城市污水处理厂恶臭气体治理的工程设计.pdf

1 目前，我国城市污水处理厂的建设很少考虑臭气的处理问题，但随着人民生活水平的提高，对环境质量的要求越来越高，对恶臭气体所带来的污染也更加敏感，有关污水处理设施臭气影响市民生活质量和健康的投诉案例屡见报端，呈上升的趋势。在污水处理过程，保护和提高处理现场及周围的环境，减少恶臭影响，如何对恶臭进行有效控制已成为急需解决的课题。与工业废气相比，城市污水处理厂臭气具有 2 个显著特点：(1)污染物成分复杂。主要包括硫化氢(臭鸡蛋味)、氨(氨味)、甲硫醇(烂洋葱味)、胺类(鱼腥味)、二胺(腐肉味)、粪臭素(粪便味)等，另外还含有少量的硫醚类、酞胺类、芳香烃、醇、醛、酮、酚以及有机酸等物质。(2)产生量变化大。即使在同一污水处理厂中各单元产生的臭气也随水量、水质、气候条件、操作参数等因素的变化而变化。恶臭广泛地产生于工农业生产，市政污水，污泥处理以及垃圾处置过程。恶臭公害有损于周围环境。某些恶臭气体被归类为有毒污染物，其排放受到有关空气污染法规的约束。该类有毒气体不在本文的讨论范围内。本文着重讨论污水厂用 A2O 工艺处理污水过程产生的令人讨厌的臭味，能使人们的心理，感官造成不愉快的气体。中华人民共和国国家标准-恶臭污染排放标准 GB1455493 定义恶臭为：一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损坏生活环境的气体物质。为了保护和提高各类处理现场及周围环境卫生质量，减少对空气造成二次污染，对恶臭进行有效的控制已势在必行。广州某水厂采用A2O工艺，日处理水量 10 万吨。处理流程如下:水区：进水 格栅 平流沉砂池初沉池生化反应池 二沉池出水 泥区：污泥浓缩池贮泥池脱水机房 2 因为污水处理厂的规模大，故在进水泵房和隔栅当中有过量的恶臭气体排出，同时污泥浓缩池和污泥消化池也有大量的恶臭气体排出，人对 H2S 的嗅觉阀值很低只有0.0005mg/m3。根据国家要求，必须对污水处理厂产生的臭气进行处理而达到国家规定的标准排放，鉴于此，我们拟对上述的单元产生的臭气进行加盖收集，并用鼓风机把空气抽出再通过管道输送到生物滤池进行处理，以达到国家排放标准。格栅井上方搭建收集仓，对臭气进行有效收集；在曝气沉砂池和污泥浓缩池上方覆盖一层面板，为防止恶臭气体在系统运行过程中向大气的扩散，整个处理系统设计成全封闭负压系统；收集系统考虑在污泥脱水机房内布风管，设置吸风口收集。污水处理工程中产生的恶臭成分是由蛋白质、脂肪、碳水化合物的微生物呼吸、发酵过程的产物和不完全产物，一般分为三类：(1)含硫化合物硫化氢、甲硫醇、甲基硫醚等；(2)含氮化合物氨三甲胺；(3)碳、氧或碳、氢、氧组成的化合物低级醇、醛、脂肪酸。城市污水处理厂产生恶臭的污染源主要有进水部分和污泥处理部分，即进水格栅、曝气沉砂池、曝气池、污泥浓缩池及最终贮泥弛等工序。恶臭主要由氨气、硫化氧、硫醇、VFAs、VOCs 等组成：(1)氨气 氨气在污水中的浓度通常不高，主要由污水中的固体颗粒经过厌氧消化和好氧消化而产生。厌氧消化池一般在液氨的质量浓度为 5001 500mgL 条件下运行。在通常 pH 值条件下，氨气在水中的溶解度很大；但当 pH 值升高时，氨气变得容易挥发，所以在使用苛性碱(石灰)作为调节剂的污泥处理过程产生的废气流中的氨浓度通常很高。(2)硫化氢 硫化氢是污水在缺氧(腐败)条件下产生的。当污水中的溶解氧很少或为零时，污水中的细菌(如：脱硫苗)会将硫酸盐或硝酸盐作为它们的氧源，随后将硫酸盐还原成亚硫酸盐和硫化物，进而产生硫化氢气体，尤其在 pH 值较低的情况下。硫化氢 3 也普遍存在于未经消化的泥流中。(3)硫醇 硫醇和其他含硫的污水气态化合物(如：二硫化碳、甲基二硫化物、二甲基二硫化物)由于在低浓度极限时也可以产生强烈的恶臭，而成为污水处理厂恶臭控制的难点。这些含硫气态化合物和硫化氢产生的途径相同，且存在于同样的废气中。(4)VFAs(挥发性脂肪酸)VFAs 是有机物在缺氧或厌氧条件下分解产生的，包括丁酸(臭鼬味)、乙酸(醋)和丙酸。它们的特点是恶臭阚值低+强度大、VFAs 是由污泥和污水的分解产生的。在整个处理厂内，只要是氧气浓度低或为零且 pH 值相对较低的地方，都可能产生 VFAs。厌氧消化过程能破坏 VFAs，故在消化污泥废气中的浓度不高。(5)VOCs(挥发性有机化合物)VOCs 包括一系列合成和自然生成的有机化合物，有些是恶臭的，有些是气态有毒物。