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除臭治理工艺

1.污水厂臭气来源

  根据污水处理的过程这些臭气产生源主要分为污水处理系统和污泥处理系统。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,其分解产生大量臭气。

2.臭气成分

在污水处理工艺过程中产生气味的物质主要由碳、氮和硫元素组成。大多数的气味物质是有机物,只有少数的气味物质是无机化合物。据有关资料介绍,从成分来看氨的浓度最高,其次是硫化氢;而从臭气的强度来看甲硫醇最大,其次是硫化氢 (其臭气强度达到了强臭的程度 )。硫化氢是产生恶臭气味的主要物质之一。污水收集、输送和处理处置工程中主要的致臭气体列于下表。

2    污水中各类臭气成分表

名称

化学式

分子量

特征气味

NH3

17.0

刺激性

Cl2

71.0

窒息的,刺激性

乙基硫醇

CH3CH2SH

62

烂白菜味

硫化氢

H2S

34

臭鸡蛋味

甲基胺

CH3NH2

31

腐烂,腥味

甲基硫醇

CH3SH

48

烂白菜味

粪臭素

C9H9N

131

粪臭味,恶心

硫甲酚

CH3―C6H4SH

124

腐臭

二甲基胺

(CH3)2N

44

鱼腥味

三甲基胺

(CH3)3N

59

刺激性,腥味

 3.除臭工艺  

       除臭方法经历了一个发展过程,从最初采用的水洗法,逐步发展到效果较好的微生物脱臭法。常见的方法有水洗法、活性炭吸附法、催化型活性炭法、臭氧氧化法、燃烧法、纯天然植物提取液喷洒技术、生物脱臭法等。

  3.1水清洗和化学除臭法

水清洗是利用臭气中的某些物质能溶于水的特性,使臭气中氨气、硫化氢气体和水接触、溶解,达到脱臭的目的。化学除臭法是利用臭气中的某些物质和药液产生中和反应的特性,如利用呈碱性的苛性钠和次氯酸钠溶液,去除臭气中硫化氢等酸性物质,利用盐酸等酸性溶液,去除臭气中的氨气等碱性物质。与活性炭吸附法相比较,化学除臭法必须配备较多的附属设施,如药液贮存装置、药液输送装置、排出装置等,运行管理较为复杂,运行费用较高,与药液不反应的臭气较难去除,效率较低。

  3.2活性炭吸附法

  活性炭吸附法是利用活性炭能吸附臭气中致臭物质的特点,达到脱臭目的。为了有效地脱臭,通常利用各种不同性质的活性炭,在吸附塔内设置吸附酸性物质的活性炭,吸附碱性物质的活性炭和吸附中性物质的活性炭,臭气和各种活性炭接触后,排出吸附塔。该法与水清洗和药液清洗法相比较,具有较高的效率,但活性炭吸附到一定量时会达到饱和,就必须再生或更换活性炭,因此运行成本较高。这种方法常用于低浓度臭气和脱臭的后处理。

  3.3催化型活性炭法

  传统的活性炭吸附法存在着活性炭再生费用高、更换活性炭操作麻烦等缺点。为了改善这些缺点,卡尔冈炭素公司在1994年开发了一种可靠的催化活性炭除臭技术。该活性炭是烟煤基带增强催化能力的粒状活性炭,具有独特的催化能力和水再生优势,克服了传统活性炭的缺点。催化型活性炭通过对H2S及其它含硫有机物吸附后,催化型活性炭促进氧化反应,将H2S转变为H2SO4、少量的H2SO3和硫元素。催化型活性炭只对H2S及含硫有机臭味气体去除率高,对污水厂产生的其它臭味物质去除率不是很高,因此此方法较适宜用在污水泵站除臭中。

  3.4臭氧氧化法

  臭氧氧化法是利用臭氧强氧化剂,使臭气中的化学成份氧化,达到脱臭的目的。臭氧氧化法有气相和液相之分,由于臭氧发生的化学反应较慢,一般先通过药液清洗法,去除大部分致臭物质,然后再进行臭氧氧化。

  臭氧对臭味物质氧化分解反应式如下:

  R3H→R3NOO2

  H2SO3→SH2OO2(主反应)→SO2H2O(副反应)

