污水厂生物过滤除臭工艺及工程设计

污水厂生物过滤除臭工艺及工程设计

王明健

摘

要

李歆

随着污水厂周边环境要求的提高，对污水厂进行除臭处理成为业界关注的焦点。介

绍了污水处理厂恶臭物质的成分、来源及生物除臭的原理，并以某污水处理厂生化反应池加盖除臭工程设计为例，介绍了生物过滤除臭工艺气体收集、设计参数及生化反应条件的控制,可为类似工程的实施提供借鉴和指导。

关键词

污水处理厂

恶臭气体

生物除臭

生物过滤工艺

随着人类生活水平的提高和公众环保意识的增强，城市污水处理厂越来越多地被修建，但是由于城市化进程的加快，这些已建或新建的污水处理厂周围往往都有人口密集的居民生活区或公共活动场所。作为污水处理厂副产物的臭气越来越严重地影响到周围居民的生活。因此恶臭气体处理也越来越受到人们的关注，建设污水处理厂的臭气处理系统势在必行。近几年来，生物脱臭技术，尤其是生物过滤除臭技术以其工艺相对成熟、基建费用低、操作维护简单、污染物净化彻底且处理效果好等特点在实际应用中取得了不断的发展

[1～3]

11.1

污水厂臭气成分及来源臭气成分

在污水处理厂臭气的成分是复杂多变的。一般

主要由碳、硫、氮等元素组成。研究人员按气体的化学组分不同，将其分为3类：如H2S、硫醇、硫醚类；胺类、酰胺、吲哚等；主要组成成分

[5]

（1）含硫化合物，

（2）含氮化合物，如氨、（3）含氧的有机物，如醇、

酚、醛、酮、有机酸等。其中H2S、NH3是臭味的

，详见表1。

1.2臭气来源

城市污水处理厂的恶臭成分主要来源于污水处

。这一技术成

功地处理了大量来自污水厂、公共区域的恶臭、理及污泥处理工程。在通常采用的二级生物处理的污水处理厂中，污水一般经过的处理工段依次为粗格栅、提升泵站、细格栅及沉砂池、生物反应池、

VOC和有毒气体排放物，去除效率可超过90%，已

成为城市污水处理中臭气处理的主流工艺

[4]

。

筑物均需要进行除臭。

本方案设计将产生臭味的构筑物进行加盖加罩，将臭气集中输送至生物除臭模块进行脱臭。

数少、运转管理点少、水头损失小、布置紧凑、占地面积较小等优点。

（3）本工程在出厂水深度处理方面做了积极的探索，在国内大型污水厂中率先采用高效长纤维滤池系统，该系统过滤速度快，运行稳定，反冲洗耗水、耗气量小，各方面指标均优于D型滤池。

（4）随着公众对环境条件要求的提高，本工程中对对整个厂区臭气进行收集，并采用国际先进的生物除臭法，从而保证了脱臭效果的达标。—————————————

△作者通讯处：610081设计研究院

成都市星辉中路11号中国市政工程西南

6特点

（1）在整个工艺设计过程中，始终贯穿技术先

进、安全可靠、运行管理方便的思想。既要做好大系统，又要处理好每一个构筑物的细节，可操作性强。

（2）工程中采用了多项先进技术，提高了出水水质效果，降低了污泥含水量和有机物含量。采用了以改良型A2/O工艺为主体的除磷脱氮工艺。该工艺对污水水质（碳氮比）的变化适应能力强，运行管理灵活。采用周进周出二沉池，其具有池子个

·6·

二沉池、消毒池。其产生的污泥一般在厂区内进行贮存、浓缩、脱水，必要时还要进行消化稳定处理。德国工程师协会对城市污水厂各个部分的气味扩散进行了调查，各处理工段产生的臭气与气味值如表2所示。

表1

分

类

主要恶臭物质的特性及污染来源

污

染

来

源

进入液膜；（2）溶解（或混合）于液膜中的有机

（3）进入微生

污染物在浓度差的推动下进一步扩散到生物膜内，进而被其中的微生物捕获并吸收；

物体内的有机污染物在其自身的代谢过程中作为能源和营养物质被分解，最终转化为无害的化合物。在次净化过程中，总吸收速率主要取决于气、液两相中的有机污染物扩散速率（气膜扩散、液膜扩散）和生化反应速率。

