OH），单线态氧（1O2）和带正、负电荷的离子氧等离子氧群，产生的这些高密度的离子氧群，迅速与有机分子碰撞，激活有机分子，并直接将其破坏；或者高能离子氧激活空气中的氧分子产生二次离子氧群，与有机分子发生一系列反应，并利用自身反应产生的能量维系氧化反应。离子氧群中的原子氧等具有极强的氧化能力，其氧化能力是氧气的上千倍，可以将氨、硫化氢、硫醇类等污染物。同样，离子氧也有很强的氧化能力。
高能离子法的一些特性：将空气电离，能耗较高；适宜小气量的臭气环境；需对设备进行专门的维护。
4.生物滤池法
臭气经收集系统收集后集中送到生物滤池除臭装置处理，通过湿润、多孔和充满活性的微生物滤层，利用微生物的细胞个体小、表面积大、吸附性强、代谢类型多样的特点，将恶臭物质吸附后分解成CO2、H2O、H2SO4、HNO3等无毒无害的简单无机物。滤料为有机滤料。
生物滤池法除臭主要有三个步骤：水溶渗透，生物吸收，生物氧化。
第一步：水溶渗透。滤料表面覆盖有水层，臭气中的化学物质与滤料接触后在表层溶解，并从气相转化为水相，以利于滤料中的细菌作进一步的吸收和分解。另外，滤料的多孔性使其具有超大的比表面积，使气、水两相有更大的接触面积，有效增大了气相化学物质在水相中的传送扩散速率（经实验测试所得，其产生的瞬时效应是化学清洗的几百倍）。所以，水溶渗透过程其实是一物理作用过程，高速的传送扩散意味着滤料可迅速将臭气的浓度降到极低的水平。
第二步：水溶液中的恶臭成分被微生物吸附、吸收，恶臭成分从水中转移至微生物体内。
第三步：通过生物氧化来降解污染物的过程。滤料中的专性细菌（根据臭源的类型筛选而得到的处理菌种）将以污染物为食，把污染物转化为自身的营养物质，使碳、氢、氧、氮、硫等元素从化合物的形式转化为游离态，进入微生物的自身循环过程，从而达到降解的目的。同时，专性细菌等微生物又可实现自身的繁殖，当作为食物的污染化合物与专性细菌的营养需要达到平衡，且水份、温度、酸碱度等条件均符合微生物所需时，专性细菌的代谢繁殖将会达到一个稳定平衡，最终的产物是无污染的二氧化碳，水和盐，从而将污染物去除。
生物滤池法的特性是：适用性广，去除率高；臭气缓冲容量较大；存在生命周期，需定期进行滤料的更换；需水量较大，运行成本较高。
5.生物土壤法
臭气由收集系统经风机排入到布气管系统后进入活性土壤层作除臭处理。当臭气接触含有大量微生物的透气土壤介质时，被微生物完全氧化并转化为CO2（二氧化碳）和水分。
生物土壤法的特性是：不受外界条件影响，可靠性高；有效使用寿命长，永久生效，无二次污染；安装、维护简单；能适应多种除臭场合；臭气处理效果好。
以上常用的处理除臭方法各有利弊，具体分析和比较如表1所示。
表1 污水处理厂除臭方法比较
序号 工艺名称 适用范围 优点 缺点 去除效果
1 活性炭吸附法 低浓度臭气和脱臭的后处理 初期投资比较低，维护容易而被广泛应用 活性炭吸附到一定量时会达到饱和，就必须再生或更换活性炭，因此运行成本较高 脱臭效果良好
2 化学洗涤法 排放量大、高浓度的臭气排放场合 反应速度快、反应温度低、安全高效、运行可靠、占地相对最小 配备较多的附属设施，运行管理较为复杂，运行费用较高 与药液不反应的臭气较难去除，效率较低
3 高能离子法 适用于适宜小气量、限定浓度范围的气体 可连续运行、占地较小 能耗较高、需对设备进行专门的维护 脱臭效果良好
4 生物滤池法 适用于臭气浓度低以及土地充裕的地方 适用性广、臭气缓冲容量较大 存在生命周期，需定期进行滤料的更换；需水量较大，运行成本较高 去除率高