它们大多数来自工业污染源，且通常是不能进行生物降解的。污水处理工艺中搅动的地方(如：进水工艺和初沉池堰)可以挥发出 VOCs 厌氧消化过程可从污泥中有效去除 VOCs，故在消化污泥废气中的 VOCs 浓度一般较低。10 污水处理系统中污泥可分为好氧区、厌氧区和硫化氢产生区。在好氧区，氧气扩散与消耗维持平衡；而在厌氧区则存在一定浓度的硫酸根来供应硫酸盐还原菌的活动；在硫化氢产生区，硫酸根的浓度由扩散和硫酸盐还原菌的消耗来达到平衡。在污泥中也存在发酵菌，它进行厌氧发酵并产生硫化氢。污水处理厂中各单元恶臭的产生原因如下：(1)预处理装置。该装置中如果进水中含有恶臭物质，或者 BOD 较高则在预处理过程中会散发出恶臭气体。因为高的有机负荷往往造成 水产生亏氧，在厌氧菌作用下会产生大量还原性恶臭物质，水中的恶臭气体就会挥发出来进人到大气中。(2)澄清池。澄清池中由于在中间进水时会有湍动而使恶臭气体挥发出来，同时在出水时多采用溢 流方式，也会使恶臭气体散发出来。(3)生化处理装置。污水处理中一般采用好氧处理，此时恶臭气体的散发也许并不占太大的比例，但在曝气不足或停留时间不够的情况下发生厌氧过程而使其散发的恶臭气体量大大增加。当然，若在污水处理中采用厌氧处理过程，则恶臭气体的发生是不可避免的。(4)污泥浓缩与脱水装置。用压缩、过滤和离心分离等过程来进行污泥浓缩和脱水 4 都会因湍动而引起恶臭气体的排放。(5)枵泥回流装置。在污泥回流到预处理或前面生化处理装置时，由于 DH 的变化和湍动将会引起恶臭气体的排放。(6)堆肥处理装置。在堆肥过程中会由于污泥的厌氧发酵而产生硫化氢、有机硫和氨等恶臭气体,而在该处理过程中多用间歇操作，在处理装置处于开放时将会散发出恶臭气体。污水厂含硫化合物的循环：在污水处理工艺过程中产生气味物质主要由碳、氮和硫元素组成。只有少数的气味物质是无机化合物，例如：氨(NH3)、膦(PH3)和硫化氢(H2S)；大多数的气味物质是有机物，比如：低分子脂肪酸、胺类、醛类、酮类、醚类、卤代烃以及脂肪族的、芳香族的、杂环的氮或硫化物。值得注意的是：这些物质都带有活性基团，容易发生化学反应，特别是被氧化。当活性基团被氧化后，气味就消失，生物除臭工艺就是基于这一原理。一般来说，扩散源废气的成分相当复杂，其气味又是一个不可客观确定的量，它与接受对象的敏感性、心理和生理作用有关。常用嗅觉法的原理是：将待测气体用无味的人造合成空气逐步进行稀释，直到刚好可以闻出气味(嗅阈)时为止，把此时的稀释比作为表示被测气体气味强度的量度，所需的稀释倍数越大，说明气体气味越大。这个稀释比被表示成“气味单位”。存在在污水厂周围以从污水系统中逸散存在，在污水处理过程中以重新回到水中金属硫化物沉淀和氧化形式存在以氧化呼吸作用硫酸盐的硫的存在形式，通常SHSHSOSHSSHSO2224224/5 测量的具体方法如下：从扩散源取来待测气体样品，在稀释仪中用人造空气混和，让最少四个嗅觉健康并经过专门训练的人来闻，并说出是否能闻到气味，一直重复到其中一半的人刚刚能闻到，而另一半的人已不能闻到为止，从仪表上就可以读出稀释倍数，即气味单位。注：图中数值表示各构筑物产生臭气量占总臭气量的比例 图 1.1 德国 100 座污水处理厂恶臭污染源的调查结果 6 以上的调查数据表明：城市污水处理厂的污泥处理区(污泥浓缩池、污泥脱水间等)357 1400 5577 828 5200 32669 403 3200 24902 585 1100 2019 401 2300 12903 1258 7700 47386()1158 4600 17962 4740 10000 22693 110 450 1826()522 1500 4305 37506 48000 61429()301 730 1774()121 510 2113()330 2300 12903 148 500 1680 897 6700 50566 521 1500 4538 529 2500 11516 7 与污水进水区(进水泵站、格栅、曝气沉砂池等)产生的恶臭气体无论在臭气量上，还是在排放强度上均高于其他处理单元。