臭气特性烂洋葱味蒜韭菜臭臭鸡蛋味鱼腥味刺激臭不快臭刺激臭刺激臭刺激臭香水臭刺激臭表2

硫醇类硫醚类硫化物胺类脂肪酸类无机氨吲哚类醇类酚类酯类含卤素有机物

制药厂、橡胶加工厂纸浆厂、石油精练厂炼油、化肥、污水处理站金属冶炼、石油化工厂骨胶、油脂加工厂污水处理站

粪便、生活污水、肉类腐烂、屠宰牲畜油脂加工、皮革制造、酿造、粪便溶剂、涂料、油脂工业

合成纤维、合成树脂、涂料、粘合剂合成树脂、合成橡胶、制冷剂臭气来源及气味值气味值

波动范围

图1Ottengraf模型

3生物过滤除臭设计

以某污水处理厂一期生化池加盖除臭工程为

处理工段名称

进水井格栅井、泵站集水池

沉砂池一般负荷曝气池延时曝气法曝气池

二沉池二沉污泥提升泵

污泥存放消化污泥存放机械污泥脱水间污泥脱水滤液热预处理污泥

例，介绍污水处理厂恶臭气体的生物过滤工艺设计。该污水处理厂一期设计规模为20万m3/d，采用改良A2/O工艺。

4585605030304520080400

7100（浓缩池内侧）

25～8032～13630～9021～10110～4312～5026～8230～80035～24050～7703300～

95500

3.13.1.1

恶臭物质浓度及排放标准主要恶臭物质浓度设计值

H2S浓度0.75～1.50mg/m3，NH3浓度0.50～2.83mg/m3，臭气浓度（气味值）250～4000。H2S原

始设计浓度为1.50mg/m3，NH3原始设计浓度

2.83mg/m3。3.1.2

除臭排放标准

由于该污水厂位于城市商业、交通、居民混合

从表2中可以看出，污水前处理部分（格栅井、提升泵房集水池及沉砂池、生物反应池、沉砂池）和生物反应池中的厌氧段和污泥处理部分（贮泥池、脱水间等）是除臭的重点。

区，属环境空气质量功能二类区，根据《环境空气质量标准》的规定，其环境空气质量执行二级标准。臭气处理后排放根据《城镇污水处理厂污染物综合排放标准》

（GB18918-2002）、

《恶臭污染物排放标准》

（GB14554-93）、

《工作场所有害因素职业接触限

2生物过滤除臭原理

Ottengraf等提出了生物膜理论，并建立了如图1所示的理论模型来描述低浓度有机废气的净化过

程。孙石等较早地在国内介绍了Ottengraf模型，并认为恶臭气体在生物滤池中的吸附净化一般要经历以下几个步骤

[6]

值》的要求，按照从严的原则确定除臭排放标准如下：H2S≤0.06mg/m3，NH3≤1.50mg/m3，CH4≤1mg/

m3，甲硫醇≤0.007mg/m3，甲硫醚≤0.07mg/m3、二甲

二硫≤0.06mg/m3，臭气浓度（气味值）≤20。

：（1）废气中的有机污染物首先3.23.2.1

恶臭收集与输送加盖设计

同水接触并溶解（混或合）于水中，即由气膜扩散

·7·

除臭工艺的第一个重点是臭气收集系统的建立，理想的臭气收集是对臭气污染源在最小的范围内进行封闭和直接收集。为了减少臭气对周围环境的影响，为了减少臭气总量，本设计对产生臭气的改良A/O生物处理池等构筑物采取加盖封闭措施。

2

为了保证设备的正常运行和恶臭物质的高效去除率，工艺参数的选择和确定是极为重要的。生物滤池用于脱臭时的主要设计参数如下表3所示。

表3

参

数

主要工艺参数

参

数

设计运行范围

具体做法是在构筑物水面上加一个高度不超过1m的盖，将污水水面罩住。加盖材料有多种，在综合考虑投资、耐腐蚀性、可靠性和美观性的基础上，加盖材料采用进口玻璃钢。

设计运行范围

风管风速(m/s)停留时间(s)压力损失(Pa)填料高度(m)温度(℃)

