生物濾池去除污水處理廠臭氣的應(yīng)用及展望

生物濾池去除污水處理廠臭氣的應(yīng)用及展望韓力超;劉建廣;羅培【摘要】Themalodorpollutionhasalreadybecomeaveryimportantproblemofenvironmentalpollutioninthewastewatertreatmentplantandthestudyandapplicationofdeodorizationtechnologyhavealreadybecomeafocus.Biologicaldeodorizationmethodusesmicrobialmetabolismtotransformmalodoroussubstanceswithoutsecondarypollution,soitissuitabletodealwiththemalodorfromwastewatertreatmentplants.Thebiofiltertechnologyiswidelyusedtocontrolthemalodorinwastewatertreatmentplant.Thepaperintroducesthecomponentsandsourceofmalodorsandtheoverviewofbiofilterprocessandelaboratestheinfluencingfactorsofthebiofilter.Atlast,itsummarizestheexistingproblemsanddevelopmentdirectionofbiofiltertechnologybycomparingwithotherdeodorizationtechnologyandengineeringpracticeinrecentyears.%污水處理廠中惡臭氣體污染已成為環(huán)境污染的重大問題,除臭技術(shù)的研究與應(yīng)用已經(jīng)成為一個(gè)熱點(diǎn).生物除臭法利用微生物的代謝作用轉(zhuǎn)化致臭物質(zhì),不會產(chǎn)生二次污染,適于處理污水處理廠的臭氣.生物濾池除臭技術(shù)在污水處理廠中應(yīng)用廣泛.介紹了污水處理廠惡臭物質(zhì)的成分、來源及生物濾池工藝的概況，詳細(xì)闡述了生物濾池的影響因素，與其他除臭工藝的比較以及最近幾年的工程實(shí)例,最后概述了生物濾池工藝存在的問題以及發(fā)展方向.【期刊名稱】《山東建筑大學(xué)學(xué)報(bào)》【年(卷)，期】2011(026)004【總頁數(shù)】6頁(P373-378)【關(guān)鍵詞】惡臭污染;生物濾池;生物除臭;污水處理廠【作者】韓力超瀏建廣;羅培【作者單位】山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院,山東濟(jì)南250101;山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院,山東濟(jì)南250101;山東建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院,山東濟(jì)南250101【正文語種】中文【中圖分類】X5120引言隨著人們對環(huán)境問題的日益重視，越來越多的污水處理廠被應(yīng)用到市政污水處理中，雖然使水污染狀況在一定程度上得到了緩解，但隨之產(chǎn)生的問題也接踵而至。污水廠產(chǎn)生的惡臭氣體不僅腐蝕金屬材料、設(shè)備和管道，還嚴(yán)重影響到了周邊居民的生活，已成為當(dāng)今世界七種典型公害之一［1］。因此，對污水處理廠產(chǎn)生的臭氣進(jìn)行處理已迫在眉睫。利用生物法處理惡臭氣體較早的報(bào)道是在1957年，20世紀(jì)70年代初歐洲科學(xué)家開始了這方面的理論和應(yīng)用研究;80年代荷蘭和德國利用微生物處理惡臭氣體取得了很好的效果，我國90年代初期才開始進(jìn)行這方面的研究［2］。