化工污水处理厂臭气治理技术研究及其工程应用

2022-05-23李依韩王志法

皮革制作与环保科技 2022年5期

李依韩，王志法

(山东华特环保科技有限公司，山东济南 250101）

化工污水处理厂在运行过程中，由于污水中含有大量的异味有机物，在初沉池、细格栅、沉砂池、生化池、污泥浓缩池、脱水机房等处理构筑单元会产生异味。这些异味气体主要是一些挥发性有机物（VOCs）、硫化合物、氮化合物等，如硫醇、硫醚、硫化氢、氨等，具有强烈的刺激性，可经呼吸道、眼、皮肤等不同途径进入人体，使人头昏，难受，长期置身其中，对人体的神经系统损害极大。

目前，污水处理厂臭气多采用生物法处理，即臭气收集后直接汇集到生物滤床中进行处理。但化工污水处理厂臭气因其污染物浓度高、成分复杂，不同生产模式、生产类型产生的污染物差别很大。化工污水处理厂臭气对生物处理系统有较大的冲击作用，难以建立微生物与污染物间的平衡关系，因此，生物法处理的尾气往往不能达标。本研究通过优化工艺设计以提升化工污水处理厂臭气的处理效率。

1 现有处理技术分析

目前化工污水处理厂臭气处理工艺主要有光催化氧化、洗涤、低温等离子、吸附和生物滤床等技术，它们的技术特点、适用场所如表1所示[1]。除臭工艺的选择要综合考虑到工艺因素、组分因素、浓度因素、经济性因素，采用最合适的除臭方法。

表1 除臭技术特点、适用场合比较

目前，市政污水处理厂臭气多采用生物法处理即可达到良好的处理效果，而化工污水处理厂臭气有害成分种类繁多，浓度波动大，排放特征不一，去除难度大，多数情况下采用单一的治理技术难以达到治理要求，是现有技术在实际应用中存在的问题。

2 一体组合式臭气处理集成装置原理

现有的生物法处理化工污水厂的臭气难度大，处理效果较差，而且污染物的复杂成分及浓度变化对微生物的存活极其不利。此外，生物菌直接接触大分子有机物，很难在臭气流过的停留时间内进行完全处理。本技术关键在于臭气通过紫外光处理后，主要剩余小分子有机物，减少对生物处理单元的冲击，从而有利于后续的生物滴滤彻底处理。将光催化氧化与生物降解技术相结合处理臭气，可利用这两种技术的特点进行互补，以提高废气处理的效率。

一体组合式臭气处理集成装置具体工艺流程如下：首先，臭气进入光催化间，设备内紫外灯管发出高强度的C波段254 nm的紫外线和D波段185 nm的紫外线，可将臭气中大部分有机大分子的主要成分化学键（例如C-C、C-N、C-S、C=C、C=N、C=S等）打破，生成易生物降解的小分子有机物[2]。被光催化氧化后的臭气夹带着少量的臭氧，经过预洗洗涤后进入生物滴滤间，生物滴滤间是将高效化工反应装置-填料塔和生物膜技术有机结合，充分利用填料塔气液接触面积大、对流传质效能高等性能以及生物膜法所具有的微生物密度高、净化反应速度快等特点，利用生物菌对臭气进行彻底降解。生物滤床原理是借助微生物，将废气中的有机成分转化成二氧化碳和水，主要包含两个过程，首先是有机成分从气相到生物膜扩散传质，其次是微生物的氧化、还原、分解、合成等一系列作用，将一部分可被吸收的有机成分作为其代谢所需的物质，或是将部分有机物质分解成二氧化碳和水，并释放能量。

3 装置设计

本研究设计了一体组合式臭气处理集成装置。该装置包括光催化间、预洗间和生物滴滤间，依次通过排气管道连接。将光催化间、预洗间和生物滴滤间组合排放，外形整洁美观，减少了装置的占地面积；多种废气处理技术集成到一台设备，可使操作简便，节省人力。

