气相过滤在污水处理厂中的除臭应用 16页

气相过滤在城市污水处理厂的除臭应用冯家户陈亮（上海加合环境科技有限公司—Circul-Aire中国合资公司）0.概述随着工业化、城市化的加速，城市污水产生量越来越多，如何让污水进行达标排放、绿色排放就显得日趋重要。在这样的背景下，污水处理行业成为新兴产业，目前与自来水生产、供水、排水、中水回用行业处于同等重要地位。但污水处理的同时必然伴随产生大量的恶臭气体，例如由于厌氧菌等微生物的作用，会产生一些异味较重的气体包括硫化氢，甲硫醇和胺类等等。另外在中国由于人口的密集，这些恶臭很容易影响附近居民的工作和生活，是目前市政设施中居民投诉较多的问题点。有数据显示公众环境投诉中，60%与空气中异味相关。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《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002），对污水处理厂提出臭气控制指标。该标准成了检测和控制臭气排放的指南。CA作为北美气相过滤领域以及污染控制的领导者，成功在北美以及中国香港的污水处理厂和垃圾处理厂实施了近百个项目。本文目的主要在于介绍CA除臭的方法、原理以及在具体项目的应用。1.污水处理厂恶臭气体分析\n1.1恶臭问题的凸现污水处理厂（wastewatertreatmentplant，WWTP）是对污水用物理、化学和生物的方法进行净化处理的工厂。许多从污染源排出的污水，因含污染物浓度或总量较高，达不到排放标准或不适应环境容量要求，直接排放可能降低水环境质量和功能目标时，都要经过污水处理厂的净化处理。图1城市污水处理厂的典型工艺流程图污水处理厂的作用是毋庸置疑的。它通过对城市污水的多级处理，实现输出水体的达标或再循环利用，避免了严重的水污染，节约和保护了大量水资源，减轻了自然水体的自净负担。然而，在污水处理厂污水污泥处理过程中，不可避免地会产生大量的恶臭气体。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，导致呼吸困难、倒胃、胸闷、呕吐等。恶臭气体中的腐蚀性成分还会对各种设备造成影响，轻则降低工作效率，缩短使用寿命，重则引发安全事故。因此，有效控制污水处理厂恶臭源头具有重大现实意义。1.2恶臭气体成分污水处理厂的恶臭气体是由蛋白质、脂肪、碳水化合物的微生物呼吸发酵过程产生的产物和不完全产物，一般分为三类：含硫化合物—硫化氢、甲硫醇、甲基硫醚等含氮化合物—氨、三甲胺等碳、氧或碳、氢、氧组成的化合物—低级醇、醛、脂肪酸等城市污水处理厂产生恶臭的污染源主要有进水部分和污泥处理部分，即进水格栅、曝气沉砂池、曝气池、污泥浓缩池及最终贮泥池等工序。恶臭主要由氨气、硫化氢、硫醇、VFAs、VOCs等组成：\n氮化物氨气在污水中的浓度通常不高，主要由污水中的固体颗粒经过厌氧消化和好氧消化而产生。在通常pH值条件下，氨气在水中的溶解度很大；但当pH值升高时，变得容易挥发，所以在使用苛性碱（石灰）作为调节剂的污泥处理过程产生的废气流中氨浓度通常很高。其它氮化物，主要是有机胺，一般是有机物腐败的产物，在恶臭气体中也占有一定比例。硫化物硫化氢是污水在缺氧（腐败）条件下产生的。当污水的溶解氧很少或为零时，污水中的细菌（如：脱硫菌）会将硫酸盐或硝酸盐作为它们的氧源，随后将硫酸盐还原成亚硫酸盐和硫化物，进而产生硫化氢气体，尤其是在pH值较低的情况下。硫化氢也普遍存在于未经消化的泥流中。硫醇和其它含硫的气态化合物（如：二硫化碳、甲基二硫化物、二甲基二硫化物）由于在低浓度极限时也可以产生强烈的恶臭而成为污水处理厂恶臭控制的难点。这些含硫气态化合物和硫化氢产生的途径相同，且存在于同样的废气中。VFAs（挥发性脂肪酸）VFAs是有机物在缺氧或厌氧条件下分解产生的，包括乙酸、丙酸、丁酸等。它们的特点是恶臭阈值低，强度大。VFAs是由污泥和污水的分解产生的，在整个处理厂内，只要是氧气浓度低或为零且pH值相对较低的地方，都可能产生VFAs。厌氧消化过程能破坏VFAs，故在消化污泥废气中的浓度不高。VOCs（挥发性有机化合物）VOCs包括一系列合成和自然生成的有机化合物，有些是恶臭的，有些是气态有毒物，它们大多数来自工业污染源。