化工污水處理廠臭氣治理技術研究及其工程應用

李依韓，王志法

(山東華特環(huán)保科技有限公司，山東 濟南 250101）

化工污水處理廠在運行過程中，由于污水中含有大量的異味有機物，在初沉池、細格柵、沉砂池、生化池、污泥濃縮池、脫水機房等處理構筑單元會產生異味。這些異味氣體主要是一些揮發(fā)性有機物（VOCs）、硫化合物、氮化合物等，如硫醇、硫醚、硫化氫、氨等，具有強烈的刺激性，可經呼吸道、眼、皮膚等不同途徑進入人體，使人頭昏，難受，長期置身其中，對人體的神經系統(tǒng)損害極大。

目前，污水處理廠臭氣多采用生物法處理，即臭氣收集后直接匯集到生物濾床中進行處理。但化工污水處理廠臭氣因其污染物濃度高、成分復雜，不同生產模式、生產類型產生的污染物差別很大。化工污水處理廠臭氣對生物處理系統(tǒng)有較大的沖擊作用，難以建立微生物與污染物間的平衡關系，因此，生物法處理的尾氣往往不能達標。本研究通過優(yōu)化工藝設計以提升化工污水處理廠臭氣的處理效率。

1 現(xiàn)有處理技術分析

目前化工污水處理廠臭氣處理工藝主要有光催化氧化、洗滌、低溫等離子、吸附和生物濾床等技術，它們的技術特點、適用場所如表1所示[1]。除臭工藝的選擇要綜合考慮到工藝因素、組分因素、濃度因素、經濟性因素，采用最合適的除臭方法。

表1 除臭技術特點、適用場合比較

目前，市政污水處理廠臭氣多采用生物法處理即可達到良好的處理效果，而化工污水處理廠臭氣有害成分種類繁多，濃度波動大，排放特征不一，去除難度大，多數(shù)情況下采用單一的治理技術難以達到治理要求，是現(xiàn)有技術在實際應用中存在的問題。

2 一體組合式臭氣處理集成裝置原理

現(xiàn)有的生物法處理化工污水廠的臭氣難度大，處理效果較差，而且污染物的復雜成分及濃度變化對微生物的存活極其不利。此外，生物菌直接接觸大分子有機物，很難在臭氣流過的停留時間內進行完全處理。本技術關鍵在于臭氣通過紫外光處理后，主要剩余小分子有機物，減少對生物處理單元的沖擊，從而有利于后續(xù)的生物滴濾徹底處理。將光催化氧化與生物降解技術相結合處理臭氣，可利用這兩種技術的特點進行互補，以提高廢氣處理的效率。

一體組合式臭氣處理集成裝置具體工藝流程如下：首先，臭氣進入光催化間，設備內紫外燈管發(fā)出高強度的C波段254 nm的紫外線和D波段185 nm的紫外線，可將臭氣中大部分有機大分子的主要成分化學鍵（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機物[2]。被光催化氧化后的臭氣夾帶著少量的臭氧，經過預洗洗滌后進入生物滴濾間，生物滴濾間是將高效化工反應裝置-填料塔和生物膜技術有機結合，充分利用填料塔氣液接觸面積大、對流傳質效能高等性能以及生物膜法所具有的微生物密度高、凈化反應速度快等特點，利用生物菌對臭氣進行徹底降解。生物濾床原理是借助微生物，將廢氣中的有機成分轉化成二氧化碳和水，主要包含兩個過程，首先是有機成分從氣相到生物膜擴散傳質，其次是微生物的氧化、還原、分解、合成等一系列作用，將一部分可被吸收的有機成分作為其代謝所需的物質，或是將部分有機物質分解成二氧化碳和水，并釋放能量。

3 裝置設計

本研究設計了一體組合式臭氣處理集成裝置。該裝置包括光催化間、預洗間和生物滴濾間，依次通過排氣管道連接。將光催化間、預洗間和生物滴濾間組合排放，外形整潔美觀，減少了裝置的占地面積；多種廢氣處理技術集成到一臺設備，可使操作簡便，節(jié)省人力。

一體組合式臭氣處理集成裝置結構如圖1所示：按照廢氣流經設備的過程，將設備結構分為兩層，第一層為光催化間、預洗間，第二層為生物滴濾間。光催化氧化設備處于負壓狀態(tài)時，可根據(jù)風量大小和廢氣濃度選擇紫外燈的功率數(shù)，光催化氧化產生的羥基自由基有極強的氧化性，經光催化氧化設備處理后的臭氣中分子鏈較長的污染物被分解成短鏈污染物，進入洗滌段，再利用水對臭氣進行循環(huán)洗滌。然后進入第二層生物菌填料層。經過光催化氧化和洗滌后的廢氣自底部進入生物菌填料層，與生物濾床填料上面的生物菌充分接觸后被徹底降解。