5 生物土壤法 适用于臭气浓度低以及土地充裕的地方 土壤法具有设备简单，运行费用极低，维护操作方便的优点 高浓度或浓度变化较大的臭气方面，不太充分，占地较大 降解难溶性恶臭成分有效
综上可以看出物理、化学除臭法设备繁多、工艺复杂、二次污染后再生困难、后处理过程复杂，能耗大等缺点；生物法则具有简单、投资省、运行费用低、维护管理方便、效果好等优点，目前污水处理厂除臭多采用生物滤池法和生物土壤法。
三、工程实例
【摘 要】污水处理厂污水污泥处理过程中，会产生大量的恶臭气体，这些臭味给人以感官不悦，甚至会危及人体生理健康，诸如呼吸困难、倒胃、胸闷、呕吐等。目前我国兴建的城市污水处理厂大多在大中城市和旅游景点城镇，有的很难避开居民区、交通要道或村落，因此要通过各种方案比选，经济、有效地去除气态污染物，使污水处理厂从根本上达到造福于民的目的。
【关键词】污水处理；臭气；除臭工艺
一、污水处理厂臭气的种类及来源
臭气主要是由有机物腐败产生的，主要种类有胺类、酰胺类、脂肪酸类、酚类、硫化物、硫醇类、硫醚类、吲哚类、醛类等。污水处理厂的臭气以挥发性有机物以及硫化氢、甲硫醇、氨等恶臭物质为主。
污水处理厂的臭气产生源主要是污水处理系统和污泥处理系统。污水处理系统中的臭气源主要分布在进水头部、预处理、初级处理及滤池反冲洗液、污泥处理上清液等，曝气池的搅拌和充氧也会产生部分臭气；污泥处理系统中的臭气来源主要分布在污泥浓缩、厌氧消化后的污泥脱水和污泥堆放、外运过程。
二、除臭原理及常用工艺
污水处理厂的臭气少数是无机化合物，大多数是有机物，而这些有机物都带有活性基团，容易发生化学反应，特别是被氧化。根据臭气各成分的物理和化学特性，当这些物质被吸收或者被氧化后，气味就消失，这就是除臭的基本原理。
目前，污水处理厂治理臭气的主要方法有物理法、化学法和生物法三类。其中物理法主要包括大气扩散稀释法、活性炭吸附法等；化学法包括化学洗涤法、高能离子法、燃烧法等；生物法包括生物制剂法、生物滤池法、填充塔式生物脱臭法和生物土壤法等。下面对几种主要处理方法进行简单描述和比较。
1.活性炭吸附法
根据臭气能很好地被表面活性物质吸收的性质，使臭气通过活性碳层，利用物理吸附去除，降低臭气的浓度。适用物质：硫化氢和硫醇（氨和胺）。主要设备是活性炭吸附塔。
活性炭吸附法有一些局限性：对甲硫醇的处理效率非常低；活性炭的使用存在寿命周期；处理率渐变，要经常性进行更换和反冲洗以便保证除臭效率；运行成本很高。
2.化学洗涤法
利用臭气成分与化学药液的主要成分间发生不可逆的化学反应生成新的无臭物质以达到脱臭的目的。针对不同性质的臭气，配置相应的化学药剂以提高药剂的边际利用率。化学洗涤工艺采用的主要处理设备为洗涤器，一般为塔型结构。
化学洗涤法存在一定的不足之处：低PH值环境对泵的维护要求较高；对H2S和VOC的处理效果差异比较大；化学药剂价格昂贵，须长期使用，且存在一定的危险性；不能应付突发性的流量变化的情况。
3.高能离子法
经过预过滤的臭气被导入高浓度离子氧发生区域，缓慢地与离子氧群混合，离子氧群将致臭污染物降解成二氧化碳和水以及其它小分子，经过净化后的空气通过通风管道进入到大气中。
利用高压静电装置产生高能脉冲放电，将空气中的氧分子电离成原子氧（O），羟基自由基（·OH），单线态氧（1O2）和带正、负电荷的离子氧等离子氧群，产生的这些高密度的离子氧群，迅速与有机分子碰撞，激活有机分子，并直接将其破坏；或者高能离子氧激活空气中的氧分子产生二次离子氧群，与有机分子发生一系列反应，并利用自身反应产生的能量维系氧化反应。离子氧群中的原子氧等具有极强的氧化能力，其氧化能力是氧气的上千倍，可以将氨、硫化氢、硫醇类等污染物。同样，离子氧也有很强的氧化能力。