污水处理工艺中搅动的地方（如进水工艺和初沉池）可以挥发出VOCs。厌氧消化过程可从污泥中有效去除VOCs，故在消化污泥废气中的VOCs浓度一般较低。虽然很多气体浓度并不高，但由于人类鼻子对其敏感程度较高，所以人们也很容易觉察到其存在，在进行臭气处理时，必须认识到这点。从下表可以看出有些气体成份，鼻子的阀值浓度是ppb级的，在设计除臭系统时，需要有针对性的进行处理。表1常见的恶臭气体成分以及鼻子的阀值浓度及沸点化合物化学式气味种类鼻子阈值浓度（ppm）沸点，℃胺类甲胺CH3NH2鱼腥味0.021-6.3二甲基胺(CH3)2NH鱼腥味0.0477三甲基胺(CH3)3N鱼腥味0.000213.5乙胺C2H5NH2鱼腥味17丙胺C3H7NH2鱼腥味0.2148\n丁胺C4H9NH2鱼腥味0.2478己胺C6H13NH2鱼腥味130有机胺腐胺(CH2)4(NH2)2蛋白质腐败味160尸胺(CH2)5(NH2)2蛋白质腐败味180嘧啶C5H5N致呕0.021116吲哚C8H7N粪臭味，致呕254粪臭素C9H9N粪臭味，致呕0.050266氯化物氯Cl2刺激性气味0.010-35氯酚C6H4ClOH药味0.00018175-220有机酸丁酸C3H7COOH牛油脂腐败味0.001166戊酸C4H9COOH油脂腐败味0.00024186己酸C5H11COOH羊油脂腐败味0.0011205硫化物硫化氢H2S臭鸡蛋味0.01-61甲硫醇CH3SH烂白菜味0.00216乙硫醇C2H5SH烂白菜味0.00135丙硫醇C3H7SH臭鼬皮味0.001667丁硫醇C4H9SH臭鼬皮味0.00198烯丙硫醇C3H5SH似大蒜味0.0000567苄硫醇C7H7SH大蒜-臭鼬皮味0.00019195烯丁硫醇C4H7SH臭鼬皮-辛辣味0.二甲基硫(CH3)2S腐败蔬菜味0.001137二乙基硫(C2H5)2S腐败蔬菜味0.0002592二苯硫(C6H5)2S致呕0.296苯硫酚C6H5SH致呕0.169二氧化硫SO2辛辣刺激性气味0.009-101.3恶臭气体来源污水处理厂各单元恶臭的产生原因预处理装置该装置如果进水中含有恶臭物质，或者BOD（生化需氧量）较高，则在预处理过程中会散发出恶臭气体。因为高的有机负荷往往造成水体产生缺氧，在厌氧菌作用下会产生大量还原性恶臭物质，水中的恶臭气体就会挥发出来进入到大气中。澄清池\n澄清池中由于在中间进水时会有湍流而使恶臭气体挥发出来，同时在出水时多采用溢流方式，也会使恶臭气体散发出来。生化处理装置污水处理一般采用好氧处理，此时恶臭气体的散发也许并不占太大的比例，但在曝气不足或停留时间不够的情况下发生厌氧过程而使其散发的恶臭气体量大大增加。当然，若在污水处理中采用厌氧处理过程，则恶臭气体的发生是不可避免的。污泥浓缩与脱水装置用压缩、过滤和离心分离等过程来进行污泥浓缩和脱水都会因湍动而引起恶臭气体的排放。污泥回流装置在污泥回流到预处理或前面生化处理装置时，由于pH的变化和湍动将会引起恶臭气体的排放。1.4恶臭分布情况注：图中数值表示各构筑物产生臭气量占总臭气量的比例图2德国100座污水处理厂恶臭污染源的调查结果表2城市污水处理厂主要处理构筑物恶臭散发率处理构筑物最低值平均值最高值\n进水35714005577格栅828520032669曝气沉砂池403320024902来自沉砂池的砂砾58511002019初沉池：水面401230012903初沉池：进水堰1258770047386中间沉淀池（水面）1158460017962调节池47401000022693雨水池1104501826厌氧池（生物除磷）52215004305预酸化池375064800061429缺氧池（反硝化）3017301774好氧池（硝化）1215102113最终沉淀池（水面）330230012903滤池1485001680一级污泥浓缩池897670050566二级污泥浓缩池52115004538污泥脱水间529250011516以上的调查数据表明：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）产生的恶臭气体无论在臭气量上，还是在排放强度上均高于其它处理单元。