(1)中华人民共和国环境保护法(2)中华人民共和国大气污染物排放标准 (GB14554-1993)1 mg/m3 1 1.5 2 4 5 2 mg/m3 0.05 0.08 0.15 0.45 0.8 3 mg/m3 0.03 0.06 0.1 0.32 0.6 4 mg/m3 0.004 0.007 0.01 0.02 0.035 5 mg/m3 0.03 0.07 0.15 0.55 1.1 6 mg/m3 0.03 0.06 0.13 0.42 0.71 7 mg/m3 2 3 5 8 10 8 mg/m3 3 5 7 14 19 9 10 20 30 60 70(1)严格执行国家有关环境保护的有关规定，确保各项排气指标符合恶臭污染物排放标准一级标准。(2)采用目前国内成熟，实用的处理工艺，并且具备工程费用省、运行能耗低等特点。(3)操作管理方便，技术要求简单易掌握。(4)布局合理美观，占地少，施工难度小。8 污水处理厂恶臭污染的治理有别于一般空气污染的治理，主要有以下特点：(1)污水处理厂产生的恶臭排放点一般为敞开式，恶臭浓度低，处理量大；(2)恶臭通过呼吸系统刺激嗅觉器官，嗅觉阈值低，处理后气体中要求恶臭物浓度更低甚至为零；(3)恶臭物种类多，成分复杂，往往需多种处理工艺配合使用；(4)测定困难，嗅觉阈值一般远超出分析仪器对恶臭物质的最低检测浓度。发达国家对臭气污染的研究治理比我们中国早，经验也比我们丰富，我国是在 1993年才制定了恶臭污染物的排放标准。所以恶臭处理也是在 1993 年才开始重视，而美国、德国等一些国家早在 50 年代就开始对恶臭进行处理，起步比我们早很多，他们的许多方法我们也可以借鉴。恶臭控制可以采用多种方法。2.2.1 湿式洗涤法 由于氨气易溶于酸性溶液中，硫化氢、VFAs 易溶于碱性溶液中，故常用湿式洗涤器去除这些恶臭气体 通常使用的湿式洗涤器有 2 种类型：逆流循环式填宽塔和薄雾型洗涤器。另外，错流循环式填充塔也已被提出且有一定的优点。迄今为止，最常用的湿式洗涤器是逆流循环式填充垮。涤气液从塔顶部进入并喷淋到填料上，顺着填料自上而下滴流。恶臭气体从洗涤塔底部进入，通过孔隙空间向上运行。气相和液相之间的这种对流方式产生湍流，增大了表面接触面积。涤气液与恶臭气体充分接触后降落至填充塔的下部，后又被收集再循环使用。一部分涤气液继续“向下排放”，日的是防 其中的高浓度溶解固体和悬浮固体对填料造成堵塞。同时补 充洗涤液以使回流液体保持一定的浓度。9 20 世纪 80 年代以来，薄雾型洗涤器 一在恶臭(特别是硫化氢)去除方面也曾得到广泛使用。试剂、水和空气的混合物以液滴的形式喷入一个开放的容器液滴的大小通常在 5 m 左右。用过的涤气液在容器底部进行收集。在薄雾型洗涤器中 t 尽管已设计和安装了循环系统(尤其对氨的去除)，但是通常用过的涤气液就废弃而不再循环使用了。国外生产商推荐用工厂出求进行洗涤以降低化学成本。错流循环式填充塔在污水处理厂的恶臭去除方面尚未得到广泛应用，但经常被用于其他工业恶臭污染(脂肪提取与加工业产生的恶臭)的去除上。错流循环式填充塔的工作原理与逆流循环式填充塔的工作原理相似，只不过前者的气流方向与液流方向垂直。2.2.2 活性炭吸附法 活性炭吸附柱也可以去除许多恶臭物质。其中，乙醛、吲哚、3 甲基吲哚等恶臭成分是通过物理吸附雨去除的；而其他一些恶臭成分(如硫化氢和硫醇等)则是在括性炭表面进行氧化反应雨进一步吸附去除的。活性炭吸附系统的设计和性能取决于吸附剂的类型 恶臭的污染物组成及温度 压力、相对湿度等外部条件。典型的活性炭吸附系统主要由输送管、鼓风机、气旋单元和吸附单元组成。在活性炭达到饱和之前，其对恶臭物质的去除率是保持相对稳定的 活性炭的总吸附能力可以达到其自身质量的 5 4O。必须在排水管上安装监测系统(监测器和警报器)以确定吸附饱和发生的时同。活性炭可以通过热空气、蒸汽或苛性碱浸没进行再生或替换。活性炭吸附法通常和湿式洗涤器法一起使用 湿式洗涤器可以去除恶臭中绝大多数的硫化氢和氨，活性炭则主要吸附恶臭中的碳氢化合物，活性炭的预期寿命在 1 年以上。2.2.3 臭氧处理法 臭氧处理法在污水处理厂恶臭去除方面应用得比较成功 臭氧是一种必须现场生成的强氧化剂。臭氧处理系统主要包括排气扇、臭氧扩散器、臭氧接触室、输送管网、臭氧生成系统和自动控制系统等。用来分解恶臭物质的臭氧剂量取决于污染物的种类和浓度。一般而言，臭氧剂量在 110-62510-6 之间。然而，当污水处理厂产生的废气中污染物浓度很高时，臭氧不能完全氧化这些污染物。另外，未使用的残余臭氧本身又是一种空气污染物。10 2.2.4 焚烧法 直接点燃和催化氧化工艺也可以去除恶臭。恶臭气体与可燃气体混合后，分别加热到 800(对直接点燃工艺而言)和 400(对催化氧化工艺而言)。