近年來，生物法以其能耗低、裝置簡單、無二次污染等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于污水處理廠的惡臭氣體治理中［3-4］。其中，生物濾池工藝作為一種安全可靠的處理方法應(yīng)用最為廣泛，在國際上被譽(yù)為治理空氣污染的綠色解決方案。1惡臭氣體的成分及來源GB14554—93《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)一惡臭污染排放標(biāo)準(zhǔn)》將惡臭定義為:一切刺激嗅覺器官引起人們不愉快及損壞生活環(huán)境的氣體物質(zhì)。污水處理廠產(chǎn)生的臭氣成分復(fù)雜多樣，主要包括蛋白質(zhì)、脂肪、碳水化合物和微生物呼吸、發(fā)酵過程的產(chǎn)物及不完全產(chǎn)物［5］。目前，人們按照氣體化學(xué)組分的不同大致分為5類:(1)含硫化合物，如硫化氫、硫醇類、硫醚類；(2)含氮化合物，如氨、胺類、酰胺、吲哚類;(3)鹵素及衍生物，如氯氣、鹵代烴;(4)烴類，如烷烴、烯烴、炔烴及芳香烴;(5)含氧有機(jī)物，如醇、醛、酮、有機(jī)酸。其中以硫化氫、氨氣、硫醇和揮發(fā)性脂肪酸為惡臭氣體主要代表。城市污水處理過程中，會在泵房、曝氣池、沉淀池、厭氧池和污泥處理區(qū)等區(qū)域產(chǎn)生含有多種惡臭污染物的臭氣［6］。污水處理廠的臭氣大致上由污水處理系統(tǒng)和污泥處理系統(tǒng)兩部分產(chǎn)生，主要來自有機(jī)物的分解過程。主要臭氣源產(chǎn)生原因及相對污染程度見表1［7］。表1污水處理中的臭氣源沉淀物和浮渣的腐化高格柵柵渣的腐爛高沉砂沉砂中的有機(jī)成分腐爛高厭氧調(diào)節(jié)池池表面浮渣堆積造成腐爛高回流液污泥處理的上清液、壓濾液高曝氣池混合液/回流污泥，高有機(jī)負(fù)荷，混合效果差，DO不足，污泥沉積低/中濃縮池浮泥，堰和槽/浮渣和污泥腐化，溫度高，水流紊動高/中儲泥池混合差，形成浮泥層中/高機(jī)械脫水泥餅/易腐爛物質(zhì)，化學(xué)藥劑，氨氣釋放中/高污泥外運(yùn)污泥在儲存和運(yùn)輸過程中釋放臭氣原因臭氣強(qiáng)度污水泵站集水井中污水、位置臭氣源/高堆肥堆肥污泥/充氧和通風(fēng)不足，厭氧狀態(tài)高焚燒排氣/燃燒溫度低，不足以氧化所有有機(jī)物低2生物濾池工藝概況2.1除臭原理生物濾池的工作原理十分簡單，臭氣經(jīng)過充滿微生物的濕潤多孔的填料，利用微生物將惡臭氣體進(jìn)行吸附、吸收和降解，最后形成CO2、H2O等簡單無機(jī)物。Ottengraf等首先提出生物膜理論，通過建立理論模型來描述低濃度有機(jī)廢氣的凈化過程。目前，人們對于微生物除臭過程大致為分三步［8］:(1)臭氣中的有機(jī)污染物首先同水接觸并溶解于水中；(2)溶解于液膜中的有機(jī)污染物在濃度差的推動下進(jìn)一步擴(kuò)散到生物膜內(nèi)，進(jìn)而被其中的微生物捕獲并吸收;(3)惡臭成分作為營養(yǎng)物質(zhì)被微生物分解、利用，從而使污染物得以去除。根據(jù)外形的不同，生物濾池分為平面型生物濾池、階層式生物濾池、集裝箱式生物濾池和塔式生物濾池四種［9］。2.2除臭裝置及流程生物濾池除臭工藝一般由四部分組成:氣體收集輸送系統(tǒng)、加濕保溫系統(tǒng)、生物過濾系統(tǒng)和檢測控制系統(tǒng)。其整個(gè)除臭過程的工藝流程如圖1［10］。圖1生物濾池除臭工藝流程圖2.3影響因素2.3.1溫度溫度是影響微生物活性的重要因素，生物濾池內(nèi)的氧氣含量一般在0.2~1.0mg/L,微生物進(jìn)行好氧呼吸，所適應(yīng)的溫度范圍相對較大，操作溫度一般維持在微生物的最佳溫度范圍內(nèi)，即25~35°C。較低的溫度雖然有利于臭氣中的污染成分被填料表面的生物膜吸收，但會影響微生物的生長。一般而言，在適宜的生長范圍內(nèi)，微生物的生長速率會隨溫度的升高而升高，對惡臭氣體的去除效率也相應(yīng)的升高［11-12］。