某煤化工污水处理场除臭系统设计工程实例

罗 茜 常 明 袁江龙

（1 中化环境科技股份有限公司 陕西西安 710000 2 达华（西安）环保科技有限公司 陕西西安 710000）

引言

近年来，现代煤化工正在逐步打开发展新局面，但新建煤化工项目须同步配套工业污染源产生的废水、废气和固体废弃物治理工程，即“三废”治理工程，其中污水处理厂的废气是主要影响环境的因素之一。而废气的恶臭又会对厂内人员及周边居民的工作和生活会产生恶劣影响，间接影响煤化工项目在群众心目中的环保形象。因此，本文通过实例煤化工项目，介绍煤化工污水处理场除臭系统的实际处理方式及效果，供同类工程参考。

1 项目背景

实例煤化工项目位于陕西省榆林市神木县某工业园区内，污水处理场臭气处理系统规模为120000Nm3/h。臭气主要来自于污水处理场的预处理、生化处理及污泥处理单元，具有臭气量大、污染物成分复杂等特点，其臭气的非甲烷总烃含量较高是工业污水处理场臭气处理的难点之一，若处理不当或直接排放将对环境产生负面影响。本项目的工艺路线主要包括碱洗塔、生物滴滤池和生物过滤池、活性炭吸附单元，项目废气处理后尾气达到国家《恶臭污染物排放标准》（GB 14554-201X）（征求意见稿）的15m 排气筒的排放标准值，以及《石油化学工业污染物排放标准》（GB 31571-2015）相关限值。

榆林市某煤化工污水处理场不仅需要处理装置内产生的污水和污泥，更需要对污水处理过程中所产生的臭气进行集中处理。根据生态环境部门的调查，西安市仅2018 年1～6 月份的恶臭/异味投诉占所有环境问题投诉的比例为21.1%，仅次于噪声，居第2位，其中污水处理场为恶臭气体的主要3大来源之一。伴随着各方对污水处理场臭气问题的日益重视，新建污水处理场开始提前对整体的臭气处理进行系统性设计[1]，以减少对周边环境的影响，并建设示范性工程。榆林市某煤化工污水处理场项目可为同类型中污水处理场臭气处理系统提供参考[2]。

2 设计规模及进、出臭气指标

结合榆林市某煤化工污水处理场项目的水处理工艺路线，臭气系统设计处理规模的120000Nm3/h 中包含35000Nm3/h 高浓度臭气及85000Nm3/h 低浓度臭气。高浓度臭气主要集中在预处理系统、污泥处理系统，低浓度臭气主要在生化处理系统及预处理系统的附属设备间。相关研究表明，释放的臭气种类与浓度主要与进水水质、处理工艺以及运行方式等因素有关[3]。该项目设计进、出臭气污染物指标如表1 所示。

表1 设计进、出臭气污染物指标

3 技术思路及方案

臭气处理系统主要由收集装置、管道装置、处理装置3部分组成，其中处理装置又包含预处理装置的碱洗塔、生物处理装置的生物滤池及深度处理装置的活性炭吸附3 部分。本项目污水处理主要工艺流程及收集单元[3]如图1 所示，有机污泥处理工艺采用“离心机+带式低温干化”；无机污泥处理工艺采用“高压隔膜板框+带式低温干化”，最终均处理到40%含水率后进行掺烧和填埋。

图1 污水处理场臭气处理主要工艺流程图

3.1 收集装置

臭气收集装置大体可分为全面通风和局部通风2类，全面通风主要为针对建筑物内部整体换气方式，本文主要介绍局部通风的类型[4][5]。

3.1.1 玻璃钢密封罩

室外玻璃钢密封罩设计时需考虑风荷载、雪荷载以及上人荷载等因素的影响，以及耐腐蚀性优良等。密封罩表面需采用防紫外线抗老化的优质材料，根据加盖区域跨度大小，加盖密封设计应考虑加设钢结构骨架，核算骨架的结构牢固度和抗风雪能力。拱形封闭盖板端部侧面设置推拉式移动进风窗（采用塑钢+钢化玻璃），用于补新风和观察。拱形玻璃钢盖板拱度为跨度的10%，每块宽度不小于800mm，盖板间连接采用活扣形式连接，要求每一格中间的一块能单独拆下。

3.1.2 不锈钢拱形盖板加盖

采用不锈钢平板为原材料制作成拱形瓦楞板，直接覆盖到污水池上，满足密闭要求。不锈钢具有使用寿命长、耐腐蚀性强的特点，且施工周期快，以不锈钢板为原料，使用专业的机组，现场制作安装，不受环保检查等影响；不锈钢加盖价格低于反吊膜加盖价格，与玻璃钢价格几乎等同；不锈钢的残值回收价值约为新品的40%～50%。

