污水行业除臭技术及其应用
摘要：近年来，随着全国各地排水设施的建设和发展，在污水收集，转输，处理过程中，恶臭气体大量产生，影响环境，引起越来越多的水务工作者关注。结合工程实例，文章就污水行业恶臭气体的产生，成份，抑制、控制及治理措施进行论述。
关键词：污水,除臭,恶臭气体
l 概述
由于污水在输送和处理过程中会散发恶臭，这些恶臭气体不仅缩短了排水相关设施的使用寿命，而且严重污染周边环境，降低土地利用率，更严重的是它还会危害人们的身体健康，对人类的精神状态造成严重影响。因此为了防止和避免恶臭气体对环境的影响，一些发达国家先后制定了一些具体规定，例如，日本早在二十世纪七十年代就已经制定了世界上第一部《恶臭防治法》。奥地利政府将用于道路的照明电线杆内部做成与外界相通的空心电杆，使收集到的废气经电线杆向高空排放。德国规定城市污水处理厂300米范围内不得建造生活设施，达不到此要求，污水处理厂就必须采取防止臭味扩散的措施。目前，德国国内已经广泛应用生物法、燃烧法和化学法等脱臭，其中，尤以生物法使用的较多。尽管各国政府在防止恶臭气体方面采取的方法各不相同，但有一点是共同的，那就是都主张应该采取更多的有效措施在全球范围内共同防止恶臭气体对人类的危害。现今伴随着中国经济的飞速发展和国民环境保护意识的日益提高，如何科学、合理地治理城市污水处理厂、污水输送管道及污水泵站等场所产生的恶臭气体，是全国水务行业面临的紧迫问题。
2 排水设施主要恶臭污染源分析
2．1 恶臭气体成份
恶臭物质是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损害生活环境的气体物质，恶臭(ofensive odor)即难闻的臭味。恶臭可对人产生嗅觉伤害，是可引起呕吐导致疾病的公害之一。迄今凭人的嗅觉即能感觉到的恶臭物质有4000多种，其中对健康危害较大的有硫醇类、氨、硫化氢、甲基硫、三甲胺、甲醛、苯乙烯、酪酸、酚类等几十种。
排水相关系统产生的恶臭污染物质有氨、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯等。这些恶臭成分主要是水中有机物在缺氧条件下的产物。
2．2 排水管道中恶臭气体的生成
污水收集系统是用于从居住区或工业区的源头将污水输送到污水处理设施的重力流管道和压力流管道系统。它包括城市街坊内或市政道路下的各类排水管道、连接管道的窨井或跌落窨井及高位透气井。
在污水的长距离管道输送过程中，由于污水较长的停留时间和较低的流速，极易形成管道内的缺氧环境。因此，污水中含氮、硫物质被厌氧分解，形成还原形态的硫化氢和氨等恶臭物质，从而形成恶臭污染。在一些高位透气井和连接管道的跌落窨井，当井内污水漂浮杂物严重淤积时，会失去及时向空中排除管道内有害气体的功能，更加重了该区段内恶臭气体的浓度。
2．3 排水泵站中恶臭气体的生成
在服务面积较大的收集系统中，污水必须由排水泵站进行长途输送。在各类泵站中，污水泵站和合流泵站较易产生恶臭气体。污水泵站是指那些将污水输送至污水厂的中途泵站，以及污水厂内的进水泵站。合流泵站是指那些具有雨污水混流输送功能的泵站。
泵站恶臭气体产生的原因主要是排水管道内部易形成厌氧条件，此时污水中的含氮、硫有机物会分解成为恶臭物质，当泵站设备启动、运行时会引起水流湍动，从而使原来产生并溶解于污水中的恶臭物质逸出进人大气，从而形成恶臭污染。大多数污水泵站和合流泵站集水井设计均为敞开式，集水井内格栅除污机每天需要不问断地清捞集水井内垃圾，在清捞过程中散发臭气，另外，泵房内的泵机设备检修期间在设备拆装时也会瞬间从进水管道中溢出高浓度的有害气体。一般来说，泵站恶臭污染物的散发量取决于水中恶臭组分的性质和浓度、水体温度、湍动程度和水面及敞开源附近的气象扩散条件。
2．4 污水处理厂中恶臭气体的产生
城市污水处理厂易散发臭气的构筑物主要包括进水闸井、粗格栅间、进水泵房、细格栅间、沉砂池、生化池、污泥池和污泥脱水机房等。在较早建造的污水处理厂，由于受当时的设计和建设标准的局限，污水厂内的污水处理和污泥处理设施大多采用敞开式，构筑物内污水或污泥在输送和搅动过程中会产生大量的恶臭气体，从而污染周边环境。当今设计污水处理厂时，均应对易产生恶臭气体的构筑物密闭抽风，或者局部设置吸风口，避免臭气四逸，而后输送至臭气处理设施集中处理。
