污水处理厂恶臭物质分析与生物滤池除臭工艺研究进展

2014-08-30 08:16朱睿
中国科技纵横 2014年11期
关键词:污水处理厂

朱睿

【摘 要】 目前,污水恶臭污染正影响着大气环境质量,给人们的工作和生活带来了危害。本文分析了恶臭气体的来源、组成和产生浓度,并对先进的生物滤池除臭工艺进行了具体的分析,既客观阐明了该项技术的独到效果,又理性指呈了影响其除臭效果的关键因素,希望能够给污水处理厂提供有益的借鉴,以便更好地推动生物滤池除臭技术的发展。

【关键词】 污水处理厂 生物滤池工艺 臭气污染

恶臭污染给人们的生活和工作带来了严重危害,不仅在视觉上损坏了人们对于绿色环境的感知,更由于其内含诸多有害物质直接威胁着人体的健康,进而导致了人类生存质量的直线下降。因而,如何利用先进的科学技术手段做好对污水臭气的有效处理,已成为污水处理厂的工作重点之一。目前,生物滤池除臭法开始被大量应用于污水臭气处理中,这是因为,与其它除臭技术相比,该项技术不仅具备设备简单且能耗相对较低的优点,同时还因为其安全可靠的技术工艺和操作流程有效避免了二次污染的产生,真正体现了绿色环保的理念。正因为具备了上述几方面的优点,生物过滤池除臭方法理所当然地成为了污水治理绿色方案的代表,越来越被广泛应用于污水恶臭气体的治理工作中。

1 污水处理厂恶臭物质的来源、组成及浓度

污水处理厂中的恶臭物质主要来源于格栅、曝气沉砂池、初沉池、生化池、污泥浓缩池、污泥脱水机房等。恶臭物质中主要包括四类物质,即:含硫化合物、含氮化合物、烃类化合物以及含氧化合物。其中最主要的恶臭物质是硫化氢、氨气、甲硫醇等。

各个处理单元所产生的恶臭物质量和排放强度上存在明显差异。Frech等对德国100家污水处理厂恶臭物质源进行了调查,结果发现城市污水处理厂的污泥处理区(污泥浓缩池、污泥脱水间等)与污水进水区(进水泵站、格栅、曝气沉砂池等)产生的恶臭物质无论在恶臭物质量上,还是在排放强度上均高于其他处理单元。我国研究人员对污水处理厂恶臭污染物进行了监测,结果表明污水处理厂恶臭发生源主要是储泥池、污泥浓缩池、污泥脱水机房以及曝气池和格栅处。眭光华等对广州一大型生活污水处理厂主要恶臭源硫化氢、氨气的排放浓度进行了8个月的连续监测,结果表明,沉砂池、格栅和污泥浓缩池的硫化氢、氨气排放浓度呈夏秋季节高、冬春季节低的特征,与季节变化的气温有明显的相关性;污水水温越低则硫化氢和氨气的排放浓度越低。张道友等通过对北京某大型污水处理厂的恶臭物质情况和气象条件进行监测,结果发现,极端天气(高湿度、低气压、无风、多日无雨)的恶臭物质浓度高。席劲瑛等对某市污水处理厂主要恶臭源硫化氢和氨气的排放浓度进行了9个月的连续监测,结果表明,污水的硫化氢和氨气排放浓度均随水温的升高而升高,当水温分别低于18℃和22℃时,曝气沉砂池和粗格栅的硫化氢和氨气排放浓度分别低于0.4mg/m3和0.1mg/m3。

2 生物过滤池在污水处理厂的除臭工艺分析

生物除臭工艺是利用微生物自身对于生物的降解作用,有效地对臭气物质进行吸收和降解,并在此基础上实现对臭气的处理。由于生物滤池法不仅具有除臭效率高,而且其处理产物体现出了环保无害的特点,表现出了无可替代的优越性,因而被广泛地应用于污水恶臭气体的处理中。

