目前,污水处理厂除臭已普遍受到人们的重视。由于城市化进程的加快导致城市用地日益紧张,已建或新建的城市污水处理厂周围往往都有人口密集的居民生活区或公共活动区,但多数已建污水处理厂没有除臭措施或除臭设施不完善。随着城市污水处理厂恶臭污染的控制法规和对策的日益完善,建设污水处理厂的除臭系统势在必行。
无锡市城北污水处理厂进行二期工程扩建时,由于进水水质的变化,在原污水处理工艺流程中增设了厌氧水解预处理,新增近1m左右水头,且采用布水器布水的升流式污泥床水解池对细格栅的要求较高,一期工程已建旋流沉砂池无法满足要求。因此,二期工程新设转鼓式细格栅及平流沉砂池1座和升流式污泥床水解池2座。新增的该预处理区距离城市主要道路锡港路及周围居民较近,为了消除其产生的恶臭对周围居民的影响,设计增设了除臭系统。
1污水处理厂臭气来源
污水处理过程的臭气产生源主要分为污水处理系统和污泥处理系统。一些研究表明,城市污水处理厂的恶臭源主要分布在进水预处理区(进水泵房、格栅、沉砂池和厌氧水解池)以及生物反应中的厌氧调节池和污泥处理部分(浓缩池、储泥池和脱水间等)[1]。由于城北污水处理厂提升泵选用潜水排污泵,对地面以上进行加盖处理,有效防止了臭气的溢出,而污水生化用长泥龄的氧化沟工艺,其有机负荷低,一般可不考虑除臭措施。
另外,污泥脱水机选用高效加密封罩的脱水机,臭气浓度也较低。因此,除臭的重点为离厂界周围居民较近的平流沉砂池和水解池。
2恶臭物质浓度设计值及排放标准
2.1主要恶臭物质浓度设计值
H2S0.75~1.50mg/m3,NH30.5~1.0mg/m3,臭气浓度(气味值)100~1000。
2.2除臭排放标准
由于城北污水处理厂位于广益村居民、办公混合区,环境空气质量功能属二类区,根据 环境空气质量标准(GB3095!1996)的规定,其环境空气质量执行二级标准。
臭气处理后厂界排放需满足 城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918!2002)、 恶臭污染物排放标(GB14554!93)及恶臭物质小感知浓度(臭阈值)的要求。据此确定除臭排放标准如下:H2S#0.00047mg/m3,NH3#0.1mg/m3,甲硫醇#0.0021mg/m3,甲硫醚#0.07mg/m3,二甲二硫#0.06mg/m3,臭气浓度(气味值)#20。
3除臭工艺的选择
除臭工艺方法可以分为吸收吸附法和燃烧法两大类,常见的方法有化学除臭法、活性炭吸附除臭法、氧离子基团除臭法、燃烧除臭法、纯天然植物提取液喷洒除臭法和生物除臭法等。
3.1化学除臭法
化学除臭法是利用化学介质(NaOH、NaCl或NaClO)与H2S、NH3等无机类致臭成分进行反应,从而达到除臭的目的。该法对H2S、NH3等的吸收比较彻底,速度快,但对硫醇、挥发性脂肪酸或其他挥发性有机化合物的去除比较困难,不能保证完全消除异味。
3.2活性炭吸附除臭法
活性炭吸附除臭法是利用活性炭能吸附臭气中致臭物质的特点,在吸附塔内设置各种不同性质的活性炭,致臭物质和各种活性炭接触后,排出吸附塔,达到脱臭的目的。活性炭达到饱和后,需通过热空气、蒸汽或NaOH浸没进行再生或替换。活性炭的再生与替换价格较昂贵、劳动强度大且再生后的活性炭吸附能力降低。
3.3氧离子基团除臭法
氧离子基团除臭法是利用高压静电装置,在新风补给空气中产生氧离子基团,在常温常压下将恶臭物质分解成CO2、H2O和H2SO4或是部分氧化的化合物的方法。
3.4燃烧除臭法
燃烧除臭法有直接燃烧法和触煤燃烧法。根据恶臭物质的特点,在控制一定的温度和接触时间的条件下,臭气直接燃烧,达到脱臭的目的。
3.5纯天然植物提取液喷洒除臭法
该除臭法的原理是将一些特殊的植物提取液雾化,让雾化后的分子均匀地分散在空气中,吸附空气中的异味分子,与异味分子发生分散、聚合、取代、置换和合成等化学反应或催化与空气中的氧气反应,使异味分子发生变化,改变原有的分子结构,使之失去臭味。反应的后产物为H2O、氧和氮等无害的分子。
3.6生物除臭法
生物除臭法是通过微生物的生理代谢将恶臭物质加以转化,达到除臭的目的。目前多采用生物滤池法。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,利用微生物细胞对恶臭物质的吸附、吸收和降解功能以及微生物细胞个体小、表面积大、吸附性强和代谢类型多样的特点,将恶臭物质吸附后分解成CO2和其他无机物。