≤1215～10070～1200.5～1.510～35

表面负荷(m3/m2·h)有机负荷(g/m3·h)臭气湿度(%)去除率（%）

50～20010～160≥9095～996～9

3.2.2风量计算

污水厂臭气量的计算基本上有下列几种方法：

（2）对构筑物整体

（3）对

pH值

（1）根据水面积确定臭气量；根据污水处理厂生化池臭气量及臭气处理设施建设情况，本工程设置2套生物滤池除臭装置，每套处理臭气能力35000m3/h。具体设计参数如下：

生物滤池高度：2.5m；滤池表面负荷：176.8m3/m2·h；停留时间：50.9s；填料高度：0.8m；

生物滤池平面尺寸：L×W×H=18.0×11.0×2.5m；风机风量：Q=20000m3/h，H=2kPa，N=15kW，

加盖，根据臭气空间容积确定脱臭气量；量；

（4）根据设备台数确定脱臭气量。

水池局部加盖，根据开口面积和风速确定脱臭气

本工程根据臭气空间容积乘以换气次数确定，换气次数根据室内是否进人，取2～8次/h，不进人或一般不进人的地方，换气次数约为2～3次/h，对于有人进入，但工作时间不长的，换气次数约为2～3.5次/h，有人长时间工作的空间，换气次数为4～8次/h。

本设计根据臭气空间，按换气次数2次/h再叠加曝气量确定臭气量。该污水厂A2/O生化池加盖后臭气空间为17500m3，曝气量为35000m3/h，则生化池处理气量按70000m3/h来考虑。

2台；3.3.2

填料选择

生物滤池最主要部分是填料，微生物在恶臭气体处理实际工程中应用效果的优劣，与所用的填料有密切的关系，不同的填料具有不同的特性，适用于不同的场合。目前，废气生物处理的填料主要为有机和无机两大类。无机填料主要有沙子、碳酸盐类、各种玻璃材料、沸石类、陶瓷、活性炭等，有机填料多为土壤、堆肥、碎木屑、树皮、树叶、聚丙烯小球、塑料环等。

若选择填料不合理，则不仅不能达到既定的使用目标，甚至可使整个生物处理过程失败，会导致不必要的损失。因而，合理选择填料并将其合理利用是至关重要的。选择填料有以下要求：具有一定的结构强度及耐腐蚀性；气体接触的面积；

（1）应

（2）具有较大

3.3生物过滤除臭设计

生物除臭滤池由臭气收集系统、加湿系统、生

物填料系统、水源输送、滤液排放等几个部分构成。其工艺原理图如图2所示。

的比表面积，可给微生物提供充分的附着及与污染

（3）应具有较好的表面性质，

（4）应具

要有亲水性，便于微生物和水的附着；

图2

生物过滤除臭示意图

（5）无毒，化学性质稳定。

有足够的空隙率供微生物生长，确保供氧充足；

3.3.1设计参数确定3.4

·8·

其他设计

SOUTHWESTWATER&WASTEWATER

3.4.1

温度设计

西南给排水Vol.31No.62009

情况来确定。Acuňa等的试验表明,较高的营养水平可以使滤池快速启动,并能提高其在稳定阶段的去除能力

[7]

生物滤池的操作温度为25～35℃，微生物生长的最佳温度为25～35℃，一般而言，在适宜生长范围内，温度每下降或升高10℃，微生物的生长速率将降低或提高1～2倍，则其对恶臭物质的去除效率也将相应地降低或提高，为保证良好的处理效果，设计采用对生物滤床进行保温，保证滤床和微生物的热量不散发出去，同时，对进气进行电加热升温。根据进气量，匹配合适的电加热功率，确保可将空气温度维持10℃以上，保证微生物的良好生长。

。Gibbons和Loehr认为，只有当氮碳比≥

[8]