气体滞留时间为0.33.0 S。当废气的质量浓度超过 1500lO-6 时，焚烧法是唯一有效的方法。2.2.5 生物洗涤法 美国和欧洲使用生物洗涤法。一去除污水中的恶臭，并且主要是针对一些小型设备。废气在适宜的条件下通过长满生物的固体载体(填料)恶臭物质先被填料吸收，然后被填料上的微生物氧化分解，完成除臭功能。如果可以保持合适的环境条件(如：空气负荷、湿度含量、营养成分等)，微生物有机体可以去除大多数自然生成的恶臭物质，如：氨、三甲基酰胺、硫化氢、甲基硫酵、二甲基硫化物和二甲基二硫化物等。生物洗涤法可以使用各种各样的介质，包括泥土、堆肥 和工程用的填充料等。2.2.6 掩蔽剂法 掩蔽剂法是在一些大型处理池(初沉池、二沉池、曝气池等)周围喷洒化学物质以掩盖臭昧 但由于恶臭浓度和大气条件是不断变化的，掩蔽除臭法的效率是不可靠的。11 填料式湿法吸收塔 中至重度污染；中至大型设施 中等投资和运行成本 有效和可靠；使用年限长 必 须 处 理 化 学 废水；消耗化学品 99 细雾湿法吸收器 中至重度污染；中至大型设施 较上种方法投资多 化学品消耗低 需要软化用水，吸收器体积较大 活性炭吸附器 低至中度污染；小至大型设施 取决于活性炭填料的置换和再生的次数 方法、结构简易 只适用于相对低浓度的臭气，难以确定活性炭使用寿命 11 生物滤池 低至中度污染；小至大型设施 低投资和运行成本 简易；运行、维护最少 难以确立设计标准，不适合高浓度臭气 95 热氧化法 重度污染；大型设施 高投资和运行成本 对于臭气和挥发性有机物很有效 只适于大型设施的高流量、难处理的臭气 扩散至活性污泥处理池 低至中度污染；小至大型设施 经济适用于已有风机和扩散装置的设施 建议；低运行、维护；有效 易侵蚀风机，不适于高浓度臭气 9095 抗臭气剂 低至中度污染；小至大型设施 取决于化学品的消耗量 低投资 臭气去除效率有限(50)由于生物脱臭法的显著特点，近十几年来越来越受到人们的重视。现在脱臭技术的研究重点已转向生物脱臭法的研究。而本设计污水处理厂产生的恶臭浓度是 4000 不算高浓度，所以选取生物滤池法来除臭。生物脱臭过程一般认为生物脱臭分 3 个阶段：(1)恶臭成分由气相溶解进入液相的传质过程；(2)液相中被微生物吸收，不溶于水的臭气先附着于微生物外，由微生物分泌胞外酶分解成可溶性物质再被吸收；(3)在微生物体内通过新陈代谢被分解、利用和转化。恶臭物质的生物降解是该过程的限速阶段。生物过滤法处理过程是由天然滤料来吸附和吸收恶臭气流中的臭气，然后由生长在滤料中的细菌和其它微生物来氧化降解。通常情况下，这些天然滤料上本身固有的细菌和其它微生物就足以用来除去臭气，而非某些方法所谓细菌接种和添加化学药剂等额外 12 工作。然而，滤料材料的选择至关重要，主要考虑因素是是否适合细菌和其它微生物的生长。可作为滤料的材料有：木削，垃圾堆肥过程的产物，沙、土壤、石头、贝壳等。近年来，有机或无机的人工合成材料也逐渐被开发和用作生物过滤料，特别是类似于填料塔中的有机物填料被用于生物过滤洗涤塔，由于人工合成材料的强度，比表面积和均一性等性能均优于多数天然材料，生物过滤洗涤塔的操作和处理能力上将会有一个大的飞跃，如可望将生化反应停留时间从传统的 45 到 60 秒缩短到 6 秒钟。这样，同样滤料通过面积的处理能力可增加 7 到 10 倍。生物过滤法主要有两种布置方式，生物过滤池(可在地面以上和以下)和生物过滤塔。近年来，也衍生出不少其它设计方案，如美国 BIOCUBE 公司的 PENTPACK 和 LS100型多层模块式设计。近 20 年来，生物过滤法被越来越广泛地用于污水，污泥处理和垃圾处置设施的恶臭控制，但是发展比较还是缓慢，而且生物过滤法仍处于研究和发展阶段，还有许多方面需要更进一步的理论研究和实践经验。生物过滤法的生化反应过程需要相对较长的停留时间，从而需要很大的占地面积。另外某些复杂和高浓度的恶臭气流处理的局限性也阻碍了它的推广应用。尽管如此，生物过滤法仍然有广泛的前景。它具有独特的优点，具有较强的恶臭去除能力、装置简单、能耗低、不受冬季寒冷气候的影响，如果设计得当，运行和维护费用很低。主要缺点是占地面积大、难以控制滤料的均一性、透气性、湿度、温度和 pH值等至关重要的操作参数。当氨气浓度超过 35ppm 时，氨离子会积累在过滤料中，从而降低去除效果。