污水处理厂恶臭污染物控制技术-王彬林

0引言随着我国污水处理产业化的发展，到2010年，我国设区市城市污水处理率将不低于70％，将有一大批污水处理厂陆续建成，同时也产生了新的大量污染源一臭气。由于污水厂选址受到限制，污水处理厂卫生防护已不能满足要求，臭气问题已严重影响到周围居民健康。因此，污水处理厂除臭势在必行。1恶臭的产生污水处理厂是产生恶臭主要来源之一。污水在城市下水道输送过程中厌氧发酵及在处理过程分解散发的带有恶臭的物质，通过空气、粉尘等介质作用于人的嗅觉器官感知而引起不愉快感觉并有害于人体健康的一类公害气体污染物质。污水处理厂恶臭发生源主要有粗格栅、沉砂池、曝气池、回流泵房、脱水机房及污泥堆场等场所。污水中的恶臭物质向大气扩散受到水温、pH、水质、曝气池的布局设计、厂周边建筑物的密度及气象条件等因素的影响，每座污水处理厂恶臭浓度大小不同。而且恶臭多是无组织排放，即使同一座污水厂，其不同地点恶臭浓度也不同。2恶臭物质种类及臭物性质恶臭控制技术研究是一门新兴、边缘性及综合性学科，在我国环保科研领域尚属起步阶段。目前人们污水处理厂恶臭污染物控制技术王彬林，刘家勇（中国船舶重工集团公司第七一八研究所，河北邯郸，056027）摘要：介绍了城市污水处理厂臭气来源、成分及性质。针对目前国内外除臭技术的研究和发展情况，介绍了除臭系统的5种工艺：土壤法、生物滤池法、植物提取液喷淋法、离子法和化学法，分析了这些除臭方法的技术原理和特点。关键词：除臭；土壤法；生物滤池法；植物提取液喷淋法；离子法和化学法中图分类号：X131.2文献标识码：AOdorRemovalTechnologyinMunicipalWastewaterTreatmentPlantsWangBin-lin,LiuJia-yong（The718thResearchInstituteofCSIC,Handan056027,China）Abstract:Thesources,componentsandoutputofeffluviumderivedfrommunicipalwastewatertreatmentplantswereintroducedinthispaper.Accordingtotheresearchofodorcontrol,5kindsofprocessesofodorcontrolsystemareintroduced,thatis,thesoilmethod,thebio—tricklingmethod,extractplantandtheplasmamethod,andtheprincipleoftechnologyandcharacteristicarealsoanalyzed.KeyWords:Odorremoval,Drivepower,Soilmethod,Bio—tricklingmethod,Extractplant,Plasmamethod舰船防化2008年第5期，36~39CHEMICALDEFENCEONSHIPSNo.5,36~39发现环境中恶臭物质已达数万种之多，单凭人的嗅觉能感知的就有4000多种，其中对人类危害较大的有50多种。污水处理厂常见恶臭物质种类及臭物性质如表1所示。表1常见恶臭物质种类及臭物性质Table1Kindsandnatureofcommonodorants恶臭物质臭物性质硫化氢腐蛋臭、刺激臭硫醚类烂甘兰臭、蒜臭氨尿臭吲哚类粪臭醛类刺激臭脂肪酸类香水臭、刺激臭土臭素和异冰片土腥臭污水处理厂正常的污水具有发霉的臭味。在大的管网系统或维护不好的下水道系统，产生硫化氢和其他产物，城市污水将会有臭鸡蛋味，污水中混有工业废水，还可能有其他恶臭气味。正常的活性污泥为土腥臭味，土腥臭味是由微生物分解代谢过程中分泌出的土臭素和异冰片（龙脑）所致，在曝气的作用下，这两种物质被吹脱至大气中，产生土腥臭味。恶臭强度：恶臭有强弱之分。