3.1.3 阳光板密封罩

室内加盖材料采用PC 阳光板，厚度在5mm以上，加盖空间必须满足构筑物密闭、运行、检修、观察的要求，需考虑防腐的要求，以及需能够满足强度和刚度要求。

3.1.4 反吊膜+碳钢骨架密封

膜密封系统设计为连跨桁架式结构，确保封闭空间的有效排气强度，结构应为自身独立的结构体系，加盖采用“钢支撑+反吊膜加盖”形式。膜密封系统应考虑恒定荷载、活荷载、风荷载、雪荷载、预张力、气压力、温度变化等作用。膜材采用高强度聚酯纤维基材，聚氯乙烯涂层材料，再涂聚防腐蚀表面处理层，表面为PVDF。参数为膜材厚度≥0.78mm，抗拉强度（经向/纬向）≥4500/4300N/5cm，抗撕裂强度（经向/纬向）≥550N/500N，剥离强度（经向/纬向）≥120N /50mm，膜材的透光率为5%～8%，膜材的耐燃性为B1 级。

3.1.5 小结

以上4 种局部收集形式根据具体单元特点进行选用，本项目臭气量及密封收集形式见表2。

表2 臭气量及收集方式

3.2 管道装置

本项目臭气处理系统的收集管道全部采用有机玻璃钢管道，管道与密封罩连接采用法兰连接，因此管道尽可能采用缠绕法进行连接，以减少泄露的可能，与设备连接的接口必须采用柔性接头连接，同时管道表面刷涂防紫外胶衣。在收集风管的最低处设自动放水阀门，在适当位置设置测试口，管道上应设置必要的疏水装置和风量调节装置。

各单体收集管道安装一个手动风量调节阀，要求风量调节范围需由100%降至60%，且开启灵活。臭气收集管道系统数量和管径需经过设计使各收集管路流速合理，吸气均匀，并让各构筑物内形成合理负压。管道风速要求为支管≤3m/s、次支管5～7m/s、主管10～12m/s。

3.3 处理装置

该臭气处理装置工艺路线如图2 所示。首先，将高浓度废气通过碱洗塔洗涤，除去大部分的硫化氢等酸性气体，减少后端生物滤池的处理负荷，碱洗塔配套循环水系统，并在循环水系统中添加碱液。其次，将经过碱洗塔处理过的气体和低浓度废气混合后进入生物滤池，在生物滤池中经过微生物的降解作用，进一步除去混合废气中硫化氢、氨气、VOCs、臭气等污染物，生物滤池配套循环水系统保证微生物的生长环境良好。然后，在生物滤池后端设置活性炭吸附装置，作为最后一道保护屏障，利用活性炭多孔结构，高效吸附废气中硫化氢、氨气、VOCs 等污染物，确保废气稳定达标排放，活性炭吸附装置配套有再生系统，当活性炭吸附饱和时，只需要短时间脱附，便可重复使用，节约活性炭更换成本。最后，使经过碱洗塔、生物滤池和活性炭吸附装置处理过后的达标废气，经引风机送入15m 高的排气筒排放。

图2 臭气处理工艺流程

3.3.1 预处理段

预处理段碱洗为化学吸收工艺[6]，在吸收过程使有害气态组分变成液态或者无害的气体。本项目使用最为成熟和广泛的逆流填料净化塔，吸收剂自塔顶向下喷淋于填料上，气体沿填料间隙上升，通过气液接触使有害物质被吸收。填料为多面空心PP 球，具有较大的比表面积、较大的润湿面积、较大的气液传质比表面积，有利于气液反应，增加吸收效率；具有合适的填料空隙率，确保塔中气液分布均匀且具有较少的通过阻力，其所组成的填料层，具有合适的持液量，有利于气液两相传质，其主要特性是耐酸、碱，压降小，气液能够有效接触。

碱洗段配套氢氧化钠加药计量系统，通过计量泵实现自动化学洗涤功能，当进气中含有高浓度硫化氢[7]、甲硫醇等组分时，开启氢氧化钠加药系统，对硫系物进行处理，碱洗段产生的废液间歇排放至污水处理场前段。

3.3.2 生物处理段

生物段采用两级串联生物除臭工艺，恶臭物质的氧化过程需要各种微生物共同参与，且同一恶臭物质不同的氧化阶段需要不同的微生物[8][9]。当恶臭气体为H2S 时，硫化氧化菌会在一定条件下将H2S 氧化为硫酸根；当恶臭气体为有机硫如甲硫醇时，则首先需要导氧型微生物将有机硫转化为H2S，然后H2S 再由自养型微生物转化为硫酸根；当恶臭气体为氨时，氨先溶于水，然后在有氧条件下经氨氧化细菌、亚硝化细菌和硝化细菌的硝化作用转化为硝酸盐，在兼性厌氧条件下，硝酸盐还原细菌将硝酸盐还原为氮气。