2.1 生物滤池除臭的工作原理

由于生物滤工艺主要是采用了液体吸收和生物处理的组合的方式,因而,在利用该项技术进行除臭时,一般必须依据以下步骤: 首先,需要将臭气中的大量有机污染物充分溶解于水中,此目的是让臭气与液体形成混合水。接着,巧妙地利用浓度差的推动作用,进一步将完全溶解于液膜中的有机污染物迅速扩散到生物膜内,这样一来,填料中的微生物便能够及时捕获并吸收混合水中的恶臭气体。最后,当那些散发恶臭的有机污染物进入微生物体内,又作为能源和营养物质被微生物分解和利用,并最终转化为无毒无害的化合物。利用微生物对污水中的有机物进行降解,不仅可以巧妙地去除了污水中恶臭气体,还避免了二次污染的形成,真正体现了绿色环保的理念。

2.2 生物滤池除臭工艺系统组成

生物滤池除臭是一个工艺流程相对较短且设备简单、运行成本较低的系统组成,一般来说,该系统组成包括气体收集输送系统、加湿保温系统、生物过滤系统和检测控制系统四个组成部分。具体流程如图1所示。

由图1可知,当恶臭气体经过收集管道通过气体收集装置后,为了让那些不满足温湿度处理条件的气体达到既定的要求,必须利用加湿保温装置对温度湿度进行预先调节处理后再进入生物过滤装置。此举的目的是为了利用载体填料表面积上生长的微生物对污水进行脱臭处理,进而使得原先的恶臭气体在生物过滤装置中被微生物充分的吸收和分解。这样一来,在生物过滤装置中进行处理过的气体便能够达到相应的标准要求。

2.3 生物滤池除臭的性能特点

作为一种新型除臭方法,生物滤池除臭工艺具有以下几点性能特点:其一,该项技术对于臭气的处理效果非常好,不论在任何季节,利用生物过滤池进行臭气处理都能满足环保要求。其二,由于在整个流程中不需要利用化学物品,因而绝不会产生二次污染现象。其三,因为生物滤池具有缓冲容量大的特点,所以在运行过程中能够对浓度高峰进行自动调节,而其间的微生物也可以始终处于正常工作状态,这样,便使得过滤池的耐冲击负荷能力更强。其四,在整个过滤池除臭系统运行过程中因为采用了全自动控制,所以运行状态不仅非常稳定,而且极少对零部件造成损害,让后期的维护管理也变得相对简单化。另外,生物滤池的池体通常情况下都是采用组装式,这样的设备既便于运输和安装,又利于实际操作过程中对于臭气气源的有效处理。

2.4 生物滤池除臭工艺的效果

目前,比较常用的除臭工艺有生物氧化除臭法、天然植物液除臭法、活性氧化除臭法以及高能离子净化除臭法等,但是,在所有的除臭技术中,生物滤池除臭法由于除臭效果明显而越来越受到国外研究人士的关注,更成为不少污水处理厂进行除臭的首选方案。与此同时,该项技术还普遍应用于饮食、化学以及医药等各行各业。这是因为,与其它除臭工艺相比,生物滤池除臭工艺不仅流程简单易操作,而且不会对环境形成不必要的损害,尤为重要的是,在整个除臭工艺流程中,由于不需要涉及到其它的化学药品,所以在实际操作过程中无需担心二次污染问题的出现,这样,就避免了因次生污染物对环境造成的再度损害。

3 生物滤池除臭效果的决定因素

尽管生物滤池是所有除臭法中最为经济有效的方法,但由于其原理是利用微生物对恶臭气味进行吸收、氧化以达到降解的目的,所以在利用该法进行污水臭气处理时,其效果往往受到很多因素的影响,具体有以下几方面。

3.1 污染物的含量

在利用微生物进行恶臭气体处理时,废气中的污染物的种类和数量往往影响着其除臭效果。一般情况下,使用生物过滤池进行除臭时,废气中的污染物的种类应该是能够被微生物利用和降解的水溶性有机或无机物质,且一定不能是抑制微生物生长的有毒物质,只有这样,才能够保证微生物极佳的除臭效果。同时,污染物的含量也应该保持在一定的范围内,过高含量的污染物将会导致微生物的大量繁衍,高密度的微生物不仅影响除臭效果,还有可能缩短填料的使用寿命。