3 恶臭污染控制技术
恶臭的治理技术包括恶臭源抑制技术、恶臭源散发控制技术和恶臭气体处理技术。
3．1 恶臭源抑制技术
大多数的恶臭源抑制技术亦即液相恶臭控制技术，都是基于降低恶臭气体的排放量与排放浓度的考虑，包括控制恶臭气体的释放和污水及其中化合物所处状态(如流态、含氧条件、腐蚀物含量等)，恶臭源抑制技术主要包括：
(1)良好的运行维护(尽可能减少厌氧细菌的繁殖)，主要内容包括保持系统内水流通畅；避免大量的油脂和污物在死角处积累；严格按照设计和操作规范要求控制进水水质等。
(2)上游预处理，避免系统内厌氧条件的出现，主要内容包括注入空气和纯氧；加氯、金属盐和硝酸盐等。
(3)直接投加或在旁路管中投加化学药剂抑制厌氧细菌生长，主要内容包括加过氧化氢、高锰酸钾等氧化剂；
3．2 恶臭气体散发控制技术
恶臭气体散发控制技术系指通过对恶臭源集气通风和排气系统的设计参数的研究选择，利用较少的排气量达到较好的恶臭源室内通风效果，控制后续脱臭装置的规模，节约恶臭治理费用，并通过合理的排放系统减少对周围环境的影响。对恶臭源的有效收集是整个恶臭控制技术的重要环节，有先进的除臭设备而没有先进的恶臭源收集系统设计将不会达到真实的除臭效果。
恶臭气体收集主要有两种方式：(1)密闭恶臭源，抽风机抽风，使整个空间形成微负压状态，同时满足空间的通风要求；(2)局部恶臭源设吸风口。收集到的恶臭气体由风机和风管输送至后续处理设施。
3．3 恶臭气体处理技术
恶臭气体一般为多组分低浓度的混合气体。除臭过程也就是将这些恶臭分子吸收、破坏、降解或者隐蔽的过程。据此，恶臭的治理方法大致可分为以下几种。
3．3．1 氧化法
氧化法即利用恶臭气体大多为还原性物质、氧化剂具有较强氧化性的化学特性，使臭气中的污染因子有效氧化分解，以降低恶臭浓度。目前常用的氧化剂包括臭氧和活性氧。
臭氧氧化法即利用臭氧的强氧化性，使臭气中的化学成份氧化，达到脱臭目的。臭氧是相对不稳定的气体，很容易分解成氧气，在湿度大的场合尤甚，因此臭氧往往是现场制备的。在条件适宜时，臭氧与H：S的反应速度极快，只需一秒钟，但须与待处理的气体迅速混合均匀。
活性氧氧化技术是指直接利用活性氧发生装置产生具有极强氧化能力的活性氧对臭气中的化学成份进行氧化来净化气体。活性氧是一种介于氧分子和臭氧分子之间的一种过渡态氧。在特制的活性氧发生装置中利用高压静电的特殊脉冲放电方式产生高密度的高能活性氧迅速与有机分子碰撞，激活有机分子，并将其破坏；或者高能活性氧激活空气中的氧分子产生二次活性氧，与有机分子发生一系列链式反应，氧化有机物。
3．3．2 吸收法
吸收法本质上也是一个分离过程，是通过恶臭气体与液体溶剂接触而达到使污染物从气相转移到液相的一种操作。吸收法也叫湿式气体洗涤法，通常是利用水吸收、酸碱中和等来除去气体中的恶臭成份。吸收法可用来处理任何具有水溶性的恶臭物质，其处理效率通常可以达到95％ ～98％ 。吸收过程通常是在填料塔、板式塔或喷雾塔等吸收装置中进行的，该法常用来处理浓度较低、流量较大的恶臭气体。
3．3．3 吸附法
吸附法就是依据多孔固体吸附剂的化学特性(除官能团作用外)和物理特性(微孑L容量、比表面积、微孔构造)，达到恶臭物质积聚或凝缩在其表面而达到分离目的的一种脱臭方法。吸附分离在环境工程、化学工程等领域的应用非常广泛，其技术关键在于吸附剂应具有较大的吸附容量和较快的吸附速率。
目前国内外最广泛应用的吸附剂是活性炭。这主要是因为活性炭有很高的比表面积，对恶臭物质有较大的平衡吸附量，对多种恶臭气体都可达到较好的吸附效果。此外通过浸渍活性炭(碱、磷酸)或注加微量其他气体(氨气、二氧化碳)还可以有效提高活性炭的吸附效率。但是由于活性炭的价格昂贵，处理成本就成为限制其应用的主要因素，而且它还有不适宜处理高浓度臭气，每隔一段时间需要进行吸附剂再生的缺点。
3．3．4 生物脱臭法
生物脱臭是利用固相和液相反应器中的微生物的生命活动降解气流中所携带的恶臭气体，将其转化成简单无机物(例如二氧化碳，水，无机盐等)和生物质等臭味强度比较低或者无臭的物质。多数的含碳有机物最终转化为二氧化碳，含氮物质首先分解出氨气，而后氧化成亚硝酸盐并最终氧化成为硝酸盐，含硫物质往往被氧化成硫磺或者硫酸盐。
