生物除臭系统在污水处理厂的设计应用

2015-08-19严欣茹张光辉马天添合肥通用机械研究院合肥

设备管理与维修 2015年7期

关键词：臭气滤料滤池

方　珺　房　俊　严欣茹　张光辉　马天添（合肥通用机械研究院　合肥）

生物除臭系统在污水处理厂的设计应用

方珺房俊严欣茹张光辉马天添
（合肥通用机械研究院合肥）

关于生物除臭系统在王小郢污水处理厂提标改造中的设计参数及应用情况。臭气经生物处理后，浓度符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918-2002中规定的一级标准。

污水处理厂生物除臭

一、前言

近年来，全国各地建成城镇污水处理厂已有几千座，由于污水处理厂临近城区，污水处理过程中产生的臭气对居民及环境造成了恶劣影响，在污水收集和处理的不同阶段，会产生各种不同种类和气量的气体，这些气体主要以挥发性有机物以及硫化氢、甲硫醇、氨等恶臭物质为主。在建设污水处理厂的过程中，其气味控制已经成为评价现今污水处理厂建设的重要指标。

二、除臭方案选择

王小郢污水处理厂总处理能力每天30万立方米，本次提标改造工程需要对脱水机房及新建料仓进行相关设施封闭除臭处理，总体臭气风量较大，应该选用比较经济和高效的方式作为本工程除臭采用的方法。从以往的除臭技术比较及应用选择中可以看出，臭氧氧化法，臭气燃烧法、活性炭吸附法运行费用高，管理维护比较复杂，在本工程中不适合选用；土壤除臭方式运行费用较低，但占地面积和初期投资比较大；化学除臭管理环节比较多，运行管理灵活性相对差，而且产生的废液目前没有好的处理方式，运行费用也要高于生物除臭；离子除臭对于风量较大时不太适用。

综合以上比较，对于本工程来说，选用生物除臭方式运行费用比较省，工程投资和占地面积小，因此本次设计中除臭方式采用生物除臭法。即对各个臭源构筑物产生的臭气加盖密封收集后，通过外排风机将集中收集的臭气吸入生物除臭装置，臭气在生物除臭装置内进行分解、氧化等反应，使臭气中的氨、硫化氢、甲硫醇和甲烷等恶臭污染物质有效分解，处理过的臭气可达到国家相关排放标准。

三、生物除臭法原理

这是一种利用好氧性微生物的代谢机能作用，将硫化物和氨等臭气物质氧化分解进行除臭的方法。通过开发可以固定微生物的载体填料以及装置的集约化，来实现高效的除臭效果。

首先将收集后的臭气用加湿器加湿到相对湿度＞98%，然后气体在适宜的条件下通过长满微生物的固体载体（滤料），易溶于水的污染物会溶于滤料的生物膜中被微生物所降解，而其他不易于溶于水的污染物先吸附在滤料上，由微生物组成的生物膜是一个动态的平衡过程，微生物会慢慢的降解那些不易于溶于水的污染物，这些恶臭物质同时又为微生物的繁殖提供了能量来源。死掉细菌的尸体会随着系统的排水被排出。固体载体上生长的微生物承担了物质转换的任务。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、温度和营养成分等。

四、除臭工艺设计方案

1.除臭设计参数

臭气经生物处理后，浓度符合《城镇污水处理厂污染物排放标准》GB 18918-2002中规定的一级标准；同时可以达到中华人民共和国标准《恶臭污染物排放标准》（GB 14554-1993）标准的一级臭气排放指标。主要指标见表1。

表1　一级臭气排放指标

2.除臭工艺原理工艺流程见图1，将除臭填料充填到除臭滤床中后，通过挂膜，使其表面形成一定厚度的生物膜，把具有脱臭能力的各种优势菌群固定。含臭气体自下向上通过填料空间，恶臭成分被截留并分解；填料上部间歇喷水，保证填料的湿润，为生物新陈代谢和繁衍提供有利条件。

