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1 引言

    污水处理过程中的恶臭气体主要产生在排污泵站、进水格栅、曝气沉沙池、初沉池等处,以及污泥处理过程中的污泥浓缩、脱水干化、转运等工序。

    污水处理中的除臭工艺在国外已经有几十年的运营经验,国内也开始兴起并有蓬勃发展的趋势。目前,国内外主要的污水处理除臭技术有活性炭吸附法、热氧化法、除臭溶液法、氧离子基团除臭法、化学洗涤法和生物过滤法等。

    (1)活性炭吸附法

    活性炭吸附法主要是利用活性炭对臭气的物理吸附作用来除臭的方法。该方法的优点是设备简单,缺点是只适用低浓度、小气量臭气的处理。通常不用作第一级主要除臭装置,而是用作后续的精处理装置。

    (2)热氧化法

    热氧化法主要是利用高温下的氧化作用将臭气分解成CO2和H2O或是部分氧化的方法。该方法的优点是对臭气和挥发性有机化合物非常有效;缺点是投资和运营成本较高,适用于处理重度污染的大型设施的高流量、难处理的臭气。目前国内尚未了解到有使用该方法的污水处理厂。

    (3)溶液除臭法

    除臭溶液除臭法主要是利用人们可以接受的气味较强的气体气味掩盖和中和难闻的臭气气味的方法。该方法的主要优点是简单、投资少和见效快;缺点是很难完全改变臭气成分,对人畜、设备和环境等仍可能存在危害。

    (4)氧离子基团除臭法

    氧离子基团除臭法主要是利用高压静电装置,在新风补给空气中产生氧离子基团,在常温常压下将臭气分解成CO2、H2O等或是部分氧化的方法。该方法的优点是对臭气和挥发性有机化合物有效;缺点是仍然缺乏实际应用的定量分析数据报告,投资、运营成本直接受到“电晕”灯管寿命和更换空气预过滤器的频度等因素的影响,适用于处理轻度污染且具有通风过滤系统的室内空间的臭气。特别注意的是酸性反应产物可能对室内设备和通风空调风管产生腐蚀。目前,尚未了解到国内有使用该方法的大型污水处理厂。

    (5)化学洗涤法

    化学洗涤法主要是利用化学制剂和臭气经过化学反应生成没有臭味或臭味较低的化学产物来消除臭气的方法。该方法的优点是改变了臭气的成分,降低了臭气对人畜、设备和环境的危害程度;缺点是投资大,运营成本较高,特别是化学反应后的产物有造成新的环境污染的可能性,需要对洗涤之后的化学产物进行严格处理。

    (6)生物过滤除臭法

    生物过滤除臭法主要是利用细菌和微生物对臭气的吸收和生物降解过程来自然除臭的方法。该方法的优点是投资适中、见效快、运行成本较低、效率高,是真正的绿色环保方法;缺点是难以确立设计标准,不适合用于处理特高浓度的臭气。

2 生物过滤除臭工艺

    生物过滤除臭技术当今在国际上被誉为治理恶臭气体污染的绿色解决方法,近年在国内已被越来越多的企业认同、接受和采纳,其处理工艺对环境的友善性和建造运行的经济性倍受欢迎。

2.1 系统的组成

    生物过滤除臭系统主要由四大部分组成:气体收集输送系统、加湿保温系统、生物过滤系统和检测控制系统。

    (1)气体收集输送系统

    该系统的主要功能是将构筑物内自由挥发的气体封闭收集起来并输送到后续处理系统。具体包括构筑物加盖密封系统、管道收集系统和风机。

    (2)加湿保温系统

    该系统用来对不满足温度湿度处理条件要求的气体进行预处理,使之达到较为理想的温度和湿度,保障微生物能有效地去除臭气物质。

    (3)生物过滤系统

    该系统主要是在适宜的条件下,利用载体填料表面上生长的微生物的作用脱臭。臭气通过填料时,先被填料表面附着的微生物膜吸附,然后被氧化分解,从而完成除臭过程。

    (4)检测控制系统

    该系统主要用来检测系统的运行状态和技术参数,通过人机对话的方式,调整工艺参数,检测设备的运行,从而使设备处于最佳运行状态,实现无人值守、远程监控的运行方式并可将有关信息远传到企业网络或控制室。

2.2 系统工作原理

    生物过滤除臭技术利用微生物在纤维或多孔材料表面形成的生物膜能够吸附、吸收和降解恶臭气体成分,并将其转化为无毒、无害、无味的简单物质的原理,选择有机或无机材料作为微生物膜的载体,将人工筛选的脱臭微生物固定于生物过滤器内,利用风机负压的作用,将臭气输送到加湿保温系统,流过含有丰富微生物的过滤介质(滤料),完成吸附、吸收和降解过程。生物过滤器处理后的清洁气体经过风机和排风管排放到大气中。

     生物过滤器一般有封闭式和开放式两种,单体生物过滤器可处理气体的流量为200~20,000m3/h。对于超过单体要求的大气量,可以根据处理气量的大小选择组合构建系统,以满足处理流量的需求。

    根据配方配料的不同,生物过滤器的滤料寿命在3~ 8年之间,深度在1~2m,气体停留时间在30~90s之间,甚至更快。污染物浓度范围在5~150ppm之间时,生物过滤系统的臭气去除率可达96%以上。