3.2 适宜的除臭环境

在进行污水臭气处理时,生物过滤池中填料层的均衡施行制约着生物滤池的透气性,更影响着对臭气的处理效果。这是因为,在润湿效果(即水分缺失)不够的情况下,填料层会发生干裂现象,这种状态下,微生物的新陈代谢不仅无法正常进行,而且其代谢物也不容易排出过滤池。与此同时,在缺水的情况下,填料层自身的均匀性也不够,导致了废气无法均匀通过,进而大大降低了除臭效果。而湿度如果过高,又会明显缩短废气污染物与填料层的接触时间,无法达到最佳的除臭目的,甚至还会产生某些有气味的挥发物,给环境造成二次污染。所以,为了保证给填料层提供最为适宜的湿度,废气在进入生物滤池之前,需先经过润湿处理,以保证填料在最为适宜的湿度范围内更好地发挥其除臭效果。另外,进行生物除臭时,pH值也是影响微生物新陈代谢的重要因素之一。对于多数微生物而言,只有当生存环境的pH值基本接近于中性时,才能保证其最高的生物活性。这是因为,当臭气在进行分解的过程中,其中的H2S、NH3和含氯有机物等成分会生成某些酸性副产物,进而导致了微生物生长环境pH的明显下降,在这种情况下,微生物的生物活性也跟着受到影响,严重者还会破坏现有的微生物菌种,必然地会造成微生物对于恶臭物质去除率和去除效果达不到最佳的状态。

3.3 做好滤池填料的选择

生物滤池的最重要组成部分便是填料,作为微生物的载体,生物滤池的填料主要包括无机填料和有机填料两大类。好的填料不仅具有营养成分合理、吸附性强、结构均匀孔隙率大等特点,而且能够为微生物的生长提供极佳的客观环境,可以容许一定数量和种类的微生物在其间生长。所以在进行填料的选择时,需要根据既定的场合进行有针对性的填料选择,同时还要考虑到所选择的填料具备一定的营养成分如碳、氮、磷、钾等微量元素,以保证能够提供微生物的正常生长之需。由于单一成分的填料很难满足上述要求,因而多数情况下,为了让生物活性能够稳定地保持在正常的状态,尽量选择可以提供微生物生长所需要的营养成分的复合型填料。

3.4 合理控制停留时间

在进行微生物除臭的过程中,由于污水中的恶臭气体在滤池中被生物膜吸附分解需要一定的时间,因而恶臭气体在过滤池的停留时间又往往成了影响臭气去除率的重要因素之一。一般情况下,气体在过滤池内停留时间的长短与生物净化效率成正比例。但与此同时,过长的时间停留会导致污水恶臭气体处理成本增大,自然无法实现经济效益的最大化追求目标。基于对经济效益和除臭效果的双重考虑,在进行污水臭气处理时,通常会将生物过滤系统的停留时间控制在2~8.5min的范围内。

3.5 做好滤料压降的控制

由于在生物除臭系统中,滤料设备在运行过程中常会因为自重作用而导致孔隙率出现降低现象,导致气体在通过填料时的阻力增加,一定时间后,由于压降和能耗的不断增大,又必然地会影响到滤料的正常使用。因而,在生物除臭系统的日常运作过程中一定要注意控制好滤池滤料的压降,当滤料压降达到一定数值时,最好的做法便是适时地更换滤料,以保证滤料能够进行正常的除臭。

4 结语

与其它除臭工艺相比,由于生物滤池工艺具有设备简单易操作且投资较低等诸多优点,已经成为污水处理厂恶臭气体处理的首选方案。但是,由于该项技术目前仍处于初级阶段,在应用过程中会存在着的一些不尽如人意的地方,因此,在今后进行微生物过滤池除臭工艺研究和应用时,既需要努力做好微生物菌种的优化,以便更进一步地发挥生物滤池的除臭性能,又需要做好过滤池填料的开发工作,力求给微生物提供更为适宜的生长环境。同时,还要充分利用科学技术手段对生物过滤池的设备和工艺模式进行改良,以保证臭气被均匀吸附,让微生物更好地对恶臭气体进行降解。

参考文献:

[1]韩力超,刘建广,罗培.生物滤池去除污水处理厂臭气的应用及展望[J].山东建筑大学学报,2011,26(4):373-378.

