生物过滤工艺在污水除臭中的应用

夏兴勃

摘要：阐述了化工装置污水处理过程中产生的臭气来源、成分以及危害，详细说明了生物过滤工艺除臭原理、设备组成及处理过程。并以某化工装置处理污水臭气为例，重点介绍了生物过滤工艺除臭系统的臭气封闭收集、输送管路、一体化生物过滤除臭设备及过滤填料的设计选型等，并对该除臭工艺的运行费用和除臭效果进行了估算和检测，结果表明：生物过滤工艺是臭气处理的一种有效方法，适合用于化工装置污水处理中的大气量、低浓度的臭气治理，对化工装置污水处理所产生的臭气治理效果较好。

关键词：化工装置；污水处理；恶臭气体； 除臭

中图分类号：X703

文献标识码：A 文章编号：1674-9944（2017）6-0032-05

1 引言

现代化工生产中，会产生大量生产污水，为保护环境，化工装置会将污水进行收集处理、达标排放。但在污水及污泥收集、处理过程中，会产生大量的恶臭气体，这些臭味气体主要是由有机物腐败、挥发产生的气体造成。化工装置在污水处理过程中，因对污水的扰动往往会使得污水中的各种有毒有害污染气体挥发出来，特别是H2S、氨气及含硫有机气体，严重影响厂区及周边地区大气环境。本文以某合资化工企业的装置污水处理臭气为例，分析了该化工装置的臭气来源、成分、气量等，通过生物过滤工艺除臭系统的封闭收集、输送管路、一体化生物过滤除臭设备及过滤填料的设计选型等，运用生物过滤工艺进行除臭处理。并对生物过滤除臭工艺的运行费用和除臭效果进行了估算和检测，说明了生物过滤工艺是臭气处理的一种有效方法，适合用于化工装置污水处理中的大气量、低浓度的臭气治理，对化工装置污水处理所产生的臭气治理效果较好。

2 臭气的分类和来源

2.1 臭气的分类

臭味大致有鱼腥臭[胺类CH3NH2，（CH3）3N]，氨臭[氨NH3]，腐肉臭[二元胺类NH2（CH2）4NH2]，腐蛋臭（硫化氢H2S），腐甘蓝臭[有机硫化物（CH3）2S]，粪臭[甲基吲哚C8H5NHCH3]以及某些生产废水的特殊臭味。臭味造成人们感官上的不适，甚至会影响人体生理健康，诸如呼吸困难、倒胃、胸闷、呕吐等。

根据主要成分，污水处理产生的臭气可分为三大类：含硫的化合物，如硫化氢﹑甲硫醇﹑甲硫醚等；含氮化合物，如氨﹑二元胺﹑甲基引哚等；碳﹑氢﹑氧等组成的化合物，如低级醇﹑醛﹑脂肪酸等[1]。污水中各类各类臭气成分如表1所示。

2.2 臭气的来源

污水处理系统的臭气主要来源于污水处理系统和污泥处理系统[2]，而且污水污泥处理、处置工艺不同，产生的臭气成分与浓度也不同。一般来講，长泥龄工艺（如氧化沟）臭气产量低于低泥龄工艺（如常规曝气工艺）[3]，好氧工艺低于厌氧工艺。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，由于对不稳定污泥进行压缩、剪切作用，产生蛋白质类生物高聚物，进而分解产生大量臭气。

污水收集、处理设施中的主要臭气产生源、气味值及其相波动范围详见表2。从表2中可以看出，污水前处理部分（污水提升泵站、格栅、沉砂池）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、脱水间等）是除臭的重点。

3 生物过滤工艺

生物除臭法是20世纪60年代发展起来的新工艺，它利用微生物降解转化致臭物质[4]，其中生物过滤除臭法是目前研究最多、工艺最成熟、应用最广泛的生物除臭方法。主要过程包括水溶渗透生物吸收及生物氧化3个步骤。

水溶渗透过程是生物除臭的第一步。臭气中的化学物质与湿润滤料接触后在表层溶解，并从气相转化为水相。同时，滤料的多孔性可有效增大气相化学物质在水相中的传送扩散速率，可迅速将臭气的浓度降至极低的水平。

随后，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；

最后，通过生物氧化来降解恶臭物质。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。与此同时，专性细菌等微生物又可实现自身的繁殖过程。

生物过滤法常用工艺过程如图1所示。

生物过滤法除臭效率高，可达90%以上，同时所需设备简单，不需要药剂和燃料，能耗低，不需再生和其他后续设施，管理维护方便，已成为治理恶臭的一个重要发展方向，具有较为广阔的发展前景[5～8]。

