恶臭是指大气、水体、废弃物等物质中能够引起人体厌恶或不愉快的挥发性气味, 是一种通过空气介质作用于人的嗅觉器官而被感知的嗅觉污染。工业和市政污水处理设施中的废水处理池是产生挥发性有机化合物 (VOCs) 的主要源头, 此恶臭属于由废水引起的二次污染。污水处理厂中比较典型的产生VOCs的处理池包括:气浮池、沉淀池、生化池、曝气池、污泥浓缩池等几种类型, 由于气体成分的不同, 产生的恶臭程度也不相同[1]。

中油庆阳石化公司污水处理厂生物除臭系统是高效生物滤池系统, 主要对CAF、DAF、污泥脱水间3个构筑物产生的恶臭气体进行生物除臭处理, 处理后的总风量10 314 m3, 设计处理风量10 000m3。炼油污水中恶臭气体主要成分是:硫化氢、氨气、硫醇、苯、苯乙烯、甲苯、二甲苯等。

生物除臭系统采用了液体水洗吸收和生物降解处理的组合工艺。恶臭气体首先被液体 (水) 有选择地吸收形成混合污水, 再通过微生物的作用将其中的污染物降解。

先将人工筛选的特种微生物菌群固定于填料上, 当污染气体经过填料表面时, 可从恶臭气体中获得营养源的那些微生物菌群, 在适宜的温度、湿度、p H值等条件下, 会快速生长、繁殖, 并在填料表面形成生物膜。当臭气通过其间, 有机物被生物膜表面的水层吸收后被微生物吸附和降解, 得到净化再生的水被重复使用。恶臭气体被去除的实质是恶臭气体作为营养物质被微生物吸收、代谢及利用[2,3]。

除臭系统整个工艺流程大体可以分为4步:

(1) 将气浮池的恶臭气体加盖收集, 用引风机加压后送至生物滤池。

(2) 恶臭气体进入生物滤池, 在循环水的喷淋润湿下, 恶臭气体同水接触并溶解到水中。

(3) 水溶液中的恶臭成分被微生物吸附、吸收, 进入微生物细胞的恶臭成分作为营养物质为微生物所分解、利用, 从而使污染物得以去除。

(4) 处理后的气体达标排放。

除臭系统的进气污染物指标如表1所示。

生物除臭系统装置包括生物除臭装置主体 (生物滤池) 、加湿循环系统、生物滤料、滤床灌溉系统、离心风机、循环泵、电控柜、自控仪器仪表及处理后排放管道等。生物除臭系统装置的自控装置可监测进气流量、温度、滤床的压降、循环水系统的p H值、流量、温度等参数, 以确保除臭装置在最佳状态下运行。

对于敞开式池体产生的恶臭气体需进行加盖收集, 庆阳石化公司生物除臭收集系统覆盖材质采用的是玻璃钢, 支撑采用骨架钢管桁架。

生物除臭系统包括预处理系统和生物滤池, 两者为一体化设备。主体采用封闭式的生物滤池, 点源排放形式, 池体材质为玻璃钢。设备内部带有中碱C-glass乙烯酯内衬, 设备内部的滤料承托层采用38 mm×38 mm (单个孔径) 的玻璃钢格栅板。生物滤池设计表面负荷:150 m3/ (m2·h) , 停留时间:25 s, 预处理部分空池流速:0.25 m/s, 生物滤池部分空池流速:0.05 m/s。

生物除臭系统包括以下几部分:

预处理系统尺寸为L×W×H=2.0 m×6.0 m×2.8 m, 自下而上为0.5 m循环水层、0.7 m布气层 (气室) 、1 m填料层 (乱堆) 、0.6 m喷淋层, 总高度为2.8 m。外携控制水箱1个, 尺寸为1.0 m×0.5 m×0.6 m, 采用DN 100 mm UPVC管道与设备内循环水层连接, 循环水箱内置仪器仪表, 以便于实现对补水、温度、p H值、排水等的自动控制。

