生物除臭系統(tǒng)在污水處理廠的設計應用

方　珺　房　俊　嚴欣茹　張光輝　馬天添（合肥通用機械研究院　合肥）

生物除臭系統(tǒng)在污水處理廠的設計應用

方珺房俊嚴欣茹張光輝馬天添
（合肥通用機械研究院合肥）

關于生物除臭系統(tǒng)在王小郢污水處理廠提標改造中的設計參數(shù)及應用情況。臭氣經(jīng)生物處理后，濃度符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB 18918-2002中規(guī)定的一級標準。

污水處理廠生物除臭

一、前言

近年來，全國各地建成城鎮(zhèn)污水處理廠已有幾千座，由于污水處理廠臨近城區(qū)，污水處理過程中產(chǎn)生的臭氣對居民及環(huán)境造成了惡劣影響，在污水收集和處理的不同階段，會產(chǎn)生各種不同種類和氣量的氣體，這些氣體主要以揮發(fā)性有機物以及硫化氫、甲硫醇、氨等惡臭物質為主。在建設污水處理廠的過程中，其氣味控制已經(jīng)成為評價現(xiàn)今污水處理廠建設的重要指標。

二、除臭方案選擇

王小郢污水處理廠總處理能力每天30萬立方米，本次提標改造工程需要對脫水機房及新建料倉進行相關設施封閉除臭處理，總體臭氣風量較大，應該選用比較經(jīng)濟和高效的方式作為本工程除臭采用的方法。從以往的除臭技術比較及應用選擇中可以看出，臭氧氧化法，臭氣燃燒法、活性炭吸附法運行費用高，管理維護比較復雜，在本工程中不適合選用；土壤除臭方式運行費用較低，但占地面積和初期投資比較大；化學除臭管理環(huán)節(jié)比較多，運行管理靈活性相對差，而且產(chǎn)生的廢液目前沒有好的處理方式，運行費用也要高于生物除臭；離子除臭對于風量較大時不太適用。

綜合以上比較，對于本工程來說，選用生物除臭方式運行費用比較省，工程投資和占地面積小，因此本次設計中除臭方式采用生物除臭法。即對各個臭源構筑物產(chǎn)生的臭氣加蓋密封收集后，通過外排風機將集中收集的臭氣吸入生物除臭裝置，臭氣在生物除臭裝置內進行分解、氧化等反應，使臭氣中的氨、硫化氫、甲硫醇和甲烷等惡臭污染物質有效分解，處理過的臭氣可達到國家相關排放標準。

三、生物除臭法原理

這是一種利用好氧性微生物的代謝機能作用，將硫化物和氨等臭氣物質氧化分解進行除臭的方法。通過開發(fā)可以固定微生物的載體填料以及裝置的集約化，來實現(xiàn)高效的除臭效果。

首先將收集后的臭氣用加濕器加濕到相對濕度＞98%，然后氣體在適宜的條件下通過長滿微生物的固體載體（濾料），易溶于水的污染物會溶于濾料的生物膜中被微生物所降解，而其他不易于溶于水的污染物先吸附在濾料上，由微生物組成的生物膜是一個動態(tài)的平衡過程，微生物會慢慢的降解那些不易于溶于水的污染物，這些惡臭物質同時又為微生物的繁殖提供了能量來源。死掉細菌的尸體會隨著系統(tǒng)的排水被排出。固體載體上生長的微生物承擔了物質轉換的任務。要使微生物保持高的活性，還必須為之創(chuàng)造一個良好的生存條件，比如：適宜的濕度、pH值、溫度和營養(yǎng)成分等。

四、除臭工藝設計方案

1.除臭設計參數(shù)

臭氣經(jīng)生物處理后，濃度符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB 18918-2002中規(guī)定的一級標準；同時可以達到中華人民共和國標準《惡臭污染物排放標準》（GB 14554-1993）標準的一級臭氣排放指標。主要指標見表1。

表1　一級臭氣排放指標

2.除臭工藝原理工藝流程見圖1，將除臭填料充填到除臭濾床中后，通過掛膜，使其表面形成一定厚度的生物膜，把具有脫臭能力的各種優(yōu)勢菌群固定。含臭氣體自下向上通過填料空間，惡臭成分被截留并分解；填料上部間歇噴水，保證填料的濕潤，為生物新陳代謝和繁衍提供有利條件。

圖1　工藝流程

五、工藝描述

1.臭氣源的收集及輸送

每臺脫水機及污泥倉設置單獨的封閉結構，采用獨立的封閉罩，封閉罩金屬框架采用鍍鋅鋼。抽吸罩由鍍鋅鋼板加工制作，并有足夠的強度和剛度。四周封閉結構需要進行設備拆裝維修的地方采用軟簾形式。臭氣收集管路與抽吸罩排風管密閉連接，將脫水機產(chǎn)生的臭氣送至除臭系統(tǒng)進行處理。