生物过滤法还需用大量的水来加湿进气流和保持过滤料接近 100%的最佳湿度环境，过程中会产生大量的渗沥液，需要适当处理或处生物过滤是使收集到的废气在适宜的条件下通过长满微生物的固体载体(填料)，气味物质先被填料吸收，然后被填料上的微生物氧化分解，完成废气的除臭过程。固体载体上生长的微生物承担了物质转换的任务，因为微生物生长需要足够的有机养分，所以固体载体必须具有高的有机成分。要使微生物保持高的活性，还必须为之创造一个良好的生存条件，比如：适宜的湿度、pH 值、氧气含量、温度和营养成分等。13 环境条件变化会影响微生物的生长繁殖，因此在试运行时或改变工况时要考虑生物过滤池会有一个适应期。图 2.1 生物滤池工艺流程图 2.4.1 影响因素 影响生物过滤池除臭效果的因素主要有：废气中污染物质的种类几含量、湿度、温度、pH 值以及所用填料特性等。(1)废气中污染物质的种类几含量 废气中的污染物应为可以被微生物利用和降解的有机或无机物质，而且不含有对微生物生长产生抑制作用的有毒物质。对于生物滤池，废气中的污染物含量不宜过高，若含量过高将会使微生物大量繁殖，从而导致填料的空隙率大大降低，最终影响除臭效果和使用寿命。研究表明，适宜的有机物质量浓度为1000mg/m3以下。另外，废气中的化合物应是溶于水和可生物降解的，废气中不含大量对微生物有毒的物质及大量的灰尘、油脂等。(2)湿度 在生物过滤池中，填料层的均衡湿润性制约着生物滤池的透气性和处理效果。若湿润效果不够，生物过滤池中的填料会变干并生成裂纹，严重影响废气通过填料层的均匀性，导致除臭效果变差；但是过分湿润会形成高气动阻力的无氧区，从而会减少废气中污染物与填料层的接触时间，并生成带有气味的挥发物。因此废气在进入生物滤池之前须先经过湿润，一般进气的湿度应大于 95%，以保证填料具有一定的持水率。14(3)温度和 PH 值 每种微生物均有一合适的生长温度和 PH 值，因此，温度和 PH 值是影响微生物生长的关键因素。废气生物净化的中温是 2030，高温是 5065，在此范围内生物过滤池都可正常运行。在废气生物净化过程中，由于 H2S 等的氧化分解会导致净化环境中的 PH 下降，可通过在生物滤池的填料上喷洒 PH 值缓冲剂来稳定 PH值。(4)所用填料特性 生物过滤池所选用的填料特性也是影响其处理效果的关键因素。填料的选择不仅要考虑到比表面积、机械强度、化学稳定性及价格等方面，还要考虑持水性的问题。3 2.4.2 填料选择 生物过滤池的最主要部分是填料。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(N、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。常用的填料有：干树皮、干草、纤维性泥炭或其混合物。由于填料本身是有机养分，当过滤池暂停运行时，微生物可以利用填料的有机成分继续维持生命活动。过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 1.01.2 m。如果选择的填料合适，工艺上能做到布气均匀、排除气流短路的话，最低高度可以为 0.5 m。经过几年运行后，填料的最终高度约为初始堆放高度的 60%。过滤池的表面负荷能力可达 200 m3/(m2h)，一般选用 100 m3/(m2h)。2.4.3 工艺条件控制 整个处理工艺包括收集和处理。为了避免气味源气味扩散，扩散源要求封闭，并使它处于负压状态。吸气量的大小可根据室内是否进人，按 28 次/h 换气量计算;不进人或一般不进人的地方，空气交换量应为 23 次/h；对于有人进入、但工作时间不长的空间，空气的交换量为 23.5 次/h；有人长时间工作的空间，空气的交换量为 48 次/h。15 在寒冷地区空气的交换量比较大时，要考虑防止冬天室内结冰问题。从气味源收集到的气体被送到生物过滤池处理，进过滤池的空气要求潮湿，相对湿度必须为 80%95%，否则填料会干化，微生物将失活。为了防止过滤池被堵塞，必须在空气进入以前除去其中的小颗粒，所以空气进入以前要进行水洗以提高湿度，并去除灰尘和分离油分。运行中要调节喷水量，维持洗涤器中气体达到所要求的湿度，用于喷淋的水可以是自来水、厂区工业用水或者过滤池本身的渗水。2.4.4 生物滤池工艺特点 生物滤池的特点是体系中的微生物是固定附着在填料上的,而且所用填料可以为微生物提供足够的养分,无须另外添加营养物质,填料的使用寿命视种类一般为 3-5 年,因此具有设备少、操作简单、不须外加营养物、投资运行费用低、除臭效率高等优点。