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1、污水处理系统脱臭技术及展望1 前言城市恶臭主要产生于工农业生产，市政污水，污泥处理以及垃圾处置过程，其危害是影响人们身心健康和环境质量，其已被国家列入废气污染治理的一部分。以往的城市污水、废物处理厂地处人员稀少的郊外，我们的感觉不是很明显，近几年由于城市界域的不断扩大，它们已经离我们越来越近。同时人们对城市生活工作的环境质量要求也越来越高。为了提高污水处理场和周边的环境卫生质量，我们必须要对臭气进行有效处理。2 污水处理中的臭气成分及来源污水处理厂的臭气成分复杂多变，主要由氨、硫化氢和甲醇等组成。大致可分成5类：一、含硫的化合物，如H2S、硫醇类、硫醚类；二、含氯的化合物如胺类、酰胺、吲哚类；
2、三、卤素及衍生物，如氯气、卤代烃；四、烃类，如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃；五、含氧的有机物，如醇、酚、醛、酮、有机酸等【1】。其中无机物有H2S、NH3等，绝大多数恶臭气体产生原物质为有机物质【2】,这些物质对人体健康危害较大。德国工程师协会对城市污水厂各个部分的气味扩散进行了调查【3】，（见表1）从结果可以看到污水处理系统的恶臭主要来自于系统中处理及收集过程中微生物的还原性代谢产物。主要排放点为处理装置、泵房、地下装置的人孔和通风处等。工序部位气味值波动范围工序部位气味值波动范围进水4525初沉污泥提升8574105格栅8532136二沉污泥提升452682曝气沉砂池603090生污泥存放20
3、030800初沉池602984消化污泥存放8035240二沉池301250机械污泥脱水室40050770高负荷曝气池603384污泥脱滤液330095500表1 城市污水处理厂的部分工序气味值和波动范围3 恶臭治理技术及其缺点发达国家在臭气污染，特别是对污水处理厂恶臭污染的研究和治理等方面起步较早，经验较丰富，其中以美国、德国和日本的成果最为显著。我国对恶臭污染的研究起步比较晚参考日本的经验，于1993年制定了恶臭污染物排放标准。包括臭气浓度及三甲胺、硫化氢、甲硫酸、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳、苯乙烯8种单一恶臭物质的厂界标准及排放际准，目前并未被人们所普遍重视。现行的恶臭处理法从脱除的原理上
4、大致可以概括成物理法、化学法和生物处理三种类型【4】。31物理脱臭法物理脱臭法处理通常作为脱臭处理工艺的前处理。对于含有可溶性成分多的臭气一般可以臭气凝缩法，从经济上比较适合我国国情，但是其应用局限性大，一般很少采用。物理法中常用的效果比较好是大气稀释法和吸附法。大气稀释扩散法【5】是将恶臭气体由烟囱排向大气，通过大气的稀释扩散以及氧化反应使其浓度降低，以保证下风向和臭气发生源附近工作和生活的人不受恶臭的危害。此法主要适用于臭气浓度比较低的工业有组织排放源的恶臭处理。大气稀释法受当地气象条件和地形条件影响较大，另外对烟囱高度也有一定的要求，以保证受控点恶臭物质浓度不超过环境标准。吸附脱臭法【6
5、】是使得恶臭气体通过吸附剂填充层而被吸附去除的方法，常用的吸附剂一般为活性炭、硅藻土、以及陶瓷碎片等。有时也根据吸附气体成分的特殊性使用添加药剂的吸附填料。在吸附脱臭法中较常用的方法是活性炭吸附法。活性炭吸附法分为非再生型和再生型。利用活性炭(Activated Carbon，AC)优良的吸附能力，可以很高效地吸附臭气中的硫醇、酚等构成成分，特别的对于浓度低的臭气更有效。对于浓度高的工厂的臭气，一般使用能够现场再生的装置。也就是说在除臭装置中加入再生装置。图1是塔式蒸汽再生。在这个装置中，蒸汽发生装置、脱除臭气的蒸汽凝缩装置及其储留槽等是必需装置。为防止活性碳颗粒校粉尘等堵塞，在气体流入吸附床
