城市污水处理厂恶臭气体及控制技术的研究

(Natural Science Edition)

文章编号:100920193(2004)0320095204Ξ

城市污水处理厂恶臭气体及控制技术的研究

张少梅,沈晋明

(同济大学机械学院热能系,上海200092)

摘　要:针对城市污水处理厂恶臭气体所造成的环境污染、居民抱怨以及对职工健康造成损害

等一系列问题,分析了城市污水处理厂恶臭气体的形成机理及恶臭气体与处理工艺过程的紧

密相关性,并在此基础上提出了全过程控制的理念;同时为将国内停留在实验室研究阶段提升

到工程应用程度,文中辅以实例对现场试验研究进行了概述。

关键词:城市污水处理厂;恶臭气体;过程控制;现场试验

中图分类号:X701.7　　　文献标识码:A

0　引　言

人们在享受现代化大都市所带来的各种便利的同时,也在承受着它所造成的不同程度的危害。如其中的恶臭气体污染问题正在引起越来越多的关注。对于大城市而言,污水处理厂是其中一个主要的恶臭发生源。而上海由于城市规模的不断扩展,已使12家污水处理厂处于城市活动中心地带,这样以来,越来越多的居民对污水处理厂所产生的恶臭问题进行抱怨。从而促使污水处理厂不得不采取各种防范措施和脱臭技术对恶臭污染进行控制和处理。

1　问题的提出

早在1977年,Donham等人就曾针对在不同恶臭场合工作的工人进行过职业病研究,通过从流行病学、环境学以及临床表现等方面的研究表明在这些地方工作的职工的健康状况大都不同程度地受到了损害。更重要的是,Thu等通过研究还发现尽管有臭气产生的工厂周围的恶臭气体浓度比厂内低得多,往往还有数量级上的差距,但周围居民的健康状况也和职工一样受到损害,即发病的频率和发生的症状都极为相似。由此可以看出,位于存在有恶臭气体排放的工厂周围的居民对此进行抱怨不是没有道理。并且随着人们对高质量生活的要求,越来越多的人将更加不能忍受它的侵扰。因此,尽快控制污水处理厂所产生恶臭的问题已势在必行。

对于恶臭气体的控制,目前已有很多的技术可以选择,象掩蔽法、燃烧法、化学洗涤法、活性炭吸附法、水洗法、氧化法、土壤吸收法以及生物处理法等[1][2]。而且,国内外的研究都表明生物处理法由于经济性、有效性已经越来越成为当前控制的主流方法。但是,国内在污水厂恶臭气体控制的研究上只注重了气相处理方式,而忽略了液相的处理方式。而在这里,需要强调的是污水厂这种现象的产生是一个过程问题,即自污水产生的那一刻起就已经伴随着恶臭气体的产生。因此,要想合理、经济、有效的控制恶臭气体,还是应该从污水处理的整个过程着手,对其进行全过程的实时控制。

2　恶臭气体产生的机理

对于一个污水处理厂而言,只要存在厌氧条件,就会有引起人们抱怨、危害人们健康的恶臭气体产生。即厌氧条件的存在是污水厂恶臭气体产生的一个主要因素。因臭气化合物硫化氢是污水处理厂的恶臭气体发生源中的主要致臭物,因此我们先来看一下它在污水处理过程中的形成机理,如图1.

从这个循环图中,可以看出通过控制污水中含硫化合物来达到控制污水厂中硫化氢这种臭气化合物的Ξ收稿日期:2003-11-15

图1

　污水厂含硫化物的循环

产生,即通过抑制SO 42-的转化过程,使其无法形成H 2S 或者HS -.

当然,以上分析仅针对硫化氢这种恶臭气体,这是因为通过测试可以了解到它是污水处理厂的一个主要致臭物,除此之外,另一个在废水处理过程中产生恶臭气体的原因就是由于发酵作用的存在。这是由于生活污水中含有大量的淀粉、蛋白质、氨基酸以及各种的碳水化合物,这些化合物都极易引起污水的发酵,发酵的主要产物是低分子量的有机物质,如甲硫醇、甲硫醚、甲胺、二甲胺等等,主要是一些含氮或含硫物质。

3　对释放恶臭气体工艺过程的认识

对于不同的污水处理厂,不同的污水处理工艺过程,同一污水处理厂不同的季节、不同时段等,恶臭气体化合物的种类都会产生变化,甚至不同,当然,对于具体恶臭化合物的浓度而言也是如此。只有充分了解到这些,才能有针对性地对恶臭气体实施控制。