所以需采取保溫措施，特別是北方寒冷地區(qū)，應(yīng)使空氣溫度維持在—定范圍內(nèi)，以確保微生物的良好生長。2.3.2濕度從除臭過程來看，臭氣中的污染物首先要溶解于水中，才能被微生物吸收降解。適宜的濕度對除臭系統(tǒng)的正常運(yùn)行非常重要。濾池前增設(shè)加濕器對進(jìn)氣進(jìn)行濕潤能夠提高傳質(zhì)效率，防止濾料層風(fēng)干。［13-15］水分過多會降低傳質(zhì)效率，并增大氣體穿過的阻力，甚至導(dǎo)致局部厭氧而影響除臭效率。水分過少則會影響氧在水中的溶解和微生物的新陳代謝，使細(xì)胞的降解速率減弱，降低整體除臭效率［16］。另外，填料過于干燥也會使得代謝產(chǎn)物不易排出濾池。一般填料濕度范圍在40%~60%，臭氣相對濕度為80%~90%為宜。2.3.3pH值生物濾池中微生物新陳代謝與pH密切相關(guān)，其中大部分微生物在接近于中性的環(huán)境下活性最高。由于臭氣中的H2S、NH3和含氯有機(jī)物的氧化分解會產(chǎn)生酸性副產(chǎn)物，導(dǎo)致環(huán)境中的pH下降，影響微生物的活性，甚至破壞現(xiàn)有的菌種，降低惡臭物質(zhì)的去除率，在這種情況下，應(yīng)添加化學(xué)緩沖劑如石灰［17］。劉建偉、馬文林等［18］通過實(shí)驗(yàn)得出，適合H2S降解的最佳pH為強(qiáng)酸性（pH為2左右）和中性（pH為7左右），而適宜NH3去除的最佳pH為中性（pH為7左右）。2.3.4停留時(shí)間惡臭氣體的停留時(shí)間直接影響其去除效率。由于臭氣被生物膜吸附、吸收及降解都需要一定的時(shí)間，所以在理論上停留時(shí)間越長，生物濾池的凈化效率越高。但從經(jīng)濟(jì)角度考慮，過長的停留時(shí)間會使設(shè)備的體積增大，投資成本增加。針對城市污水處理廠產(chǎn)生的臭氣，生物過濾系統(tǒng)停留時(shí)間一般為2~8.5min［19］。2.3.5填料選擇填料作為微生物的載體，主要分為無機(jī)填料（如沙子、碳酸鹽類、玻璃材料、沸石、活性炭等）和有機(jī)填料（土壤、堆肥、木屑、聚丙烯小球等）兩大類。由于填料的特性各異，不同的場合應(yīng)選擇不同的填料。席勁瑛等［20］通過實(shí)驗(yàn)考察了珍珠巖、礦物球、竹片和沸石等填料去除臭氣中H2S性能、壓降變化、持水能力和pH緩沖能力，并分析出其各自的優(yōu)點(diǎn)。DarylLetto,DerekWebb等［21］對生物除臭濾池在加拿大多倫多市Ashbridge'sBay污水廠污泥處理站的干化和轉(zhuǎn)運(yùn)段的應(yīng)用效果進(jìn)行了分析，得出了無機(jī)濾料相比于有機(jī)濾料有顯著的優(yōu)勢。薛二軍等［22］利用組合填料在生物系統(tǒng)內(nèi)定向培養(yǎng)除臭微生物，實(shí)現(xiàn)了污水處理廠全過程除臭。2.3.6濾料壓降濾料在設(shè)備中由于自重作用不斷被壓實(shí)，孔隙率不斷降低，氣體通過填料的阻力也不斷增大，所以壓降和能耗也隨之增大。當(dāng)壓降達(dá)到一定數(shù)值，應(yīng)考慮更換濾料。生物濾池的壓力損失一般為400~2000Pa［23］。2.3.7營養(yǎng)成分要保證微生物的正常生長，除碳元素外，氮、磷、鉀等微量元素也必不可少。如果臭氣中的養(yǎng)分不能滿足微生物的生長，需額外投加營養(yǎng)成分。復(fù)合填料能夠提供微生物生長所需的營養(yǎng)成分，而若采用惰性填料，可以通過濾池上方的散水裝置為濾池提供營養(yǎng)成分。營養(yǎng)供應(yīng)的水平對生物濾池啟動及穩(wěn)定階段的生物活性有很大的影響［24］。2.3.8設(shè)計(jì)負(fù)荷為保證最小的投資，在保持運(yùn)行穩(wěn)定的前提下應(yīng)合理設(shè)計(jì)負(fù)荷。