2.CA（Circul-Aire）气相过滤除臭方法2.1基本概念在解释CA的除臭方法之前，必须先对几个基本概念进行说明：Adsorption吸附吸附是一种物理过程，污染物（液体，气体或悬浮物）会吸附在吸附剂材料的表面或是毛孔内。吸附是一个可逆过程，无化学反应发生，又称范德华吸附。Absorption吸收吸收是指污染物渗透到另一种物质的结构中的过程，这是不同于吸附的地方，吸附是一种物质存在于另一种物质的表面。Chemisorption化学吸附化学吸附类似于物理吸附过程，化学吸附是指由吸附剂与污染物之间产生的化学作用而产生的吸附。化学吸附是通常被认为是一个不可逆转的进程。Catalysis催化催化是一个过程，在催化剂的作用下形成另一种物质的化学变化。这种变化（通常是导致或加速化学反应），将去除污染物而催化剂本身没有发生任何变化。\n2.2CA气相过滤方法Circul-Aire提供了多种气相净化媒体，针对商业和工业环境中的腐蚀性，异味及有毒污染物进行连续的净化处理。针对不同的污染，Circul-Aire的媒体将使用不同的流程从被污染的空气流中去除不需要的气体。更具体地说，Circul-Aire采取了四种主要的去除机制用来消除空气中化学污染物，分别是吸附，吸收，化学吸附及催化。对于不同的环境，CA提供不同媒体，或提供混合媒体，以有效地除去恶臭或有毒有害气体。由于与气体反应的速度快且完全达到设计的要求，CA的方法可以很精确地控制处理后的有害气体的浓度。目前世界上针对ppb级的浓度控制要求，CA的方法是最可靠且最安全的方法。由于采用的四种去除机制所产生的联合效应，媒体可以在较长的时间内有效，这也是不同于活性炭吸附的最大区别之一。现有的污水处理厂虽然恶臭远扬，但实际浓度并不高，按现有CA的技术，媒体可以保持1年甚至更多的时间不更换。2.3现行的其它除臭技术恶臭控制可以采用多种方法。现行的各种除臭技术原理不一，优劣各异，这里通过一个简单的对比做一初步说明：表3现行除臭技术比较脱臭方法原理特点适用浓度效率初次投资运行费用设备大小优点缺点低低低低中投资及运行费用低兼有降温及除尘作用\n喷淋法水洗法将臭气溶于水进行吸收去除、中浓度的水溶性臭气只对部分臭气有效且总体效率低；需要多量的水；污水产生量大化学药剂加碱或加酸低、中浓度的水溶性臭气中低高中投资低兼有降温及除尘作用只对部分臭气有效；加药泵、PH计等设备需经常维护；有一定的污水产生吸附法活性炭吸附吸附低浓度臭气高低高中广谱吸附，对苯类等气体效果好对氮、硫化氢、硫醇类臭气吸附量小。对ppb级臭气吸附性差，需频繁更换活性炭化学吸附吸附低浓度臭气，对ppb级臭气仍有效果高中高中对所有臭气吸附饱和量大，吸附效果好；寿命长，不需要频繁更换；对ppm、ppb级低浓度臭气同样有很强的吸附处理能力再生困难等离子体活性等离子除臭低、中浓度，小气量中高中中对多种有机臭均有效果。耗能低；可在室温下与催化剂反应对高浓度，大气量的条件下效果偏低生物脱臭土壤脱臭利用微生物吸附和分解臭气低、中浓度中低低很大运行费用低，对于低浓度大风量臭气处理效果好占地面积大，对某些臭气难以处理生物洗涤低、中浓度高中低中占地面积相对较小对难溶性恶臭气体处理效果低生物滴滤脱臭低、中浓度高中低大耐冲击负荷，PH等参数稳定可调设备体积偏大3.CA的设备在污水处理厂的应用案例\n3.1香港Samshing污水泵站（采用HighDensityScrubberSystem-H.D.S.净化空气）香港的土地是很稀缺的。在那里，污水泵站无论安置于市内或是市郊都是一个令人头疼的工程项目，因为高档综合住宅区或商业建筑与污水泵站共有着同一条边界。图4污水泵站的机械机组位置图3位于市中心的污水泵站Samshing污水泵站包括一个敞开式的湿井和干井。恶臭由H2S（硫化氢）引起，它能大量从泵站中散逸并对周围区域造成严重气味污染公害。如果没有对湿井加以通风，那里可能成为对工作人员相当危险的区域。如果没有通风设备稀释由污水流动产生的气体，H2S浓度水平很容易达到50至100ppm。因此，空气净化的要求包括两个方面：为周边提供一个无臭环境；当井需要维护时，为泵站工作人员提供通风以保证内部硫化氢的稳态浓度低于中毒浓度。