一体组合式臭气处理集成装置结构如图1所示：按照废气流经设备的过程，将设备结构分为两层，第一层为光催化间、预洗间，第二层为生物滴滤间。光催化氧化设备处于负压状态时，可根据风量大小和废气浓度选择紫外灯的功率数，光催化氧化产生的羟基自由基有极强的氧化性，经光催化氧化设备处理后的臭气中分子链较长的污染物被分解成短链污染物，进入洗涤段，再利用水对臭气进行循环洗涤。然后进入第二层生物菌填料层。经过光催化氧化和洗涤后的废气自底部进入生物菌填料层，与生物滤床填料上面的生物菌充分接触后被彻底降解。

图1 臭气处理集成装置结构图

4 工程应用

将本技术方法应用于昌邑某污水处理厂，该厂处理的污水为化工污水，处理能力为60 000 m3/天，主要为化工园区废水、印染废水、少量含油废水，三种废水占比为6:3:1。该污水处理厂主要产生臭气的处理单元为格栅、提升泵房、沉砂池、氧化沟、AAO、污泥浓缩池、污泥脱水机房等。经计算，臭气设计处理风量为20 000 m3/h，这些臭气主要是一些挥发性有机物、硫化合物、氮化合物等，如硫醇、硫醚、硫化氢、氨等，具有强烈的刺激性。设计过程中对收集后的臭气污染物浓度采用经验数据[3]如表2所示。

表2 臭气污染物浓度

在臭气处理设备投入生产运行且生产负荷达到75%以上的情况下，分别检测臭气污染物控制项目进气口浓度及出气口浓度[4]，每间隔12 h检测一次，共检测9次，每次取样两个，取平均值。各污染进气、出气浓度如图2所示。

装置稳定运行一段时间后，关闭光催化氧化设备，使臭气直接进入生物处理单元，运行48 h稳定后，分别于早晚取样，每次间隔12 h，共取样4次，检测出气浓度。

如图2所示，硫化氢、氨、臭气进气、出气浓度变化，硫化氢出气浓度均低于0.9 mg/m3（0.017 kg/h），氨出气浓度均低于5 mg/m3（0.09 kg/h），臭气均低于800（无量纲）。处理系统整体对氨的去除率最高，其次为硫化氢、臭气。根据检测结果，受园区化工厂生产运行的影响，在不同检测时段，水量不同、臭气中污染物浓度也不同。早晨时段检测的臭气进气浓度相对较低，下午时段检测臭气进气浓度相对较高。运行稳定后，硫化氢、氨、臭气的进气浓度均存在部分超出设计值的现象，在实际运行中，出气浓度稳定，证明该系统具有20%的抗污染物冲击余量。

图2 污染物控制项目进气及出气浓度

臭气排放在无其他臭源干扰的情况下，在正常工况及常规气象条件下，处理后的排放气体可以采用排气筒（15 m）进行有组织地排放，排放浓度符合《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93），具体参数如表3所示。

表3 臭气排放标准

当关闭光催化氧化设备后，氨仍能达标，硫化氢部分超标，臭气普遍超标。分析原因如下：（1）生物滴滤间中大量的培养亚硝化细菌和硝化细菌，将NH4+氧化成NO2和NO3，对氨的转化较为彻底。（2）脱硫微生物的共同特征是在需氧条件下能够氧化Fe2+、S和无机硫化物，并将原性硫化物氧化为SO42-，使环境变酸并释放出能量，有机硫的生物氧化活性优于无机硫。在单一的生物处理单元处理时，无机硫的处理效率变低，使得部分硫化氢超标。（3）臭气在污染物冲击大时不能达标，生物处理的原理是培养微生物代谢、降解有机物，单一的生物处理单元抗冲击能力较小，目标污染物范围也较小，是造成臭气普遍超标的原因。