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发布时间: 2020-02-10
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DOI: 10.3969/j.issn.1006-4729.2020.01.016
2020 | Volume 36 | Number 1




        




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污水处理厂恶臭污染物处理方法概述
expand article info 周传庭1, 安莹2, 周振2, 袁瑶2
1. 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司, 上海 200125;
2. 上海电力大学, 上海 200090
收稿日期: 2019-05-01
基金项目: 上海市城市建设设计研究总院(集团)有限公司科研基金
中图法分类号: X703.1
文献标识码: A
文章编号: 1006-4729(2020)01-0083-06

摘要

城镇污水厂排放出的H2S, CH4, NH3, 以及胺类、硫醇、有机硫化物等臭气对人类身体健康造成很大危害, 也对空气质量带来很大压力。根据去除恶臭气体的原理对物理法、化学法、生物法进行了介绍, 分析了各种除臭方法的适用条件及缺点。研究表明, 利用单一方法除臭效率有限, 难以满足除臭要求, 因此需采用两种以上方法进行联合处理, 以提高除臭效率。

关键词

除臭; 物理法; 化学法; 生物法

A Review on Odor Control Methods for Wastewater Treatment Plant
expand article info ZHOU Chuanting1, AN Ying2, ZHOU Zhen2, YUAN Yao2
1. Shanghai Urban Construction Design and Research Institute, Shanghai 200125, China;
2. School of Environmental and Chemical Engineering, Shanghai University of Electric Power, Shanghai 200090, China

Abstract

Odors such as H2S, CH4, NH3, amines, mercaptans, and organic sulfides emitted from municipal wastewater plants pose great harm to human health and put great pressure on ambient air quality.Physical, chemical, and biological methods are introduced based on the principle of removing malodorous gases.The applicable conditions and shortcomings of various deodorization methods are analyzed.Deodorization efficiency is limited by a single method, and it is difficult to meet the deodorization requirement.Therefore, it is necessary to consider two or more methods to jointly improve the deodorization efficiency.

Key words

deodorization; physical method; chemical method; biological method

在污水的收集、长距离管道输送、集中处理和副产物(污泥)处理过程中产生和排放的恶臭污染物大大降低了空气的质量, 严重影响了污水处理厂工作人员及周围居民的日常工作和生活, 给城市的市容市貌也带来了较多的负面影响, 引起了社会各界和政府有关部门的高度重视。根据2002年我国颁布的GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》, 许多已建和新建的城镇污水处理厂为了达到大气污染物排放标准, 减少对周围环境和居民的影响而纷纷建设除臭设施。除臭技术在许多城镇污水处理厂得到了推广和应用。近期, 为了促进上海市城镇污水处理厂大气污染物控制水平的提升, 结合本市实际情况, 上海市颁布并实施了DB 31/982—2016《城镇污水处理厂大气污染物排放标准》和DB 31/1025—2016《恶臭(异味)污染物排放标准》两项地方污染物排放标准, 对大气污染物排放限值提出了较国家标准更为严格的要求。本文综述了污水处理厂恶臭污染物的主要治理方法, 以期为新标准实施下污水处理厂除臭技术的选择提供方向。

1 物理法

物理法并没有真正去除恶臭气体和改变恶臭气体的本质, 只是通过稀释扩散、掩蔽、液化分离、水洗、吸附等物理手段, 将恶臭气体浓度稀释、掩蔽或转移的一类方法。常用的物理法有如下几种。

1.1 稀释扩散法

稀释扩散法主要是利用高烟囱将恶臭气体排入大气, 利用大气的稀释扩散及氧化能力降低恶臭气体的浓度。该方法容易受气象条件的影响, 且可能对下风向和污水处理厂附近居民的健康带来危害[1]。其适用于处理中、低浓度的有组织排放的恶臭气体, 一般情况下, 不提倡使用此方法。

1.2 掩蔽法

掩蔽法是采用比恶臭气体更强烈的芳香气味或者令人愉快气味的掩蔽气体“覆盖”异味, “欺骗”人的嗅神经, 舒缓人对恶臭气体的不适感, 使人闻不到臭味。实际上, 恶臭气体仍然存在, 并没有彻底解决恶臭气体污染的问题[2]。此方法适用于需立即、暂时消除低浓度恶臭气体影响的场合。

1.3 水洗法

水洗法主要是利用恶臭气体中H2S和NH3以及低级脂肪酸等组分易溶于水的特性, 将恶臭气体通入喷淋塔后经气液交换作用, 将恶臭气体中易溶于水的组分由气相转移为液相。此方法产生二次污染, 需对洗涤水进行后续处理, 而且对溶解度较低的恶臭气体组分基本没有去除效果, 因此常作为预处理方法与其他方法联合使用[3]。