自1957年美国报道利用土壤脱臭法处理H S 以来，生物脱臭法就在生物过滤法(生物固着态)和生物洗涤法(生物悬浮态)两种类型上发展，8O年代后期才出现了介于它们之间的填充塔型生物脱臭法，现已成为生物脱臭法的主流。
由于生物脱臭系统与自然进程较为相似，通常是在常温常压下进行，运行时仅仅需要消耗使恶臭物质与微生物相接触的动力费用和少量的调整营养环境的药剂费用。因此生物脱臭属于环境友好净化技术。具体体现在总体能耗低、运行维护费用少，较少出现二次污染和跨介质污染转移的问题。此外生物法尤其适合于处理气量大于17000m ／h，恶臭气体浓度小于1000ppm的场合。在气量较大的情况下，其投资费用通常要低于现有的其它类型的处理设施。
除了上述四种常用的吸附法、吸收法、氧化法和生物法外，还有其他几种除臭方法包括直接燃烧法、催化燃烧、土壤脱臭法、遮蔽法、冷凝法、膜分离法等等。由于这些方法目前在工程中应用较少，在此处就不再赘述。
4 工程实例
深圳市罗芳污水处理厂二期工程厌氧池距离罗芳村仅50m，为了消除其产生的恶臭对周边居民的影响，厌氧池增设了生物除臭系统。此系统于2001年设计，2002年8月建成并投人运行。此设施设计处理气量2万m ／h。系统主要包括臭气收集和处理两个系统。收集系统是在反应池顶加设轻钢结构臭气收集罩，臭气经过收集后再用矩形风管(O．63m×lm)集中送至瑞士产玻璃钢抽风机，最后进人臭气处理装置。处理装置经过工艺比较(三级化学处理和生物滤池)，最终选择运行费用省，无二次污染的生物滤池工艺，该装置包括预洗池和生物滤池。预洗池主要功能是对臭气加湿，维持合适的湿度；生物滤池为模块拼装式，以木渣和树皮为主要填料。在污水反应池内还设置了H2S自动检测和报警装置。
珠海吉大水质净化厂扩建工程位于珠海市吉大区，扩建规模为处理城市污水3万t／d，由于厂区紧邻居民区，工程设计和建设时，对整个工艺流程中产生的恶臭气体进行了控制和处理。吉大厂污水处理工艺为：进水闸井一粗格栅与进水泵房一细格栅与沉砂池一zT廊道交替池(除磷脱氮生化池)一消毒池一排水；污泥处理工艺为：剩余污泥一中间贮池一带式浓缩脱水机一泥饼外运。恶臭气体产生源主要为粗格栅与进水泵房、细格栅与沉砂池、ZT廊道交替池、污泥脱水间、污泥中间贮池及污泥斗。恶臭气体污染防治包括气体收集输送和恶臭气体净化两个部分。ZT廊道交替池和细格栅与沉砂池上部用轻钢网架封闭后抽气，粗格栅与进水泵房内臭气由轴流风机送至ZT廊道交替池上部密闭空间，污泥脱水间对带式浓缩脱水机加罩后单独设置吸风口，同时对中间贮池抽风，这样各恶臭气体产生源空间均形成微负压，避免臭气外逸，并满足规范要求的通风要求，臭气由风机抽送至后续的除臭生物滤池处理。除臭生物滤池由增湿池和除臭池组成，增湿池功能是对气体加湿并除悬浮颗粒，配有喷淋系统、填料、循环水泵等，除臭池采用模块拼装式，外壁采用玻璃钢结构，底层为布气空间，设有支墩、支架和布气板，其上放置填料。主要设计参数及设备：除臭生物滤池1座，尺寸为13． 5米×13．5米×2米，处理能力为57000m ／h，表面负荷310 m ／m ，填料为特制多孔强吸附材料，高 1．5m；风机4台，风量8500m ／h的2台，风量 20000m ／h的2台，风压均为2．2kPa；增湿池1座，尺寸为5米×3米×2．5米；循环水泵2台，单台Q ： 50m ／h，H=20m。目前该除臭系统已经运行一年，除臭效果良好，完全达到“城市污水处理厂污染物排放标准”GB18918—2002中的厂界(防护带边缘)废气排放二级标准。
5 结论与建议
(1)在进行城市污水系统设计时，应从污水的收集、转输及处理全过程着眼，控制臭气污染。
(2)市政污水行业产生的恶臭气体组成复杂，其主要污染成份为氨、硫化氢、甲硫醇等。
(3)由于除臭装置大都属于非标设备，因此要因地制宜地慎重选用各类除臭方案。在新建除臭设施时，应充分考虑各类除臭设施的不同性能和特点。除臭生物滤池工艺较适合于市政污水行业恶臭气体净化，具有操作管理简单、运行方式灵活 处理效果好等优点。
(4)在除臭滤池填料层内设置喷淋水系统、通过鼓风机将恶臭气体先鼓人曝气池等措施将改善整体处理效果，并可节能。
(5)在排水作业区内多选择种植环保植物，形成合理的有层次的环境绿化，以吸附各类污染物，降低污染程度。
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