4 某合资化工企业装置的生物过滤除臭工艺介绍

某合资化工企业的生产装置，是以粗碳五、催化裂化石脑油或粗碳九为原料，生产石油树脂产品的化工装置。本化工装置有污水初级处理系统，经其预处理后的污水再排放到上海石化环保中心继续处置。此化工装置污水处理系统的主要工艺为“水解酸化→三级接触氧化→斜板沉淀→砂滤→超滤”。在污水处理过程中，因对污水的扰动使得污水中的各种有毒有害污染物质包括H2S、氨气及含硫有机气体成分等更多的挥发出来，严重影响厂区及周边地区的大气环境。本除臭工艺设计旨在针对化工装置污水处理系统的所有恶臭污染源构筑物进行封闭收集后集中处理。臭气经过综合处理后，在不受其它臭气源的影响下，达到厂界《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）中的一级排放标准。

4.1 臭气控制场所及气量

根据污水处置系统的处理工艺及构筑物情况，结合厂区平面布置图，确定恶臭控制场所主要为：格栅井、调节池、水解酸化池、三级接触氧化池、污泥池、污泥脱水机房、应急水池等。本除臭工艺设计主要包括臭气的收集与处理问题。具体气量计算如表3所示。

4.2 主要控制污染物与浓度

该污水处置系统是工业废水和生活污水的混合废水，恶臭污染物质主要成分为：H2S、氨气、甲硫醇、乙硫醚和少量有机硫气体。

臭气主要成分及浓度：

NH3： 5～30mg/ m3；

H2S： 5～50mg/ m3；

硫醇： 1～5mg/ m3；

臭气浓度： 4000（无量纲）。

4.3 除臭工艺确定

本除臭工艺设计的的废气污染物主要含有硫化氢、氨气类以及甲硫醇等恶臭气体，确定的比较经济可行并在技术上能达到排放标准的解决方案是：对污水处置系统的恶臭气体，采用高效生物过滤法的处理工艺。对污水处理构筑物加盖封闭后集中收集到一体化生物除臭装置处理，即针对污水处理构筑物采用玻璃钢盖板。塑钢收集仓封闭后通过风机和收集管路输送至一体化生物除臭装置进行异味治理，处理后的气体达标排放。一体化生物除臭装置集成了生物预洗涤器和生物过滤器，生物预洗涤器也可以去除部分有机废气和氨气并调节气体状态（湿度、温度）保证后续生物过滤器的高效运行。

整个除臭工艺如图2所示。

5 污水处置系统除臭系统设计

5.1 加盖收集系统

对污水格栅井、调节池、应急水池、水解酸化池、三级接触氧化池等构筑物进行恶臭收集，对未封闭的水解酸化池、三级接触氧化池采用玻璃钢拱形盖板封闭加盖；调节池、应急水池、污泥池等利用现有混凝土盖板，直接检修口收集；污泥脱水机房利用现有厂房整体通风；格栅等设备采用不锈钢框架+透明PVC板封闭罩封闭收集。所有收集系统都必须保证处理构筑物封闭臭气源内为微负压，使恶臭污染物质不向外扩散，保证收集效果明显。而加盖设计在考虑维修和操作空间的情况下，力求协调、美观、通透、密封、轻质、实用等兼顾。

污水处理构筑物玻璃钢拱形盖板面积总数约为 967 m2。对加盖工程描述如表4所示。

5.2 管路收集系统

管路收集系统包括气体收集罩、导流罩、管道、阀门及埋地、架空、爬墙等需要的支架体、吊装件、加固件等部件，从每个气体收集点开始汇合至除臭处理系统。

对于除臭风管的管材选择主要从以下几方面原则考虑。

（1）由于臭气收集风管架设在构筑物之上，为了减轻对构筑物的荷载影响，应尽量选择材质较轻的管材。

（2）污水处置系统工程中，空气中温度高、湿度大，从废水中溢出的有害气体H2S、NH3浓度高，容易引起臭气收集风管的腐蚀，因此应尽量选择耐腐蚀性较好的管材。

（3）对于风管的选择还应考虑其使用寿命，综合经济造价等因素。

根据上述管材选择原则，用于本除臭工艺的风管拟设计选用FRP风管。该管材的耐化学腐蚀性能好，使用寿命长，在正常使用寿命期间无需维护，输送的气体稳定，管道采用法兰连接，施工方便，可缩短工期，且气密性能好。

5.3 风机的选型

根据系统配置，每套系统配套风机2台，1用1备；以保证气体处理及排放需要的足够动力， 为保证有效抽风效果，风机后置，位于洗涤——生物滤床除臭设备之后，室内布置。

根据各构筑物污染气体处理气量要求，额定风量以20℃、湿度为65%为准，除臭风机的工作风量为：8500 m3/h，2套，1用1备。

根据臭气收集风管的管道风压损失，除臭设备的自身风阻，整体除臭设备自身的压损及臭气排放管的风压损失等整套系统的压力损失，同时考虑风机在最大抽气量的工况下应具有高于系统压力10～15%的安全余量，除臭风机的工作全压分别为： 2000 Pa；风机选型如下：

