广州猎德污水厂的除臭工艺介绍

2022-10-20

城市污水处理厂污水污泥处理过程中, 必然会产生大量的恶臭气体—异味, 这些臭味主要是由有机物腐败产生的气体造成。臭味给人以感官不悦, 甚至会危及人体生理健康, 诸如呼吸困难、倒胃、胸闷、呕吐等。随着人类社会经济的发展, 人民生活水平的提高和日益增强的公众环境意识, 城市污水处理厂在运行过程中所产生的臭气问题, 已经引起社会越来越多的关注。国家环境保护总局和国家质量监督检验检疫总局于2002年12月24日发布, 2003年7月1日实施的《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB 18918-2002) 对污水处理厂提出臭气控制指标。如何消除城市污水厂的臭味已成为重要的环境保护课题之一。

1 臭气的危害

污水处理厂的恶臭气体主要来源于污水和污泥的处理单元, 其中厌氧池是污水处理单元产生恶臭的主要场所, 而污泥脱水房是污泥处理单元恶臭产生的主要场所。

污水处理工艺过程中产生的恶臭气体组成物质主要由碳、氢和硫元素组成, 主要有氨气、硫化氢、硫醇、VFAs、VOCs等组成。根据有关资料介绍, 从成分看氨的浓度最大, 其次是硫化氢, 而硫化氢是产生恶臭气味的主要物质之一。

高浓度的含硫以及含氮恶臭物质会抑制硝化反应的进行, 使污水脱氮效果变差, 同时这些恶臭气体, 对污水厂金属材料、设备和管道有一定的腐蚀性, 对厂区及周边环境会造成污染, 也会影响周围居民的正常生活。甚至, 臭气中的恶臭物质, 对人体呼吸、消化、心血管、内分泌及神经系统都会造成不同程度的毒害, 使人体产生畸变、癌变。

2 除臭技术在广州猎德污水厂的应用

为改善工作场所及周边的大气环境, 猎德污水处理厂在厂区及泵站安装了相配套的除臭设备。其中, 东濠涌泵站、天河南泵站使用高能离子除臭装置, 西濠涌泵站使用催化型活性炭除臭装置, 厂区生化池、沉砂池及污泥各工艺运行单元均采用生物除臭装置。

下面对猎德污水处理厂使用的高能离子除臭装置、催化型活性炭处理装置、洗涤—生物滤床过滤联合除臭装置进行介绍。

2.1 高能离子除臭装置

2.1.1 猎德厂东濠涌泵站高能离子除臭装置

采用瑞典专利技术, 应用高频、高压和分子共振原理, 通过分子激发器在常温下将异味的有机碳氢化物分子电离成H+和C+等离子体, 然后, H+、C+等离子体再进入催化剂反应罐被氧化成水和二氧化碳, 从而达到去除异味的目的。 (图1)

等离子体是不同于物质的三态 (固态、液态、气态) 的第四种形态, 是由大量的电子、离子、自由基和中性粒子组成的导电性流体。等离子体去除恶臭是通过两个途径实现的:一个是在高能电子的瞬时高能量作用下, 打开有害气体分子的化学键, 使其直接分解成单质原子或无害分子;另一个是在大量高能电子、离子、激发态粒子和氧自由基、氢氧自由基 (自由基因带有不成对电子而具有很强的活性) 等作用下的氧化分解成无害产物。

恶臭物质主要通过以下反应得以去除:

等离子除臭系统对恶臭气体的去除受到以下因素的影响。

(1) 电压。臭气分子在等离子体反应过程中, 随着电压升高, 电场强度增加, 电子获得足够的能量传递给周围粒子, 生成更多的O H等活性粒子, 活性粒子与臭气分子的碰撞、反应机率增大, 去除率增加。需要在等离子体反应器能承受的电压范围内, 通过提高电压来提高其硫化氢、氨、臭气浓度去除率去除率。

(2) 频率。频率越大, 注入等离子体反应器的功率就越高, 产生的高能电子、自由基等活性粒子也就越多, 对恶臭气体的去除率也就越高, 当频率增加到一定程度后, 对去除效率的影响不太大, 因此, 不能仅靠增加电源频率提高去除效率, 应使等离子体反应器的工作所需最高激励频率不超过强电离放电系统的固有频率。

(3) 气体停留时间。等离子体产生的高能电子和各种氧化性自由基与恶臭气体反应需要一定的时间。

(4) 放电极性、放电电极与反应器外筒的材质及形状大小。放电极性有正、负之分, 与负极性放电相比, 正极性放电形成的等离子体空间大, 更适合于放电等离子体的化学反应。放电电极越细放电越易发生;电极材料的二次电子发射系数越大, 产生的高能电子越多;反应器的有效容积越大, 反应进行得更充分, 都使得去除效果更好。但是, 电源和等离子体反应器的匹配关系最终决定着等离子体反应装置的能耗和去除效果。这就要求既要减少电源自身消耗的能量, 又要使电源产生的能量有效注入到等离子体反应器内;通过电晕放电理论的深入研究, 优化等离子体反应器的直径及长度, 以求其内部最优时空分布和最佳电子能级分布。从而提高等离子体反应器的去除效果。

