生物過(guò)濾除臭技術(shù)處理污水

由于城市建設的不斷發(fā)展，可利用土地的不斷減少，導致城市污水處理廠(chǎng)的位置越來(lái)越靠近居民生活區。許多國家原來(lái)建在郊區的污水廠(chǎng)，隨著(zhù)城市的膨脹現在卻位于市中心，因此污水處理過(guò)程中排放的惡臭氣體不可避免地影響了周?chē)�居民的正常生活。惡臭對人的生理和心理都�?huì )產(chǎn)生影響。隨著(zhù)人們生活水平的提高以及公眾對生活質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，對惡臭的治理日益得到重視。歐美、日本等國從70年代便開(kāi)始研究脫臭技術(shù)，并用于工程實(shí)踐。1992年在土耳其召開(kāi)的有關(guān)工農業(yè)廢棄物管理問(wèn)題的國際研討會(huì )上，專(zhuān)家們一致呼吁，必須堅決治理惡臭，保護人類(lèi)的生活環(huán)境。

近十幾年來(lái)，脫臭技術(shù)，尤其是生物過(guò)濾除臭技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在德國和荷蘭的一些生產(chǎn)性實(shí)踐中，這一技術(shù)成功地處理了大量來(lái)自污水廠(chǎng)、公共區域的惡臭、VOC和有毒氣體排放物，去除率可超過(guò)90%。低廉的運行成本、低能耗、避免污染物轉移等特點(diǎn)使該項技術(shù)較其它廢氣處理技術(shù)更具優(yōu)勢。

1　污水處理廠(chǎng)的惡臭來(lái)源　　

城市污水處理廠(chǎng)的惡臭主要來(lái)源于污水處理構筑物和污泥處理構筑物，在污水處理階段，污水經(jīng)過(guò)長(cháng)距離的管網(wǎng)運輸，進(jìn)入泵站、粗格柵、細格柵等構筑物，由于水流湍動(dòng)劇烈，常會(huì )有帶氣味的氣體從污水中散逸。這些氣體含有H2S、NH3等，因此是惡臭源。當污水進(jìn)入沉淀單元時(shí)，惡臭在初沉池的進(jìn)水廊道、出水廊道等水流湍動(dòng)處也會(huì )產(chǎn)生。由于初沉池的水流主體是相當平穩的，僅有少量的惡臭排放，但污水處理廠(chǎng)經(jīng)常在低于設計流量下運行，污水在初沉池停留時(shí)間較長(cháng)導致硫化物的產(chǎn)生而影響其它處理單元。生化處理單元的曝氣過(guò)程常常伴隨著(zhù)惡臭問(wèn)題，這一階段產(chǎn)生的惡臭強度雖然比前兩階段弱，但如果曝氣不足在流量過(guò)高時(shí)就會(huì )出現厭氧區而產(chǎn)生H2S、NH2、乙酸、硫醇等惡臭氣體。

在污泥處理階段，由于污泥中污染物濃度大，因此產(chǎn)生的惡臭強度也非常大。進(jìn)行污泥濃縮、脫水處置時(shí)，使用壓濾和化學(xué)絮凝劑都可能引起湍動(dòng)并釋放惡臭氣體，使用帶式壓濾機和重力壓濾機時(shí)尤為突出。如果最后進(jìn)行污泥堆肥處置，在最初的1～5d中會(huì )釋放大量的無(wú)機硫化物、有機硫化物和氨等氣體。

2　生物過(guò)濾技術(shù)的應用

2.1　生物過(guò)濾技術(shù)應用的歷史發(fā)展

早在1923年的有關(guān)文獻中就提出用生物過(guò)濾處理惡臭氣體。到了50～60年代，西方一些發(fā)達國家開(kāi)始將這一方法應用到實(shí)踐中。美國的Pomerroy在California安裝出一個(gè)成熟的土壤床裝置用于處理H2S氣體，并于1957年獲得了專(zhuān)利，這是最早的生物濾池的雛形。1959年原西德Nurembery的一個(gè)城市污水處理廠(chǎng)也安裝了土壤床，以去除來(lái)自污水干管的惡臭。隨后日本人用土壤脫臭法處理化工廠(chǎng)的臭氣，原惡臭氣體中NH3、H2S的濃度分別為0。04mmol/kg和0。00018mmol/kg，處理后均未檢出兩種惡臭物質(zhì)。在隨后的20年中，許多美國學(xué)者，如HinrichBohn進(jìn)一步地研究了土壤脫臭的原理，并在生產(chǎn)實(shí)踐中推廣應用。