一种恶臭物质的臭气强度随着其浓度的增大而增强，二者之间的关系可由式（1）表示：P=K•1ogS（1）式中：P—恶臭强度；S—恶臭物质在空气中的浓度，mg/m3；K—常数。恶臭物质种类不同，K值也不同。恶臭物质的限制标准是根据恶臭的刺激强度与其浓度之间的关系对每种物质规定控制范围的。臭气强度以嗅觉阈值为基准划分等级，一般分为6级，如表2所示。各种恶臭物质的臭味强度超过2.5～3.5级时，表明大气已受到恶臭污染。臭气浓度随扩散距离增大而衰减。研究表明，距恶臭源150m外恶臭影响明显减弱，距恶臭源300m基本无影响。《给排水设计规范》中规定污水处理厂卫生防护距离为300m。不同的污表2恶臭强度等级Table2Odorantclasses恶臭强度内容0级无臭1级勉强感知臭味2级可知臭味种类的弱臭3级容易感到臭味4级强臭5级不可忍耐的剧臭水处理工艺产生的恶臭强度有所不同，长泥龄处理工艺（如氧化沟）产生的恶臭浓度低于短泥龄处理工艺（如曝气池）。生化处理池布置形式也影响恶臭强度，地上式生化处理池比半地下式生化处理池更易积聚恶臭。3恶臭的危害恶臭是仅次于噪声污染的一大公害，对人的健康和设备具有一定危害。1）恶臭对人身心健康的危害。首先表现在对呼吸系统的影响，当人们闻到恶臭时，就会产生反射性地抑制吸气，使呼吸次数减少，深度变浅，甚至完全停止呼吸。高浓度的恶臭物质还会使接触者发生肺水肿甚至窒息死亡。其次是对循环系统的影响。随着呼吸的变化，会出现脉搏和血压的变化。其三是对消化系统的影响。恶臭会使人厌食、恶心，甚至呕吐。其四是对内分泌系统的影响。经常受恶臭刺激，会使内分泌系统紊乱，降低代谢活动。其五是影响神经系统。长期反复受到恶臭物质的刺激，还会引起嗅觉疲劳，导致嗅觉失灵。其六是对精神的影响。恶臭使人烦躁，思想不集中，工作效率低，判断力下降，记忆力衰退。2）恶臭物质随着流水渗入地下，污染了土壤和地下水源。3）高浓度的含硫以及含氮恶臭物质会抑制硝化反应的进行使污水脱氮效果变差。4）恶臭物质中的硫化氢腐蚀设备，降低设备使用寿命。4除臭技术的选择2008年第5期污水处理厂恶臭污染物控制技术·37·早期的除臭技术主要是借鉴化工单元操作技术如吸收、吸附、氧化、燃烧等方法，如化学吸收法、活性炭吸附法、焚烧法等。国外的除臭技术经过几十年的发展，现在形成了以生物法、化学吸收法为主，其他方法如离子法、臭氧法、焚烧法、活性炭吸附法、掩蔽剂法等为辅的除臭工艺[1]。现将对土壤脱臭法、生物滤池法、植物提取液喷淋法、离子法、化学法五种方案介绍如下。4.1土壤脱臭土壤脱臭机理主要可分为物理吸附和生物分解两类，水溶性恶臭气体（如胺类、硫化氢、低级脂肪酸等）被土壤中的水分吸收去除，而非溶性臭气则被土壤表面物理吸附继而被土壤中微生物分解。土壤除臭法的特点：①维护管理费用低，除臭效果与活性炭法相当；②占地多，处理占地为2.5m/m～3.3m/m气体；③不适于多暴雨多雪地区，对于高温、高湿和含水尘等气体须进行预处理。4.2生物滤池除臭工艺原理生物滤池法除臭工艺是一种安全可靠的处理方法，除臭效率大于90％。该技术在国际上被誉为治理空气污染的绿色解决方案。这缘于生物过滤不使用有害的和危险的化学药品，能源的需求在诸多方法中最低，过滤用的滤料源于自然性植物骸体，生物处理的过程不排出有害物质，并且最后的产物也是良性的，工程的实施安全可靠。从20世纪50年代开始使用，90年代以来欧美的污水处理厂大多采用该工艺。其原理是臭气通过湿润、多孔和充满活性微生物的滤层，利用微生物细胞对恶臭物质的吸附、吸收和降解功能，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等简单无机物。污水处理过程中所产生的臭气经收集系统收集后集中送至生物滤池除臭装置处理[2]。微生物除臭过程分为三步：（1）臭气同水接触并溶解到水中；（2）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；（3）进入微生物细胞的恶臭成分作为营养物质为微生物所分解、利用，从而使污染物得以去除。