生物处理段所采用的填料须不易腐烂，有利于微生物的生长和挂膜，生物填料结构坚韧，抗酸碱性强，填料的比表面积大、空隙率较大，可提高生化反应效率，因此生物处理段的压损较低。由于生物填料独特的材质，抗氧化和生物降解，耐酸性较高，在与酸性类臭气接触后，不会发生质变，因而不会出现压实、板结的现象。该种填料的外型适合恶臭气体的通过，滤料在滤体内采用级配排列，可作为微生物的载体，为微生物提供潮湿的生态环境，为恶臭污染物提供吸附表面，保持合适的pH，满足系统防腐要求等，同时生物填料适宜微生物生长，除臭效率高，技术成熟可靠。此外，除臭设备出风口设置除雾器，防止喷淋液态水进入尾气，减少循环水的流失。

3.3.3 深度处理段

深度处理段除臭设备主要针对生物除臭系统无法处理完全的烃类恶臭物质进行吸附处理，该装置由吸附再生系统、再生尾气冷却系统、填料干燥系统、惰性气体保护系统等组成[10][11]。深度处理段吸附罐与整个吸附段的进与出废气管道、再生管道、再生尾气管道以及干燥冷却管道连接，形成一个完整的处理系统，因此当其中任何一个吸附罐吸附饱和，需要进行再生时，备用吸附罐体可继续进行吸附。吸附罐内设置炭质级配填料，有利于多组分的废气吸附。安全高强度再生冷却系统主要包括高强度再生系统、再生尾气冷却系统、惰性气体保护系统、烘干冷却系统等。

4 工程设计

臭气处理装置的设备平面布置图如图3 所示，占地为2000m2，放置于整个污水处理场的下风向。

图3 臭气处理平面布置图

4.1 预处理段设计参数

预处理部分为高浓度臭气，气量为35000Nm3/h。化学洗涤塔填料停留时间≥2s，空塔停留时间≥6s，汽液比≥2L/m3，洗涤设备空塔流速≤2m/s。

化学洗涤塔1 台，Q=35000 Nm3/h，φ3m×7m，材质FRP；化学洗涤循环水箱1 台，V=1m3，N=1.5kW；化学洗涤循环水泵2 台，Q=100m³/h，H=20m，N=11kW，过流材质SS304；计量加药泵2台，Q=50L/h，P=1MPa，N=0.37kW。

4.2 生物处理段设计参数

生物处理段包含预处理的气量和低浓度臭气量，共为120000Nm3/h。水喷淋和生物滴滤阶段的液气比为1.2～2L/m3，生物处理停留时间≥25s，填料高度≤2m，臭气经生物填料的流速须不大于350m/h，空塔气速下的初始压力损失不宜超过1000Pa，填料采用惰性复合填料，选用火山岩滤料+PP 滤料+有机滤料。

生物一体过滤箱体2 套，Q=60000 Nm3/h；循环喷淋泵3 台，Q=120m³/h，H=20m，N=11kW；生物滤池循环水泵2 台，Q=80m³/h，H=20m，N=11kW。

4.3 深度处理段设计参数

活性炭有效停留时间≥2s，活性炭层的面风速≤0.5m/s。活性炭要求外观为灰黑或黑色柱状体，手掰有一定强度，颗粒均匀，无杂物；CCl4静态吸附值80 碳≥80%；苯酚吸附为150mg/g；水份率≤5%；填充密度g/L ≥400；风阻（厚度10cm,0.42m/s）≤300Pa，阻力要均匀；灰份≤14%；比表面积≥1050m2/g；碘值≥1050mg/g；强度≥90%；粒度为4mm。

活性炭吸附罐8台，Q=20000Nm3/h，φ2.4×5.8m，材质SS304；立式缠绕式冷凝器1台，换热面积5m2；干燥风机1 台，Q=2000m3/h，P=2500Pa，N=4kW；不凝气输送风机1 台，Q=2000m3/h，P=25kPa，N=4kW；冷凝液输送泵1 台，Q=4m3/h，H=30m，N=1.1kW；引风机2 台，Q=60000 Nm3/h，P=6000Pa，N=185kW；排 气 筒1 台，DN2000mm，H=15m。

5 运行效果

稳定运行后，引风机实际风量为115720Nm3/h，pH 控制在7～8，温度控制在25～35℃，实际进气指标低于设计进口值，10d 处理后出口排气平均值见表3，排气口臭气排放的各个指标均达到排放标准，长期去除效率稳定达到98%。

表3 处理后气体排放指标

6 经济技术指标

该污水处理场臭气处理系统总投资1760 万元。运行每小时耗电量为276kWh，生产水0.83t、32%氢氧化钠0.001t、110℃蒸汽0.16t。

结语

陕西省是“一带一路”的重要节点，榆林市又是地处陕、甘、宁、蒙、晋5 省交界中国能源“金三角”核心区，现代煤化工的建设与发展必须要与环保建设同步才能长久发展。本项目在实施现代煤化工项目的臭气处理过程中结合“化学+生物+物化”的思路，采用“预处理+两级生物处理+深度处理”的工艺路线，将各项排放指标的去除率长期稳定的控制在99%，在新建和改建工业水处理的臭气处理系统中具有一定的参考价值。