图1　工艺流程

五、工艺描述

1.臭气源的收集及输送

每台脱水机及污泥仓设置单独的封闭结构，采用独立的封闭罩，封闭罩金属框架采用镀锌钢。抽吸罩由镀锌钢板加工制作，并有足够的强度和刚度。四周封闭结构需要进行设备拆装维修的地方采用软帘形式。臭气收集管路与抽吸罩排风管密闭连接，将脱水机产生的臭气送至除臭系统进行处理。

2.臭气处理装置

臭气由收集系统收集进入生物除臭装置进行处理。生物除臭装置采用卧式结构，分为预洗池及生物滤池两部分。

（1）预洗池。预洗池的作用是把恶臭气体中的大颗粒的灰尘洗掉，同时通过喷淋将恶臭气体中可溶解于水的成分去除，并将恶臭气体加湿。

预洗池分为进气、填料层和喷淋层。下层为进气层，布气层内设有支撑和钢架，用于搭承有机玻璃钢隔栅。隔栅之上为填料层，上层为喷淋层。洒水喷头均匀且有力度的进行洒水，可去除气体中固体污染物、调节空气的湿度和温度。预洗池作为一个有效的缓冲，可降低高浓度污染负荷的峰值。

（2）生物滤池。生物滤池分为布气、填料层和喷淋层。下层为布气层，兼具收集滤下水的作用。布气层内设有支撑和钢架，用于搭承有机玻璃钢隔栅。隔栅之上为填料层，上层为喷淋层。喷淋洒水系统可有效冲刷填料上的生物膜以及微生物的代谢产物，保持填料内清爽，保证了微生物的良好的生存空间。滤池底部设排水系统。滤池顶部设有喷淋系统，根据需要适时对填料进行喷淋，以保证微生物有适宜的工作环境。

根据其填料微生物适宜的工作环境温度，设置保温和加热系统，加热器安装在循环水箱内，给循环水加热，循环水给气体和填料传热，保持滤池内温度维持在微生物正常生长温度范围内。滤池箱体外侧包覆保温层，并加装玻璃钢装饰板。

（3）生物填料。在市政污水处理以及污泥处理系统中，生物除臭是被广泛应用的一种除臭工艺，该工艺主要是利用微生物的新陈代谢作用进行除臭，根据形式的不同，有滤池形式的，也有塔式的。生物除臭工艺除了结构形式不同之外，最主要的是填料不同导致处理效果有所差异。本污水厂采用火山岩等无机填料为主的复合性半永久性填料（压力损失小抗酸抗腐蚀的填料）。

复合填料特点：抗酸性腐蚀，长期使用不会板结，不会自身腐烂。长期使用情况下都不会产生压缩，故可保证长期运行的条件下生物滤床的压损保持稳定。能有效储存所有微生物生长所需的营养。不含不透气的成分，没有粘连，因自身不会腐烂，因此不会产生臭味。对人体无害，不会造成二次污染。

由于生物填料的规则外型及均匀布置，故决定了除臭装置内不会出现气体短路，生物填料的体积用量可提供足够的与臭气接触面积及足够的接触时间以完成有效的生物降解。保持水分性能最佳，因而有利于微生物富集生长。保持pH值恒定，因而有利于微生物生长和保持活性。

（4）生物菌种。用于臭气处理的微生物为生物滤池除臭系统的核心部分，微生物的质量直接决定了除臭效果。在用于生物除臭设备中的填料上附着大量的微生物菌种（真菌，细菌），其性质主要为化能自养型和甲基营养型的微生物，通过技术手段分离、鉴定认为起脱臭作用的微生物种类繁多，其中有Cladosporium sphaerospermum，Exophiala lecani-corni，Phanerochaete chrysosporium，Cladosporium resinae和Mucor rouxii等菌群，即细菌、真菌、藻类、原生动物组成的菌胶团，属于复合型脱臭菌群。图2所示为显微镜下拍摄菌胶团图片。

众所周知，恶臭气体成分复杂。针对恶臭气体特定的污染成分，在复合菌群中都有其特定的适宜处理的微生物群落，且随着时间的推移，除臭效果越来越好。在精心筛选的生物填料上，辅以适宜的温度、湿度、酸碱度、氧以及营养物质，使得起净化作用的多种微生物能够共同繁殖：复合菌群中的自养菌和异养菌通过各自的氧化、还原、消化、反消化等方式来获得其所需的营养和能量，从而达到一种装置同时处理多种气态污染物的目的。