2.臭氣處理裝置

臭氣由收集系統(tǒng)收集進入生物除臭裝置進行處理。生物除臭裝置采用臥式結構，分為預洗池及生物濾池兩部分。

（1）預洗池。預洗池的作用是把惡臭氣體中的大顆粒的灰塵洗掉，同時通過噴淋將惡臭氣體中可溶解于水的成分去除，并將惡臭氣體加濕。

預洗池分為進氣、填料層和噴淋層。下層為進氣層，布氣層內設有支撐和鋼架，用于搭承有機玻璃鋼隔柵。隔柵之上為填料層，上層為噴淋層。灑水噴頭均勻且有力度的進行灑水，可去除氣體中固體污染物、調節(jié)空氣的濕度和溫度。預洗池作為一個有效的緩沖，可降低高濃度污染負荷的峰值。

（2）生物濾池。生物濾池分為布氣、填料層和噴淋層。下層為布氣層，兼具收集濾下水的作用。布氣層內設有支撐和鋼架，用于搭承有機玻璃鋼隔柵。隔柵之上為填料層，上層為噴淋層。噴淋灑水系統(tǒng)可有效沖刷填料上的生物膜以及微生物的代謝產(chǎn)物，保持填料內清爽，保證了微生物的良好的生存空間。濾池底部設排水系統(tǒng)。濾池頂部設有噴淋系統(tǒng)，根據(jù)需要適時對填料進行噴淋，以保證微生物有適宜的工作環(huán)境。

根據(jù)其填料微生物適宜的工作環(huán)境溫度，設置保溫和加熱系統(tǒng)，加熱器安裝在循環(huán)水箱內，給循環(huán)水加熱，循環(huán)水給氣體和填料傳熱，保持濾池內溫度維持在微生物正常生長溫度范圍內。濾池箱體外側包覆保溫層，并加裝玻璃鋼裝飾板。

（3）生物填料。在市政污水處理以及污泥處理系統(tǒng)中，生物除臭是被廣泛應用的一種除臭工藝，該工藝主要是利用微生物的新陳代謝作用進行除臭，根據(jù)形式的不同，有濾池形式的，也有塔式的。生物除臭工藝除了結構形式不同之外，最主要的是填料不同導致處理效果有所差異。本污水廠采用火山巖等無機填料為主的復合性半永久性填料（壓力損失小抗酸抗腐蝕的填料）。

復合填料特點：抗酸性腐蝕，長期使用不會板結，不會自身腐爛。長期使用情況下都不會產(chǎn)生壓縮，故可保證長期運行的條件下生物濾床的壓損保持穩(wěn)定。能有效儲存所有微生物生長所需的營養(yǎng)。不含不透氣的成分，沒有粘連，因自身不會腐爛，因此不會產(chǎn)生臭味。對人體無害，不會造成二次污染。

由于生物填料的規(guī)則外型及均勻布置，故決定了除臭裝置內不會出現(xiàn)氣體短路，生物填料的體積用量可提供足夠的與臭氣接觸面積及足夠的接觸時間以完成有效的生物降解。保持水分性能最佳，因而有利于微生物富集生長。保持pH值恒定，因而有利于微生物生長和保持活性。

（4）生物菌種。用于臭氣處理的微生物為生物濾池除臭系統(tǒng)的核心部分，微生物的質量直接決定了除臭效果。在用于生物除臭設備中的填料上附著大量的微生物菌種（真菌，細菌），其性質主要為化能自養(yǎng)型和甲基營養(yǎng)型的微生物，通過技術手段分離、鑒定認為起脫臭作用的微生物種類繁多，其中有Cladosporium sphaerospermum，Exophiala lecani-corni，Phanerochaete chrysosporium，Cladosporium resinae和Mucor rouxii等菌群，即細菌、真菌、藻類、原生動物組成的菌膠團，屬于復合型脫臭菌群。圖2所示為顯微鏡下拍攝菌膠團圖片。

眾所周知，惡臭氣體成分復雜。針對惡臭氣體特定的污染成分，在復合菌群中都有其特定的適宜處理的微生物群落，且隨著時間的推移，除臭效果越來越好。在精心篩選的生物填料上，輔以適宜的溫度、濕度、酸堿度、氧以及營養(yǎng)物質，使得起凈化作用的多種微生物能夠共同繁殖：復合菌群中的自養(yǎng)菌和異養(yǎng)菌通過各自的氧化、還原、消化、反消化等方式來獲得其所需的營養(yǎng)和能量，從而達到一種裝置同時處理多種氣態(tài)污染物的目的。