但其缺点是反应条件控制较难、占地面积大，基质浓度高时，因生物量增长快而易堵塞填料、影响传质效果。通过吸收氧化法和生物滤池以及其他除臭方法的对比,本人认为可以使用生物滤池对10万吨每天城市污水处理厂的恶臭进行处理,原因是污水处理厂比大，污染物比较多，而污染物的浓度不会很高，而生物滤池处理臭气时，运行费用低，处理效率很高，尽管其占地面积很大，填料需要定期更换以及脱臭过程不易控制，但在实际中仍然得到广泛的应用。据报道德国和荷兰已有500多座生物滤池投入应用，生物滤池除臭在国外和我国与其他除臭方法相比研究还是比较多的，工艺也最成熟，在实际中也是最常用的生物脱臭方法，根据资料深圳深水集团的罗芳和滨河污水处理厂已建成处理能力为10000m3/h和12500m3/h的生物滤池除臭置，其工艺流程相同如下：废气废气的收集和输送系统调湿装置生物滤池出气 通过生物滤池后除臭效率为 90以上，排放气体已可以满足国家的制定标准。故采用生物滤池处理污水处理厂的臭气可以达到满意的效果，本人将采用生物滤池法除臭。16 我国城市污水处理厂中恶臭污染严重的区域主要为初沉池等进水部分和脱水机房、储泥池等污泥部分(1)进水格栅的处理 格栅井上方搭建收集仓，对臭气进行有效收集；收集仓将格栅井、除污机、螺旋输送机包含在内，收集仓内留有人员操作空间，便于螺旋输送机的日常维护、清洗以及垃圾的清运；根据最低水位时格栅井内恶臭气体的散发空间加上收集仓空间，需处理空间约 250 m3，考虑到污水处理厂平均流量较大，恶臭气体浓度较高，根据通风(每小时换气 8 次左右)及废气治理工艺要求，需要处理的恶臭气体量为:Q1=2508=2000 m3/h(2)曝气沉砂池的处理 在曝气沉砂池上方覆盖一层面板，为防止恶臭气体在系统运行过程中向大气的扩散，整个处理系统设计成全封闭负压系统；将收集风管吸风口与细格栅及曝气沉砂池的预埋风管相接，细格栅及曝气沉砂池的吸风管汇集至总管后接气体净化设备；处理风量按照经验公式：(3)污泥浓缩池的处理 和曝气沉砂池一样,在污泥浓缩池上方覆盖一层面板，为防止恶臭气体在系统运行过程中向大气的扩散，整个处理系统设计成全封闭负压系统，处理风量公式：QR2H6.522.5332 m3/h hmQhmQhmqHNLhmqHBLQ/2900/2890214452/1080,/14451080)98.68.7(4.85334333故总除臭风量选，则：考虑换风次数为曝气量，板）宽、高（运行水位至顶分别为曝气沉砂池长、式中曝气沉砂池 17 式中，R污泥浓缩池的半径 H污泥浓缩池运行水位至顶板的高度 考虑换风次数为 8 污泥浓缩池Q33282656 m3/h 故总除臭风量选 Q22700 m3/h(4)污泥脱水机房的处理 机房的总体积大约 250 m3，空气交换量为 8 次/h。Q3=2508=2000m3/h(5)总排气量 Q总Q 1+Q 4+Q 2+Q 3=2000+2900+2700+2000=9600 m3/h 3.2.1 集气罩的设计 污染物的捕集装置绝大多数呈罩子形状，所以通常称之为集气罩。集气罩是气体净化系统中用以收集污染气体的关键部件，它可将粉尘及气态污染物导入净化系统，同时防止污染物向生产车间及大气扩散，造成污染。集气罩的性能对整个净化系统的技术经济效果有很大的影响。设计完善的集气罩能在不影响生产工艺和生产操作的前提下，用较小的排风量获得最佳的控制效果；而设计不良的集气罩即使用很大的排风量也达不到预期的目的。在控制气体中污染物扩散效果相同的前提下，排风量越大则整个净化系统也越大，投资和运行费用也相应增加。因此，集气罩的设计是净化系统设计的重要环节。集气罩的设计包括结构形式设计及性能参数计算。集气罩设计的合理是指用较小的排风量就可以有效地控制污染物的扩散。因此，设计时应注意以下几点。18(1)集气罩应尽可能包围或靠近污染源，使污染源的扩散限制在最小的范围内，应尽可能减小吸气范围，防止横向气流的干扰，减少排风量。(2)集气罩的吸气气流方向尽可能与污染气流运动方向一致，以充分利用污染气流的初始动能(3)在保证控制污染的条件下，尽量减少集气罩的开口面积，使排风量最小。(4)集气罩的吸气气流不允许通过人的呼吸区再进入罩内。设计时要充分考虑操作人员的位置和活动范围。(5)集气罩的配置应与生产工艺协调一致，力求不影响工艺操作和设备检修。(6)集气罩力求结构简单、坚固耐用而造价低，并便于制作安装和拆卸维修。