  CH3SHO3→[CH3SSCH3] →CH3SO3HO2

  3.5燃烧法

  燃烧法有直接燃烧法和触煤燃烧法。根据臭气的特点,当温度达到648,接触时间0.3 s以上时,臭气会直接燃烧,达到脱臭的目的。

  3.6纯天然植物提取液喷洒技术

  采用雾化设备将纯天然植物提取液喷洒形成具有很大比表面积的小雾粒,吸附空气中的臭气分子进行反应或催化与空气中的氧气反应,生成无味、无二次污染的产物。

  3.7生物除臭法

  生物除臭法是通过微生物的生理代谢将具有臭味的物质加以转化,达到除臭的目的。目前国内外污水处理厂采用生物法处理臭气的方法主要有土壤处理法和生物滤池法等,除臭效果较好[2]

  a)土壤处理法:是利用土壤中的有机质及矿物质将臭气吸附、浓缩到土壤中,然后利用土壤中的微生物将其降解的方法。由穿孔管构成的空气分布系统位于生物土壤底部,收集的臭气藉风机进入穿孔管,然后缓慢的在土壤介质中扩散,向上穿过土壤介质,并暂时的吸附在载体表面或吸附在微生物表面,或吸附在薄膜水层中,然后臭气被微生物吸收,参与微生物代谢,臭气被转化成CO2H2O。土壤扩散层由粗、细石子及黄沙组成,可以使臭气均匀分布。土壤法具有设备简单,运行费用极低,维护操作方便的优点。表3列出了一些土壤床的参数及处理臭气的效率。

  表3   土壤床的应用和运行

地点

场合

土壤床面积(m2

填料

停留时间(min

报导的去除率

Burwood 海滩

污水厂的滴滤池

540

树皮,土壤,泥炭,肥料

2

99

多伦多

污水厂进水部分

50

树皮,土壤,泥炭,肥料

4.5

99

Griffith

提升干管

64

肥土,土壤

大约 7

98.7~99.9%

Quakers山脉

污水厂进水部分

50

米壳,泥炭,污泥,肥料

无数据

无数据

Manukau,新西兰

污水厂滴滤池

3500(近期扩建)

铁渣,土壤

1.5

无数据

工业生产厂,悉尼

废水处理的进水部分

45

肥料

8.5

无数据

b)生物滤池:生物滤池法是把收集的臭气先经过加湿处理,再通过长满微生物的、湿润多孔的生物滤层,臭气物质被填料吸收,然后被微生物分解成二氧化碳和其它无机物,从而达到除臭目的。生物滤池法工艺流程为:臭气收集风管输送抽风机预洗池加湿生物滤池排气。滤池填料可采用海绵、干树皮、干草、木渣、贝壳、果壳及其混合物等[3]。生物滤池的缺点是占地较大。其优点是较经济,来自天然的富含有机成分的多孔渗水填料构造简单,操作方便,无需液体循环系统。

  4.除臭工艺方案比选

  根据以上各种脱臭方法的分析,O3氧化成本偏高、管理复杂,水洗法效率不高且不彻底,燃烧法理论上可行但与本工程难以衔接,活性炭吸附法设备投资高,管理复杂,运行成本高。因此可用于污水处理厂除臭的方法为化学脱臭法、植物提取液除臭法、生物除臭法。

  根据我们收集的数据比较,国内目前采用的除臭方法中,化学洗涤方法比较贵,而且日常的运行费用也较大;植物提取液投资较低,运行费用较高,且植物提取液目前尚无国产须全部依赖进口;因此安庆市城东污水处理厂可考虑生物除臭工艺,其中生物滤池除了占地大的缺点外,随着国产设备的运用,其投资具有可比性,而且运行费用主要是电费、填料的补充费用;土壤法除臭除了占地大的缺点外,投资适中,运行管理简单,运行费用主要是电费。综上所述我们对安庆市城东污水处理厂除臭工艺选取生物滤池法和土壤处理法进行比选:

  表4      生物除臭方案比较

除臭方法

土壤法除臭

洗涤生物滤床过滤联合除臭

除臭效果

H2S去除率>99%,其它臭味物质去除率>95

H2S去除率>99%,其它臭味物质去除率>95

堵塞情况

不堵塞

不易堵塞

耐冲击负荷

耐冲击

不耐冲击

温度、湿度影响

有影响

有影响

滤料使用寿命

20

58

能耗

最低

较低

运行管理

最简单

简单

环境美化

 

  从上表可以看出土壤法除臭具有除臭效率高、使用寿命长、能耗低、运行管理简单、运行费用低等优点,因此本工程推荐采用土壤法除臭。

  5臭气收集系统选择

传统的污水池加盖收集的方式有两种:(1)普通碳钢骨架+阳光板;(2)不锈钢骨架+玻璃钢板。如下图所示:

普通碳钢骨架+阳光板(适用于应急工程)

不锈钢骨架+玻璃钢板(适用于小跨度工程)

传统结构所带来的弊端,钢构部分不可避免地放在收集罩内侧,废气收集罩内气体浓度成倍增加,阳光辐射下温度很高,热量不能散发,整个废气收集罩内相当于一个高腐蚀反应环境,普通碳钢极易腐蚀,即使是不锈钢材质,防腐性能也得不到保障。

(阳光板的老化)

(紧固件的锈蚀)

理想的臭气收集系统形式是要找到一种最佳的覆盖材,能保证防腐蚀性,气密性,结构安全性,而且要使钢结构骨架包括节点连接件完全与腐蚀性环境隔绝。基于以上思路,提出钢支承反吊膜结构臭气收集系统。

钢结构反吊膜结构臭气收集系统的优点介绍:(1)结构的耐久性;(2)结构的安全性;(3)结构工艺的便利性;(4)结构的美观性;(5)结构的经济型。

(结构的耐久性)

成功案例-废水池(直径55m圆池,共10个)

此工程选用法国FERRARI公司的膜材产品,在使用和安装前采集了膜材的样块进行了彻底的分析并进行了10年的观测,这些试验肯定了膜结构,完全适合废水处理环境。

生产商同时针对化学品对膜材的破坏老化影响进行了分析,试验包括:

1)超常时间浸泡在含有NH3H2S04的不同水溶液中。

2)在浸之前和之后检测抗拉强度的变化,以评估面料的机械性能的变化。

3)抗水解作用:严格按照NFG37122

经过以上防腐试验的验证,能提供详细的防腐耐久性报告,具有1015年的品质保证。 

“反吊”既充分发挥了膜材的抗腐蚀性能,又从根本上解决了钢结构与腐蚀性气体接触带来的腐蚀问题,因而钢构件可以按普通建筑结构等级考虑,具有50年的使用寿命,充分发挥了钢结构的结构性能,实现了结构骨架与覆盖材性能的完美结合。

(结构的安全性)

钢结构反吊膜结构体系对荷载的抵抗能力更强。常见的结构荷载主要为自重,风载,雪载和地震作用。

1)自重

膜材自重一般只有1kg/m2左右,属于轻质高强的材料,对于大跨度的池体如沉淀池等尤为适合,从最大程度上减小了自重荷载的影响。

2)风载

膜的形状多为圆锥体,而且由于气体收集的要求整体都为封闭的,风会从曲线的膜材表面滑过,参照《建筑结构荷载规范》中的规定它的体形系数的值在0.5~0.8,风洞试验的数据则更小些,这样结构从体型上削弱了风载对结构的影响。  

3)雪载

雪载可通过膜体自身的坡度使其大部分滑落。

4)地震作用

由于膜自身很轻,而且结构属于柔性体系,自振周期长,根据公式地震惯性力I(t)=-m[ÿg(t)+ ÿ(t)]可见当质量m较小,自振周期t较大时,地震作用很小,因此可以大幅度地减少地震作用的影响。

(结构工艺的便利性)

安装的快捷便利  钢结构和膜体的加工都在工厂进行,现场安装时间很短,减少了对场地的占用,同时加工质量得到有效保障。对旧池改造项目可以采取结构整体吊装的方案,不影响池体内部的设备运转。 

使用期间检修便利,留垂直段二次膜和开推拉门

(结构的美观性)

1)造型多样

2)透射率高,光学效果好

3)表面涂层自洁性能好

4)钢构力感美和膜材曲线美相得益彰

(结构的经济性)

普通碳钢骨架+阳光板

 

不锈钢骨架+玻璃钢板

 

 

普通碳钢骨架(反吊)+膜材

结论

由上表可见,作为短期投入(3年)经济性考虑,普通碳钢+阳光板的结构形式是相对经济的,但从长期投入(15年)经济性考虑,普通碳钢(反吊)+膜材的结构形式的经济性远远超出其它两种结构,而且二次更换只需要更换膜材部分,而其它两种结构需要整体更换。废气治理作为一个长期行为,从深远的意义上讲钢结构反吊膜结构体系应是首选。

综上所述,气体收集领域在我国还是一个较新的课题,欧洲的发展已趋成熟,其中钢结构反吊膜结构体系得到广泛地应用。

在我国传统的气体收集体系已经制约了气体治理的发展,钢结构反吊膜结构体系将是解决这个问题的有效途径。

 安徽远东环保节能科技有限公司

二〇一二年三月