[2]Frechen FB.Odor emission and odor control at wastewater treatment Plants in West Germany[J].Wat Sci Tech,1988,20:361-266.

[3]Frechen FB.Odor emission inventory of Germany wastewater treatment plants—odour flow rates and odour emission capacity [J].Wat Sci Tech,2004,50(4):139-146.

[4]郭静,梁娟,匡颖,等.污水处理厂恶臭污染状况分析与评价[J].中国给水排水,2002,18(2):41-42.

[5]魏德江,龚梦锡.污水处理厂恶臭控制技术评价分析[J].能源环境保护,2004,4(18):27-28,30.

[6]席劲瑛,胡洪营,罗彬,等.城市污水处理厂主要恶臭源的排放规律研究[J].2006,22(23):99-103.

[7]眭光华,李建军,孙国萍.城市污水处理厂恶臭污染源调查与研究[J].环境工程学报,2008,2(3):399-402.

[8]张道友,甘一萍,王建华,等.污水处理厂臭气分析与控制对策[J].2011,29:10-12,122.

3 生物滤池除臭效果的决定因素

尽管生物滤池是所有除臭法中最为经济有效的方法,但由于其原理是利用微生物对恶臭气味进行吸收、氧化以达到降解的目的,所以在利用该法进行污水臭气处理时,其效果往往受到很多因素的影响,具体有以下几方面。

3.1 污染物的含量

在利用微生物进行恶臭气体处理时,废气中的污染物的种类和数量往往影响着其除臭效果。一般情况下,使用生物过滤池进行除臭时,废气中的污染物的种类应该是能够被微生物利用和降解的水溶性有机或无机物质,且一定不能是抑制微生物生长的有毒物质,只有这样,才能够保证微生物极佳的除臭效果。同时,污染物的含量也应该保持在一定的范围内,过高含量的污染物将会导致微生物的大量繁衍,高密度的微生物不仅影响除臭效果,还有可能缩短填料的使用寿命。

3.2 适宜的除臭环境

在进行污水臭气处理时,生物过滤池中填料层的均衡施行制约着生物滤池的透气性,更影响着对臭气的处理效果。这是因为,在润湿效果(即水分缺失)不够的情况下,填料层会发生干裂现象,这种状态下,微生物的新陈代谢不仅无法正常进行,而且其代谢物也不容易排出过滤池。与此同时,在缺水的情况下,填料层自身的均匀性也不够,导致了废气无法均匀通过,进而大大降低了除臭效果。而湿度如果过高,又会明显缩短废气污染物与填料层的接触时间,无法达到最佳的除臭目的,甚至还会产生某些有气味的挥发物,给环境造成二次污染。所以,为了保证给填料层提供最为适宜的湿度,废气在进入生物滤池之前,需先经过润湿处理,以保证填料在最为适宜的湿度范围内更好地发挥其除臭效果。另外,进行生物除臭时,pH值也是影响微生物新陈代谢的重要因素之一。对于多数微生物而言,只有当生存环境的pH值基本接近于中性时,才能保证其最高的生物活性。这是因为,当臭气在进行分解的过程中,其中的H2S、NH3和含氯有机物等成分会生成某些酸性副产物,进而导致了微生物生长环境pH的明显下降,在这种情况下,微生物的生物活性也跟着受到影响,严重者还会破坏现有的微生物菌种,必然地会造成微生物对于恶臭物质去除率和去除效果达不到最佳的状态。

3.3 做好滤池填料的选择

生物滤池的最重要组成部分便是填料,作为微生物的载体,生物滤池的填料主要包括无机填料和有机填料两大类。好的填料不仅具有营养成分合理、吸附性强、结构均匀孔隙率大等特点,而且能够为微生物的生长提供极佳的客观环境,可以容许一定数量和种类的微生物在其间生长。所以在进行填料的选择时,需要根据既定的场合进行有针对性的填料选择,同时还要考虑到所选择的填料具备一定的营养成分如碳、氮、磷、钾等微量元素,以保证能够提供微生物的正常生长之需。由于单一成分的填料很难满足上述要求,因而多数情况下,为了让生物活性能够稳定地保持在正常的状态,尽量选择可以提供微生物生长所需要的营养成分的复合型填料。