雖然土壤床能夠有效地去除一定類(lèi)型的惡臭和揮發(fā)性有機物(VOC)，并且成本和運行費用低廉，但是它的應用卻因其生物降解容量較低，占地面積較大有所限制。近年來(lái)隨著(zhù)研究的深入，逐漸開(kāi)發(fā)出生物吸收裝置和生物過(guò)濾裝置。前者是將惡臭氣體與生物懸浮液(含有活性污泥)逆流通過(guò)吸收器，惡臭物質(zhì)被懸浮液中活性污泥吸收，凈化了氣體由頂端排出，其脫臭原理與活性污泥處理污水的原理相同。該裝置對于去除含氨、酚、乙醛等惡臭氣體效果較好，但處理含硫的惡臭物質(zhì)效果不明顯。生物過(guò)濾裝置即生物濾池，其內部裝有固體填料，為微生物生長(cháng)提供了巨大的表面積并附著(zhù)了大量的生物膜，經(jīng)過(guò)加濕的惡臭氣體流經(jīng)生物膜并形成一層液膜，液膜吸附氣體中惡臭污染物，保證了微生物進(jìn)行分解轉化。這種裝置基質(zhì)利用率高，抗沖擊負荷，處理含硫惡臭氣體如H2S的處理效果良好。目前各國都在研究開(kāi)發(fā)新型反應器及填料，生物過(guò)濾除臭技術(shù)正在以較快的速度發(fā)展。

2.2　生物脫臭理論研究進(jìn)展

在應用的同時(shí)，理論的研究也不斷發(fā)展，當前比較公認的是Ottengraf的生物膜-雙膜理論。按照Ottengraf的模型，生物濾池的模型分成了微觀(guān)動(dòng)力學(xué)和宏觀(guān)動(dòng)力學(xué)兩過(guò)程。他的宏觀(guān)基本模型是固體顆粒濾床，顆粒表面被一層具有生物活性的水膜包裹，即所謂的“生物膜”，生物膜的概念經(jīng)常用來(lái)解釋水系中的降解過(guò)程。氣體中的污染物分子(底物)經(jīng)過(guò)濾池時(shí)，通過(guò)相界面轉移擴散到膜內，供給膜內微生物氧氣和營(yíng)養物質(zhì)。每一種污染物質(zhì)的氣相和液相濃度在相界面總是平衡的，并且遵循亨利定律。另外，還假設在生物膜內發(fā)生生物降解的微觀(guān)動(dòng)力學(xué)遵循米-門(mén)公式；氣體以活塞流方式流過(guò)濾池，一個(gè)初步的，生物膜-雙膜模型如圖1所示。
如果氣體是單組分，當該物質(zhì)氣相濃度Cg高于其臨界濃度Ccrit(圖1曲線(xiàn)1)時(shí)，Ottengraf假設生物膜內分解反應遵循零級反應，即分解速率與底物濃度無(wú)關(guān)，則應用上述方法會(huì )得到下面的結果:該物質(zhì)在膜內達到飽和，污染物的去除只受到膜內生物活性的限制。

在這種情況下，該模型預測了濾床中污染物濃度會(huì )線(xiàn)性減少。而當Cg低于Ccrit(圖1曲線(xiàn)2)時(shí)，分解速率與底物濃度呈線(xiàn)形關(guān)系，生物膜中的擴散活動(dòng)將會(huì )成為污染物去除的限制，生物膜不再飽和，去除速率隨氣體中污染物濃度的降低而下降。

該模型的有效性可由許多實(shí)驗得到驗證。如在去除甲醇、苯類(lèi)等揮發(fā)性有機物時(shí)，其氣相濃度較高時(shí)去除率與濃度無(wú)關(guān)，只與濾池的高度呈線(xiàn)性關(guān)系，當濃度低于Ccrit時(shí)，由于受到擴散的限制，去除速率隨濃度的下降而下降。

