污水泵站大部分分布在居住区、商业区等人口稠密处, 在污水泵站的格栅入口、进水闸门预留口及污水池等处均会产生含有多种恶臭物质的臭气[1,2]。目前对恶臭气体处理的方法可以分为物理法、化学法和生物法三大类。生物法处理废气是近年来发展起来的一种大气污染控制技术, 具有设备简单、运行费用低、二次污染较少等优点, 是一项经济实用、环境友好的技术[3]。常用的废气生物处理方法包括生物滴滤法、生物过滤法和生物洗涤法, 生物滴滤法是介于生物过滤法和生物洗涤法之间的处理技术。生物滴滤法的液相是连续或间歇流动的, 微生物群落则固定在过滤床层上, 污染物的吸收和生物降解同时发生在同一个反应装置内, 常用设备为生物滴滤塔。生物滴滤塔体内填充惰性填料, 在塔体内接种微生物, 通过控制合适的条件, 在填料上进行挂膜, 生物膜覆盖在惰性材料的表面, 通过喷淋系统在填料上连续或间歇喷洒含有微生物新陈代谢所需的营养物质的溶液。废气通过塔体填料时, 其中的污染物被微生物降解。

生物滴滤法具有压降小、不易堵塞、易调节控制、去污能力强和抗冲击能力强等优点[4], 因此该污水泵站的除臭工程选用生物滴滤法, 能够解决臭气浓度超标问题。

深圳市某污水提升泵站, 污水提升规模为3.32×104m3/d, 污水提升至附近污水处理厂。该泵站位于老商业区中心, 邻近高级商务写字楼与新商业区, 泵站臭气对周边环境造成很大的影响, 居民的投诉越来越多, 泵站管理单位决定对该泵站产生的臭气进行处理。

目前, 该泵站的臭气来源有三处, 分别为:泵站集水井、出水槽以及格栅机栅渣区。在进行设计处理气量计算前, 需将泵站集水井、出水槽和格栅机栅渣区分别密封后将臭气进行收集。经过现场勘测决定, 泵站集水井利用现状封闭, 总封闭空间为18.8m×6.0 m×9.5 m的矩形空间;出水槽闭罩的密闭区域为24.0 m×1.4 m×1.2 m的矩形空间;格栅机栅渣密闭区域为6.0 m×3.2 m×4.0 m的矩形空间。

该泵站除臭工程臭气量计算见表1, 臭气成分与浓度范围见表2。

经过计算, 臭气量为5 613 m3/h, 考虑到10%漏风率后, 设计除臭风量取整为6 000 m3/h。

根据该泵站的臭气浓度长期监测统计结果, 并且结合现有其他泵站除臭项目经验, 在增加除臭设备以后, 通过稳定的换风, 臭气中进气H2S的浓度在0.7~14 mg/m3的范围内。

除臭系统由泵站各构筑物封闭工程、臭气收集系统、除臭风机、生物滴滤塔、喷淋系统、加药系统等构成, 如图1所示。

首先对泵站臭气产生处进行加罩密封, 其次通过风管进行收集, 然后利用风机抽吸气体从底部进入生物滴滤塔。生物滴滤塔由两级处理系统串联而成, 在生物滴滤塔内臭气先进入一级系统, 去除气体中的大部分污染物, 经一级系统处理后的气体进入二级系统进行处理, 处理后的气体从生物滴滤塔的底部出来, 经过15 m高的管道后排入大气中。同时在生物滴滤塔的顶部装有喷头, 每隔一段时间向生物滴滤塔中喷淋自来水和营养液。喷淋液经过生物吸收后, 多余的液体进入生物滴滤塔底部的废液收集系统, 收集的废液从出水口排出。在生物滴滤塔的进气口有在线监测H2S的仪表, 通过自动监测系统记录H2S的进气浓度。

除臭臭气收集系统共有集风口10个, 其中四个集水井各设置1个吸风口, 出水槽按照服务长度范围设置5个吸风口, 格栅栅渣密闭间设置集风口1个, 整个收集系统的干管采用支架安装的方式靠墙安装于泵房外墙。

风机选择一般要求如下:风量、风压合理, 噪音低, 耐腐蚀。风机选用材质能够耐污水处理厂的潮湿、带有酸碱性的腐蚀性气体所处的恶劣环境。

在设计过程中, 考虑收集系统的阻力损失和一定的余量与风阀调节需要取风机全压为2 k Pa。因此该工程选择玻璃钢离心风机, 1台, 风量为6 000m3/h, 风压为2 k Pa, 功率为5.5 k W, 转速为2 250r/min, 含配套隔音罩。

除臭塔为模块拼装式结构, 采用合金及玻璃钢 (FRP) 制作而成。塔内设有填料支撑平台、支撑格栅板并有相应的散水管与喷头。所有钢结构材料表面以及材料接缝处均采用玻璃钢防腐覆被处理。塔体内部的其他材料也采用具有防腐性能的FPR、PE、PVC等材料制作而成。