6、层前，应先经过预净化设备【7】。吸附脱臭法工艺成熟，既能达到净化的目的，又能回收有用物质。一般的活性炭吸附均采用固定床吸附，其维护管理比较简单并且处理效率也高。但是其交换再生周期受气体的种类、数量、温度、水分的变动影响较大，很难确保。例如处理高浓度的臭气，活性炭层会很快的被透过而失效，另外，填充吸附层内容易堵塞，易腐蚀设备，在经济上是不适用的。32化学法化学脱臭法主要是利用化学药剂或化学方法及恶臭物质成分起反应生成无臭物质而达到脱臭目的的方法。因为恶臭物质成分大多呈现酸性或碱性，因此比较行之有效的方法是用氢氧化钠、碳酸钠、硫酸、盐酸等酸碱中和反应脱臭，其中水洗法仅对水溶性的恶臭物质有效，存在二
7、次污染问题，一般只作为预处理手段，所以现行各国处理工艺中大多采用湿法化学吸收法、燃烧处理法【8】。湿法化学吸收法【9】是发展最成熟应用最普遍的恶臭脱除方法之一，其中塔式吸收是多年经验发展的主导趋势。常用的湿法化学吸收塔有三种：填料塔、喷雾塔和文丘里洗涤塔。化学吸收法其基本原理是：通过喷淋式或填料式吸收塔将恶臭气体捕捉到液体中，附着于颗粒物质上的臭气分子通过湿法吸收氧化后被从空气中去除，恶臭气体和药液中的乳化试剂反应从溶液中去除，也可和强氧化剂反应生成溶于水的无臭物质吸收去除。使用湿法化学吸收除臭，影响脱除效果的重要因素是恶臭气体的成分和吸收剂的选取以及接触过程中速率。常用的吸收液可以是清水、化
8、学试剂溶液(酸、碱)、强氧化剂溶液或是有机溶剂，鉴于污水污泥处理设施产生的臭气特点，吸收液的选择主要针对氨气和硫化氢及有机硫化物，所以药液一般选用是强碱、次氯酸钠和硫酸的溶液。气液传质接触一般采用两相同流、逆流、交流，水平式气液接触方式。同时严格控制过程中的气液比以及气体通过的线速度，保证接触时间。这种方法具有反应速度快、反应温度低、安全高效、运行可靠、占地相对最小等优点。适于排放量大、高浓度的臭气排放场合，如污泥稳定、干化处理和焚烧过程所产生的恶臭处理等。同时当恶臭气流中成分比较复杂时，通常需采用多级吸收系统。让恶臭气体渐次通过装有不同性能药液的接触塔，最后再经过除雾装置后，直接排放或及干净
9、空气混合稀释后排放到大气中去。这样的两级或三级吸收系统，可以广泛地除去多种恶臭气体，并达到很高的去除效率，同时也可以通过调节加药量和溶液的循环流量调节来适应气流量和浓度的变化，因此湿法化学吸收除臭具有较强的操作弹性。这种臭气脱除装置在市政设施如污水处理厂的污泥脱水过程中被广泛的应用。湿式吸收氧化法也有它的缺点，如酸、碱吸收法都需要对吸收后产生的废液进行处理，需要消耗大量的水、化学溶液、电力，排放气体中夹带残留的氯化物等。日本大多数污水处理厂以前普遍选择的除臭方法之一就是是用酸、碱和次氯酸钠除臭的化学吸收法，（另一种是用活性碳除臭的吸附法）由于强酸或强碱使用时不够安全、化学物质再生的费用不断上升
10、，近年来已较少采用。但是我们应当看到在未来相当一段时期内，其仍将是恶臭控制技术的主流，特别是针对老厂的改造和有土地局限性的新建厂的除恶臭更俱优势。燃烧除臭法是利用高温热解恶臭气体的方法。分为直接高温燃烧法和催化低温燃烧法一般的直接燃烧处理程序 图5 。臭气用热交换机换热后导入脱臭炉，脱臭炉内的温度通常设定在650800C左右，接触时间为0.30.5秒。炉内温度应尽量均匀是很重要的。温度分布不均将造成臭气脱除效率低下。脱臭炉排放的尾气预热交换机以及废热回收交换机回收废热后大气排放。这种方式在具有废热回收的蒸汽和热风的工厂可以有效，经济的运转。对于高浓度臭气处理用直接燃烧法是有效的，但是燃料费用高
11、，燃烧后的气体中存有NOX等气体成分，有二次污染的可能【10，11】。催化燃烧法和直接燃烧法一样，也是通过使臭气成分燃烧，氧化分解的除臭方法。因为使用催化剂可以比直接燃烧法更低温地运行。燃料的使用量也大幅度的减少。图7为催化燃烧法的脱臭流程简图。被处理的臭气通过前处理装置除去有害金属，酸性气体和粉尘等后，通过热交换机预热输送到脱臭炉内处理。通常炉温设定在250350C，接触时间为0.30.5秒。催化燃烧所用的催化剂一般用铂、镍或非贵重金属铜、锰、铁、钴、锌的氧化物，也有的用稀土化合物，对于苯类、醚类、酯类的恶臭气体，净化率可这99以上【7】。催化燃烧法具有净化效率高、操作温度较低、能耗较少等特