實(shí)驗(yàn)表明，進(jìn)氣量為500m3/h時(shí)裝置基本達(dá)到滿負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，生物工作段主要集中在(300~900)mm區(qū)域［25］。城市污水處理廠采用生物濾池工藝處理惡臭氣體的濾料表面負(fù)荷一般為30~250m3/(m2?h)［26］。2.4與其它幾種除臭工藝比較根據(jù)除臭工藝的種類，大致分為生物氧化技術(shù)、天然植物液除臭技術(shù)、活性氧化技術(shù)和高能離子凈化技術(shù)等［27］。生物濾池作為一種傳統(tǒng)的生物除臭方法已被廣泛應(yīng)用于各種污水除臭中。但是隨著科技發(fā)展，各種新型除臭技術(shù)以其自身優(yōu)勢正慢慢受到人們的青睞。各種臭氣處理方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素比較如表2［28］所示。3生物濾池工藝的研究及工程應(yīng)用生物濾池工藝具有對環(huán)境沖擊少，無需化學(xué)藥品，沒有二次污染等特點(diǎn)，在國外的研究和應(yīng)用較為廣泛，如廢水輸送/處理，食品/飲料行業(yè)、化學(xué)/醫(yī)藥行業(yè)等。生物濾池除臭法作為研究最多、工藝最成熟的生物除臭方法，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于含H2S或NH3惡臭氣體的處理［29］。目前，關(guān)于生物濾池工藝處理污水廠惡臭氣體在國內(nèi)也正在逐漸推廣。表2污水臭氣處理方法技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素比較工藝技術(shù)物理法臭氧氧化活性氧高能離子脫臭化學(xué)除臭活性污泥除臭生物濾池生物滴濾塔生物濾床植物提取液除臭設(shè)備投資小大高較高高高低低適中低能耗小大大很小大大很小很小小小運(yùn)行費(fèi)用低高適中極低很高很高較低較低適中適中處理惡臭濃度低高、中、低中、低低、高高高中、低中、低中、低中、低系統(tǒng)噪聲低低極低低很高很高高高高無占地面積大小無小大大大較大大小二次污染有無無無多多無少少少檢修率低低低低高高較高較高低低除臭效果一般優(yōu)良良好良好一般一般良好優(yōu)良良好良好生物濾池處理污水廠臭氣特別是去除H2S和NH3有明顯的效果。南方某城市污水處理廠［30］采用生物過濾法對污泥濃縮池和脫水車間的臭氣進(jìn)行處理。60d的除臭運(yùn)行結(jié)果表明，在H2S和NH3的進(jìn)氣濃度分別為0.18~2.71mg/m3和1.93~5.95mg/m3條件下，處理后的H2S和NH3濃度分別為0.01~0.08mg/m3和0~0.62mg/m3，在除臭系統(tǒng)6m外臭氣濃度均能達(dá)到二級排放標(biāo)準(zhǔn)。李慧麗，張建新等［31］對氣體收集系統(tǒng)和生物除臭濾池內(nèi)的噴淋管路進(jìn)行了改造，并更換了新型生物填料，結(jié)果顯示，H2S的平均去除率從改造前的36.5%提高到62.9%，最大去除率可以達(dá)到96.2%;NH3的去除率從28.2%提高到接近100%。在溫度＞20匚相對濕度＞80%的條件下，生物除臭濾池能夠有比較理想的處理效果。陳杏［32］對廣東佛山溢達(dá)污水處理廠生物濾塔工藝的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析，結(jié)果表明，在溫度為22°C，濕度＞95%,pH值為6.6左右且進(jìn)氣流量及濃度穩(wěn)定的情況下，生物濾塔的除臭效率可達(dá)96%以上，平均凈化效率達(dá)85%以上，凈化后的氣體達(dá)到《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)。