污水处理厂几种除臭技术的综合比较

污水处理厂几种除臭技术的综合比较

[摘 要] 在对国内污水处理厂除臭技术调查的基础上,分析了目前污水处理厂除臭技术存在问题,对常用的几种除臭技术进行了技术经济综合比较;并针对我国除臭技术的研究和发展现状,提出宜采用组合式除臭技术处理污水处理厂的恶臭污染。

[关键词] 污水处理厂;除臭技术;综合分析

1 概述

近年来,随着大型城市污水处理厂的大量建成,作为污水厂附属产品的臭气,以及相应的臭气处理也越来越受到人们的关注。城市污水处理过程中产生的臭气主要集中在进水泵房、初沉池、曝气池、储泥池、污泥浓缩池、污泥脱水机房以及堆棚处。这些致臭物质主要有硫化氢、氨等无机物和低分子脂肪酸、胺类、醛类、酮类、醚类、卤代烃等有机物。据分析,成分中氨的浓度最高,其次是H2S;臭气的强度中甲硫醇最大,其次是H2 S (其臭气强度达到了强臭的程度) 。这些污染物具有易挥发、嗅阈值低等特点,不仅严重污染周边居民的生活环境,危害人体健康,而且对污水处理厂的金属材料、设备和管道具有强烈腐蚀性,因此采取除臭措施非常必要。

随着社会经济的发展、生活水平的提高和公众环境意识的日益增强,城市污水处理厂的恶臭污染也就成为亟待解决的首要问题。因此在建设污水处理厂的过程中,除了设置必要的污水、污泥处理与处置系统外,还需针对污水处理厂臭气物质的成分和臭气的强度,选择合适的除臭技术,设置经济有效的除臭系统 。

对污水处理厂常用的几种恶臭处理技术进行技术经济因素综合比较分析,以寻找高效率、低能耗、无二次污染的除臭技术,为城市污水处理厂选择除臭系统提供科学依据。

2 污水处理厂常用的除臭技术及应用现状

城市污水处理系统由于其特殊性而具有成分复杂多变,有毒有害、动态负荷显著以及排污持续、近居民区,且很多时候是短时间突发的, 较难于捕集和收集, 也给治理带来困难。目前污水处理厂工程上常用恶臭气体处理技术主要有生物滤池、生物滴滤塔、生物滤床、植物提取液除臭、活性炭吸附、高能离子除臭、化学除臭和活性氧除臭等。

2.1.1 生物滤池

生物滤池主要包括增湿器和生物处理装置两部分。由引风机收集的臭气经增

湿装置预处理(有的预处理还包括温度调节、去除颗粒物等)后进入生物处理装置,气体中的污染物从气相主体扩散到填料外层的水膜并被填料所吸附,最终降解为二氧化碳、水等,处理后的气体从生物滤池的顶部排出。生物滤池的填料层是具有吸附性的滤料(如土壤、堆肥、活性炭等) 。堆肥生物滤池因其较好的通气性和适度的通水和持水性,以及丰富的微生物群落,能有效地去除烷烃类化合物如丙烷、异丁烷,对酯及乙醇等生物易降解物质的处理效果更佳。如深圳市罗芳污水处理厂二期工程厌氧池增设了生物滤池除臭系统。目前,除臭装置已投入试运转,运行正常,达到了预期除臭效果。

2.1.2 生物滴滤塔

生物滴滤塔主体为填充塔,内有一层或多层填料,填料表面是由微生物区系形成的几毫米厚的生物膜。含可溶性无机营养液的液体从塔上方均匀地喷洒在填料上,液体自上向下流动,然后由塔底排出并循环利用。有机废气由塔底进入生物滴滤塔,在上升的过程中与润湿的生物膜接触而被净化,净化后的气体由塔顶排出 。在欧美、日本等国家,生物滴滤塔工艺被广泛应用于污水厂臭气处理工程中。在国内也有应用的工程实例,如广州大坦沙污水处理厂采用生物滴滤法对臭气进行处理,运行1 年后,排气口的臭气浓度为17

