造纸废水处理单元臭气治理

2020-07-23沈海涛

中国造纸 2020年6期

沈海涛

（浙江景兴纸业股份有限公司，浙江平湖，314214）

造纸废水处理中诸多过程会产生大量臭气，其主要成分有硫化氢（H2S）、氨气（NH3)、挥发性有机气体（VOCs）等[1-2]。其中，厌氧反应池及污泥干化区的浓度最高，厌氧池产生的大量H2S 及NH3主要是由于造纸过程使用硫酸铝，致使废水中含有硫酸根（约700 mg/L），厌氧系统硫还原菌将其还原为H2S。同样氮类辅料投加及废水处理过程中补充的尿素及磷酸二氢铵，经过厌氧反应后过剩的氨氮会部分进行氨氧化作用转化为NH3。因为污泥调制过程投加干石灰粉，污泥干化区产生了大量H2S 及NH3气体等，另外污泥从浓缩池内抽过来时已经在浓缩池内相当于厌氧发酵过（停留时间较长），污泥内含有H2S与NH3。利用相关除臭设备或填料进行生物降解，去除废水处理过程中产生的致臭成分，净化后可直接排入大气。目前国内造纸厂通用除臭工艺有：生物滴滤塔工艺、低温等离子工艺、光催化氧化工艺等[2-3]。这些设备的整体使用寿命都不低于15 年，但从去除效率的稳定性及运行成本方面考虑，又有着各自明显的局限性。比如传统箱式生物滤池滴滤是一个固定床，无洗涤功能，传质效率低，生物稳定性差，不耐负荷冲击，只适合于低浓度（H2S＜100 mg/L）臭气处理，浓度高时会产生生物膜死亡、滤床堵塞甚至垮塌的问题。单工艺往往难以适用于整个废水厂的除臭要求，因此研究并应用组合法来处理废水厂臭气十分必要[4-5]。

本研究考虑利用生物法与化学法相结合，即活性污泥喷淋吸收-生物滤床过滤-化学除臭组合工艺，采用曝气池好氧混合液进行连续喷淋洗涤，吸收效率高，传质效果好，同时无惧毒性物质和负荷冲击，只要废水厂曝气池运行正常，即可提供源源不断的生物源。

整套组合工艺满足以下参数：①前段污泥吸收洗涤：采用活性污泥洗涤吸收，对臭气进行增湿、除尘、水溶性、酸性臭气吸收的预处理。平均流速2 m/s，接触时间8 s。②中段生物滤床微生物降解：以分解吸收H2S和VOCs等挥发性废气为主。平均流速0.5 m/s，接触时间8 s，散水频率2～24 次/d，延续时间5～15 min。③后段化学洗涤：通过补入少量液碱（30%）对残余的有机挥发性成分、H2S、NH3深度净化，使达到或优于国家标准的排放要求。平均流速2 m/s，接触时间4 s。

1 工艺设计及主要设备参数

1.1 废气来源及特征

本废纸制浆造纸厂主要生产瓦楞原纸、箱纸板、白面牛卡纸，生产过程废水主要为造纸白水及碎解过程排水。

处理气量按池容数据计算，本废纸制浆造纸厂共有两套废气处理设备，总设计风量分别为55000 m3/h 和10000 m3/h，温度为室外常温。废气的主要来源是生物法处理废水过程中以硫化氢（H2S）、氨气（NH3）为主挥发进入大气的有害气体。其中，H2S 在标准状况下无色、低浓度时有臭鸡蛋气味、有剧毒的酸性气体；NH3是一种无色有刺激性气味的气体。

1.2 除臭工艺

造纸废水处理过程中产生的废气具有成分复杂、浓度相对较高、一般都偏酸性且不稳定（会产生瞬间波动及负荷冲击）等特点，因此本研究选用喷淋吸收-生物滤床过滤-化学除臭组合工艺。目前该工艺技术最成熟，除臭效果相对最好，且具有占地小、投资省、运行费用小、操作管理简便、维护工作量少等明显优势。具体臭气处理工艺流程如图1所示。

