随着社会和经济的飞速发展,污水处理厂的规模也随着城市规模的扩大而扩大。与此同时,居民区距离污水处理厂的位置越来越近。污水处理厂中的构筑物,如进水泵房、沉砂池、初沉池、浓缩池、曝气处理构筑物等,在运行过程中散发出恶臭气体,这些恶臭气体会对污水处理厂的工作人员以及周围居民的身体健康状况和情绪产生严重的影响。因此,越来越多的污水处理厂开始设置除臭设备,消除恶臭气体对环境的影响。

常见的臭气处理方法有水洗法、化学洗涤法、活性炭吸附法( 包括催化型活性炭法) 、臭氧氧化法、燃烧法、高能离子除臭法、纯天然植物提取液喷洒法和生物除臭法等。

生物除臭法是20 世纪50 年代后期发展起来的处理臭气的方法,相对于传统的处理方法,生物法具有处理效率高、运行费用低、无二次污染的特点［1］。生物除臭法对多种恶臭污染物的处理都表现出很明显的效果。早在20 世纪80 年代,Ottengraf等［2］也曾应用生物除臭技术来处理工业生产中产生的挥发性有机物( VOCs) 。目前,生物除臭技术已经成为一项很好的臭气污染治理技术。

Yin等［3］采用泥炭作为生物滤池的填料,对硫化氢的去除进行了研究,结果表明,在进气浓度为1. 51 ~ 9. 57 g/( m3·h) ,停留时间30 s的工况下,去除率可达到99% 以上。Todd等［4］利用以颗粒活性碳和碎石为填料的生物滤池,对硫化氢( ppm级) 和VOC( ppb级) 的去除进行了小试和中试,结果表明,硫化氢的去除率为99% ,烃类的去除率为53% ~ 98% ,醛类和酮类的去除率为37% ~ 95% ,氯化物的去除率为0 ~ 85% 。Ho等［5］利用以颗粒活性碳为填料的生物滤池对养猪废水处理中固液分离池产生的挥发性硫化物进行了去除试验,结果表明,硫化氢、甲硫醇、二甲基二硫醚、甲硫醚,在停留时间为13 ~30 s的条件下,去除率达到了96% ~ 100% 。Kim等［6］在实验室研究了以由海藻酸钠和聚乙烯醇包裹的生物填料的生物滤池对硫化氢的去除效果,结果表明,在实验初期( 菌种未经驯化) ,其去除率就可达到99% 。

本文介绍了以炭质生物媒为填料的生物除臭工艺为主的除臭技术在石化废水处理上的工程应用。

宁波某污水处理有限公司,一期日处理工业污水3 万m3。产生臭气的主要构筑物有,进水四联体( 细格栅、隔油池、匀质池、事故调节池) ,除臭风量: 6 000 m3/ h; 预处理三联体( 混凝沉淀池、水解酸化及中沉池) ,除臭风量: 12 000 m3/ h;A / O生物反应池,除臭风量: 16 000 m3/ h; 以及生物流化池和泥处理区域,除臭风量: 19 000 m3/ h。

污水处理厂的臭气成分分为三类: 含硫化合物,如H2S、硫醇、硫醚类; 含氮化合物,如氨、胺类、酰胺、吲哚等; 含氧有机物,如醇、酚、醛、酮、有机酸等。其中H2S、NH3是臭味的主要组成成分［7］。

进口的臭气浓度设计值见表1 和表2,出口臭气浓度设计值见表3。

生物除臭装置主要由离心风机、散水泵、塔体和炭质生物媒填料组成。塔体主要由有机玻璃钢材质制作而成,塔内分三部分,顶部为散水区,中部为填料层,底部为布气层。微生物的接种采用污水处理厂的活性污泥驯化而成。运行时采用气液逆流操作,喷淋水由散水泵从底部输送到塔顶部进行喷淋。收集的臭气由底部进入到除臭塔,经过填料层时,与填料接触时间> 12 s,与附着在填料表面的微生物接触而得到净化,净化后的气体由塔顶的排气口直接排放到大气。由于工程的散水采用污水厂的中水,所以不需添加营养液。

气体检知管,Gastec公司; p H 3310,WTW公司。

废水来源为石油化工工业废水,臭气浓度较高,且臭气中会含有一些石化企业的最终产物/中间产物和原料挥发份,这些气体是不易或者很难生物降解的。

为了获得较好的除臭效果,本工程在石化废水处理的前端( 进水四联体、预处理三联体及A/O生物反应池) 的生物除臭系统,增设水洗工段作为生物除臭的预处理措施,水洗工段作为生物除臭塔的一部分,和生物除臭装置做成一个整体。为确保臭气达标,在生物除臭之后设置化学除臭工艺作为保障工艺。化学除臭的主要作用是去除废水中挥发出来的有机脂肪酸,脂肪烃,芳香烃以及各种醇、酮、醚等难以生化的可挥发的化学成分。针对各种复杂的化学成分,化学除臭选用两级处理,即 “酸洗+ 碱洗/氧化”的串联工艺,以确保能全面的去除碱性/酸性和中性的臭气成分。化学除臭作为保障用的除臭设施,在生物除臭不能达标的前提下才开启。

臭气处理系统主要由水洗单元、生物除臭塔、除臭风机、化学除臭塔、喷淋散水供给系统等构成,具体的工艺流程见图1。

在石化废水处理的后端生物流化池和泥处理区域,由于臭气浓度不高,采用单一的生物除臭工艺,通过臭气收集系统使臭气通过填料进行生物降解,去除致臭成分,净化后直接大气排放。