～19 。

2.1.3 生物滤床

生物滤床除臭原理是将气体收集并加湿后通过管道输入生物滤床底部并使其扩散于土壤内,臭气中多种污染成分溶于水后吸附于土壤颖粒表面。经过一段时间在土壤颗粒表面可逐渐培养出针对致臭物质的微生物,并可不断将致臭物质分解,完成脱臭。生物滤床法的工艺流程为: 臭气收集→风管输送→抽风机→预洗池加湿→生物滤池→排气。滤床填料可采用海绵、干树皮、干草、木渣、贝壳、果壳及其混合物等 。广州猎德污水处理厂采用洗涤- 生物滤床联合除臭工艺对污泥浓缩池、脱水间臭气进行处理, NH3 去除率

大于90% , H2 S去除率大于99% 。

2.1.4 植物提取液除臭

植物提取液除臭的机理为臭气中的异味分子被喷洒分散在空间的植物提取液液滴吸附,在常温下发生各种反应,生成无味无毒的分子 。在污水厂中,植物提取液除臭剂主要应用于提升泵房、生物处理池、污泥脱水车间等产生恶臭气体且恶臭气体不便于收集的构筑物内。国内天山污水厂采用植物提取液去除恶臭气体中H2 S, 平均去除率达到96%以上,厂界符合二级排放要求。

2.1.5 活性炭吸附

活性炭吸附的除臭机理主要是利用活性炭的吸附作用,使恶臭气体通过吸附剂填充层而被吸附去除。活性炭除臭工艺是一种高效的除臭技术,对恶臭物质有较大的平衡吸附量,对多种恶臭气体都可达到较好的吸附效果,但运行费用高,需定期维护,常用于低浓度臭气和脱臭的后处理。

哈尔滨某污水处理过程中化学吸收与活性炭吸附联合除臭技术的应用,经过1年的运行,除臭效果良好,设备运行稳定,取得了良好的社会和环境效益。

2.1.6 高能离子除臭

高能离子净化系统工作原理是置于室内的离子发生装置发射出高能正、负离子,它可以与室内空气当中的有机挥发性气体分子(VOC)接触,打开VOC分子化学键,分解成二氧化碳和水;对硫化氢、氨同样具有分解作用;离子发生装置发射离子与空气中尘埃粒子及固体颗粒碰撞,使颗粒荷电产生聚合作用,形成较大颗粒

靠自身重力沉降下来,达到净化目的;发射离子还可以与室内静电、异味等相互发生作用,同时有效地破坏空气中细菌生存的环境,降低室内细菌浓度,并将其完全消除。

高能离子净化系统在欧洲诸国应用于医院、办公楼、公众大厅等,以空气净化以致达到模拟自然森林空气清新的效果。近些年逐步开发应用于污水处理厂和污水提升泵房的脱臭方面, 法国、英国、苏格兰、瑞典等国的应用实例很多。国内杭州市高新区(滨江) 2#、4#污水泵站采用高能离子除臭系统, 泵站恶臭气体处理排放达到国家二级标准。

2.1.7 化学除臭

化学除臭法是用化学介质(NaOH、NaOCl)与H2 S进行反应,从而达到除臭目的。化学除臭法耐冲击负荷强,可间歇工作,工作方式灵活。但化学除臭法主要是针对H2 S而进行的,成本高且臭味中含有多种气体成分很难用单一的化学反应来消除臭味。总之,用化学吸收法来处理臭味不是很成熟,该方法有待进一步来完善。