1.4 活性炭吸附法

活性炭吸附法是指恶臭气体通过具有吸附功能的活性炭, 由气相转移为固相的过程。恶臭气体的组成、温度、湿度和含尘量等因素对活性炭的吸附能力影响很大, 所以, 在实际应用中一般采用不同性质的活性炭, 分别吸附酸性、中性或碱性的恶臭气体, 并安装除湿除尘装置维持适宜的吸附环境[4]。活性炭吸附饱和后还需考虑更换或反冲洗再生, 但再生后吸附容量明显降低。为了克服这个缺点, 美国卡尔冈炭素公司研发出新型的催化氧化活性炭专利产品Centaur[5], 并成功应用于广州市猎德污水处理厂西濠涌泵站除臭系统工程[6]。Centaur对硫化氢等恶臭气体具有很强的催化氧化能力, 并可通过水洗恢复其吸附能力。但此方法会产生二次污染, 需对含硫酸盐和硝酸盐的洗涤水进行后续处理。

2 化学法

化学法改变了恶臭气体的本质, 利用化学药剂或化学方法将恶臭气体组分转变成无臭物质[7]。目前, 常用的化学方法有化学吸收法、化学氧化法和离子法等。

2.1 化学吸收法

化学吸收法主要利用氢氧化钠、碳酸钠、硫酸、盐酸等酸碱中和恶臭气体中的酸性或碱性成分, 达到除臭的目的。但该方法对硫醇等挥发性恶臭气体的去除率很低[8], 不能保证完全消除臭味, 而且酸、碱吸收法都需要消耗大量的水、化学溶液和电力等, 需要对吸收后产生的废液进行处理。

2.2 化学氧化法

化学氧化法是采用臭氧、次氯酸盐、氯气、二氧化氯、高锰酸钾、过氧化氢等强氧化剂将恶臭气体氧化为无臭或低臭气体的方法[7]。臭氧氧化能力极强, 其氧化还原电位仅次于氟, 可快速分解恶臭物质, 但其易分解, 不易存储, 需即产即用。当恶臭气体中含有少量或大量粉尘时, 为避免粉尘颗粒和臭氧反应导致的臭氧投加量过大, 需增加旋风除尘器、袋式除尘器或电除尘器来预处理除尘。恶臭气体被完全处理后的臭氧残留, 可通过活性炭吸附去除。

如遇高浓度的恶臭气体, 化学氧化法可与化学吸收法联合使用, 比较经济高效。威立雅AQUILAIR©化学除臭塔[9]由存储化学药剂的塔底恶臭气体与化学药剂接触的填料以及除雾器组成。对于混合组分的恶臭废气, 可采用多级塔系统进行处理。第一级为酸吸收塔, 用硫酸去除所有的NH3和胺等含氮化合物。第二级为氧化塔, 通过氢氧化钠和次氯酸钠分别调节pH值以及含氯量, 去除所有的硫化物, 如H2S和硫醇RSH等。目前, 该技术在深圳滨河污水处理厂、法国Reims水厂和法国Rouen Petit Quevilly水厂已有多年的应用历史。但该技术对高浓度的H2S以及脂溶性VOC的去除效果欠佳。王黎虹等人[10]利用两级逆流循环式填充塔对化工污水处理厂产生的恶臭气体进行了处理:第一级为碱吸收塔, 用低浓度的氢氧化钠溶液吸收H2S; 第二级为酸吸收塔, 首先用硫酸溶液吸收NH3, 再利用高锰酸钾在酸性介质中的强氧化性和活性炭的吸附作用去除甲硫醇。王雷雷[11]利用湿式洗涤/过氧化物氧化法脱除甲硫醇恶臭气体, 即用碱液将甲硫醇吸收, 吸收液通过过氧化物(H2O2、过一硫酸氢盐PMS、过二硫酸盐PS)进行氧化处理。该方法中甲硫醇恶臭气体可持续去除, 在一定的时间内, 吸收氧化液可循环使用且无污水外排。