根据以上各种脱臭方法的分析,化学除臭法必须配备较多的附属设施,如药液贮存装置、药液输送装置和排出装置等,运行管理较为复杂,运行费用较高,与药液不反应的恶臭物质较难去除,效率较低。活性炭吸附除臭法、燃烧除臭法和氧离子基团除臭法设备投资高,管理复杂,运行成本高。而植物提取液喷洒除臭法虽然运行费用较高,但投资较低、运行管理简便灵活且见效快。生物除臭法虽然占地面积较大,但投资适中且运行管理简单。因此,城北污水处理厂除臭的方法选用植物提取液喷洒除臭法和生物除臭法。
4除臭工艺方案的确定
除臭工艺方案的确定不仅要考虑投资的经济性、工艺的可靠性,还必须考虑与工程现场情况的互适性和操作运行的便利性。
4.1平流沉砂池除臭工艺
由于平流沉砂池上有转鼓式细格栅、螺旋输送机、行车式吸砂机和闸门等设备以及相应的电缆桥架、控制柜等,如果进行密封加罩则必须采用加高罩的方式,一来增加了除臭空间,增大了除臭气量;二来臭气中的酸性物质会对钢制件造成腐蚀;且密封罩内的操作环境不佳会给操作人员带来不利的影响。针对上述情况同时考虑到平流沉砂池占地面积较小,确定对其采用植物提取液喷洒除臭法。
4.2水解池除臭工艺
水解池占地面积较大,单座平面尺寸为56.0m∃33.6m,共2座,除臭气量较大。若采用植物提取液喷洒除臭法,则异味控制面大、投资偏高。由于生物滤池法除臭具有除臭效率高、使用寿命长、能耗低、运行管理简单和运行费用低等优点,因此水解池确定采用生物滤池法除臭。
5除臭系统的工程设计
城北污水处理厂有以下构筑物需要进行臭气的收集和处理:%平流沉砂池;&厌氧水解池。除臭系统由臭源密封系统、臭气收集及输送系统和臭气处理系统3大系统组成。
5.1平流沉砂池除臭系统工程设计
平流沉砂池采用植物提取液喷洒除臭法,不需要安装臭源密封系统和臭气收集及输送系统,只需要臭气处理系统。
植物提取液喷洒臭气处理系统分为除臭控制装置系统和雾化喷嘴装置系统。在平流沉砂池上产生异、臭味的主要工作区域范围内按照现场实际,设计安装1套ECOLO的LCU10天然植物提取液除臭控制系统装置和10个雾化喷嘴装置系统,控制系统由控制装置、时间控制器、程序控制器、高级真空泵分气系统、稳压系统和气液导管等组成;雾化系统由AG9喷嘴、溶液桶、止回阀和送料管组成。植物提取液通过泵输送到各个喷嘴,经喷嘴雾化出来的植物提取液分散在空间,交错相向喷洒,对格栅区域和沉砂区域空间的异味进行分解,使平流沉砂池中不断挥发出来的臭气在没有散发到周围之前予以分解消除。同时根据臭气产生的特点,随时调节控制器的操作参数,通过3个雾化时间控制组成的电路系统(程序控制和时间控制器),可使它形成一个连续工作或间隔雾化的工作状态以达到佳除臭效果。
除臭控制系统装置外形尺寸:247.7mm∃381.0mm∃273.1mm,功率260W;雾化喷嘴装置系统安装高度距地面2.0m。
5.2水解池除臭系统工程设计
5.2.1臭源密封系统
对任何一个高效的恶臭控制和处理系统而言,臭源密封系统都是一个极为重要的关键要素。因为该系统从源头决定了恶臭控制和处理系统的处理大小。由于水解池的土建先于臭源密封系统建设,故在池顶加设钢骨架(热镀锌防腐)外罩阳光板(采用铆钉方式连接)的形式,密封盖基本与水解池顶齐平(略呈弧形)。考虑到本次设计的升流式污泥床水解池内无需起吊的设备,采用了净高约0.5m的矮罩,将操作走道、池顶布水器和检测仪表等露在外面,这样既缩小了除臭空间、减小了除臭气量,同时为操作人员创造了良好的操作环境,而且延长了设备和加罩材料的使用寿命。为便于业主检修以及构筑物的日常维护工作,布水器、出水堰及槽上面铺设活动密封盖板。
5.2.2臭气收集及输送系统
与臭源密封系统一样,作为恶臭控制和处理系统的一个重要组成部分,臭气收集及输送系统设计也是一个极为重要的关键要素。臭气收集及输送系统设计得合理与否很大程度上影响着整个恶臭控制和处理系统的处理效果。
(1)除臭风量计算
单座水解池的尺寸为56.0m∃33.6m,密封罩平均净高为0.5m,两座池除臭的总空间约为1900m3换气次数2次/h,系统设计除臭风量为4000m3/h。