2.1.8 活性氧技术

活性氧技术除臭原理是在常温常压下高压脉冲放电将空气中氧分子电离成臭氧(O3 ) 、原子氧(O ) 、羟基自由基(OH)等活性氧,活性氧中的离子氧有极强的氧化能力,其氧化能力是氧气的上千倍,可以将氨、硫化氢、硫醇等污染物,以及恶臭异味其它有机物迅速氧化,氧化所需时间只在百分之秒,同样,活性氧的寿命只有数秒。一般污水厂脱硫工艺中,活性氧剂量在1 ×10 - 6 ～25 ×10 - 6 ,该工艺反应停留时间是最重要参数,与恶臭浓度及去除要求有关,一般为几秒到几分钟。大连老虎滩污水处理厂采用活性氧技术对细格栅间、CAST反应池、脱水机房进行了除臭处理,除臭效果可以达到《恶臭污染物排放标准》( GB14554 - 93 ) 和《城镇污水处理厂污染物排放标准》( GB18918 - 2002 )的一级标准。老虎滩污水处理厂已经竣工并通过了环保验收。

3 常用恶臭处理方法的技术经济综合比较

对各污水处理厂恶臭处理选取方案的设备投资,运行成本进行分析,并综合比较其他技术经济因素。

( 1 )高能离子除臭运行费用最低,占地面积小且无二次污染,是最为经济的除臭技术。但其一次性投资较大,适宜于大、中型污水处理厂。高能离子除臭属于相对较新的技术,在我国城市污水处理厂臭气处理中尚处于中试阶段,成功应用的可靠工程实例还很少见,其技术可靠性、运行效果还有待考察。利用高能离子脱臭是未来发展的主要方向。由于我国的发展现状,还应对此技术进行进一步的试验研究再应用于生产实践。

( 2 )生物滤池和生物滴滤塔运行费用较低,生物滤床运行费用稍高于前两种。三种生物法是目前应用最为广泛,且经济适中的除臭技术。与离子法相比,其运行成本稍高,但一次性投资较低,技术较成熟可靠。

生物滴滤塔运行费用稍高于生物滤池,但其反应器的尺寸比生物滤池小,占地面积较小,且反应条件(如pH值、温度等)易于控制,除臭效果也优于生物滤池。因此生物滴滤塔较生物滤池更有效。

生物滤床是一种新型生态臭气处理技术,其运行费用高于生物滤池、生物滴滤塔,但具有美观、管理方便、运行稳定、处理效果好等优点,也是城市污水处理厂对恶臭气体进行控制的优选方案。其局限性有占地面积较大,寒冷地区易受冰冻影响等。同时国内对这项技术的研究与应用尚处于起步阶段,有待进一步探索

和完善。

比较三种生物处理工艺,不难发现生物滴滤塔具有一定的优越性,此法用于城市污水处理厂除臭具有广泛的应用前景。

( 3 )植物提取液除臭与活性氧除臭运行费用适中,且都具有占地面积小、无二次污染及检修率低等优点,是较为经济的除臭方法。

活性氧除臭还具有寿命长的优点,整机寿命为20 年以上,但此技术在国内工程实例还不多,有待于研究并更广泛的应用于以后的污水处理厂除臭系统中。 ( 4 )活性炭吸附初期投资小,但由于活性炭吸附容量是有限的,超过这一容量,就必须更换活性炭,而活性炭价格昂贵,因此运行费用很高。该法常用于低浓度臭气物质的去除和臭气的后处理过程。

( 5 )化学除臭运行费用相对较高,且设备投资很高。化学除臭法还会产生二次污染,且除臭效果一般,其适用于处理高浓度废气,因此无特殊要求一般不选用此法。

4 建议与措施

根据以上技术经济综合比较分析,各种恶臭处理技术各有其优缺点,但目前就我国城市污水处理厂恶臭处理研究发展现状而言,采用组合法会更加经济有效。建议采取如植物提取液- 生物滴滤塔; 植物提取液- 生物滤床; 生物滴滤塔- 活性炭吸附;化学除臭- 活性炭吸附等组合技术。