根据催化机理的不同, 催化法包括催化氧化法、吸附催化氧化法和光催化氧化法[12]。催化氧化法是在催化剂的作用下, 将恶臭气体氧化为无臭或低臭气体。某石化公司于2005年以来, 使用催化氧化(湿法)脱臭设备, 相继对污水气提酸性水罐、焦化原料池及酸性水气提装置尾气进行处理[13]。其工作原理是通过恶臭气体与除臭剂中的碱性化合物迅速反应, 将恶臭成分转移至除臭剂液相中, 然后在均相体系中, 继续与氧化剂发生催化氧化反应, 转变成无毒、无臭的高价盐类, 消除恶臭污染。吸附催化氧化法常以活性炭为催化剂, 用氧气将H2S和硫醇分别氧化成硫和二烷基二硫化物并沉积在活性炭孔隙中脱除[14]。光催化氧化法是利用紫外线在特种催化氧化剂的作用下, 将氧气催化生成负氧离子, 再将恶臭气体氧化还原。目前, 常用的催化剂是二氧化钛。然而二氧化钛对含硫或含氮恶臭气体的降解存在易失活、易产生二氧化硫或氮氧化物等副产物的问题[15]。为了增强二氧化钛的吸收能力, 便于二氧化钛回收利用或提高二氧化钛光催化活性, 研究者开发了纳米二氧化钛、磁性二氧化钛或采用半导体金属掺杂、半导体表面贵金属沉积、半导体表面光敏化及复合半导体等手段改性二氧化钛[12]。为了提高对恶臭气体的去除率, 部分企业尝试采用光催化氧化+活性炭吸附的方式对有异味、恶臭的有机废气进行处理[16], 处理后可达到国家规定的排放标准。

2.3 离子法

离子除臭法包括高能离子除臭法和活性氧离子除臭法两种。

高能离子除臭法是利用在高能电场中产生的高能粒子, 与氧分子碰撞生成强氧化性正负氧离子[17], 在与挥发性有机物接触后打开其化学键, 经过一系列的反应后生成稳定无害的小分子[8]。该方法对NH3和H2S以及甲硫醇等恶臭气体同样具有分解作用, 分别生成CO2, SO42-, NO3-和H2O等[3]。此外, 高能离子法还可以降低空气中的细菌浓度, 并协助净化空气中传统过滤装置难以捕捉的细微颗粒[18]。广州市猎德污水处理厂采用高能离子除臭法对污泥脱水车间除臭系统进行改造, 使污泥脱水车间完全达到GB 14554—1993《恶臭污染物排放标准》中二级标准要求[19]。杭州市高新区(滨江)2#和4#污水泵站采用送风系统+外排系统的高能离子净化系统处理泵站外逸恶臭气体, 运行结果达到国家二级标准[20]。天津市某全地下排水泵站采用高能离子除臭工艺法对泵站内挥发的污染物气体进行治理, 运行结果显示, 主要臭气净化指标完全符合国家有关标准的要求[21]。浙江省某污水处理厂臭气收集后进入高能离子除臭系统, 经除尘→除湿→正负氧离子分解臭气污染分子→中和残留酸性气体的过程, 使厂界达到GB 14554—1993《恶臭污染物排放标准》中二级标准要求[22]。常山县天马污水处理厂[23]和德清新安污水处理厂[24]采用《一种高能离子除臭装置》(CN 201620618072.7)专利技术, 将臭气经旋流板塔→除雾器→高能离子除臭器→碱洗塔后外排, 处理效果达到了设计及相关标准的要求。

活性氧离子除臭法通过前沿陡峭、脉宽窄(纳秒级)的高压脉冲电晕放电, 在常温常压下产生大量高能电子, O2, O2-, O2+, ·OH, ·HO2, ·O, O等活性粒子(称“活性氧”)[25]。这些高能电子与活性粒子迅速与恶臭气体进行碰撞、激活并直接破坏污染物, 或者激活空气中的氧分子产生二次活性氧, 在极短的时间内与污染物发生一系列链式反应, 最终将污染物降解成二氧化碳、水以及其他小分子[26]。杭州滨江区污水处理厂[25]利用活性氧除臭技术处理NH3和H2S, 以及甲硫醇、臭气等污染物的效率平均达到80%以上。上海竹园第二污水处理厂[26]在对比了各种去除恶臭气体的方法后, 选用活性氧离子除臭法。运行结果表明, 恶臭中的NH3和H2S以及甲硫醇等平均去除效率达到78%以上, 处理后气体无明显臭味, 符合相关排放标准要求。湖北省黄石市慈湖污水处理厂[27]主要采用钢筋混凝土盖板(上部覆土绿化)加可开启塑钢窗进行臭气收集, 采用活性氧离子除臭法进行处理。结果表明, 排放的气体完全符合GB 14554—1993《恶臭污染物排放标准》中二级厂界标准和排气筒排放标准。大连老虎滩污水处理厂[28]采用活性氧技术协同光催化对细格栅间、CAST反应池、脱水机房进行了除臭处理, 运行效果达到GB 14554—1993《恶臭污染物排放标准》和GB 18918—2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》的一级标准。安徽六安市城北污水处理厂在升级改造时, 除臭工艺也选择了活性氧离子除臭法[29]。