3.4 合理控制停留时间

在进行微生物除臭的过程中,由于污水中的恶臭气体在滤池中被生物膜吸附分解需要一定的时间,因而恶臭气体在过滤池的停留时间又往往成了影响臭气去除率的重要因素之一。一般情况下,气体在过滤池内停留时间的长短与生物净化效率成正比例。但与此同时,过长的时间停留会导致污水恶臭气体处理成本增大,自然无法实现经济效益的最大化追求目标。基于对经济效益和除臭效果的双重考虑,在进行污水臭气处理时,通常会将生物过滤系统的停留时间控制在2~8.5min的范围内。

3.5 做好滤料压降的控制

由于在生物除臭系统中,滤料设备在运行过程中常会因为自重作用而导致孔隙率出现降低现象,导致气体在通过填料时的阻力增加,一定时间后,由于压降和能耗的不断增大,又必然地会影响到滤料的正常使用。因而,在生物除臭系统的日常运作过程中一定要注意控制好滤池滤料的压降,当滤料压降达到一定数值时,最好的做法便是适时地更换滤料,以保证滤料能够进行正常的除臭。

4 结语

与其它除臭工艺相比,由于生物滤池工艺具有设备简单易操作且投资较低等诸多优点,已经成为污水处理厂恶臭气体处理的首选方案。但是,由于该项技术目前仍处于初级阶段,在应用过程中会存在着的一些不尽如人意的地方,因此,在今后进行微生物过滤池除臭工艺研究和应用时,既需要努力做好微生物菌种的优化,以便更进一步地发挥生物滤池的除臭性能,又需要做好过滤池填料的开发工作,力求给微生物提供更为适宜的生长环境。同时,还要充分利用科学技术手段对生物过滤池的设备和工艺模式进行改良,以保证臭气被均匀吸附,让微生物更好地对恶臭气体进行降解。

参考文献:

[1]韩力超,刘建广,罗培.生物滤池去除污水处理厂臭气的应用及展望[J].山东建筑大学学报,2011,26(4):373-378.

[2]Frechen FB.Odor emission and odor control at wastewater treatment Plants in West Germany[J].Wat Sci Tech,1988,20:361-266.

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[7]眭光华,李建军,孙国萍.城市污水处理厂恶臭污染源调查与研究[J].环境工程学报,2008,2(3):399-402.

[8]张道友,甘一萍,王建华,等.污水处理厂臭气分析与控制对策[J].2011,29:10-12,122.

3 生物滤池除臭效果的决定因素

尽管生物滤池是所有除臭法中最为经济有效的方法,但由于其原理是利用微生物对恶臭气味进行吸收、氧化以达到降解的目的,所以在利用该法进行污水臭气处理时,其效果往往受到很多因素的影响,具体有以下几方面。

3.1 污染物的含量

在利用微生物进行恶臭气体处理时,废气中的污染物的种类和数量往往影响着其除臭效果。一般情况下,使用生物过滤池进行除臭时,废气中的污染物的种类应该是能够被微生物利用和降解的水溶性有机或无机物质,且一定不能是抑制微生物生长的有毒物质,只有这样,才能够保证微生物极佳的除臭效果。同时,污染物的含量也应该保持在一定的范围内,过高含量的污染物将会导致微生物的大量繁衍,高密度的微生物不仅影响除臭效果,还有可能缩短填料的使用寿命。

3.2 适宜的除臭环境

在进行污水臭气处理时,生物过滤池中填料层的均衡施行制约着生物滤池的透气性,更影响着对臭气的处理效果。这是因为,在润湿效果(即水分缺失)不够的情况下,填料层会发生干裂现象,这种状态下,微生物的新陈代谢不仅无法正常进行,而且其代谢物也不容易排出过滤池。与此同时,在缺水的情况下,填料层自身的均匀性也不够,导致了废气无法均匀通过,进而大大降低了除臭效果。而湿度如果过高,又会明显缩短废气污染物与填料层的接触时间,无法达到最佳的除臭目的,甚至还会产生某些有气味的挥发物,给环境造成二次污染。所以,为了保证给填料层提供最为适宜的湿度,废气在进入生物滤池之前,需先经过润湿处理,以保证填料在最为适宜的湿度范围内更好地发挥其除臭效果。另外,进行生物除臭时,pH值也是影响微生物新陈代谢的重要因素之一。对于多数微生物而言,只有当生存环境的pH值基本接近于中性时,才能保证其最高的生物活性。这是因为,当臭气在进行分解的过程中,其中的H2S、NH3和含氯有机物等成分会生成某些酸性副产物,进而导致了微生物生长环境pH的明显下降,在这种情况下,微生物的生物活性也跟着受到影响,严重者还会破坏现有的微生物菌种,必然地会造成微生物对于恶臭物质去除率和去除效果达不到最佳的状态。

