高效上流式生物噴淋除臭技術在污水處理廠的應用*

宋海農 楊崎峰 林宏飛 陸立海 王愛 容賢健

(廣西博世科環(huán)?？萍脊煞萦邢薰?南寧 530000)

0 引言

近年來，國家對環(huán)境的保護愈加重視，相繼出臺各類政策，限制各單位、企業(yè)亂排污染物至環(huán)境中，加快了城鎮(zhèn)、工業(yè)園區(qū)污水處理廠的建設，但污水處理設備在運行過程中產生的惡臭氣體擴散至周圍環(huán)境，造成擾民，居民投訴事件頻發(fā)，惡臭治理迫在眉睫[1]。傳統(tǒng)的臭氣治理技術投資及運維成本較高，相關企業(yè)急需尋求成本低廉、處理效果好的臭氣治理技術。本文介紹一種工藝簡單、無二次污染、建設成本低、快速高效的除臭技術。

1 生物法除臭

微生物的新陳代謝過程中需要消耗碳源、氮源、硫、磷等物質，而惡臭氣體中主要污染物是硫化氫、氨氣、硫醇類、硫醚類等有機物質，這些物質可以作為微生物的營養(yǎng)物質從而被吸收、消化、分解[2]，使臭氣中的污染物質得以去除，氣體得到凈化，這種方法即為生物法。生物法具有工藝簡單、操作簡便、對環(huán)境友好、運維成本低、處理效果好等優(yōu)點，是一種應用前景非常廣闊的除臭技術，但也存在微生物的微環(huán)境易受外界環(huán)境因素影響的缺點。常見的生物除臭技術主要有以下3種：堿液噴淋工藝[3]、生物過濾工藝[4]、生物噴淋洗滌工藝[5]。

2 高效上流式生物噴淋除臭原理

污水處理過程中有兩段主要的工段：厭氧處理和好氧處理，均屬于微生物反應處理，利用微生物將污水中的污染物質進行消化分解。惡臭氣體中的有害成分來自污水中，同理也可以利用污水中的微生物進行吸收降解惡臭成分。上流式生物噴淋洗滌除臭塔主要工作原理為：利用生物填料塔基本原理，有機結合污水好氧處理系統(tǒng)，一方面向下噴淋的好氧污水將可溶性致臭成分洗滌下來，另一方面好氧污泥中的微生物在填料層中掛膜而形成微生物膜，臭氣經過微生物膜，有機惡臭成分被微生物吸收、消化、降解成為二氧化碳和水等無害產物[6]，實現(xiàn)高效快速地脫除廢氣中的各類惡臭成分。

3 生物噴淋除臭工程

3.1 工藝流程設計

福建省某造紙廠廢水處理系統(tǒng)在運行過程中產生大量的惡臭氣體，產生臭氣的工段為：初沉池、酸化池、厭氧段、濃縮池等，臭氣成分包括：硫化氫、氨氣、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚等，其中以硫化氫和氨氣為主；臭氣濃度波動范圍如表1所示。產生的臭氣如果不經過處理任其排放至空氣中，不僅危害員工和周圍居民的身心健康，而且還嚴重污染大氣環(huán)境。為了響應國家“十三五”規(guī)劃以及相關環(huán)保政策的要求，對該造紙廠污水處理系統(tǒng)產生的臭氣設計一套除臭系統(tǒng)。經過實地考察和對臭氣特性進行多次分析論證，以及考慮到臭氣濃度較低、投資建設成本等因素，最終確定采用上流式生物噴淋除臭工藝對臭氣進行處理，具體工藝流程見圖1。

表1 造紙廠污水處理系統(tǒng)產生臭氣主要成分及濃度范圍

圖1 高效上流式生物噴淋除臭工藝流程

高效上流式生物噴淋洗滌除臭是利用污泥中的微生物對惡臭物質(如：氨氣、硫化氫、甲硫醇、甲硫醚等)的吸附、吸收和生化降解功能，對臭氣進行凈化處理的一種工藝。其主要過程如下：產生臭氣的污水處理構筑物通過加蓋設施及收集管道，經抽風機將臭氣抽到高效上流式生物除臭塔中，臭氣經布氣裝置自下而上均勻通過填料層，與自上而下的噴淋漿液充分接觸，發(fā)生氣液傳質作用，噴淋液對臭氣成分進行快速吸收和分解，塔頂出氣口設置除霧裝置，尾氣通過除霧器除霧后達標排放，并利用少量清水定期噴淋除霧器，避免剩余帶異味的有機污染物隨細小霧滴飄散，再次進入大氣。填料層采用輕質、具有特殊結構且較高比表面積的填料，噴淋液采用瀑氣池活性污泥漿液。