国外的A.K.M.Nurul Islam 以及国内的卢迎红等都曾针对污水处理厂恶臭气体出现的工艺过程做过详细的调查,他们的研究结果基本相同,一致认为高浓度恶臭气体化合物主要存在于初沉池、污泥浓缩池以及其它的污泥处理过程中,同时还指出污泥处理过程中比污水处理过程中能产生更多的臭气化合物[3][4]。

通过前述的分析,并参考他人的大量研究成果,基本上可以断定污水处理厂恶臭气体产生的机理和源头。当然,这种结论并不是放之四海而皆准,这还要根据不同污水处理厂的污水来源等实际的情况进行具体的分析,如此以来才不至于盲目参照国外研究的结果、照搬国外的恶臭处理技术或是购置他们现场试验成功的某种设备。

4　恶臭气体的过程控制

通过对上述恶臭气体的产生机理及污水厂产生恶臭的工艺过程的认识,我们就可以有计划、分步骤地对污水处理厂的恶臭气体实施针对性的控制,即整个过程的控制。

4.1　防止厌氧情况的出现

抑制污水处理厂出现厌氧现象的最基本的做法是对各种污水处理池等工艺过程进行通风和曝气;另外,John W.Baumgartner 通过研究发现可以利用覆盖层(草或者用人工特制的材料)在污水池的厌氧区的上面创造一个好氧区,以此来防止水中恶臭气体的逸散,同时该层的存在还可以使少量逸散出的恶臭气体在好氧层得到降解或分解。

4.2　抑制生物质的呼吸过程

从前述硫化氢的形成机理中可以知道抑制硫酸盐的转化是控制恶臭气体散发的一个关键问题。这可以通过往水中投加抑制呼吸过程的药剂来实现,即在厌氧情况下能代替硫酸盐作为电子接受体的药剂。这样的药剂可以是各种盐类(如钠、铜、铁等),这种方法之所以得到推广使用也是由于其来源广泛,且费用不高。

4.3　降低污水中含硫量

鉴于硫化氢是主要的致臭物,这样就可以通过降低污水中硫的含量,如让水中的硫沉淀下来,从而达到控制硫化氢排放量的目的。可以实现这一控制方法的药剂很多,如常见的过氧化氢、铁盐、氯、臭氧以及高

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锰酸钾等等[5][6]。

4.4　降低大气中的恶臭气体浓度

这是一种通过对开放式的恶臭气体排放源进行加盖或是直接对各种单元使用风机,然后将臭气物质负压抽出进行收集处理。这样处理的气量就相对减少,仅为臭气的发生量和使处理单元保持负压的排风量之和。这种方法可以通过集中脱臭处理后再和烟囱排放联合使用来实现。详见现场试验部分。5　控制技术选择的影响因素

对于污水处理厂恶臭气体的排放问题,

要考虑选择控制技术的因素很多,比如说控制的前提对象;控制所要达到的目标(是为确保职工健康,还是为减少周围居民抱怨);所选用的控制技术是否会造成二次污染;以及需要处理的气流量的大小;处理设备的投资和运行费用问题;运行的安全问题等等。除了具体的约束条件外,还要考虑每一项臭气控制技术的可靠性。如利用通风和曝气控制厌氧情况出现的这两种技术无论对于控制过程还是控制结果来说都是无可挑剔的,且控制原理简单,控制过程中绝对不会出现二次污染问题,但是,能耗太大却成了阻碍其推广的障碍。诸如此类的问题很多,如在厌氧区上维持好氧区存在应用技术上的问题;添加化学药剂来抑制硫酸盐转化的控制范围太窄,仅对硫化氢的形成有抑制作用。鉴于这些不同程度的问题,我们在选择恶臭气体的控制技术上一定要用全面的观点来看待问题,要把握好全过程控制的思路。

6　恶臭气体控制的现场试验

文中前面的过程控制中略述了污水处理厂的四种恶臭气体控制的策略,其前三项都是针对污水处理过程来进行的,即水处理专业应着重关注的。但降低大气中的恶臭气体浓度则属于气体的收集净化处理阶段,也是将通风专业与环境水处理专业相结合治理的一个新课题。

国内以往关于脱臭实验的研究都是集中在实验室内进行,采用经配制的臭气源作为处理对象,不仅臭气成分单一,而且配气量均匀,实验室条件稳定。而实际现场中的臭气成分复杂,多达几百种,甚至上千种,而且浓度和气量随时都在变化,其间不排除意外的情况发生。因此,现针对正在进行的现场试验加以说明。