3.3 做好滤池填料的选择

生物滤池的最重要组成部分便是填料,作为微生物的载体,生物滤池的填料主要包括无机填料和有机填料两大类。好的填料不仅具有营养成分合理、吸附性强、结构均匀孔隙率大等特点,而且能够为微生物的生长提供极佳的客观环境,可以容许一定数量和种类的微生物在其间生长。所以在进行填料的选择时,需要根据既定的场合进行有针对性的填料选择,同时还要考虑到所选择的填料具备一定的营养成分如碳、氮、磷、钾等微量元素,以保证能够提供微生物的正常生长之需。由于单一成分的填料很难满足上述要求,因而多数情况下,为了让生物活性能够稳定地保持在正常的状态,尽量选择可以提供微生物生长所需要的营养成分的复合型填料。

3.4 合理控制停留时间

在进行微生物除臭的过程中,由于污水中的恶臭气体在滤池中被生物膜吸附分解需要一定的时间,因而恶臭气体在过滤池的停留时间又往往成了影响臭气去除率的重要因素之一。一般情况下,气体在过滤池内停留时间的长短与生物净化效率成正比例。但与此同时,过长的时间停留会导致污水恶臭气体处理成本增大,自然无法实现经济效益的最大化追求目标。基于对经济效益和除臭效果的双重考虑,在进行污水臭气处理时,通常会将生物过滤系统的停留时间控制在2~8.5min的范围内。

3.5 做好滤料压降的控制

由于在生物除臭系统中,滤料设备在运行过程中常会因为自重作用而导致孔隙率出现降低现象,导致气体在通过填料时的阻力增加,一定时间后,由于压降和能耗的不断增大,又必然地会影响到滤料的正常使用。因而,在生物除臭系统的日常运作过程中一定要注意控制好滤池滤料的压降,当滤料压降达到一定数值时,最好的做法便是适时地更换滤料,以保证滤料能够进行正常的除臭。

4 结语

与其它除臭工艺相比,由于生物滤池工艺具有设备简单易操作且投资较低等诸多优点,已经成为污水处理厂恶臭气体处理的首选方案。但是,由于该项技术目前仍处于初级阶段,在应用过程中会存在着的一些不尽如人意的地方,因此,在今后进行微生物过滤池除臭工艺研究和应用时,既需要努力做好微生物菌种的优化,以便更进一步地发挥生物滤池的除臭性能,又需要做好过滤池填料的开发工作,力求给微生物提供更为适宜的生长环境。同时,还要充分利用科学技术手段对生物过滤池的设备和工艺模式进行改良,以保证臭气被均匀吸附,让微生物更好地对恶臭气体进行降解。

参考文献:

[1]韩力超,刘建广,罗培.生物滤池去除污水处理厂臭气的应用及展望[J].山东建筑大学学报,2011,26(4):373-378.

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[4]郭静,梁娟,匡颖,等.污水处理厂恶臭污染状况分析与评价[J].中国给水排水,2002,18(2):41-42.

[5]魏德江,龚梦锡.污水处理厂恶臭控制技术评价分析[J].能源环境保护,2004,4(18):27-28,30.

[6]席劲瑛,胡洪营,罗彬,等.城市污水处理厂主要恶臭源的排放规律研究[J].2006,22(23):99-103.

[7]眭光华,李建军,孙国萍.城市污水处理厂恶臭污染源调查与研究[J].环境工程学报,2008,2(3):399-402.

[8]张道友,甘一萍,王建华,等.污水处理厂臭气分析与控制对策[J].2011,29:10-12,122.

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