污水厂生物过滤除臭工艺及工程设计实例

随着对污水厂周边环境要求的提高，污水厂除臭处理已成为业界关注的焦点。本文介绍了污水处理厂恶臭物质的成分、来源及生物除臭的原理，并以某污水处理厂除臭工程为例，介绍了生物过滤除臭工艺气体收集、处理系统。

近年来，生物脱臭技术(尤其是生物过滤除臭技术)以其工艺相对成熟、基建费用低、操作维护简单、污染物净化彻底且处理效果好等特点而在实际应用中逐渐推广，已成功应用于治理污水厂、公共区域的恶臭以及对VOC和有毒气体排放物的去除，已成为城市污水处理中臭气处理的主流工艺。

污水处理厂的臭气成分分为三类：

①含硫化合物，如H₂S、硫醇、硫醚类；

②含氮化合物，如氨、胺类、酰胺、吲哚等；

③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。经德国工程师协会调查，各处理工段产生的臭气与气味值如表1所示。

在采用二级生物处理工艺的污水处理厂中，一般包括粗格栅、提升泵站、细格栅及沉砂池、生物反应池、二沉池、消毒池等构筑物，其产生的污泥一般在厂区内贮存、浓缩、脱水，有的还要进行消化稳定处理。

从表1可以看出，污水前处理部分(格栅井、提升泵房集水池及沉砂池)和生物反应池中的厌氧段和污泥处理部分(贮泥池、脱水问等)是除臭的重点。

Ottengraf等提出了生物膜理论，并建立了模型来描述低浓度有机废气的净化过程。孙石等较早地在国内介绍了Ottengraf模型，并认为恶臭气体在生物滤池中的吸附净化一般要经历以下几个步骤：

①废气中的有机污染物首先同水接触并溶解(或混合)于水中，即由气膜扩散进入液膜；

②溶解(或混合)于液膜中的有机污染物在浓度差的推动下进一步扩散到生物膜内，进而被其中的微生物捕获并吸收；

③进入微生物体内的有机污染物在其自身的代谢过程中作为能源和营养物质被分解，最终转化为无害的化合物。

在净化过程中，总吸收速率主要取决于气、液两相中的有机污染物扩散速率(气膜扩散、液膜扩散)和生化反应速率。

以某污水处理厂一期生化池加盖除臭工程为例，介绍污水处理厂恶臭气体的生物过滤工艺设计。该污水处理厂一期设计规模为20×10⁴m³／d，采用改良A²／O工艺。

①主要恶臭物质浓度设计值

H²S浓度为0．75～1．50 mg/m³，NH3浓度为0．50～2．83 mg/m。，臭气浓度(气味值)为250～4 000。H₂S原始设计浓度为1．50 mg/m³，NH₃原始设计浓度为2．83 mg/m³。

②除臭排放标准

由于该污水厂位于城市商业、交通、居民混合区，属环境空气质量功能二类区，根据《环境空气质量标准》(GB 3095—1996)的规定，其环境空气质量执行二级标准。

臭气处理后排放根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)、《恶臭污染物排放标准》(GB 14554—93)、《工作场所有害因素职业接触限值》(GBZ 2．1—2007)的要求，按照从严的原则确定除臭排放标准如下：H₂S≤0．06 mg／m³，NH₃≤1．50 mg／m³，CH4≤1 mg/m³，甲硫醇≤0．007 mg/m³．甲硫醚≤0．07 mg／m^。，二甲二硫≤0．06 mg／m³．臭气浓度(气味值)≤20。

加盖设计

除臭工艺的第一个重点是建立臭气收集系统，理想的臭气收集系统是对臭气污染源在最小的范围内进行封闭和直接收集。为了减少臭气对周围环境的影响，设计中对产生臭气的改良A²／O生物处理池等构筑物采取了加盖封闭措施。具体做法是在构筑物水面上加一个高度≤1 m的盖，将污水水面罩住。

加盖材料有多种，在综合考虑投资、耐腐蚀性、可靠性和美观性的基础上，加盖材料采用进口玻璃钢。

风量计算

污水厂臭气量的计算基本上有下列几种方法：①根据水面积确定臭气量；②对构筑物整体加盖，根据臭气空间容积确定脱臭气量；③对水池局部加盖，根据开口面积和风速确定脱臭气量；④根据设备台数确定脱臭气量。

本工程的风量根据臭气空问容积和换气次数确定，换气次数根据室内是否进人确定取值范围：不进人或一般不进人的地方，换气次数约为2～3次／h：有人进入，但工作时间不长的，换气次数约为2～3-5次／h；有人长时间工作的空间，换气次数为4～8次／h。

本设计根据臭气空间，按换气次数为2次／h再叠加曝气量确定臭气量。该污水厂A2／O生化池加盖后臭气空间为17 500 m³，曝气量为35 000 m³／h．则生化池处理气量按70 000 m³／h来考虑。