0.01时生物滤池才能达到最佳的去除效果4

结语

。

本文所介绍的某污水处理厂生物滤池除臭工程已建成投入运行，现设备运转正常，在污水厂周边基本上闻不到臭味，对生物滤池排放气体进行多次监测，H2S的浓度为0.04mg/m3，NH3浓度为1.0mg/

m3，达到了国家二级排放标准。由于对滤池采用了

保温措施，即使在冬季，H2S和NH3浓度也分别维持在0.05～0.06mg/m3和1.20～1.30mg/m3之间，也同样达到国家排放标准。该污水厂实践证明生物滤池除臭具有去除率高、不存在二次污染、运行成本低、管理方便等优点，该生物滤池除臭方法的成功应用也为国内城市污水处理厂恶臭气体的控制提供了良好的借鉴。

参考文献

3.4.2湿度设计

水分不仅是微生物生命活动的必要成分，而且

也是吸收废气进而被微生物利用的溶剂，因此要求臭气有一定的湿度。生物滤池湿度太低则水溶性恶臭物质难以及时进入液相，且填料易干燥，降低床内生物活性，既影响了整体除臭效率，又使得代谢产物不易排出滤池。但是生物滤池的湿度过高又会使得传质效率受到影响，且会导致气体穿过阻力增大还可能造成局部厌氧而影响除臭效率。本工程在生物滤池设计有喷雾加湿区，在臭气进入生物氧化区前相对湿度达到90%以上，完全满足生物滤池的需要。另外在生物滤床上方也增设散水装置，便于填料接种时将菌种均匀投加到填料上。

1PagansEstela，FontXavier，SanchezAntoni．Emissionofvolatileorganiccompoundsfromcompostingofdifferentsolidwastes：abatementbybiofiltration[J]．JHazardMater，2006，131(1～3)：179～186．

2Morgan-SagastumeJM，NoyolaA．Hydrogensulfideremovalbycompostbiofiltration：effectofmixingthefiltermediaonoperationalfactors[J]．BioresourTeehnol，2006，97(13)：1546～1553．3

HernándezIgnacio，Pérez-PastorAbraham，VergaraJuanJ，eta1．StudiesonthebiofihrationcapacityofGracilariopsislongissima：frommicroscaletomacroscale[J]．Aquacuhure，2006，252(1)：43～53．4567

尚魏，王启山，郭静.生物过滤除臭技术在城市污水处理厂中的应用[J].天津城市建设学院学报，2001，7（2）：121～124.彭清涛.恶臭污染及其治理技术[J].现代科学仪器，2000，（5）：44～46.

孙石，杨显万，谢蕴国，等.生物法净化低浓度挥发性有机废气的动力学问题探讨[J].环境科学学报，1999，19（2）：153～158.

3.4.3pH值

生物滤池中的大部分微生物在接近中性的环境

下生物活性高，恶臭的去除效率也高。在一些情况下，处理含H2S气体时会产生酸性副产品，如

H2SO4，则生物滤池内pH值会下降，滤池内微生物

的活性受到影响，从而降低恶臭物质的去除率。因此在滤池内设置pH值控制器监控pH，，通过生物滤池上方的散水装置添加碱液以调整pH在6～8范围内。

AcuňaME,VillanuevaC,CárdenasB,etal.Theeffectofnutrientconcentrationonbiofilmformationonpeatandgasphasetoluenebiodegradationunderbiofiltrationconditions[J]Biochemistry,2002,38(1):7～13.

.Process

3.4.4营养成分

微生物新陈代谢过程中除了碳元素外还需要

氮、磷、钾和痕量元素。当恶臭气体不能提供足够的养分时还需要投加营养成分来满足微生物的生长。设计在滤池上方的散水装置在滤池内营养成分不足时也可为滤池提供营养成分。为了对污染物质的去除能力达到最大化，营养物质的供应在种类与数量上应能保证微生物的活性，其具体添加的数量与频率可参考恶臭气体中的碳含量并结合实际运行

8GribbinsMJ,LoehrRC.Effectofmedianitrogenconcentra2tiononbiofiltererformance[J].AirWasteManage,1998,48(3)：475～480.

—————————————

△作者通讯处：510500中心北塔1001－1002室

广州天河区广园东路2193号时代新世界

E－mail：lixin_lix@电话：15915791074

·9·

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