（1）喷淋洗涤段生物洗涤

图1 臭气处理工艺流程

喷淋洗涤段，可加强除臭设备去除杂质、增湿除尘的能力。采用曝气池含微生物液体作为喷淋液（MLSS 15g/L），可以循环喷淋。在后续的生物降解处理段，废气中的污染物与填料上的微生物接触，被微生物捕获降解、氧化，使污染物分解。

（2）生物降解段

生物降解段采用生物滴滤床工艺，延长臭气与生物填料接触时间，同时装填生物填料加强恶臭组分去除效率。该段pH 值、温度等条件保证适宜处理硫系及碳氢化合物微生物生长繁殖的环境。填料的使用寿命≥15年。

（3）尾气深度处理段

尾气深度处理段是确保系统气体达标排放的保险环节。尾气深度处理段包括水泵、液碱补入管路、液位计和配套的管道阀门等。恶臭气体经收集后进入预处理段进行洗涤、温度调节、除尘及增湿；再进入生物降解处理段，去除H2S、NH3；若进气浓度较高，则有尾气深度处理段来保证除臭效果。尾气处理段安装有配套pH 自动控制系统，采用自动投加NaOH 溶液确保系统pH 值为9～11，碱性条件主要是去除残留H2S，而残留NH3的去除还是通过其自身极易溶于水的性质，溶解于喷淋液中去除。

1.3 除臭设备选型

除臭系统设计处理单元及风量见表1。

（1）除臭塔塔体

除臭塔主体为玻璃钢材质结构，配置风管接口、管道接口、填料收纳架、填料、检修门、喷淋散水装置等。

（2）生物除臭填料

生物除臭填料采用火山岩填料，使用寿命≥15年。系统设置观察窗，方便查看填料结膜情况。

填料具有以下特点[6-7]：①比表面积大、堆积密度小、具有良好的保湿性和透气性；②抗强酸、耐腐蚀、使用过程中无压密；③填料使用正常运行期间不需更换；④能够全部或部分会腐烂、老化和风化的填料不被接受。

（3）除臭风机

表1 除臭系统设计处理单元及风量

选型的风机应具有高效、节能、防腐蚀、低噪声、寿命长等特点[8]。除臭系统排风机需与对应除臭设备配套供应。风机额定风量以工作环境温度20℃、湿度65%为准，总绝对效率应≥80%。排风机应为变频调速，根据具体工况，及时调整转速，确保风量满足设计处理臭气量的要求，并有10%的风量余量。

1.4 除臭主体设备参数

CWPD 型喷淋吸收-生物滤床过滤联合除臭设备主要设备规格型号参数见表2。

1.5 废气测试方法

废气测试项目与方法如表3所示。

2 实际运行数据

该工艺持续运行200 余天，各工艺段运行平稳，其中活性污泥喷淋流量为200 m3/h，化学喷淋液每天补入液碱（30%）200 kg。

（1）CWPD-55000 成套系统：活性污泥喷淋段，污泥喷淋流量为130 m3/h，循环液每日更新一次，排空至后端曝气池内继续生化处理。生物过滤喷淋液每日更新一次，排放至前段废水处理集水井内。化学洗涤塔内液碱每日补充2 次，每次65 kg。洗涤液每星期更换一次。具体处理数据如表4所示。

（2）CWPD-10000 成套系统：污泥池除臭系统活性污泥喷淋段，污泥喷淋流量为70 m3/h，循环液每日更新一次，排空至后端曝气池内继续生化处理。生物过滤喷淋液每日更新一次，排放至前段集水井内。化学洗涤塔内液碱每日补充2 次，每次35 kg。洗涤液每星期更换一次。具体处理数据如表5 所示。

从表4 可以看出，臭气（收集于集水井、初沉池、酸化池、厌氧塔顶等）中H2S 平均浓度387 mg/m3，NH3平均浓度为266 mg/m3。经前段活性污泥喷淋后，H2S 浓度降至185 mg/m3，NH3浓度降至120 mg/m3。中段生物滤床微生物降解后，H2S 浓度降至92 mg/m3，NH3浓度降至67 mg/m3。后段化学喷淋洗涤后H2S 浓度小于0.2 mg/m3，NH3浓度小于3 mg/m3，臭气浓度759。