3.2 主要設備及主要工藝參數(shù)

3.2.1 高效上流式生物噴淋塔

配置2套高效生物除臭塔，每套規(guī)格尺寸和配套設備相同。塔內設3層填料層和噴淋層，每層填料層底部設置反沖洗裝置，塔頂設1層折流擋板式除霧器，以捕集尾氣中的水霧。為保證廢氣及上層噴淋液在塔內分布均勻，避免壁流和廢氣短路現(xiàn)象發(fā)生，于填料層底部設置集液布氣裝置。噴淋液洗滌臭氣后，流回塔底儲液區(qū)，通過排水泵(或溢流)返回曝氣池。氣體在塔內設計停留時間≥10 s，塔體結構尺寸：φ3 800 mm×14 500 mm。

3.2.2 引風系統(tǒng)和噴淋系統(tǒng)

引風系統(tǒng)由2臺離心風機和若干風管組成，通過離心風機和收集風管將各個排放源的臭氣引至生物除臭塔進行處理。離心風機規(guī)格：Q=31 000 m3/h，P=3 500 Pa，N=55 kW。

噴淋系統(tǒng)由噴淋泵、轉子流量計、噴淋管、噴嘴組成。自吸泵將曝氣池漿液送至生物除臭塔噴淋層，通過轉子流量計控制漿液噴淋量，每層填料上方布置由若干噴嘴組成的噴淋層，噴嘴與填料間距適中，以使?jié){液正好噴淋覆蓋在填料上，保證噴淋液與臭氣充分接觸，無盲區(qū)和短路現(xiàn)象。設計氣液比(進氣量與漿液噴淋量的比值)為60～120，可根據(jù)臭氣出口濃度來調節(jié)噴淋量，比如臭氣出口濃度未達標，可適當增大噴淋量，以保證出口氣體濃度達標排放；噴淋泵參數(shù)：Q=600 m3/h，H=25 m，N=55 kW。

3.2.3 填料層和反沖洗裝置

塔內設置三層填料，每層填料的裝填厚度為600～1 200 mm，填料規(guī)格尺寸為φ25～50 mm多面空心球；空心球具有較大的比表面積，為微生物掛膜生長、氣液接觸傳質提供場所，同時保持較小的填料層壓損。

反沖洗裝置配置1臺反沖洗高壓水泵，在每層填料底部設置反沖洗管，反沖洗管上有若干沖洗口。通過高壓水泵將高壓水送至生物除臭塔反沖洗裝置，對填料層進行定時反沖洗，可有效防止活性污泥長時間堆積于填料表面而導致堵塞。高壓水泵參數(shù)：Q=150 m3/h，H=50 m，N=37 kW。

3.2.4 檢測系統(tǒng)和排水系統(tǒng)

每個塔體設置1套臭氣檢測系統(tǒng)和1臺壓差計。臭氣檢測系統(tǒng)包括臭氣濃度、硫化氫和氨氣檢測儀，在除臭塔進出口均設有臭氣檢測儀，用以監(jiān)測臭氣進出口濃度，并通過其反饋的數(shù)值來控制調節(jié)漿液的噴淋量；壓差計用來監(jiān)測塔內的總壓差，根據(jù)總壓差來分析污泥在填料上淤積情況，從而判斷是否開啟反沖洗裝置。

每個塔體配置1臺自吸泵，將經噴淋后的漿液輸送回曝氣池，自吸泵參數(shù)：Q=600 m3/h，H=10 m，N=45 kW。若除臭塔底排水口高度高于曝氣池，也可采用溢流方式進行噴淋漿液回流至曝氣池。

3.2.5 工藝參數(shù)

高效上流式生物噴淋洗滌除臭系統(tǒng)主要設計參數(shù)如表2所示。

表2 除臭系統(tǒng)設計參數(shù)