试验的主要装置如图2所示,设计φ400×1400mm 脱臭塔4个,其中图2中最左边一个为水洗塔,目的主要是预先除去水溶性较大的恶臭气体,同时给气体加湿。右边三个生物膜填料塔串联运行,脱臭塔中的填料分两层,每层层高500mm ,分层处设喷淋水管。这三个塔中的填料各不相同,第一个塔中用的填料是捆在一起的φ10×250mm 树枝,这些树枝是自制的,处理方法是先用酸性物质浸泡,然后置于碱液中蒸煮,目的是使其纤维化。第二个塔中用的是某菌种公司提供的专门用于除臭的薄木片。第三个塔中是两者的混料。

图2　搭建在污水处理厂污泥脱水车间的填料塔脱臭试验装置

试验中另配备7.2m 3/h 的空气压缩机一台,1.5m 3/h 的污水泵一台,10m 3/h 的玻璃浮子流量计一个,79第3期张少梅,沈晋明:城市污水处理厂恶臭气体及控制技术的研究　

0.6m3/h玻璃浮子流量计三个,硫化氢便携式检测仪一个,数字式温度(-50℃-70℃)、湿度(20%-90%)仪一个。

试验过程中的气液接触方式为逆流操作,即用空气压缩机从压滤式污泥脱水机的上方抽取一定量的恶臭气体,通过水洗塔洗去大部分氨气等水溶性较大的恶臭气体,然后将由生物填料塔的塔底进入,与从塔顶喷淋下的液体逆流接触。在气体上升的过程中,其中的恶臭气体就会被填料表面的微生物降解,这样净化处理后的气体就自塔顶的排气管排出。

目前试验处于进行中,还未对净化后的气体进行精确的成分检测,但曾通过便携式硫化氢检测仪以及人的嗅觉进行过检测分析,初步认定处理效果还算理想。但具体的数据将在下一步的采样分析后方可得知。

7　结束语

城市污水处理厂产生的硫化氢等恶臭气体所带来的环境污染、腐蚀污水处理设备以及损害人们健康的问题正引起越来越多的关注。而污水厂的恶臭气体控制不应只着眼于最终所产生气体的控制,而是要通过找到产生恶臭气体的根源,从源头抓起。

要解决污水处理厂的恶臭气体扰人现象并非一朝一夕就可以完成的,在选择各种控制方法、具体的控制技术时应始终贯穿全过程控制的思路,在具体的操作实施过程中应通过不同学科专业研究人员的共同努力来实现对这些恶臭气体的控制。

参考文献:

[1]巫建光,孙亚敏,鲁智斌.城市污水处理厂的臭气污染控制技术[J].合肥工业大学学报,2001,24(5):998-1001.

[2]付　钟,何品晶,李国建.臭气的治理方法———生物脱臭法[J].环境卫生工程,1997,(1):3-8.

[3]A.K.M.Nurul Islam,K eisuke Hanaki,Tomonori Matsuo.Fate of dissolved odorous com pounds in sewage treatment plants[J].

Wat.Sci.Tech,1998,38(3):337-344.

[4]卢迎红.沈阳市北部污水处理厂及恶臭污染现状与防治对策[J].环境保护科学,1999,25(3):23-31.

[5]Derek C.W.Sercombe.The control of se pticity and odours in sewerage systems and at sewage treatment works operated by An2

glian water services limited.Wat.Sci.Tech[J].1995,31(1):283-292.

[6]Sergio J.de Luca,Carlos N.Idle,Allen C.Chao.Quality improvement of biosolids by ferrate(V I)oxidation of offensive odour

compounds[J].Wat.Sci.Tech,1996,33(3):119-130.

The Study of Odor and Odor Control T echnique in

Municipal Sew age T reatment Plant

ZAN G Shao2mei,SHEN Jin2ming

(Department of Mechanical Engineering,Tongji University,Shanghai200092,China)

Abstract:Aimed at the problems rising from the municipal sewage treatment plant on the environment pollutions and the increasing residents complaints and the damage to worker health,analyses the forming mechanism of odor in sewage processing together with the close correlation of odor forming and sewage treatment process,from which brings forward the concept of odor process control.Finally,in order to make the laboratory experiment into the applied project,this paper outlines the research of field test by an example.

K ey w ords:municipal sewage treatment plant;odor;process control;field test