(2)收集风管的选择
利用升流式污泥床水解池每池上部的28条出水槽和1条出水总渠作为臭气的集气通道,由总出风口引风至450mm引风总管,在抽风机的作用下,将臭气收集入生物滤池。
(3)风机的选择
风机风量为系统设计除臭风量(4000m3/h),风机风压包括风机前收集管道的风压损失约500~800Pa,除臭设备的阻力损失约800~1000Pa,尾气收集及排放阻力损失约200Pa,考虑20%的其他压降,则设计出口压力为2400Pa。选用离心式高性能不锈钢风机1台,风机风量为4000m3/h,出口风压为2600Pa,转速为2900r/min,功率为5.5kW。
5.2.3臭气处理系统
(1)填料选择
生物滤池的主要部分是填料。一种好的填料必须满足:容许生长的微生物种类多;供微生物生长的表面积大;营养成分合理(氮、P、K和痕量元素);吸水性好;自身的气味少;吸附性好;结构均匀孔隙率大;价格便宜;腐烂慢(运行时间长、养护周期长)。单成分填料一般只满足上述的部分要求,配方合适的多成分混合物可以较全面地满足要求。设计采用的生物滤池除臭装置采用多种惰性填料配合多种有机质以特定的比例完全混合,满足了生物填料所需要的各种条件,具有比表面积大、孔隙率高、吸水性好和微生物承载量大等优点。
生物滤池填料的堆放高度取决于所要求的停留时间和表面负荷。工程上填料高度一般为1.00~1.25m,低高度可以为0.50m;表面负荷一般为100~150m3/(m2∀h),大可达200m3/(m2∀h)。设计填料高度和表面负荷分别为1.25m和150m3/(m2∀h)。
(2)尺寸确定
设计接触时间为30s,表面负荷取150m3/(m2∀h),设备总长包括加湿区长0.40m、隔板间距0.20m和滤床长8.40m,计9.00m。设备总高包括出口段0.60m、散水段0.30m、滤床1.25m、配气0.20m和排水0.25m,计2.60m。将加湿区与生物滤池组成一体,其设备外形尺寸为9.00m∃3.20m∃2.60m。
(3)温度控制
较低的温度有利于恶臭物质被填料表面的生物膜吸收,但会影响微生物的生长;而在较高的温度下恰恰相反。生物滤池的操作温度在10~45∋,佳温度在25~35∋。设计采用对除臭装置进行保温,保证池体内滤床和微生物的热量不散发出去。同时,对进气进行电加热升温。根据进气量、无锡地区的低气温(-5∋),匹配合适的电加热功率(18kW),可将空气温度升高到不低于10∋,保证微生物良好的生长。并将电加热设计成2组,由温度控制系统对电加热装置进行分组控制,既保证合适的气体温度,又尽可能降低能耗。
(4)湿度控制
对于生物滤池的运行来说,由于恶臭物质要先被液相吸收并被微生物氧化,所以要求保持臭气有一定的湿度。生物滤床湿度太低则水溶性恶臭物质难以及时进入液相,且造成填料易干燥,降低床内生物活性,既影响了整体除臭效率,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。
本次采用的生物滤池除臭装置设计有喷雾加湿区,在臭气进入生物氧化区前进行喷雾加湿和洗涤气体。由于采用高扬程的循环泵和高质量的喷雾喷嘴,使臭气得到高效、充分的洗涤和加湿,进入生物氧化区的臭气相对湿度达到90%~100%,完全满足了生物滤池的需要。
另外,在生物氧化区上方增设散水装置,便于菌种接种时直接将菌种稀释液投入滤床。并可通过PLC控制设置定时定量的散水,以保证滤床保持合理的湿度。
6设计特点
无锡市城北污水处理厂除臭系统已运行近1年,经过测试除臭效果完全满足设计要求。其设计特点如下:
(1)针对平流沉砂池上设备较多且必须为工作区的特点,采用无需密封的植物提取液喷洒除臭法;对于厌氧水解池,由于表面积和除臭气量较大,采用生物滤池法除臭。
(2)由于厌氧水解池顶无设备且密闭区间为非工作区,设计采用钢骨架外罩阳光板的低加罩形式,缩小了除臭空间、减小了除臭气量,并创造了良好的操作环境。
(3)利用升流式污泥床水解池上部的出水槽和出水总渠作为臭气的集气通道,可有效保证集气的均匀,同时可大大减少集气支管的数量。（无锡市政设计研究院有限公司）
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