王明健，李歆［33］對某已建成并投入運(yùn)行的污水處理廠生物濾池排放氣體進(jìn)行監(jiān)測，H2S的濃度為0.04mg/m3,NH3濃度為1.0mg/m3，即使在冬季，H2S和NH3濃度也分別維持在0.05~0.06mg/m3和1.20~1.30mg/m3，都達(dá)到了國家排放標(biāo)準(zhǔn)。天津塘沽區(qū)南排河南岸某污水處理廠［34］設(shè)計(jì)建設(shè)兩套生物濾池除臭工藝,根據(jù)其實(shí)際運(yùn)行效果，該工藝對H2S、NH3和臭氣濃度的出去效率分別為93%、90%和90%以上，臭氣處理系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定。近幾年，國內(nèi)多家污水處理廠也相繼采用生物濾池工藝去除污水廠臭氣。深圳市羅芳污水處理廠［35］二期工程厭氧池除臭設(shè)備采用生物濾池，填料采用有機(jī)生物填料，系統(tǒng)設(shè)計(jì)風(fēng)量2萬m3/h，過濾流速143m/h，填料高度1.4m，濾池壓力損失＜500Pa。經(jīng)過測試，除臭效果完全滿足設(shè)計(jì)要求，除臭效率＞90%。成都市沙河污水處理廠［36］對全廠5處臭源進(jìn)行收集采用生物濾池處理，臭氣處理后符合GB3095—1996《環(huán)境空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的二級排放標(biāo)準(zhǔn);脫臭生物濾池系統(tǒng)，采用集中脫臭玻璃鋼生物濾池裝置一套，分獨(dú)立2格，Q=70000m3/h,過濾面積414m2，配套采用隔音罩隔音離心風(fēng)機(jī)一臺;處理后尾氣20m高空管道集中排放。無錫市城北污水處理廠［37］二期工程中的厭氧池除臭工藝采用生物濾池，單座水解池平面尺寸為56.0mx33.6m,密封罩平均凈高為0.5m，除臭空間約為1900m，換氣次數(shù)為2次/h，設(shè)計(jì)除臭風(fēng)量為4000m3/h(1.12m/s)o^濕區(qū)與生物濾池組成一體式裝置。此外，青島市團(tuán)島污水處理廠、泉州市北峰污水處理廠、泉州市城東污水處理廠、珠海吉大水質(zhì)凈化廠、秦皇島市綠港污泥處理廠等均采用生物濾池工藝除臭。4結(jié)語隨著人們生活環(huán)境質(zhì)量的提高，生物濾池工藝作為一種新型臭氣處理技術(shù)具有投資適中、填料構(gòu)造簡單、操作方便、無需液體循環(huán)系統(tǒng)等優(yōu)點(diǎn)，已越來越多的應(yīng)用于污水處理廠。但是，目前國內(nèi)對這項(xiàng)技術(shù)的研究應(yīng)用尚處于起步階段，還有許多問題亟待解決。微生物菌種有待優(yōu)化。微生物是生物濾池除臭系統(tǒng)的核心部分，除臭效果與微生物的質(zhì)量有著直接的聯(lián)系。要進(jìn)一步提高生物濾池的除臭性能，需篩選和馴化更適合分解特定惡臭氣體的微生物菌種。開發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的填料。微生物在惡臭氣體處理實(shí)際工程中應(yīng)用效果的優(yōu)劣，與所用填料有密切的關(guān)系。填料是微生物生長的重要場所，是制約生物除臭技術(shù)進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵。研究脫臭的深層機(jī)理。目前生物脫臭的深層機(jī)理尚不明確，尤其對高濃度的惡臭氣體、復(fù)雜的混合氣體處理還有待研究，對微生物脫臭深層機(jī)理的研究有助于指導(dǎo)工藝的設(shè)計(jì)和運(yùn)行。⑷改良裝置設(shè)備和工藝模式。臭氣有時(shí)會在過氣斷面上分布不均勻，甚至出現(xiàn)短流;降雨、加濕不當(dāng)和填料自重也會造成填料孔隙堵塞，使通透性變差;臭氣收集后濃度提高，臭氣中的酸性物質(zhì)會對鋼制件造成腐蝕;寒冷地區(qū)易受冰凍影響等。為提高除臭效率，改良裝置及模式已成當(dāng)務(wù)之急。