\n生活污水中某些物质的分解产生了无机气体，通常包括上文提到的硫化氢，但也包括氨、二氧化碳、硫醇和甲烷。检测到的气体浓度水平要足够低以使嗅觉灵敏的人也不能闻到臭味。空气净化系统的设计要求对所有可能产生的恶臭气体有99.5%的去除率。气相干燥颗粒过滤技术被用于去除内部干湿井的恶臭气体。通过化学反应对污染物加以控制—氢氧化钾与污染物发生反应从而化学吸附恶臭气体。空气抽出流量设计为每小时15次换气。净化系统的设计是基于3950CFM（6715m3/h）的排风量和3800lb.（1725kg）的MM-9000化学媒体。在3ppm的H2S条件下，上述化学媒体量至少可以维持一年的运行寿命。该系统的总传质区设计为可处理峰值浓度达到10000ppm的气体。图5Circul-Aire型号:HDS-34C-919恶臭控制机组的维护由于Circul-Aire提供的Tech-ChekTM服务变得简单。通过这项独家服务，媒体样本被检测以确定其消耗率。通过Circul-Aire提供的一个计算机报告，该服务确定机组媒体的更换时间表。不附加任何费用的实验室分析报告，不仅提供一份精确的维护时间表，而且也保证了安装于SamShing污水泵站的恶臭控制机组的最高工作效率。该系统的设计考虑了除湿和恶臭控制两部分。其中的除湿系统用于在任何需要的时候把气流的RH（相对湿度）从100%降低到80%。这种条件可以保证化学媒体的最高潜在吸附量。除湿过程是通过一个内嵌式直接膨胀制冷系统来实现的。制冷冷凝器的排热用于再加热气流以维持相对湿度在设计水平。恶臭控制系统采用立式逆流式设计，以玻璃钢（FRP）制造。机组具有配套的前置过滤器，后置过滤器和抽风机。前置过滤器由不锈钢网孔构成，用来去除所有可能进入化学过滤段的微粒。如果除湿系统被关闭，前置过滤器也能用来去除水滴。后置过滤器用来控制碳尘，后者可能来自媒体服务期间的排气或是气流通过媒体时的磨损。抽风机以玻璃钢制造，设计用来处理管道系统的总静压降。每台机组都有取样口，以方便化学媒体检测和硫化氢分析。3.2其他应用\n美国沃肖医疗中心重症监护病房空调系统的改造位置：内华达州里诺市目标：室外空气过滤，主要是汽车尾气特色：酸性气体去除，微粒过滤；维持重症监护病房的良好环境法医病理实验室的解剖室气味控制位置：安大略湖多伦多目标：室内空气质量特色：去除气态污染物，例如甲醛；无噪音运转4.CA公司介绍\n4.1CA的历史自从45年前公司创立以来，凭借着技术优势和可靠的质量，CA一直是化学吸附式气相过滤和能量回收领域的领导者。CA公司的Multi-Mix®filtermedia混合式吸附媒体和整体式系统解决方案在防腐蚀控制、污水厂处理和工业环境控制上广泛应用。同时结合CA公司的能量回收系统，可以用来回收废弃的能量，保护环境。CA公司的客户定制和高质量的生产确保我们的产品可以经受严格的工业环境如腐蚀性环境的考验。通过多年的持续技术研究和发展，CA的产品已经在世界上广泛应用。4.2我们的使命CA的实验室和经验丰富的工程师保证我们可以提供正确的可靠的系统，解决时常变化的和苛刻的环境要求。独特的系统设计和高质量的生产是我们的优势。我们的Circul-Aire’sTech-ChekTTM预先气体检测流程可以优化系统效率和吸附剂的寿命，同时提供保养和售后技术支持。按最新的研究，有关湿度控制，颗粒物控制，气体污染净化和温度控制是洁净室内空气的主要指标。在美国，政府研究指出，由于糟糕的室内空气质量，在上百万的商业楼宇中工作的二千五百万人很容易得呼吸系统疾病。同时会造成3%的生产效率下降，也就是说损失达到六百亿美元。我们的使命就是持续设计和制造有关室内空气处理的产品，用来保证人们的健康，提供生产力，同时提供一个舒适的环境。4.3我们的品牌CA集团旗下品牌众多，许多品牌都是细分领域的领导者，如DECTRON在室内游泳池除湿领域是全球的领导者。\n我们在全球有5个工厂，分布在北美以及中国，未来在中国将进一步扩大产能，将投资3亿建设新的工厂。图6CA在加拿大的工厂图7CA在中国浦东的工厂\n图8工厂设施图9组装线图10全自动三维弯管\n图11柔性化生产体系，完全按客户要求以及客户订单生产我们在北美具有国家研发与技术中心，用于我们产品开发以及所有产品的检测：\n