(1)污水处理厂恶臭气体主要产生于进水格栅间、曝气沉砂池、污泥浓缩池、污泥脱水机房及污泥码头。其中进水格栅(一般设置在室外) 、污泥码头臭气难于收集,选取植物提取液除臭较为合理。曝气沉砂池、污泥浓缩池、污泥脱水机房建议选取生物滴滤塔除臭技术,此法运行费用较低、反应条件较易控制、占地面积适中、无二次污染且技术成熟,是城市污水处理厂除臭的首选方案。因此,植物提取液除臭与生物滴滤塔这两种技术组合除臭效果显著,且经济合理。

(2)生物滤床是一种新型生态臭气处理技术,具有美观、管理方便、运行稳定、处理效果好等优点,也是城市污水处理厂对恶臭气体进行控制的常用方案。其最大的局限性占地面积较大,因此在不受占地面积影响的情况下,选择植物提取液与生物滤床组合技术也是污水处理厂臭气处理的优选方案。

(3)活性炭吸附除臭效果好,且对低浓度臭气处理相当有效,缺点是活性炭吸附运行费用很高,对于不受经济影响,且对臭气处理效果要求较高的污水处理厂应采用此法对臭气进行后处理。建议采用生物滴滤塔- 活性炭技术。

(4)化学除臭法适用于对高浓度废气的处理,其他除臭技术多适用于中、低浓度废气,因此对于有特殊要求的污水处理厂需采用此法,并用活性炭吸附技术对低浓度废气进行后处理。

5 结语

几种除臭技术各有其特点,高能离子除臭是最为经济的技术,是今后的发展方向。但就我国城市污水处理厂恶臭处理研究现状,综合经济技术而言,更适宜采用组合法。生物滴滤塔、生物滤床、植物提取液为目前污水处理厂常用技术;活性炭吸附、化学除臭则由于设备投资和运行费用较高,工程上不常见。如果将其组合不但节省投资,而且也会达到预期的除臭效果。因此,组合法除臭是今后研究的重点。

某14万立方米污水处理厂处理工艺选择

及设计计算

一、处理工艺的技术经济分析及选择

按《城市污水处理和污染防治技术政策》要求推荐，20 万t/d 规模大型污水厂一般采用常规活性污泥法工艺，10-20 万t/d 污水厂可以采用常规活性污泥

法、氧化沟、SBR、AB 法等工艺，小型污水厂还可以采用生物滤池、水解好氧法工艺等。对脱磷脱氮有要求的城市，应采用二级强化处理，如A2 /O 工艺，A/O工艺，SBR 及其改良工艺，氧化沟工艺，以及水解好氧工艺，生物滤池工艺等。由于该设计对脱氮除磷有要求故选取二级强化处理。可供选取的工艺：A/O工艺，A2/O 工艺，SBR 及其改良工艺，氧化沟工艺，

2.3.1 A2/O 处理工艺(如下图所示)

(1) A2/O 处理工艺是Anaerobic－Anoxic－Oxic 的英文缩写，它是厌氧－缺氧－好氧生物脱氮除磷工艺的简称，A2/O 工艺是在厌氧－好氧除磷工艺的基础上开发出来的，该工艺同时具有脱氮除磷的功能。

(2) A2/O 工艺的特点：

A：厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类的微生物菌群的有机配合， 能同时具有去除有机物、脱氮除磷功能；

B：在同时脱氮除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其它工艺。

C：在厌氧-缺氧-好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI 一般小于100，不会发生污泥膨胀。

