污水廠生物過濾除臭工藝及工程設計實例

隨著對污水廠周邊環境要求的提高，污水廠除臭處理已成為業界關注的焦點。本文介紹了污水處理廠惡臭物質的成分、來源及生物除臭的原理，并以某污水處理廠除臭工程為例，介紹了生物過濾除臭工藝氣體收集、處理系統。

近年來，生物脫臭技術(尤其是生物過濾除臭技術)以其工藝相對成熟、基建費用低、操作維護簡單、污染物凈化徹底且處理效果好等特點而在實際應用中逐漸推廣，已成功應用于治理污水廠、公共區域的惡臭以及對VOC和有毒氣體排放物的去除，已成為城市污水處理中臭氣處理的主流工藝。

污水處理廠的臭氣成分分為三類：

①含硫化合物，如H₂S、硫醇、硫醚類；

②含氮化合物，如氨、胺類、酰胺、吲哚等；

③含氧有機物，如醇、酚、醛、酮、有機酸等。

其中H₂S、NH₃，是臭味的主要組成成分。經德國工程師協會調查，各處理工段產生的臭氣與氣味值如表1所示。

在采用二級生物處理工藝的污水處理廠中，一般包括粗格柵、提升泵站、細格柵及沉砂池、生物反應池、二沉池、消毒池等構筑物，其產生的污泥一般在廠區內貯存、濃縮、脫水，有的還要進行消化穩定處理。

從表1可以看出，污水前處理部分(格柵井、提升泵房集水池及沉砂池)和生物反應池中的厭氧段和污泥處理部分(貯泥池、脫水問等)是除臭的重點。

Ottengraf等提出了生物膜理論，并建立了模型來描述低濃度有機廢氣的凈化過程。孫石等較早地在國內介紹了Ottengraf模型，并認為惡臭氣體在生物濾池中的吸附凈化一般要經歷以下幾個步驟：

①廢氣中的有機污染物首先同水接觸并溶解(或混合)于水中，即由氣膜擴散進入液膜；

②溶解(或混合)于液膜中的有機污染物在濃度差的推動下進一步擴散到生物膜內，進而被其中的微生物捕獲并吸收；

③進入微生物體內的有機污染物在其自身的代謝過程中作為能源和營養物質被分解，最終轉化為無害的化合物。

在凈化過程中，總吸收速率主要取決于氣、液兩相中的有機污染物擴散速率(氣膜擴散、液膜擴散)和生化反應速率。

以某污水處理廠一期生化池加蓋除臭工程為例，介紹污水處理廠惡臭氣體的生物過濾工藝設計。該污水處理廠一期設計規模為20×10⁴m³／d，采用改良A²／O工藝。

①主要惡臭物質濃度設計值

H²S濃度為0．75～1．50 mg/m³，NH3濃度為0．50～2．83 mg/m。，臭氣濃度(氣味值)為250～4 000。H₂S原始設計濃度為1．50 mg/m³，NH₃原始設計濃度為2．83 mg/m³。

②除臭排放標準

由于該污水廠位于城市商業、交通、居民混合區，屬環境空氣質量功能二類區，根據《環境空氣質量標準》(GB 3095—1996)的規定，其環境空氣質量執行二級標準。

臭氣處理后排放根據《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)、《惡臭污染物排放標準》(GB 14554—93)、《工作場所有害因素職業接觸限值》(GBZ 2．1—2007)的要求，按照從嚴的原則確定除臭排放標準如下：H₂S≤0．06 mg／m³，NH₃≤1．50 mg／m³，CH4≤1 mg/m³，甲硫醇≤0．007 mg/m³．甲硫醚≤0．07 mg／m^。，二甲二硫≤0．06 mg／m³．臭氣濃度(氣味值)≤20。

加蓋設計

除臭工藝的第一個重點是建立臭氣收集系統，理想的臭氣收集系統是對臭氣污染源在最小的范圍內進行封閉和直接收集。為了減少臭氣對周圍環境的影響，設計中對產生臭氣的改良A²／O生物處理池等構筑物采取了加蓋封閉措施。具體做法是在構筑物水面上加一個高度≤1 m的蓋，將污水水面罩住。

加蓋材料有多種，在綜合考慮投資、耐腐蝕性、可靠性和美觀性的基礎上，加蓋材料采用進口玻璃鋼。

風量計算

污水廠臭氣量的計算基本上有下列幾種方法：①根據水面積確定臭氣量；②對構筑物整體加蓋，根據臭氣空間容積確定脫臭氣量；③對水池局部加蓋，根據開口面積和風速確定脫臭氣量；④根據設備臺數確定脫臭氣量。

本工程的風量根據臭氣空問容積和換氣次數確定，換氣次數根據室內是否進人確定取值范圍：不進人或一般不進人的地方，換氣次數約為2～3次／h：有人進入，但工作時間不長的，換氣次數約為2～3-5次／h；有人長時間工作的空間，換氣次數為4～8次／h。

本設計根據臭氣空間，按換氣次數為2次／h再疊加曝氣量確定臭氣量。該污水廠A2／O生化池加蓋后臭氣空間為17 500 m³，曝氣量為35 000 m³／h．則生化池處理氣量按70 000 m³／h來考慮。