3.3 運行效果及經濟效益分析

3.3.1 運行效果分析

該除臭工程于2017年9月建成并試運行，運行3個月后，臭氣處理效果明顯，臭氣濃度及H2S,NH3的排放濃度達到設計要求。2017年9月—12月的部分監(jiān)測結果及除臭效率見圖2和圖3。

除臭系統(tǒng)運行期間，根據(jù)進出口臭氣檢測濃度的反饋數(shù)值來調節(jié)漿液噴淋氣液比，氣液比范圍為60～120。如圖2～圖3 所示，除臭塔處理前臭氣進口濃度為：臭氣濃度(無量綱)為30 000～80 000，H2S為23.89～114.41 mg/m3，NH3為 48.7～159.4 mg/m3，經過除臭塔處理后氣體排放濃度：臭氣(無量綱)<2 000， H2S <5 mg/m3，NH3<3 mg/m3，脫除率均大于90%，除臭效果滿足設計要求，達到甚至優(yōu)于國家排放標準的相關規(guī)定。

圖2 生物除臭塔進出口H2S、NH3質量濃度

圖3 生物除臭塔除臭效率

圖4為運行期間噴淋狀態(tài)下填料層總壓降的變化情況，運行6 d后填料的總壓降從800 Pa增大至1 500 Pa以上。隨著除臭塔的運行，曝氣池污水漿液中的污泥慢慢淤積在填料上，導致填料層壓降逐漸增大。污泥過多地淤積在填料上，一方面致使填料空隙被堵塞，使其有效比表面積減小，導致氣流分布不均，氣液傳質作用削弱，除臭效率下降；另一方面導致出口阻力增大，風機負荷也隨之增大。因此，為了維持系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，保證除臭效果最佳，需要定時給塔內各層填料進行反沖洗，將填料淤積過多的污泥沖洗下來；根據(jù)總壓差監(jiān)測數(shù)據(jù)反饋進行啟停反沖洗裝置，當塔內填料總壓差超過1 200 Pa時即可開啟反沖洗裝置，打開高壓反沖洗泵，對每層填料進行高壓水沖洗，直到總壓差降至800 Pa的水平即完成填料清堵。圖5為反沖洗前后填料掛泥照片對比。

圖4 填料層總壓降隨運行日期的變化

圖5 反沖洗前后的填料

3.3.2 經濟效益分析

該污水廠生物除臭系統(tǒng)建成運行后一直保持高效穩(wěn)定的除臭效果，臭氣濃度及H2S，NH3質量濃度經過生物除臭系統(tǒng)處理后達到國家《惡臭污染物排放標準》中排放限值低于2 000(無量綱)，5 mg/m3，3 mg/m3的規(guī)定。表3為處理相同氣量55 000 m3/h時3種不同處理工藝的投資和運維成本概算對比。由表可以看出，對于投資成本方面，生物過濾工藝的投資成本最高，其次是生物噴淋洗滌工藝和堿液噴淋工藝。在運維成本方面，生物噴淋洗滌工藝表現(xiàn)出巨大的優(yōu)勢，該工藝在處理過程中無需添加輔助藥品，運維成本較低，只涉及電耗；而堿液噴淋工藝和生物過濾工藝均涉及添加輔助藥品，兩者運維成本較高。

表3 3種除臭工藝經濟效益對比 104元/a

4 結論

以福建某造紙廠污水處理站臭氣處理工程為例，對高效上流式生物噴淋除臭工藝及運行狀況進行了介紹，該工程的除臭系統(tǒng)自建成投產以來連續(xù)穩(wěn)定運行。工程運行效果表明，該技術工藝在處理污水廠產生的臭氣時，具有顯著的除臭效果，經處理后的臭氣濃度(無量綱)<2 000，臭氣中H2S，NH3的質量濃度分別低于5 mg/m3，3 mg/m3，能夠滿足國家相關環(huán)保政策的要求達標排放。

高效上流式生物噴淋除臭技術具有工藝簡單、占地面積小、除臭快速高效、運維成本低、建設周期短、長期穩(wěn)定運行等優(yōu)點，可廣泛應用于造紙、制藥、食品、垃圾填埋、堆肥發(fā)酵、塑料造粒、黑臭水體等領域的除臭。該工藝技術就地取材，利用曝氣池的含微生物污泥漿液對臭氣進行脫除處理，且不需要添加任何輔助藥劑，是一種環(huán)境友好型的除臭方法。