惡臭廢氣被尺寸較小的微生物菌種分解吸收在生物體內，在微生物大量繁殖的同時達到了去除惡臭廢氣的目的。在生物填料上，微生物菌種吞食了惡臭廢氣后大量生長繁殖，給大量的微生物原生動物造了大量養(yǎng)料，促進了原生動物的生長繁殖：細菌--藻類--原生動物，從而形成了一條食物鏈，保持了系統(tǒng)的良性循環(huán)。當在菌膜中出現(xiàn)原生動物，如：草履蟲、鞭毛蟲、變形蟲等，表明惡臭去除效果明顯，原生動物的顯微照片見圖3。

圖2　菌膠團

圖3　原生動物的顯微照片

3.微生物分解惡臭成分的化學反應式

從以上的反應可知，臭氣成分會分解成二氧化碳，水和硫酸、硝酸等酸性物質，適當?shù)纳⑺軟_掉這些酸性物質，以保持適當?shù)奈⑸锷L的環(huán)境。

六、設備選型及相關數(shù)據(jù)計算

1.主體設備計算

根據(jù)要求，本項目除臭總處理氣量為22 500 m3/h，要求臭氣接觸停留時間≥20 s，過濾速度＜200 m/h。整套裝置由生物預洗段、生物過濾段2部分組成。設備外形尺寸16×7.1×3 m，生物預洗段長4 m，濾料高度1.5 m；生物過濾段長12 m，濾料高度1.5 m，設備最大處理能力22 500 m3/h。

2.各段參數(shù)計算

（1）接觸時間計算。濾料總體積170.4 m3，停留時間27.3 s＞20 s；過濾速度198.06 m/h＜200 m/h。

（2）生物預洗段容積7.1×4×3 m（L×W×H）。處理能力22 500 m3/h。過濾面積28.4 m2。

（3）生物過濾段容積7.1×12×3 m（L×W×H）；處理能力22 500 m3/h。過濾面積85.2 m2。塔體濾料最大高度1.5 m，塔總高度3 m。

（4）噴淋泵計算。氣液比選擇1.5%，生物洗滌段噴淋泵33.75 m3/h，故選擇水泵流量35 m3/h，揚程30 m，24 h循環(huán)噴淋，共選擇2臺水泵，1用1備。生物過濾段噴淋泵33.75 m3/h，故選擇水泵流量35 m3/h，揚程30 m，噴淋時間1.67 min/h，共選擇1臺水泵。

3.耗水量計算

由于系統(tǒng)運行時生物預洗段有對臭氣進行加濕功能，因而將帶走部分加濕水，因而長期運行時槽內液位會明顯降低，需及時補充噴淋液，以滿足噴淋泵抽水要求。根據(jù)物料平衡可計算補充堿液中水量的損失量G0。

式中G0——補給水量，m3/d

G1——臭氣帶液量，m3/d

G2——反應產(chǎn)生水量，m3/d

G3——自然揮發(fā)水量，m3/d

設備為密閉空間，自然揮發(fā)量可忽略不計。一般情況下，反應會產(chǎn)生少量水，二者可抵消，因而主要計算臭氣帶液量，一般進氣濕度為80%，出氣濕度100%，氣溫按30℃計，氣體密度1.16 kg/ m3，查表得30℃時，1 kg干空氣飽和水蒸氣的含量為27.03 g，因此可計算除臭系統(tǒng)各區(qū)域每天增加的堿液量為3.39 m3/d

七、除臭系統(tǒng)的控制

生物除臭系統(tǒng)采用PLC自動控制，控制系統(tǒng)設1套可編程控制器站和2套遠程站，由可編程控制器及自動化儀表組成的檢測控制系統(tǒng)-現(xiàn)場控制站，用于管理和控制整個除臭系統(tǒng)的所有主設備及附屬設備，并能采集該系統(tǒng)的所有設備工況及儀表參數(shù)，使該系統(tǒng)的一切設備的運行狀態(tài)、參數(shù)等在上位機上得到監(jiān)控、操作。自控系統(tǒng)按照分散控制、集中管理的原則設置，對除臭工程各過程進行分散控制，再由通信系統(tǒng)對工程所有儀表及設備實行集中管理和調度。

除臭工程設備控制分為3級，控制等級由高到低依次為：就地手動控制級、現(xiàn)場自動控制級、中央控制級，對應主要設備控制的轉換開關分為3擋，手動、自動和遠程。

八、結語

目前本項目的除臭系統(tǒng)已建成并投入試運行，完全實現(xiàn)了項目設計意圖，臭氣經(jīng)生物處理后，濃度符合《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標準》GB 18918-2002中規(guī)定的一級標準。

〔編輯利文〕

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