用于臭气处理的微生物为生物滤池除臭系统的核心部分，微生物的质量直接决定了除臭效果。必须掌握了相关微生物菌种分析技术和研究设备才能根据臭气成分培育出相应的菌种对致臭物质进行吸附降解，否则难以保证除臭效果。生物滤池优点是具有较强的恶臭去除能力、装置简单、能耗低、不受冬季寒冷气候的影响，运行和维修费用很低，来自天然的富含有机成分的多空渗水填料构造简单，操作方便，无需液体循环系统。但生物滤池法的缺点是占地较大。4.3天然植物提取液喷淋除臭装置天然植物提取液除臭的基本原理是将一些特殊天然植物提取液液体雾化，让雾化后的分子均匀地分散在空气中，吸附空气中的异味分子，与异味分子发生分解、聚合、取代、置换和加成等等的化学反应，促使异味分子改变了原有的分子结构，使之失去臭味。反应的最后产物为无害的分子，如水、氧、氮等等。天然植物提取液的原材料是天然植物提取液，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。按照植物提取液的成分来源，主要的工作液配方有姜汁，柠檬汁，桉叶油，薄荷汁等。这些天然植物液中，广泛分布有氨基、萜类化合物等对异味分子具有反应活性的分子或功能团。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。工艺流程：在污水处理厂按照现场实际，在主排气管道区域安装数套异味控制系统装置，在每个主排气管道设置除臭塔，塔内安装数个喷嘴雾化装置系统，交错相向喷洒。对主排气管道空间内的异味进行分解，使主排气管道不断收集的异味在没有排放到大气之前在主排气管道内部予以分解消除，以达到最佳除臭效果。植物提取液方法一次投资不高，运行费用却高于生物滤池法。植物提取液方法的显著特点是就地设喷头喷洒工作液(气雾)；不需要收集气流，一次投资最·38·舰船防化2008年第5期低，是具有比较优势的良好方法。4.4离子法除臭技术离子法除臭在很多欧美国家被用来有效改善环境空气质量和去除异臭味。该技术具备模拟自然界自净、修复的作用，以达到治理空气污染的目的。离子法除臭过程原理包括了物理和化学过程，过程涉及预荷电集尘、催化净化及正负离子发生作用。在电场作用下，离子发生器产生大量的α粒子，α粒子与空气中的氧分子进行碰撞而形成正负氧离子。正氧离子具有很强的氧化性，能在极短的时间内氧化分解甲硫醇、氨、硫化氢污染因子，且在与VOC分子相接触后打开有机挥发性气体的化学链，经过一系列的反应后最终生成二氧化碳和水等稳定无害的小分子。同时氧离子能破坏空气中细菌的生存环境，降低室内细菌浓度。带电离子可以吸附大于自身重量几十倍的悬浮颗粒，靠自重沉降下来，从而清除空中悬浮胶体达到净化空气的目的。离子法除臭技术在常温常压下进行，能耗低，无明显的二次污染，而且处理工艺简单，设备一般不需专人管理，运行成本低。4.5化学洗涤塔除臭装置化学洗涤塔为双段水平逆向流填充式湿式洗涤塔，第一段以硫酸去除NH3，第二段以NaOH及NaOCl去除H2S。塔槽为玻璃钢强化塑料材质，相关之检视窗、采样1:3及各循环液体、化学药液注入1:3及排水1:3等配合机能设置，并设置必要的操作平台。洗涤塔下方设置循环水泵、溢流、排水、自动补水等装置，洗涤塔填料由PE或PP或PVC等耐腐蚀材料成形之多孔球体或具有不堵塞与不结块的多孔型材料构成。整个除臭装置包括洗涤塔、洗涤循环水泵、自动加药系统、鼓风机、化学药品储存槽、单元控制盘六大部分。化学除臭法耐冲击负荷强，可间歇工作，工作方式灵活。化学法对H2S、NH等的吸收比较彻底，反应速度快，但对部分挥发性有机化合物的去除存在一定的困难。5除臭工艺方案的确定除臭工艺方案的确定不仅要考虑投资的经济性、工艺的可靠性，还必须考虑与工程现场情况的互适性和操作运行的便利性。以下对平流沉砂池和水解池方案进行了探讨[3]。5.1平流沉砂池除臭工艺由于平流沉砂池上有转鼓式细格栅、螺旋输送机、行车式吸砂机和闸门等设备以及相应的电缆桥架、控制柜等，如果进行密封加罩则