⑸去除率與工藝參數(shù)需定量化。各種工藝參數(shù)對除臭效果有不同程度的影響，但每個(gè)影響因素對除臭效果還沒有一個(gè)定量的關(guān)系，因此應(yīng)加強(qiáng)它們之間的定量化研究。根據(jù)以上問題，應(yīng)在現(xiàn)有技術(shù)基礎(chǔ)之上不斷改進(jìn)，揚(yáng)長避短，加快研究和發(fā)展新型惡臭氣體處理技術(shù)，如生物滴濾池和生物濾床等。綜合經(jīng)濟(jì)因素，采用組合法會更加經(jīng)濟(jì)有效，如:植物提取液一生物濾床，生物滴濾塔一活性炭吸附等組合技術(shù)，節(jié)約成本，提高除臭效率。生物濾池處理高濃度惡臭氣體、復(fù)雜的混合氣體的研究將成為今后惡臭處理研究的熱點(diǎn)。參考文獻(xiàn)：【相關(guān)文獻(xiàn)】[1]王燕.惡臭氣體控制技術(shù)研究進(jìn)展[J]廣東化工，2010,37(2):103-104.[2]徐曉軍，宮磊，楊虹.惡臭氣體生物凈化理論與技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2005.[3]PAGANSE,FONTX,SANCHEZA.Emissionofvolatileorganiccompoundsfromcompostingofdifferentsolidwastes:abatementbybiofiltration[J].JHazardMater,2006,131(1-3):179-186.[4]MORGAN-SAGASTUMEJM,NOYOLAA.Hydrogensulfideremovalbycompostbiofiltration:effectofmixingthefiltermediaonoperationalfactors[J].BioresourTechnol,2006,97(13):1546-1553.[5]SHINICHIA,HIROYUKIS,DAIYAB.Analysisofodorcompoundsinsewerageprocesswateranddeodormethods[J].JournalofJapanSocietyonWaterEnvironmental,2004,27(10):643-649.[6]眭光華，李建軍，孫國萍.城市污水處理廠惡臭污染源調(diào)查與研究[J].環(huán)境工程學(xué)報(bào)，2008,2(3):399-402.[7]宋學(xué)丹，關(guān)法強(qiáng).污水處理廠中污水臭氣除臭技術(shù)的研究與應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與管理，2010,35(2):105-107.[8]FORTUNYM,BAEZAJA,GAMISANSX,etal.Biologicalsweeteningofenergygasesminicsinbiotricklingfilters[J].Chemosphere,2008,71(1):10-17.[9]牛學(xué)義.生物濾池處理廢氣技術(shù)在城市污水處理廠廢氣凈化中的應(yīng)用[J].給水排水，2000,26(1):16-19.[10]張劍，曾凡勇，謝水波，等.生物除臭技術(shù)在南方某污水處理廠的應(yīng)用研究[J].南華大學(xué)學(xué)報(bào)啟然科學(xué)版，2008,22(4):84-87.[11]眭光華，黃錦勇.生物滴濾床除臭系統(tǒng)凈化污水處理廠臭氣的研究[J].廣東化工，2010,37(6):189-190.[12]姜應(yīng)和，張超，田中凱.溫度對生物濾塔處理H2S的影響研究[J].中國給水排水，2009,25(13):68-70.[13]LUCY,CHANGEK,HSUSC,etal.Bio-filtrationofb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