    生物过滤器具有安装、运行和维护费用较低,操作简单,除臭效率高,能彻底降解恶臭污染物,不产生二次污染等优点,在恶臭治理中具有广阔的应用前景。生物过滤除臭技术可以应用于恶臭气体量大、浓度高、需要长期连续除臭的工农业污染源和城市公共设施污染源的污染治理。

3 生物过滤除臭工艺的影响因素

3.1 湿度

    对于生物过滤的系统来说,由于臭气中的污染物质要先被液相吸收并被微生物氧化,所以要求臭味物质要保持一定的湿度。生物过滤湿度太低,会使水溶性恶臭成分难以及时进入液相,且易造成填料干燥,降低床内生物活性,既会影响整体除臭效率,又使得代谢产物不易排出滤池。但是,当生物滤池的湿度过高时,传质效率也会受到影响,且因气体穿过阻力增大还可能造成局部厌氧而影响除臭效率。影响滤池湿度的因素较多且关系复杂,因此对湿度的控制具有相当的难度。影响滤池湿度的因素包括加湿系统、生物新陈代谢产生的热量、阳光辐射、辐射热转移、传导热转移、降雨等。床体的湿度根据基质材料的不同,宜保持在20%~60%。如果床体湿度过低,不仅湿床内生物活性降低,亦会造成臭气短流,进一步影响除臭效果。当以堆肥和污泥构成的基质的床内含水率高于30%时,含水率的变化对臭气中 H2S的去除基本无影响;而当含水率低于30%时,去除率直线下降。生物过滤保持湿度的方法一般为直接淋洗滤床或对进气加湿。

3.2 pH值

    生物过滤系统中生物体的新陈代谢与pH密切相关。许多微生物仅在一定的pH值范围内才能生长,并且绝大多数微生物生长最适宜的pH值均在中性范围内。当 pH值低于3.2时,去除效率显著下降,而在pH值较高时,其去除效率基本与pH无关。而臭气中的污染成分在生物净化过程中,含氯有机物、H2S的氧化产生盐酸、硫酸等酸性物质以及有机物分解产生的CO2均会导致生物过滤系统中的pH值下降,影响微生物的生化作用。 Yang等亦研究了生物过滤中pH值变化,通过32天的反应,生物过滤系统的pH值从最初的8降至2.5。Brennan 等亦介绍了这种下降趋势,他们发现如果不采取措施经过3周时间的反应,pH值从6.5~7.0下降到3.6~ 4.8,经过6个月后,pH值下降至2以下。通过向生物过滤基质中加入碎贝壳、石灰石等物质可以使床内保持较稳定pH值范围,亦可通过在生物滤池的滤料上喷洒pH值缓冲剂来稳定pH值。

3.3 温度

    较低的温度有利于臭气中污染成分被基质表面的生物膜吸收,但会影响微生物的生长,而在较高的温度下恰恰相反。床温的控制一般是通过调节臭气温度来实现。Knauf等发现在较高的温度下臭气的去除效率明显下降;对于以堆肥为主要成分的生物过滤,当温度从 40℃升至55℃时,去除效率从95%降至85%;而对于以木块为主的生物过滤,当温度从35℃升至50℃时,去除效率从80%降至70%;在25℃~50℃范围内,床内硫化氢氧化细菌具有较稳定的去除效果,而在这一温度范围外,去除效果明显下降。生物过滤的最佳温度为20℃~ 37℃,但在5℃~65℃范围内,生物过滤都可正常运行。由于污染物在生物氧化过程中会释放出一定热量,从而使生物过滤系统能保持较高的温度,因此一般情况下,可以不考虑对床体进行加温。

3.4 设计负荷

    合理的设计负荷有利于降低生物过滤系统的投资,保持运行的稳定性。生物过滤工艺处理城市污水处理厂臭气的滤料表面负荷一般为30~250m3/m2·h。

3.5 臭气停留时间

    臭气在生物过滤系统中的停留时间直接影响了其处理效果。如果停留时间过短,臭气成分还未充分被生物膜吸收,就被排除床体,无法使最大量的臭气被转化;如果停留时间过长,则会使床体体积过大,增加投资。因此在生物过滤的设计时有必要确定合理的停留时间,以去除肉食加工厂废气为主的生物过滤系统停留时间为 15s;以去除三氯酚为主的生物过滤系统停留时间为3h;以去除H2S为主的生物过滤系统停留时间为23s;针对城市污水处理厂产生的臭气,生物过滤系统停留时间一般为2~8.5min。

4 生物过滤除臭工艺应用现状及其局限性

4.1 应用现状

    生物过滤除臭工艺作为一种绿色技术,对环境冲击少,不需要化学药品(材料),不会造成二次污染。生物过滤工艺在国外的研究和应用较广泛,如废水输送/处理、食品/饮料行业和化学行业。目前,有关生物过滤工艺的研究在我国也逐渐成为一个热门课题。

4.2 局限性

    生物过滤工艺的局限性表现为:臭气可能会产生短流或在过气断面上分布不均匀;寒冷地区易受冰冻影响;国内对这项技术的研究应用尚处于起步阶段,工艺设计参数及应用实例较少,技术上有待进一步探索和完善。

5 结语

    随着国家对居民对生活环境质量要求的不断提高,严格执行《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)和《工作场所有害因素职业接触限值》(GBZ2-2002),不仅可保护污水处理作业区内操作人员的身心健康,也可同时保障周围居民生活环境质量。生物过滤作为一种新型生态臭气处理技术,具有投资较省、运行简便、处理效果稳定等诸多优点,是我国城市污水处理厂恶臭气体控制的优选方案之一。