恶臭废气被尺寸较小的微生物菌种分解吸收在生物体内，在微生物大量繁殖的同时达到了去除恶臭废气的目的。在生物填料上，微生物菌种吞食了恶臭废气后大量生长繁殖，给大量的微生物原生动物造了大量养料，促进了原生动物的生长繁殖：细菌--藻类--原生动物，从而形成了一条食物链，保持了系统的良性循环。当在菌膜中出现原生动物，如：草履虫、鞭毛虫、变形虫等，表明恶臭去除效果明显，原生动物的显微照片见图3。

图2　菌胶团

图3　原生动物的显微照片

3.微生物分解恶臭成分的化学反应式

从以上的反应可知，臭气成分会分解成二氧化碳，水和硫酸、硝酸等酸性物质，适当的散水能冲掉这些酸性物质，以保持适当的微生物生长的环境。

六、设备选型及相关数据计算

1.主体设备计算

根据要求，本项目除臭总处理气量为22 500 m3/h，要求臭气接触停留时间≥20 s，过滤速度＜200 m/h。整套装置由生物预洗段、生物过滤段2部分组成。设备外形尺寸16×7.1×3 m，生物预洗段长4 m，滤料高度1.5 m；生物过滤段长12 m，滤料高度1.5 m，设备最大处理能力22 500 m3/h。

2.各段参数计算

（1）接触时间计算。滤料总体积170.4 m3，停留时间27.3 s＞20 s；过滤速度198.06 m/h＜200 m/h。

（2）生物预洗段容积7.1×4×3 m（L×W×H）。处理能力22 500 m3/h。过滤面积28.4 m2。

（3）生物过滤段容积7.1×12×3 m（L×W×H）；处理能力22 500 m3/h。过滤面积85.2 m2。塔体滤料最大高度1.5 m，塔总高度3 m。

（4）喷淋泵计算。气液比选择1.5%，生物洗涤段喷淋泵33.75 m3/h，故选择水泵流量35 m3/h，扬程30 m，24 h循环喷淋，共选择2台水泵，1用1备。生物过滤段喷淋泵33.75 m3/h，故选择水泵流量35 m3/h，扬程30 m，喷淋时间1.67 min/h，共选择1台水泵。

3.耗水量计算

由于系统运行时生物预洗段有对臭气进行加湿功能，因而将带走部分加湿水，因而长期运行时槽内液位会明显降低，需及时补充喷淋液，以满足喷淋泵抽水要求。根据物料平衡可计算补充碱液中水量的损失量G0。

式中G0——补给水量，m3/d

G1——臭气带液量，m3/d

G2——反应产生水量，m3/d

G3——自然挥发水量，m3/d

设备为密闭空间，自然挥发量可忽略不计。一般情况下，反应会产生少量水，二者可抵消，因而主要计算臭气带液量，一般进气湿度为80%，出气湿度100%，气温按30℃计，气体密度1.16 kg/ m3，查表得30℃时，1 kg干空气饱和水蒸气的含量为27.03 g，因此可计算除臭系统各区域每天增加的碱液量为3.39 m3/d

七、除臭系统的控制

生物除臭系统采用PLC自动控制，控制系统设1套可编程控制器站和2套远程站，由可编程控制器及自动化仪表组成的检测控制系统-现场控制站，用于管理和控制整个除臭系统的所有主设备及附属设备，并能采集该系统的所有设备工况及仪表参数，使该系统的一切设备的运行状态、参数等在上位机上得到监控、操作。自控系统按照分散控制、集中管理的原则设置，对除臭工程各过程进行分散控制，再由通信系统对工程所有仪表及设备实行集中管理和调度。

除臭工程设备控制分为3级，控制等级由高到低依次为：就地手动控制级、现场自动控制级、中央控制级，对应主要设备控制的转换开关分为3挡，手动、自动和远程。