3 生物法

生物法净化恶臭气体一般需经过如下过程。首先, 恶臭气体由气相转移到液相或固体表面液膜中的溶解过程。其次, 在浓度差的推动下通过微生物细胞壁和细胞膜扩散到生物膜内的微生物吸收过程。在这一过程中, 不溶于水的恶臭物质通过附着在微生物体外, 由微生物分泌的胞外酶分解为可溶性物质, 再渗入细胞内。最后, 作为微生物营养物质和能源的分解利用过程[30-31], 最终转化为无害的物质。根据微生物生长方式的不同, 生物除臭法可分为悬浮生长型和附着生长型。前者是通过适当的方式使微生物在处理构筑物内保持悬浮状态, 如洗涤式活性污泥法和曝气式活性污泥法[8]。洗涤式活性污泥法净化恶臭气体过程如图 1所示。后者是微生物生长在某种载体上并形成生物膜, 包括如图 2所示的生物滤池法和图 3所示的生物滴滤池法[32-35]。



图 1 洗涤式活性污泥法净化恶臭气体示意



图 2 生物滤池法净化恶臭气体示意



图 3 生物滴滤池法净化恶臭气体示意

生物除臭法在国内的实际应用工程案例见表 1。

表 1 近年来生物除臭法在国内的实际应用工程案例

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恶臭来源 恶臭气体主体处理
工艺		 恶臭气体处理规模/
(m3·h-1)		 恶臭污染物 处理效果
某石化企业污水处理厂[36] 生物滤池 3 000 NH3, H2S
鱼粉加工企业废气[37] 生物洗涤+生物滤池+燃烧 5 000 NH3, H2S, 三甲胺, 臭气 满足GB 14554—1993《恶臭污染物排放标准》一级标准
广州市某污水处理厂泵站[38] 等离子法+气动乳化+生物滴滤池 1 800 NH3, H2S, VOCs 当该泵站臭气指标≤100 mg/m3时, 去除率达100%
广州市某污水处理厂泵站[39] 等离子法+生物滴滤池 10 000 NH3, H2S, TVOC, 甲硫醚, 臭气 满足GB 14554—1993《恶臭污染物排放标准》要求
某制药污水处理站好氧池[40] 两级生物滴滤池 1 000 NH3, H2S 进口NH3 20 mg/m3, H2S 15 mg/m3, 出口两者均小于1 mg/m3
某炼化企业炼油污水处理厂[41] 化学洗涤+生物催化滴滤池 20 000 非甲烷总烃, 苯, 甲苯, 甲硫醇, H2S 满足GB 16297—1996《大气污染物综合排放标准》及GB 14554—1993《恶臭污染物排放标准》要求
葫芦岛市高新技术产业开发区污水处理厂一期[42] 生物滴滤池 15 000 满足GB 14554—1993《恶臭污染物排放标准》、GB 18918—2002《城镇污水厂污染物排放标准》以及GB 16297—1996《大气污染物综合排放标准》的要求
天津纪庄子污水处理厂[43] 生物滴滤池 316 000 NH3, H2S, 臭气, CH4 满足GB18918—2002《城镇污水厂污染物排放标准》二级标准
泥布湾污水处理厂[44] 生物滴滤池+土壤滤池 60 000 NH3, H2S, 臭气, 甲硫醇, CH4 满足GB 14554—1993《恶臭污染物排放标准》、GB 18918—2002《城镇污水厂污染物排放标准》一级标准
天山污水厂污泥深度脱水工程[45] 化学洗涤+生物滤池 18 950 NH3, H2S, 臭气 满足GB 14554—1993《恶臭污染物排放标准》、GB 18918—2002《城镇污水厂污染物排放标准》一级标准
青岛麦岛污水处理厂[9] ALIZAIRTM生物滴滤池 100 000 NH3, H2S, 有机氮, 硫醇 满足GB 18918—2002《城镇污水厂污染物排放标准》二级标准

4 结语

城镇污水处理厂(尤其是大型城镇污水处理厂)各环节(提升泵房、预处理、生物处理、污泥处理等)恶臭气体成分复杂多样、收集方式不一, 单一工艺已难以适用于整个城镇污水处理厂的除臭要求, 需要研究并应用组合法来处理城镇污水处理厂的恶臭气体。

传统上, 对除臭技术的评价多考虑处理效率和经济效益, 但却忽视环境效益, 忽略除臭处理设施从建设到运行的全生命周期过程中对资源和能源的消耗, 以及向环境中排放的污染物质。因此, 应开展恶臭气体处理技术的全生命周期评价。

我国恶臭气体处理技术起步晚、成熟产品不多, 而进口除臭装置价格贵、成本高, 所以目前我国污水处理厂的除臭投入较之国外总体处于非正常化水平。因此, 大力发展经济有效的国产化除臭技术及装备是十分必要的。

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