生物除臭濾池由臭氣收集系統、加濕系統、生物填料系統、原水輸送、濾液排放等幾部分構成。

設計參數的確定

為了保證設備的正常運行和對惡臭物質的高效去除率，工藝參數的選擇和確定是極為重要的。

一般生物除臭濾池的主要設計參數如表2所示。

根據污水處理廠生化池臭氣量及臭氣處理設施的建設情況，本工程設置2套生物濾池除臭裝置，每套處理臭氣能力為35 000 m³／h。具體設計參數如下：

生物濾池高度為2．5 m；濾池表面負荷為176．8m3／(m。．h)；停留時間為50．9 s；填料高度為0．8m；生物濾池尺寸為18．0 m×11．0 m×2．5 m；風機Q=20 000 m³／h，H=2 kPa，N=15 kW，2臺。

填料選擇

生物濾池的最主要組成部分是填料，微生物在惡臭氣體處理實際工程中應用效果的優劣，與所用填料有密切關系，不同的填料具有不同的特性，適用于不同的場合。目前，廢氣生物處理的填料主要為有機和無機兩大類。無機填料主要有沙子、碳酸鹽類、各種玻璃材料、沸石類、陶瓷、活性炭等，有機填料多為土壤、堆肥、碎木屑、樹皮、樹葉、聚丙烯小球、塑料環等。

若選擇填料不合理，則不僅不能達到既定的使用目標，甚至可使整個生物處理過程失敗，會導致不必要的損失。選擇填料有以下要求：①應具有一定的結構強度及耐腐蝕性；②具有較大的比表面積，可給微生物提供充分的附著及與污染氣體接觸的面積；③應具有較好的表面性質，要有親水性，便于微生物和水附著；④應具有足夠的孔隙率供微生物生長，確保供氧充足；⑤無毒，化學性質穩定。

本工程選用聚丙烯鮑爾環作為微生物附著生長的填料，規格為ф25 mm×25 mm×1．2 mm，堆疊高度在800 mm左右。這種填料具有機械強度高、密度小、比表面積大(>175 m²／m³)、孔隙率高、透氣性好、壓力損失小、沒有異味、耐腐蝕等優點，而且填料環上衰老的微生物膜易脫落，微生物更新速度快；填料環的內表面容易被液體潤濕，保水性強，便于控制濕度和減少噴淋水的用量。

溫度

生物濾池的操作溫度為25～35℃(微生物生長的最佳溫度為25～35℃)，一般而言，在適宜的生長范圍內，溫度每下降或升高10℃，微生物的生長速率將降低或提高1～2倍，則其對惡臭物質的去除效率也將相應地降低或提高，為保證良好的處理效果，對生物濾床進行了保溫，以保證濾床和微生物的熱量不散發出去，同時對進氣進行電加熱升溫，根據進氣量，配備合適的電加熱功率，以確保空氣溫度維持在10℃以上，保證微生物的良好生長。

濕度

水分不僅是微生物生命活動的必要成分，而且也是吸收廢氣進而被微生物利用的溶劑，因此要求臭氣有一定的濕度。生物濾池濕度太低則水溶性惡臭物質難以及時進入液相，且填料易干燥，降低床內生物活性，既影響了整體除臭效率，又使得代謝產物不易排出濾池。但是生物濾池的濕度過高又會使得傳質效率受到影響，且會導致氣體穿過阻力增大，甚至還可能造成局部厭氧而影響除臭效率。本工程在生物濾池內設計有噴霧加濕區，使臭氣進入生物氧化區前相對濕度達到90％以上，完全滿足生物濾池的需要。另外在生物濾床上方也增設散水裝置，便于填料接種時將菌種均勻投加到填料上。

pH值

生物濾池中的大部分微生物在接近中性的環境下生物活性高，惡臭的去除效率也高。在一些情況下，處理含H₂s氣體時會產生酸性副產品(如H₂SO。),則生物濾池內pH值會下降，濾池內微生物的活性受到影響，從而降低惡臭物質的去除率。故在濾池內設置pH值控制器監控pH，通過生物濾池上方的散水裝置添加堿液以調整pH值為6～8。

營養成分

微生物新陳代謝過程中除了碳元素外，還需要氮、磷、鉀和痕量元素。當惡臭氣體不能提供足夠的養分時還需要投加營養成分來滿足微生物的生長。設置在濾池上方的散水裝置在濾池內營養成分不足時也可為濾池提供營養成分。為了使對污染物質的去除能力達到最大化，營養物質的供應在種類與數量上應能保證微生物的活性，其具體的添加數量與頻率可參考惡臭氣體中的碳含量并結合實際運行情況來確定。試驗表明，較高的營養水平可以使濾池快速啟動，并能提高其在穩定階段的去除能力。Gribbins和Loehr認為，只有當氮碳比≥0．01時生物濾池才能達到最佳的去除效果。

該污水處理廠生物濾池除臭工程已建成并投入運行，現設備運轉正常，在污水廠周邊基本上聞不到臭味，對生物濾池排放氣體進行了多次監測，H₂S的濃度為0．04 mg/m³，NH₃，濃度為1．0 mg／m³，廠區邊界臭氣濃度為10，達到了國家二級排放標準。由于對濾池采用了保溫措施，即使在冬季，H₂S和NH₃濃度也分別維持在0．05～0．06 mg／m³ 和1．20～1．30 m∥m³，廠區邊界臭氣濃度<20，也同樣達到了國家排放標準。

污水廠運行實踐表明，生物除臭濾池具有去除率高、不存在二次污染、運行成本低、管理方便等優點，該工程為國內城市污水處理廠惡臭氣體的控制提供了良好的借鑒。當然，生物濾池法除臭也有其相應的缺點：占地面積大；對環境變化敏感；耐沖擊負荷的能力差；操作復雜，運行管理要求高等。還需根據具體情況選擇適當的除臭方法。