(7)要尽可能避免或减弱干扰气流对吸气气流的影响。3 密闭罩是把污染源局部或整体密闭起来，使污染物的扩散被限制在一个很小的密闭空间内，仅在适当的位置留出必要的缝隙。通过从罩中排出一定量的空气，使罩内保持一定的负压，以防止污染物外逸的目的。与其他类型集气罩相比，密闭罩所需的排风量最小，控制效果最好，且不受室内横向气流的干扰。因此，在设计时，应优先选用密闭罩。一般来说，粉尘发生源常用密闭罩，故也称防尘密闭罩。密闭罩的形式是多种多样的，按其围挡范围和结构特点，可分为局部密闭罩，大容积密闭罩和整体密闭罩。局部密闭罩是将局部产尘地点密闭起来的密闭罩。整体密闭罩是将产尘设备或地点全部或大部分密闭起来，只将设备需要经常观察或维护的部分留在外面。根据要求我们采用的是大容积密闭罩。大容积密闭罩是将整个产生污染的设备或地点全部密闭起来，形成独立的小室，故也称密闭小室。其特点是容积大，可以利用罩内循环气流消除或减少局部正压，同时可在罩内直接进行设备检修。按以上所示，各处的排风量已经确定，设气流在集气罩的流速为 1m/s，根据缝隙面积计算排风量公式 Q=3600vA 式中 Q排风量，m3/h；A密闭罩上开启孔口及缝隙的总面积，m2；19 一些考虑不到的的缝隙面积而增加的安全系数，这里取=1.05;v通过缝隙或孔口的风速，这里取 v=1m/s。(1)进水泵房和格栅间的集气罩面积A1计算 A1=Q1/3600v=200036001.0510.53m2(2)曝气沉砂池的集气罩面积A2计算 A4=Q4/3600v=290036001.0510.77m2(3)污泥浓缩池的集气罩面积A3计算 A2Q2/3600v270036001.0510.71m2(4)脱水机房的集气罩面积A4计算 A3Q3/3600v200036001.0510.53m2 3.2.2 管道系统的设计 在大气污染控制和净化工程中，通过通风管道把各种净化装置连接在一起才能组合成完整的净化系统，因此，管道系统设计是净化系统设计中不可缺少的组成部分，合理地设计、施工和使用管道系统，不仅能充分发挥净化装置地能效，而且直接关系到设计和运转地经济合理性。管道的配置要遵循以下原则。(1)管道系统的配置应从总体布局考虑，对全部管线通盘考虑，统一规划，力求简单、紧凑、适用，而且安装、操作、维修方便，并尽可能缩短管线长度，减少占地空间，节省投资。(2)对于多个污染源的场合，可以分散布置多个独立系统。在划分系统时，要考虑输送气体的性质。(3)管道布置应力求顺直、以减少阻力。一般圆形管道强度大、耗用材料少，但占用空间大。管道铺设应尽量明装，以方便检修。管道与墙、梁、柱、设备及管道之间要保持一定距离，以满足安装施工、维修管理及热胀冷缩等因素的要求。20(4)管道应尽量避免遮挡室内采光和妨碍门窗的开闭；应尽量避免通过电动机、配电设备以及仪表盘等上空；应不妨碍设备、管件、阀门和人孔的操作和检修。(5)水平管道铺设要有一定坡度，以便于防水、放气和防止积尘，一般坡度为 0.0020.005。坡度应考虑向风机方向倾斜。(6)为方便维修、安装，以焊接为主要连结方式的管道中，应设置足够的法兰；以螺栓为主的管道，应设置足够数量的活接头；穿过墙壁的管道不得有焊接。(7)管道与阀件不宜直接支撑在设备上，须单独设置支架与吊架。管道的焊缝应布置在施工方便和受力较小的位置上，焊缝与支架的距离不得小于管径。(8)管道上应设置必要的调节和测量装置，或者预留安装测量装置的接口。调节和测量装置应设在便于操作和观察的位置，并尽可能远离弯头、三通等部件，以减少局部涡流的影响。3 3.2.2.1 管网的布置形式 为了便于管理和运行调节，管网系统不宜过大。同一系统的吸气点不宜过多。同一系统有多个分支管时，应将这些分支管分组控制。在进行管网配置时，主要考虑的一个重要问题就是要实现各支管间的压力平衡，以保证各吸气点达到设计风量，实现控制污染物扩散的目的。为保证多分支管管网中各支管间的压力平衡，本设计采用干管配管方式,产生恶臭的地方主要有 4 个,进水格栅、污泥浓缩池和污泥脱水机房管道并联后用一个阀门控制,曝气沉砂池管道用另一个阀门控制，如图 3.1 所示 图 3.1 管道布设示意图 21 3.2.2.2 管道的设计计算 由图示集气罩 1、2、3、4 分别为进水泵房和格栅间、污泥浓缩池、脱水机房、曝气沉沙池的集气罩。