泵站生物滴滤塔塔体为一体化全封闭结构, 并设有合理的检修孔。塔体分为两个区域:一级系统和二级系统两部分。生物滴滤塔尺寸为4 m×6 m×4 m, 占地面积为11.8 m×4.6 m。

填料是微生物生长的载体, 同时为气、液、固三相提供充分的接触面, 并为提高湍流程度 (主要是气相) 创造条件, 以利于传质。填料的性能关系到微生物的生长状况和运行的压力损失, 直接影响生物滴滤塔的效率及费用。

由于竹炭填料具有较大的比表面积和孔隙率, 传质效果好, 同时具有较好的生物亲和力, 能够为微生物的生长提供载体, 因此本除臭工程采用竹炭作为生物滴滤塔内的填料, 其中一级系统填料体积为8 m3, 二级系统的填料体积为40 m3。竹炭的直径为1~3 cm, 孔径为30~55μm, 比表面积为200 m2/g。

喷淋系统主要由无堵塞喷嘴、管道、阀门、管道过滤器、流量计、压力表、循环水泵、液位控制装置、溢水装置、排污装置、放空阀、自动补水装置等组成。该工程喷淋系统主要包含预湿喷淋系统和加药喷淋系统, 预湿喷淋系统耐腐蚀泵流量为12 m3/h, 扬程为300 k Pa, 功率为1.10 k W, 1用1备。

为保持栖息于生物填料内部微生物的活性, 除臭系统通过定期投加磷酸二氢钾、尿素、工业葡萄糖等营养剂来补充微生物生长所需要的氮、磷、钾等营养元素, 促进微生物的新陈代谢。营养剂采用计量泵进行定量投加。计量泵流量为20 L/h, 扬程为1MPa, 功率为150 W。

除臭系统配备1套在线H2S测定仪, 监测进口臭气的硫化氢浓度。在线监测仪表所采集的数据传送至现场控制柜, 完成对生物除臭系统相关参数的显示及控制功能。

本工程于2011年10月建设完成开始运行, 由于该泵站提升的污水主要为生活污水, 生活污水中含有大量的蛋白质类物质, 在下水道缺氧的条件下, 由于微生物分解主要产生硫化氢气体, 因此该除臭系统主要监测进气和出气中H2S的浓度, 考察该除臭系统对H2S的处理效果。同时压降也是影响生物滴滤塔长期高效、稳定运行的重要因素。压降的变化可以反映填料表面微生物的量, 压降越大, 填料表面的微生物越多[5], 因此对该除臭系统的压降也进行长期跟踪监测。该除臭系统进气和出气H2S浓度变化如图2所示, 压降变化如图3所示。

从图2可以看出, 进气H2S浓度一直在0.7~4.2 mg/m3之间变化, 出气H2S浓度基本维持在28μg/m3, 对H2S的去除率均在96%以上, 优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB 18918—2002) 中的一级排放标准。出气H2S浓度基本不变, 说明该生物除臭系统具有良好的抗冲击负荷能力。另外, 喷淋量分别为0.8 m3/h和0.4 m3/h时, 出气H2S浓度基本不变, 这说明在喷淋量为0.4~0.8 m3/h范围内, 喷淋量对生物滴滤塔处理H2S的效果影响不大。

从图3可以看出, 在喷淋量为0.8 m3/h时, 一级系统的压降约为550 Pa, 二级系统的压降为300Pa;当喷淋量为0.4 m3/h时, 一级系统的压降降至400 Pa左右, 二级系统的压降基本维持在300 Pa。这说明在高H2S浓度下, 喷淋量对塔内微生物量的影响较大, 在低H2S浓度下, 喷淋量对塔内微生物量基本没有影响。生物滴滤塔内的微生物量在高H2S浓度时比低H2S浓度时的多。

该生物除臭工程处理量为6 000 m3/h, 总投资约为84.66万元, 其中生物除臭工艺部分投资为70.94万元, 电气部分投资为7.64万元, 土建部分投资为4.82万元, 其他为1.26万元。工程运行费用有:

①电费。按每天连续运行24 h计, 电耗为60.00 k W·h/d, 工业用电价格为0.76元/ (k W·h) , 折合电费约为45.60元/d。

②水费。水耗为12.96 m3/d, 工业用水单价为2.70元/m3, 折合水费为34.99元/d。

③药剂费。药剂按每个月投加1次计, 随加药喷淋水进入填料, 费用约为20.00元/d。

①该生物除臭工程除臭范围包括泵站集水井、格栅栅渣区及出水槽, 设计臭气处理规模为6 000 m3/h。

②该除臭工程采用生物除臭工艺, 对污染物具有良好的去除效果, 处理后H2S和NH3浓度优于《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918—2002) 中的一级排放标准。

③在进气H2S浓度一直变化的情况下, 该生物除臭工程的出气H2S浓度基本维持稳定不变, 该工程具有良好的抗冲击负荷能力。

④该生物除臭工程工艺流程短, 动力设备少, 能耗小, 运行成本低, 自动化程度高, 操作管理方便, 可在类似生活污水提升泵站中推广应用。