臭气处理系统主要由除臭风机、生物除臭塔、喷淋散水供给系统等构成,具体的工艺流程见图2。

本文主要针对宁波某污水厂具有代表性的进气浓度相对较高的三联体生物除臭系统,以及进气浓度相对较低的生物流化池和污泥处理区生物除臭系统进行了考察。检测臭气中的主要成分硫化氢和氨气,以及进水和排水的p H的变化规律,考察时间为2013 年9 月9 日至30 日。

在工程正常运行期间,臭气经过水洗+ 生物除臭之后,即可达到排放要求。因此,后续的化学除臭系统没有启用。三联体生物除臭系统的除臭风量为12 000 m3/ h,臭气与填料的接触时间大于12 s,进水p H控制在7 左右,出水p H控制在2 左右,进口臭气中H2S浓度变化范围为24. 5 ~ 122. 5 mg / m3,出气口处H2S浓度小于5. 8 mg / m3,系统对H2S的去除率维持在95. 3% 以上,具体效果见图3。

由图3 可知,水洗+ 生物除臭系统对较高浓度的H2S有较好的净化效果,当进气中H2S浓度变化范围在24. 5 ~122. 5 mg / m3之间,去除率可保持在95. 3% 以上,除臭系统可在较长时间内连续稳定运行。

由于受生产情况的影响,在9 月10 日,进气中H2S浓度突然升高到122. 5 mg/m3,比正常运行时最高进气浓度68. 5 mg / m3高出近2 倍,生物除臭系统对H2S的去除率下降到95. 3% ,当9 月11 日,进气口H2S浓度降至48. 5 mg / m3时,去除率又上升到99. 8% 。可见,本系统对高浓度污染物负荷具有较强的冲击能力,可以应对生产过程中不可避免的事故性臭气排放,对生物除臭法的工程应用有很强的意义。

由图4 可知,在工程正常运行期间,水洗+ 生物除臭系统对臭气中的NH3同样有较好的净化效果。结果表明,当进口臭气中NH3浓度的变化范围为0. 2 ~ 2. 0 mg/m3,出气口处均检测不到NH3( 以NH3气体检测管的精度0. 1 mg/m3计算去除率) ,去除率大于50% ,且可在较长时间内连续稳定运行。

在工程正常运行期间,生物流化池和泥处理区域生物除臭系统的除臭风量为19 000 m3/ h,臭气与填料的接触时间大于12 s,进水p H控制在7 左右,出水p H控制在5 左右,进口臭气中H2S浓度变化范围为0. 3 ~ 23. 8 mg / m3,出气口处H2S浓度小于0. 1 mg/m3,系统对H2S的去除率维持在66. 7% 以上,具体效果见图5。

由图5 可知,生物除臭系统对臭气中的H2S有较好的净化效果。臭气中H2S的进气浓度并不连续,这与污泥浓缩机运行时间不连续有关。有时会间隔2 ~ 3 天,这主要是因为生物流化池和污泥处理区位于石化废水处理工艺流程中靠后的处理工序,且经过好氧工序产生的污泥并不会产生明显的臭味,而产生H2S的工序主要集中在石化废水处理工艺的前端。因此,在对生物流化池和泥处理区生物除臭系统进气浓度的检测中,只有在污泥浓缩机开启的时候才能监测到数据。结果表明,当进口臭气中H2S浓度变化范围为0. 3 ~ 23. 8 mg / m3,出气口处均检测不到H2S ( 以H2S气体检测管的精度0. 1 mg / m3计算去除率) ,系统对H2S的去除率维持在66. 7% 以上,且可在较长时间内连续稳定运行。

由于生产情况的影响,臭气中H2S的进气浓度并不连续,有时会间隔2 ~ 3 天,但当污泥浓缩机运行时,生物除臭系统对H2S的去除效果马上恢复,在出气口处检测不到H2S。一方面是因为,间隔2 ~ 3 天并不能使去除H2S的硫杆菌属完全失去活性。另一方面,由于本工程生物除臭系统采用的是炭质填料,炭质填料具有多孔性、保水性高、良好的透水性和通气性的特点,这使得在微生物活性不强的时候,恶臭气体成分可以被吸附在填料表面,保证了臭气的处理效果,待微生物活性恢复后,再将其降解。

由于生物流化池和污泥处理区位于石化废水处理工艺流程中靠后的处理工序,而产生NH3的工序主要集中在石化废水处理工艺的前端。同时,由于在石化废水处理工序的前端NH3的浓度也不高,只有2. 0 mg/m3。因此,在对生物流化池和污泥处理区生物除臭系统进气浓度的检测中,即使在污泥浓缩机运行的时候,也没有检测到NH3。

( 1) 水洗+ 生物除臭系统在臭气与填料的接触时间大于12 s,进水p H控制在7 左右,出水p H控制在2 左右,连续运行20 天,当进口臭气中H2S浓度变化范围为24. 5 ~ 122. 5 mg /m3时,系统对H2S的去除率大于95. 3% 。当进口臭气中NH3浓度的变化范围为0. 2 ~ 2. 0 mg/m3,系统对NH3的去除率大于50% ,均可达到排放标准的要求。

( 2) 水洗+ 生物除臭系统耐高浓度污染物负荷的冲击能力较强。

( 3) 对于单级生物除臭系统,臭气与填料的接触时间大于12 秒,进水p H控制在7 左右,出水p H控制在5 左右,当进口臭气中H2S浓度变化范围为0. 3 ~ 23. 8 mg / m3,系统对H2S的去除率维持在66. 7% 以上,可达到排放标准的要求。