该预处理部分为逆向喷淋填料塔形式, 喷淋采用立式 (不锈钢304) 离心泵, 喷淋水量为15 m3/h, 喷淋水循环利用, 直至p H值小于3时排出。

生物滤池系统尺寸为L×W×H=11.0 m×6.0m×2.8 m, 自下而上为0.3 m排水层、0.6 m布气层 (采用穿孔布气管布气) 、1.4 m填料层 (乱堆) 、0.5m喷淋层, 总高度为2.8 m。外携喷淋水箱1个, 尺寸为1.0 m×0.5 m×0.6 m, 喷淋水箱内置仪器仪表, 以便于实现对补水、温度等的自动控制。该喷淋系统为间歇喷淋形式, 每隔4 h喷淋1次, 1次喷淋40 s, 由于用水量少, 并且含有大量生物膜残片, 因此该喷淋水不回用, 直接排出至污水场进口。

该生物滤池部分加湿采用立式 (不锈钢304) 离心泵, 喷淋水量为8 m3/h。

在布气层设置2条DN 400 mm布气管, 玻璃钢材质, 均匀在管壁上打孔, 孔径为Φ10 mm。

生物除臭系统采用的滤料为高效火山岩、腐殖树皮、泥炭、腐殖木屑的混合体, 其中80%为无机部分 (高效火山岩) , 20%为有机部分, 填料总体积为93 m3。

控制系统及在线监测系统由现场仪器仪表及PLC配电柜组成, 通过对进气流量计、温度传感器、压力传感器、加热器仪器仪表及PLC的相关参数的设定来实现对总进气的控制;通过控制进水电动球阀、排水电动球阀、液位传感器、加热器、p H计、温度传感器等来实现对循环水系统的控制;通过对排气口硫化氢、氨气等在线探头的数据控制来实现达标排放或者超标报警, 从而实现整个生物除臭系统的自动运行及在线监测。

生物除臭装置采用集中排放, 排放口的设置高度为10 m, 保证气体排放符合GB 14554—93《恶臭污染物排放标准》中二级标准的要求。

单机试车及各项准备工作完成后, 开始用循环水泵对滤料进行清洗, 待清洗干净后, 滤料已润湿。然后投加微生物, 此时保证p H值为5~7, 温度控制在20~40℃;用引风机供风, 变频调速为总进气量的60%, 保证微生物的供氧量;同时向生物滤池中投加少量硫磺, 以改善开车期间污染气体浓度过低造成的微生物养分少的情况。同时定期给生物滤池喷水循环, 使微生物载体处在一种湿润的环境中;随着污染物浓度增大, 生物膜开始成长并适应, 生物过滤系统转入正常运行。

生物除臭装置自2010年10月15日运行至今, 经监测分析, 尾气完全达到GB 14554—93中二级排放标准的要求。尾气检测分析数据如表2所示。

填料是生物过滤工艺的核心, 是微生物的载体。因此, 它必须满足以下几点:容许生长的微生物的种类丰富;为微生物提供较大的栖息生长比表面积;营养成分合理 (N、P、K和微量元素) ;具有良好的吸水性, 自身无异味;吸附性好, 结构均匀, 空隙率大;材料易得、价格便宜;耐老化, 运行、养护方便。

温度是影响微生物活性的重要因素, 在15~40℃范围内, 生物菌种的活性会随着温度的升高而增加。庆阳石化公司设置生物过滤滤池厂房, 在厂房内设置了采暖设备, 还在循环液箱内设置了电加热器, 即当恶臭气体温度过低时, 通过加热循环喷淋液、气液传质的方式来调节温度, 以保障微生物的活性。

湿度是影响微生物活性的另一重要因素, 也是生物过滤设备重要的控制参数。众多试验表明, 当进气湿度在80%~95%时, 生物膜的状态良好。因此增加润湿喷淋系统, 保证进气湿度。

生物过滤装置内的最佳p H值为5~7。由于微生物降解会产生酸性物质, 装置内p H值会逐渐降低, 可通过喷淋水的方式来调节p H值。

(1) 生物过滤除臭方法利用微生物的代谢作用, 对中、低浓度有机废气进行处理, 具有适应性强, 投资、运行费用低, 二次污染小等优点, 是一种自然的污染治理技术。

(2) 对炼油污水处理厂产生的恶臭污染进行治理, 改善了生产区及周边环境的大气质量, 保障了人们的身体健康;同时为以后对炼油厂吹扫气等恶臭气体的治理提供了技术支持。

(3) 今后的生物除臭研究工作应主要集中在填料选择、菌种筛选和固定化、生物滤池优化设计及其组合应用等方面, 为工艺的进一步推广应用提供技术参数。