高能离子法的一些特性：将空气电离，能耗较高；适宜小气量的臭气环境；需对设备进行专门的维护。
4.生物滤池法
臭气经收集系统收集后集中送到生物滤池除臭装置处理，通过湿润、多孔和充满活性的微生物滤层，利用微生物的细胞个体小、表面积大、吸附性强、代谢类型多样的特点，将恶臭物质吸附后分解成CO2、H2O、H2SO4、HNO3等无毒无害的简单无机物。滤料为有机滤料。
生物滤池法除臭主要有三个步骤：水溶渗透，生物吸收，生物氧化。
第一步：水溶渗透。滤料表面覆盖有水层，臭气中的化学物质与滤料接触后在表层溶解，并从气相转化为水相，以利于滤料中的细菌作进一步的吸收和分解。另外，滤料的多孔性使其具有超大的比表面积，使气、水两相有更大的接触面积，有效增大了气相化学物质在水相中的传送扩散速率（经实验测试所得，其产生的瞬时效应是化学清洗的几百倍）。所以，水溶渗透过程其实是一物理作用过程，高速的传送扩散意味着滤料可迅速将臭气的浓度降到极低的水平。
第二步：水溶液中的恶臭成分被微生物吸附、吸收，恶臭成分从水中转移至微生物体内。
第三步：通过生物氧化来降解污染物的过程。滤料中的专性细菌（根据臭源的类型筛选而得到的处理菌种）将以污染物为食，把污染物转化为自身的营养物质，使碳、氢、氧、氮、硫等元素从化合物的形式转化为游离态，进入微生物的自身循环过程，从而达到降解的目的。同时，专性细菌等微生物又可实现自身的繁殖，当作为食物的污染化合物与专性细菌的营养需要达到平衡，且水份、温度、酸碱度等条件均符合微生物所需时，专性细菌的代谢繁殖将会达到一个稳定平衡，最终的产物是无污染的二氧化碳，水和盐，从而将污染物去除。
生物滤池法的特性是：适用性广，去除率高；臭气缓冲容量较大；存在生命周期，需定期进行滤料的更换；需水量较大，运行成本较高。
5.生物土壤法
臭气由收集系统经风机排入到布气管系统后进入活性土壤层作除臭处理。当臭气接触含有大量微生物的透气土壤介质时，被微生物完全氧化并转化为CO2（二氧化碳）和水分。
生物土壤法的特性是：不受外界条件影响，可靠性高；有效使用寿命长，永久生效，无二次污染；安装、维护简单；能适应多种除臭场合；臭气处理效果好。
以上常用的处理除臭方法各有利弊，具体分析和比较如表1所示。
表1 污水处理厂除臭方法比较
序号 工艺名称 适用范围 优点 缺点 去除效果
1 活性炭吸附法 低浓度臭气和脱臭的后处理 初期投资比较低，维护容易而被广泛应用 活性炭吸附到一定量时会达到饱和，就必须再生或更换活性炭，因此运行成本较高 脱臭效果良好
2 化学洗涤法 排放量大、高浓度的臭气排放场合 反应速度快、反应温度低、安全高效、运行可靠、占地相对最小 配备较多的附属设施，运行管理较为复杂，运行费用较高 与药液不反应的臭气较难去除，效率较低
3 高能离子法 适用于适宜小气量、限定浓度范围的气体 可连续运行、占地较小 能耗较高、需对设备进行专门的维护 脱臭效果良好
4 生物滤池法 适用于臭气浓度低以及土地充裕的地方 适用性广、臭气缓冲容量较大 存在生命周期，需定期进行滤料的更换；需水量较大，运行成本较高 去除率高
5 生物土壤法 适用于臭气浓度低以及土地充裕的地方 土壤法具有设备简单，运行费用极低，维护操作方便的优点 高浓度或浓度变化较大的臭气方面，不太充分，占地较大 降解难溶性恶臭成分有效
综上可以看出物理、化学除臭法设备繁多、工艺复杂、二次污染后再生困难、后处理过程复杂，能耗大等缺点；生物法则具有简单、投资省、运行费用低、维护管理方便、效果好等优点，目前污水处理厂除臭多采用生物滤池法和生物土壤法。
三、工程实例