设计中我们采用的是无缝钢管，系统中的空气平均温度为 30，外涂两遍沥青防腐，钢管管道的粗糙度 K0.15mm,绝对粗糙度=0.2mm 集气罩选用伞形罩，其局部阻力损失系数为0.12，集气罩排风量分别为隔栅间 Q12000 m3/h，曝气沉砂池池 Q42900m3/h，污泥浓缩池 Q22700m3/h，脱水机房 Q3=2000m3/h。管段 1-5 长度 L=60m,Q12000 m3/h 管段 2-5 长度 L=20m,Q22700m3/h 管段 3-5 长度 L=20m,Q3=2000m3/h 管段 4-6 长度 L=60m,Q42900m3/h 管段 5-6 长度 L=20m,Q56700m3/h 管段 6-7 长度 L=10m,Q69600m3/h 22 图 3.2 摩擦系数与雷诺数、相对粗糙度间关系 则对于管段 15，假设管道中的流速为v=13m/s，气体的粘度为=18.610-6pas，空气密度=1.165kg/m3，5由式 23 DvQ360041314.3360020004233(mm)式中，D管道直径 v管道中的流速 选用 D15250mm，K0.15 Re=du=6.181000165.113250=2105105 式中，气体的粘度 d管道直径 空气密度 v管道中的流速 Re雷诺系数 相对粗糙度/d=0.2/250=0.0008 查图 3.2,得=0.0204/D=0.0204/0.25=0.082 管内实际流速为:v1-5=14.325.025.0360042000=11.3(m/s)管段摩擦阻力为:pL1-5=22vlD=0.0826023.11165.12=365.9(pa)各管件局部压损系数(查手册)为：集气罩 1：0.12；90弯头0.25；正四通接口0.18 24=0.12+0.25+0.18=0.55 则局部压损：pm1-522v0.5523.11165.12=40.9(pa)p1-5=pL1-5+pm1-5=365.9+40.9=406.8(pa)管段 2-5,同样可得 D=vQ36004=1314.3360027004=271(mm)选用 D2-5=300mm,K=0.15 Re=du=6.181000165.113300=2.44105105 相对粗糙度/d=0.2/300=0.0007 查图 3.2,得=0.0197/D=0.0197/0.3=0.0657 管内实际流速为 v 2-5=14.33.03600427002=10.6(m/s)管段摩擦阻力为:pL2-5=22vlD=0.06572026.10165.12=86.0(pa)各管件局部压损系数(查手册)为：集气罩 2：0.12；90弯头0.25；正四通接口0.18=0.12+0.25+0.18=0.55 25 则局部压损：pm2-522v0.5526.10165.12=36.0(pa)p2-5=pL2-5+pm2-5=86.0+36.0=122.0(pa)3-5 和 1-5 的流量相等,同理可得,3-5 的 D=233mm,选用 D3-5=250mm,且实际流速v3-5=11.3 m/s./D=0.0204/0.25=0.082 管段摩擦阻力为 pL3-5=22vlD=0.0822023.11165.12=122.0(pa)各管件局部压损系数(查手册)为：集气罩 3：0.12；90弯头0.25；正四通接口0.18=0.12+0.25+0.18=0.55 则局部压损：pm3-522v0.5523.11165.12=40.9(pa)p3-5=pL3-5+pm3-5=122.0+40.9=162.9(pa)管段 4-6,同样可得 D=vQ36004=1314.3360029004=281(mm)选用 D4-6=300mm,K=0.15 Re=du=6.181000165.113300=2.44105105 26 相对粗糙度/d=0.2/300=0.0007 查图 3.2,得=0.0197/D=0.0197/0.3=0.0657 管内实际流速为 v 4-6=14.33.03600429002=11.4(m/s)管段摩擦阻力为:pL4-6=22vlD=0.06576024.11165.12=298.4(pa)集气罩 4：0.12；90弯头0.25；三通接口0.12=0.12+0.25+0.12=0.49 则局部压损：pm4-622v0.4924.11165.12=37.1(pa)p4-6=pL4-6+pm4-6=298.4+37.1=335.5(pa)管段 5-6,同样可得 D=vQ36004=