Ottengraf的模型描述了生物過(guò)濾的基本工藝，并提出了處理單元素氣體時(shí)生物濾池的設計參數。然而，對于多組份氣體，由于數學(xué)上的復雜性和氣體中各成分相互影響，限制了該模型的應用，而排放源排放的氣體通常含有許多成分，因此，用較小的濾池進(jìn)行了小規模的生產(chǎn)性試驗，通�？梢垣@得正式生產(chǎn)時(shí)的濾池結構尺寸。

2.3　生物濾池的設計和運行參數

2.3.1　惡臭排放量

各處理構筑物產(chǎn)生的惡臭，其排放量和濃度各不相同，其具體的計算也有所不同。一種方法是利用水表面所散逸的水蒸氣速率來(lái)計算；另一種方法是在惡臭排放源的下風(fēng)向按一定格局采樣，通過(guò)測量采樣點(diǎn)的風(fēng)速和樣品中目標污染物濃度，可繪制污染物濃度和風(fēng)速曲線(xiàn)，根據該曲線(xiàn)可計算出惡臭排放量。

2.3.2　生物濾池內的pH值

生物濾池中的大部分微生物在接近中性的環(huán)境下生物活性較高，惡臭的去除率也較高。因此對于堆肥濾池pH在7～8之間適宜細菌和放線(xiàn)菌生長(cháng)。在一些情況下，處理含有H2S氣體時(shí)會(huì )產(chǎn)生酸性副產(chǎn)品，如H2SO4，如果長(cháng)時(shí)間保持較高的H2S負荷則會(huì )堆積大量的酸性物質(zhì)，導致pH的下降破壞現有的菌種，如果未及時(shí)排除還會(huì )降低濾池的降解能力，在這種情況下，應添加化學(xué)緩沖劑如石灰等。具體參見(jiàn)http://www.sharpedgetext.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

2.3.3　濾料的濕度

維持濾料的最佳濕度對于生物濾池來(lái)說(shuō)是主要的運行要求。水分不僅對于微生物的生長(cháng)和新陳代謝是必不可少的，而且有助于濾料保持緩沖能力。不適宜的濕度會(huì )導致濾料緊密，氣體處理不完全，形成厭氧區而釋放有氣味的物質(zhì)。一般情況下，土壤濾池水分在10%～25%，堆肥濾池水分在20%～50%。

2.3.4　惡臭氣體停留時(shí)間

由于濾料種類(lèi)和所處理氣體的不同，則反應器內的吸收/吸附速率和生物降解速率不同，停留時(shí)間也就有所不同。Hellmer推薦堆肥濾池的氣體停留時(shí)間不少于30s，土壤濾池則需要更長(cháng)些。

2.3.5　濾料壓降

濾料在使用過(guò)程中不斷被壓實(shí)，孔隙度降低，氣體通過(guò)濾料的阻力不斷增大，壓降和能耗也隨之加大。圖2所示為兩種濾料在表面負荷作用下的壓降。在大部分濾池中，整個(gè)濾床的壓降可由監測器連續測定以便更換濾料。生物濾池的壓力損失一般為400～2000Pa。

4　設計實(shí)例

以下為三個(gè)國外城市污水處理廠(chǎng)應用生物過(guò)濾技術(shù)除臭的實(shí)例(見(jiàn)表1)。

5　結　語(yǔ)

為了改善環(huán)境質(zhì)量和人民生活質(zhì)量，應在建設污水處理廠(chǎng)的同時(shí)進(jìn)行惡臭氣體及其揮發(fā)性有機物的治理。生物過(guò)濾技術(shù)應用于處理污水處理廠(chǎng)散逸的惡臭，具有投資省、操作管理簡(jiǎn)單、運行費用低、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。應該盡快在我國進(jìn)行應用。同時(shí)，應進(jìn)一步研究反應過(guò)程生物化學(xué)反應機理，并進(jìn)行擴大規模的試驗，確定各種工藝進(jìn)行的參數，以實(shí)現工業(yè)化生產(chǎn)。