生物除臭滤池由臭气收集系统、加湿系统、生物填料系统、原水输送、滤液排放等几部分构成。

设计参数的确定

为了保证设备的正常运行和对恶臭物质的高效去除率，工艺参数的选择和确定是极为重要的。

一般生物除臭滤池的主要设计参数如表2所示。

根据污水处理厂生化池臭气量及臭气处理设施的建设情况，本工程设置2套生物滤池除臭装置，每套处理臭气能力为35 000 m³／h。具体设计参数如下：

生物滤池高度为2．5 m；滤池表面负荷为176．8m3／(m。．h)；停留时间为50．9 s；填料高度为0．8m；生物滤池尺寸为18．0 m×11．0 m×2．5 m；风机Q=20 000 m³／h，H=2 kPa，N=15 kW，2台。

填料选择

生物滤池的最主要组成部分是填料，微生物在恶臭气体处理实际工程中应用效果的优劣，与所用填料有密切关系，不同的填料具有不同的特性，适用于不同的场合。目前，废气生物处理的填料主要为有机和无机两大类。无机填料主要有沙子、碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、陶瓷、活性炭等，有机填料多为土壤、堆肥、碎木屑、树皮、树叶、聚丙烯小球、塑料环等。

若选择填料不合理，则不仅不能达到既定的使用目标，甚至可使整个生物处理过程失败，会导致不必要的损失。选择填料有以下要求：①应具有一定的结构强度及耐腐蚀性；②具有较大的比表面积，可给微生物提供充分的附着及与污染气体接触的面积；③应具有较好的表面性质，要有亲水性，便于微生物和水附着；④应具有足够的孔隙率供微生物生长，确保供氧充足；⑤无毒，化学性质稳定。

本工程选用聚丙烯鲍尔环作为微生物附着生长的填料，规格为ф25 mm×25 mm×1．2 mm，堆叠高度在800 mm左右。这种填料具有机械强度高、密度小、比表面积大(>175 m²／m³)、孔隙率高、透气性好、压力损失小、没有异味、耐腐蚀等优点，而且填料环上衰老的微生物膜易脱落，微生物更新速度快；填料环的内表面容易被液体润湿，保水性强，便于控制湿度和减少喷淋水的用量。

温度

生物滤池的操作温度为25～35℃(微生物生长的最佳温度为25～35℃)，一般而言，在适宜的生长范围内，温度每下降或升高10℃，微生物的生长速率将降低或提高1～2倍，则其对恶臭物质的去除效率也将相应地降低或提高，为保证良好的处理效果，对生物滤床进行了保温，以保证滤床和微生物的热量不散发出去，同时对进气进行电加热升温，根据进气量，配备合适的电加热功率，以确保空气温度维持在10℃以上，保证微生物的良好生长。

湿度

水分不仅是微生物生命活动的必要成分，而且也是吸收废气进而被微生物利用的溶剂，因此要求臭气有一定的湿度。生物滤池湿度太低则水溶性恶臭物质难以及时进入液相，且填料易干燥，降低床内生物活性，既影响了整体除臭效率，又使得代谢产物不易排出滤池。但是生物滤池的湿度过高又会使得传质效率受到影响，且会导致气体穿过阻力增大，甚至还可能造成局部厌氧而影响除臭效率。本工程在生物滤池内设计有喷雾加湿区，使臭气进入生物氧化区前相对湿度达到90％以上，完全满足生物滤池的需要。另外在生物滤床上方也增设散水装置，便于填料接种时将菌种均匀投加到填料上。

pH值

生物滤池中的大部分微生物在接近中性的环境下生物活性高，恶臭的去除效率也高。在一些情况下，处理含H₂s气体时会产生酸性副产品(如H₂SO。),则生物滤池内pH值会下降，滤池内微生物的活性受到影响，从而降低恶臭物质的去除率。故在滤池内设置pH值控制器监控pH，通过生物滤池上方的散水装置添加碱液以调整pH值为6～8。

营养成分

微生物新陈代谢过程中除了碳元素外，还需要氮、磷、钾和痕量元素。当恶臭气体不能提供足够的养分时还需要投加营养成分来满足微生物的生长。设置在滤池上方的散水装置在滤池内营养成分不足时也可为滤池提供营养成分。为了使对污染物质的去除能力达到最大化，营养物质的供应在种类与数量上应能保证微生物的活性，其具体的添加数量与频率可参考恶臭气体中的碳含量并结合实际运行情况来确定。试验表明，较高的营养水平可以使滤池快速启动，并能提高其在稳定阶段的去除能力。Gribbins和Loehr认为，只有当氮碳比≥0．01时生物滤池才能达到最佳的去除效果。

该污水处理厂生物滤池除臭工程已建成并投入运行，现设备运转正常，在污水厂周边基本上闻不到臭味，对生物滤池排放气体进行了多次监测，H₂S的浓度为0．04 mg/m³，NH₃，浓度为1．0 mg／m³，厂区边界臭气浓度为10，达到了国家二级排放标准。由于对滤池采用了保温措施，即使在冬季，H₂S和NH₃浓度也分别维持在0．05～0．06 mg／m³ 和1．20～1．30 m∥m³，厂区边界臭气浓度<20，也同样达到了国家排放标准。

污水厂运行实践表明，生物除臭滤池具有去除率高、不存在二次污染、运行成本低、管理方便等优点，该工程为国内城市污水处理厂恶臭气体的控制提供了良好的借鉴。当然，生物滤池法除臭也有其相应的缺点：占地面积大；对环境变化敏感；耐冲击负荷的能力差；操作复杂，运行管理要求高等。还需根据具体情况选择适当的除臭方法。