D：污泥中含磷量高，一般为2.5%以上。

2.3.2 氧化沟

严格地说，氧化沟不属于专门的生物除磷脱氮工艺。但是随着氧化沟技术的发展，它早已超出原先的实践范围，出现了一系列除磷脱氮技术与氧化沟技术相 厌氧 缺氧 好氧 二沉池内回流污泥回流图1 Ａ2/Ｏ工艺结合的污水处理工艺流程按照运行方式，氧化沟可以分为连续工作式、交替工作式和半交替工作式。连续作式氧化沟，如帕斯韦尔氧化沟、卡鲁塞尔氧化沟。奥贝尔氧化沟在我国应用比较多，这些氧化沟通过设置适当的缺氧段、厌氧段、好氧段都能取得较好的除磷脱氮效果。连续工作式氧化沟又可分为合建式和分建式。 交替工作式氧化沟一般采用合建式，多采用转刷曝气，不设二沉池和污泥回流设施。交替工作式氧化沟又可分为单沟式、双沟式和三沟式，交替式氧化沟兼有连续式氧化沟和SBR 工艺的一些特点，可以根据水量水质的变化调节转刷的开停，既可以节约能源，又可以实现最佳的除磷脱氮效果。氧化沟具有以下特点：

(1)工艺流程简单，运行管理方便。氧化沟工艺不需要初沉池和污泥消化池。有些类型氧化沟还可以和二沉池合建，省去污泥回流系统。

(2)运行稳定，处理效果好。氧化沟的BOD 平均处理水平可达到95%左右。

(3)能承受水量、水质的冲击负荷，对浓度较高的工业废水有较强的适应能力。这主要是由于氧化沟水力停留时间长、泥龄长和循环稀释水量大。

(4)污泥量少、性质稳定。由于氧化沟泥龄长。一般为20～30 d，污泥在沟内已好氧稳定，所以污泥产量少从而管理简单，运行费用低。

(5)可以除磷脱氮。可以通过氧化沟中曝气机的开关，创造好氧、缺氧环境达到除磷脱氮目的，脱氮效率一般＞80%。但要达到较高的除磷效果则需要采取另外措施。

(6)基建投资省、运行费用低。和传统活性污泥法工艺相比，在去除BOD、去除BOD 和NH3 -N 及去除BOD 和脱氮三种情况下，基建费用和运行费用都有较大降低，特别是在去除BOD 和脱氮情况下更省。同时统计表明在规模较小的情况下，氧化沟的基建投资比传统活性污泥法节省更多。

2.3.3 SBR 工艺

SBR 是一种间歇式的活性泥泥系统，其基本特征是在一个反应池内完成污 水的生化反应、固液分离、排水、排泥。可通过双池或多池组合运行实现连续进 出水。SBR 通过对反应池曝气量和溶解氧的控制而实现不同的处理目标，具有 很大的灵活性。

SBR 池通常每个周期运行4-6 小时，当出现雨水高峰流量时，SBR 系统就从正常循环自动切换至雨水运行模式，通过调整其循环周期，以适应来水量的变化。SBR 系统通常能够承受3-5 倍旱流量的冲击负荷。

SBR 工艺具有以下特点：

(1)SBR 工艺流程简单、管理方便、造价低。SBR 工艺只有一个反应器，不需二沉池，不需要污泥回流设备，一般情况下也不需要调节池，因此要比传统活性污泥工艺节省基建投资 30%以上，而且布置紧凑，节省用地。由于科技进步，目前自动控制已相当成熟、配套。这就使得运行管理变得十分方便、灵活，很适合小城市采用。

(2)处理效果好。SBR 工艺反应过程是不连续的，是典型的非稳态过程，但在曝气阶段其底物和微生物浓度变化是连续的(尽管是处于完全混合状态中)，随时间的延续而逐渐降低。反应器内活性污泥处于一种交替的吸附、吸收及生物降解和活化的变化过程之中，因此处理效果好。

(3)有较好的除磷脱氮效果。SBR 工艺可以很容易地交替实现好氧、缺氧、厌氧的环境，并可以通过改变曝气量、反应时间等方面来创造条件提高除磷脱氮效率。

(4)污泥沉降性能好。SBR 工艺具有的特殊运行环境抑制了污泥中丝状菌的生长，减少了污泥膨胀的可能。同时由于SBR 工艺的沉淀阶段是在静止的状态下进行的，因此沉淀效果更好。