12、点，是一种重要的恶臭脱除方法，我国有些炼油厂就已经采用这种方法脱臭【12】。催化燃烧法虽然能彻底将废气中的有害物质转化为无害物质，达到脱臭的目的，但整个工艺过程中对于高分子化合物的分解不是很好，还会产生脱硫废物及废催化剂等固体废物，同时存在设备投资大，运行管理较严格，监控难度大和实际操作经验不足等问题。另外一点就是催化剂的造价比较高，燃烧过程中容易使催化剂中毒，中毒的催化剂经洗涤、热处理和酸处理后可恢复活性，使用寿命为35a。如何有效延长这些高价催化剂的使用寿命是该项技术的关键。这就要求尽可能减少气体中含有的使催化剂中毒的成分，所以对气体的前处理尤为重要。另外在处理过程中炉温需要保持在350以
13、上，对耐热材料要求也是该技术的关键点。现在工艺中一般采用发泡金属和复合材料等担体，如日本已经开发出的耐热温度高、压力损失小的石英玻璃纤维催化剂【13】。33生物除臭法前已提及，气味物质的成分大都是低分子脂肪酸、胺类、醛类、酮类、醚类以及脂肪族的、芳香族的、杂环的氮或硫化物，带有活性基团的这些物质被液相吸收后，特别易被生物氧化，当活性基团被氧化后，恶臭气味就消失了。臭气经不同种类的微生物分解后，产物不一样。如含氮的臭气，经微生物的氨化作用后，分解为NH3，NH3又通过亚硝化细菌、硝化细菌的作用，进一步氧化为稳定的硝酸态化合物；而含硫的臭气经微生物分解后产生H2S，H2S可以被硫化细菌氧化为硫酸,
14、 生物除臭工艺就是基于这一原理【14】，所以该方法要求被去除的臭味物质有好的水溶性。生物除臭法因具有简单、投资省、运行费用低、维护管理方便、效果好等优点而发展得很快。美国、德国、日本对污水处理厂的恶臭多采用生物除臭技术进行治理。生物处理脱臭法主要分为液相脱臭法和固相脱臭法。331液相脱臭法液相脱臭法中比较有代表意义的是活性污泥脱臭法。常用的是活性污泥曝气脱臭法和活性污泥洗涤法。活性污泥曝气脱臭法是日本福山等人在80年代初最先开发成功的，现已应用于屎尿处理场和污水处理场的臭气处理。该脱臭方法是将恶臭物质以曝气形式分散到活性污泥的混合液体底部，臭气溶解于混合液中，通过悬浮的微生物降解恶臭物质。这及
15、废水的活性污泥法处理过程极为相似，只是用恶臭气体象空气一样注入活性污泥中。试验证明，一般活性污泥浓度控制在500010000mgL为宜，臭气的送入速度以20m3h以下为好，该方法适用于各种不同极限负荷范围内的恶臭气体。效果很好，其去除效率均可高达99以上。影响恶臭气体去除率的主要因素有曝气水深、曝气强度、污泥浓度、酸碱度以及营养物质的投放等。另外如果要想取得好的去除效果，需要对污泥进行一定的驯化。活性污泥曝气脱臭法不需要新的除臭装置，福山丈二指出本脱臭方式可以和污水处理场的活性污泥曝气池并用，所以该法既经济又节省能源。但是，该法必须控制空气及污水的体积比，使其不能对活性污泥不利，压缩机的叶轮和
16、管道必须防腐。该法适用于臭气浓度低、氧气浓度高的气体。东京、横滨、大阪、札幌等城市都有该法的应用【15】。活性污泥洗涤法【17】是在回流塔中让活性污泥和臭气逆向气液接触除臭的方法。一般洗涤脱臭装置如图4所示【18】。其原理及活性污泥曝气法相同，只是及活性污泥曝气法相比具有体积更小的优点。活性污泥通过循环槽循环使用，运行过程可以采取厌氧、好氧或者间歇的方式。如间歇过程中，回流塔工作时活性污泥停止曝气，利用夜间和休息等装置停止时段进行曝气，保证溶液中的溶解氧水平。处理过程往往需要添加炭源和含磷元素的营养液。需要定期加入新鲜污泥和排除剩余污泥。活性污泥洗涤法可以长期以高的脱臭效果运转，运行费用低，效果较好。332生物固相脱臭法生物固相脱臭法