除臭风机选用“顶裕winfan品牌”玻璃钢风机，根据以上气体流量和压力需要选用风机规格见表5。

风机采用侧吸式离心风机，卧式安装，与电机置于同一机座；设置防振垫，隔振效率≥80%；轴与壳体密封连接，不会泄漏气体；风机可以24 h连续运转；风机配套有风机箱，风机的噪音控制在65dB（A）以下。

风机叶轮成形后均经过静、动平衡校正，精度不低于G2.5级，满足最高转速的110%下，保证运转平衡、运行可靠，不产生变形。

风机与进风阀或风管的连接采用有效卸震的软联接（柔性连接）。连接方式为法兰连接。安装时留有足够的操作距离，便于阀门之间的管道安装及设备的维修和装拆。

管路系统上配套风量调节阀，风阀的调节范围超过50%～100%。

风机防护等级IP55，电流380V、 3相、50Hz，F级绝缘，B级温升。

5.4 预洗涤生物过滤一体化除臭设备选型

预洗涤生物过滤一体化设备是除臭系统设备中的主体设备，是生物降解氣体污染物的主要场所，是目前使用最普遍的除臭工艺设备。

本系统生物过滤器设备为室内放置，采用封闭式集装箱式结构，舱体形态为长方型立方体，采用玻璃钢材料，一体化制造工艺；其具有强度好、防紫外线抗老化、外形美观等特点。根据处理恶臭气体的气量和浓度，需配套1套预洗涤生物过滤一体化除臭设备，其处理气量为8000 m3/h；生物过滤器压降约在400～800 Pa；滤料高度1.6～1.8 m。具体系统规格参数如表6所示。

洗涤——生物滤床过滤一体化除臭设备集成了生物预洗涤器和生物滤床，配套喷淋散水设备，内部装填滤料，配有气体进出口（法兰式）、除雾器、检修口、水箱、耐腐蚀循环泵、压力表、液位控制、给水和排水装置，气体导流板、加热装置等部件和设备。是生物降解气体污染物的主要场所，是目前使用最普遍的除臭工艺设备。

设备型号：BF-8000

单套设备规格为：14000 mm×3400 mm×3200 mm。

每套洗涤——生物滤床过滤联合除臭设备由以下二级组成：

前级预洗涤床（加湿器）：采用水洗涤吸收，对臭气进行增湿、除尘、水溶性及酸性废气吸收的预处理。

有效容积：L×W×H：1.0 m×3.4 m×3.2 m；

平均流速：1 m/s 左右；

接触时间：1 s左右；

气 液 比：0.5～1.5；

洗涤频率：连续（正常工作时间）。

配套循环泵选用不锈钢防爆型的ZCQ系列自吸式磁力驱动泵，具有可靠性高，使用寿命长，无泄漏的特点，防护等级为IP55，其具体性能参数见表7。

此设备具有以下特点：

①适用性广，去除率高。

既可处理污水处理设施产生的臭气，又可处理其它各种有机、无机废气及复杂废气，耐冲击负荷能力大。

②针对性强的生物填料。

填料层是生物除臭的核心部分。生物填料选用以木块、树皮为主，火山岩为辅的混合滤料，为微生物的生长提供最佳的环境。具有稳定性、通透性、亲水性、耐腐性、抗密实以及耐用性等特点，木块规格为30～40 mm，火山岩滤料规格为15～25 mm，比表面积大于40 m2/g，有利于对污染物的吸附及降解，适合微生物的成长，并保证长期的运行条件下压降保持稳定，能保证8年以上的使用寿命。

完备的生物填料防酸化措施。

微生物适宜的环境pH值为6～8，但微生物在分解致臭物质时会产生酸性物质，运行时间一长，往往会导致滤池pH值下降，出现酸化现象影响微生物的生长，降低除臭效果。针对此情况，经过多次试验，对填料采用特别措施，使填料具有调节pH值的能力，可保证pH值长期保持在6～8。

6 运行费用估算

此生物除臭工艺涉及的运行费用估算详见表8及表9。

此生物除臭工艺运行后，对处置后排放的气体进行检测的数据结果详见表10。

8 结论

生物过滤除臭技术针对化工装置污水处理系统恶臭气体处理，具有以下特点：

生物过滤工艺适用于大气量，低浓度的臭气治理，可满足化工装置的臭气治理，处理效果较好；

生物过滤除臭技术二次污染较少，运行费用较低；

操作简单，自动化程度较高；

气体收集是臭气治理的重要组成部分，在收集过程中，需要充分考虑防腐要求；

一般情况下，需对待处理气体喷淋加湿处理，为后继的生物处理创造适宜的条件；

填料是生物除臭的核心，在实际操作过程中，需注意填料的板结和酸化。

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