(5)SBR 工艺独特的运行工况决定了它能很好的适应进水水量、水质波动。

2.3.2 A＋A2/O 工艺

A＋A2/O 处理工艺由污泥负荷率很高的A 段和污泥负荷率较低的B 段（A2/O

段）二级活性污泥系统串联组成，并分别有独立的污泥回流系统。该工艺于80 年 代初应用于工程实践，现在越来越广泛地得到了应用。

(1) A＋A2/O 工艺原理

A＋A2/O 生物处理工艺图如下所示：

图三. A＋A2/O

该工艺主要特点是不设初沉池，由A－B 二段活性污泥系统串联运行，并各自有独立的污泥回流系统。

原水经格栅进入A 段，该段充分利用原污水中的微生物，并不断地繁殖，

形成一个开放性生物动力学系统。A 段污泥负荷率高达2～6kgBOD5/(kgMLSS.d)，水力停留时间短（一般为30min），污泥龄短（0.3~0.5d）。

A 段中污泥以吸附为主，生物降解为辅，对污水中BOD 的去除率可达40％～70％，SS 的去除率达60％～80％，正是A 段对悬浮物和有机物较彻底的去除，使整个工艺中以非生物降解的途径去除的BOD 量大大提高，降低了运行和投资费用。

B 段中，厌氧池主要是进行磷的释放，使污水中P 的浓度升高，溶解性有机物被细胞吸收而使污水中BOD 浓度下降；另外NH3－N 因细胞的合成而被去除一部分，使污水中NH3－N 浓度下降。但含量没有变化。

在缺氧池中，反硝化菌利用污水中的有机物作碳源，将回流混合液中带入的大量NO3－-N 和 NO2－－N 还原为N2 释放至空气，因此BOD 浓度继续下降，NO3－－N 浓度大幅度下降，而磷的变化很小。

在好氧池中，有机物被微生物生化降解，而继续下降；有机氮被氨化继而被 硝化，使NH3－N 浓度显著下降，但随着硝化过程使NO3－-N 的浓度增加，而P随着聚磷菌的过量摄取，也以较快的速率下降。

所以，A2/O 工艺它可以同时完成有机物的去除、硝化脱氮、磷的过量摄取而被去除等功能，脱氮的前提是NH3－N 应完全硝化，好氧池能完成这一功能。缺氧池则完成脱氮功能。厌氧池和好氧池联合完成除磷功能。

(2) A+A2/O 工艺的特点：

A、该工艺中A 段负荷高达2～6kgBOD5/(kgMLSS.d)，因此具有很强的抗冲 击负荷能力和具有对PH、毒物影响的缓冲能力，活性污泥中全部是繁殖速度很快的细菌。

B、A 段活性污泥吸附能力强，能吸附污水中某些重金属、难降解有机物以及氮、磷等植物性营养物质，这些物质通过剩余污泥的排放得到去除。

C、B 段中，厌氧、缺氧、好氧三种不同的环境条件和不同种类微生物菌群的有机配合，能同时具有去除有机物、脱氮除磷的功能。

D、在同时脱氮除磷去除有机物的工艺中，该工艺流程最为简单，总的水力停留时间也少于同类其它工艺。

E、在厌氧－缺氧－好氧交替运行下，丝状菌不会大量繁殖，SVI 一般小于100，不会发生污泥膨胀。

F、污泥中含磷量高，一般为2.5%以上。

G、厌氧－缺氧池只需轻缓搅拌，使之混合，而以不增加溶解氧为度。

H、沉淀池要防止发生厌氧、缺氧状态，以避免聚磷菌释放磷而降低出水水质和反硝化产生N2 而干扰沉淀。

I、脱氮效果受混合液回流比大小的影响，除磷效果受回流污泥中挟带DO 和硝酸态氧的影响。

二、设计计算