2.1.2 型号及参数

型号:TYPO-02-2.6

处理风量:5000m3/h

功率:5 k W

电压:380V 50Hz

2.1.3 实际运行小结

操作简单, 无需日常维护, 可无人值守。

占地面积小, 适用于臭气浓度低, 臭气空间小的污水处理泵站使用。

整机寿命可达1 0年, 其中高能离子发射管使用寿命约1 5 0 0 0小时。

H2S、NH3去除率较生物滤床底。

单套处理风量小, 较适宜在臭气浓度低、处理风量小的场所使用。

2.2 催化型活性炭处理装置

2.2.1 猎德厂西濠涌泵站催化型活性炭处理装置

广州市猎德污水处理厂西濠涌泵站除臭系统工程, 于2 0 0 3年建成投产, 整体工程设计风量1500m3/h。除臭工程主要是对臭气产生点进行密封, 将臭味气体收集后输送到催化活性炭净化塔, 臭味气体经过催化活性的吸附后达标排放。

催化型活性炭是由美国卡尔冈炭素公司研制生产的吸附剂, 该催化型活性炭在吸附过程中, 将H2S与氧都吸附在其表面, 并发生氧化作用生成90%以上的H2SO4和少量的H2SO3和S, 同时将NH3转化为硝酸根和亚硝酸根, 当催化型活性炭饱和后, 通过一段时间水洗后可在生, 并恢复其吸附功能。

随后猎德厂对该套除臭系统进行自控改造, 主要是对出口硫化氢、氨及甲烷浓度实现监测并通过其控制操作或报警, 通过P L C电控设计实现除尘过滤器更换自动报警提示, 活性炭再生操作自动完成 (图2) 。

在臭气处理中经过最初的一般吸附阶段后, 催化型活性炭促进氧化反应, 主要把H2S转变为H2SO4, 这与新鲜或再生的活性炭对进入炭结构的气流进行简单的物理吸附不同, 也与浸渍活性炭通过化学反应将H2S转变为硫元素不同。由于催化型活性炭未被化学浸渍, 其去除挥发性和有味有机物的能力很强。化学浸渍剂占据了活性炭吸附目标化合物的吸附空间, 同时催化型活性炭也显示出增强的H2S去除能力, 因其催化空间促进气体中的H2S和氧气的反应, 反应后生成硫酸盐 (S O4-2) 、少量的亚硫酸盐和硫元素。

上述反应中, 90%以上的H2S反应后形成H2S O4, 形成硫的部分不足5%, 这一点非常重要, 因为不同于硫元素的H2S O4很容易被吸附且易溶于水。当催化型活性炭去除H2S而耗竭后, 可通过水洗恢复其去除H2S的能力。这一特性使催化型活性炭适合于多种臭气处理应用中, 催化型活性炭上的反应将H2S的去除能力从标准的0.0 1~0.02克H2S/立方厘米提高到0.09克H2S/立方厘米以上, 接近于浸渍炭产品的0.12~0.14克H2S/立方厘米。

催化型活性炭可代替未浸渍或浸渍活性炭用在传统的炭吸附塔中, 一旦活性炭达到其吸附H2S容量时, 可在吸附柱中用水进行再生, 9 0%以上的反应物为硫酸和少量的亚硫酸两种物质, 均可溶于水, 床层在注满水的吸附塔里并连续溢流1 6小时后完成再生, 在这期间, 水渗透到活性炭的内孔中溶解反应产物。之后, 吸附塔中的水被排干从而恢复催化型活性炭吸附H2S的能力。吸附塔中的活性炭可以水洗多达4 0~8 0次, 具体次数取决于气流量和H2S浓度。

2.2.2 型号及参数

型号:HF—1000

处理风量:1500m3/h

功率:3.7 k W

电压:380VHz

2.2.3 实际运行小结

操作简单, 无需日常维护, 可无人值守。

占地面积小, 适用于臭气浓度低, 臭气空间小的污水处理泵站使用。

H2S、NH3、臭气的平均去除率分别在95%和85%以上。

催化型活性炭床可反复水洗再生, 使用寿命长。

在生反冲洗时间长, 约1 6小时。

单套处理风量小, 较适宜在臭气浓度低、处理风量小的场所使用。

2.3 生物除臭装置

2.3.1 猎德厂三期洗涤—生物滤床过滤联合除臭装置

洗涤—生物滤床过滤联合除臭装置主要由前级预处理和后级生物滤床组成, 通过收集系统进入预处理区的臭气, 经水或低浓度化学洗液洗涤, 完成了对污染物质的水和化学吸附、除尘及加湿的预处理。经加湿预处理后的恶臭气体再进入后级生物滤床, 被生物填料中的微生物吸附分解, 从而达到臭气的目的 (图3) 。

生物洗涤前处理装置是生物过滤除臭系统的重要处理单元, 根据废气产生的特点, 要使生物过滤塔内生物填料保持高效的活性, 其本身有一定的水分要求, 气体相对湿度一般不低于9 8%, 为满足生物过滤除臭系统的湿度要求, 防止气体在通过滤床时填料自身水分流失, 需要对气体进行增湿处理, 以准确控制气体的湿度。根据系统要求, 使气体湿度保持在到设定范围。

物生滤塔中的微生物在适宜的环境条件下, 在有机生物填料表面形成生物膜, 生物膜中的微生物利用废气中的无机和有机物作为碳源和能源, 通过降解恶臭物质维持其生命活动, 并把臭气污染物质转换为二氧化碳、水和矿物质等。

生物除臭过程主要分为以下几个阶段。

(1) 气液扩散阶段:臭气中的化学物质首先通过填料气/液界面由气相转移到液相。

(2) 液固扩散阶段:废气中的异味化学物由液相扩散到生物填料的生物膜。

(3) 生物氧化阶段:生物填料表面形成的生物膜中的微生物把异味气体分子氧化, 同时生物膜会引起氮或磷等营养物质及氧气的扩散和吸收。

生物过滤通过上述三个阶段把废气中的污染物质转化为二氧化碳、水、无机盐、矿物质等。从而达到异味净化的目的。