圖1 臭氣處理集成裝置結構圖

4 工程應用

將本技術方法應用于昌邑某污水處理廠，該廠處理的污水為化工污水，處理能力為60 000 m3/天，主要為化工園區(qū)廢水、印染廢水、少量含油廢水，三種廢水占比為6:3:1。該污水處理廠主要產生臭氣的處理單元為格柵、提升泵房、沉砂池、氧化溝、AAO、污泥濃縮池、污泥脫水機房等。經計算，臭氣設計處理風量為20 000 m3/h，這些臭氣主要是一些揮發(fā)性有機物、硫化合物、氮化合物等，如硫醇、硫醚、硫化氫、氨等，具有強烈的刺激性。設計過程中對收集后的臭氣污染物濃度采用經驗數(shù)據(jù)[3]如表2所示。

表2 臭氣污染物濃度

在臭氣處理設備投入生產運行且生產負荷達到75%以上的情況下，分別檢測臭氣污染物控制項目進氣口濃度及出氣口濃度[4]，每間隔12 h檢測一次，共檢測9次，每次取樣兩個，取平均值。各污染進氣、出氣濃度如圖2所示。

裝置穩(wěn)定運行一段時間后，關閉光催化氧化設備，使臭氣直接進入生物處理單元，運行48 h穩(wěn)定后，分別于早晚取樣，每次間隔12 h，共取樣4次，檢測出氣濃度。

如圖2所示，硫化氫、氨、臭氣進氣、出氣濃度變化，硫化氫出氣濃度均低于0.9 mg/m3（0.017 kg/h），氨出氣濃度均低于5 mg/m3（0.09 kg/h），臭氣均低于800（無量綱）。處理系統(tǒng)整體對氨的去除率最高，其次為硫化氫、臭氣。根據(jù)檢測結果，受園區(qū)化工廠生產運行的影響，在不同檢測時段，水量不同、臭氣中污染物濃度也不同。早晨時段檢測的臭氣進氣濃度相對較低，下午時段檢測臭氣進氣濃度相對較高。運行穩(wěn)定后，硫化氫、氨、臭氣的進氣濃度均存在部分超出設計值的現(xiàn)象，在實際運行中，出氣濃度穩(wěn)定，證明該系統(tǒng)具有20%的抗污染物沖擊余量。

圖2 污染物控制項目進氣及出氣濃度

臭氣排放在無其他臭源干擾的情況下，在正常工況及常規(guī)氣象條件下，處理后的排放氣體可以采用排氣筒（15 m）進行有組織地排放，排放濃度符合《惡臭污染物排放標準》（GB14554-93），具體參數(shù)如表3所示。

表3 臭氣排放標準

當關閉光催化氧化設備后，氨仍能達標，硫化氫部分超標，臭氣普遍超標。分析原因如下：（1）生物滴濾間中大量的培養(yǎng)亞硝化細菌和硝化細菌，將NH4+氧化成NO2和NO3，對氨的轉化較為徹底。（2）脫硫微生物的共同特征是在需氧條件下能夠氧化Fe2+、S和無機硫化物，并將原性硫化物氧化為SO42-，使環(huán)境變酸并釋放出能量，有機硫的生物氧化活性優(yōu)于無機硫。在單一的生物處理單元處理時，無機硫的處理效率變低，使得部分硫化氫超標。（3）臭氣在污染物沖擊大時不能達標，生物處理的原理是培養(yǎng)微生物代謝、降解有機物，單一的生物處理單元抗沖擊能力較小，目標污染物范圍也較小，是造成臭氣普遍超標的原因。

5 結論與展望

一體組合式臭氣處理集成裝置對工程應用方面發(fā)生的問題進行了整體考慮，通過優(yōu)化工藝設計并投入使用，得出以下結論。

（1）工藝優(yōu)化后，各污染物控制項目處理效率均可達到95%以上，與以往僅采用生物法處理化工污水臭氣時處理效率普遍低于80%對比，明顯提升了化工污水廠的臭氣處理效率。

（2）化工污水廠污染物除了硫化氫、氨以外，還有一些和生產相關的惡臭污染物，嗅閾值很低，即使達標排放也難以改善廠區(qū)及周邊環(huán)境的惡臭氣味。采用本方法，將惡臭污染物逐步從大分子鏈徹底分解為小分子鏈，使惡臭污染物處理得更徹底，從而極大地改善了化工污水廠的廠區(qū)環(huán)境。

（3）針對廠區(qū)用地緊張的情況，設計了一體化裝置，將常規(guī)的生物滴濾、過濾分為上下兩層。下層還設置了光催化間、風機、循環(huán)泵等。該裝置造型一體美觀、節(jié)省空間，提高了土地利用率。

此外，該裝置在污染物濃度較高、氣量較小且不穩(wěn)定的工況下具有一定的優(yōu)勢，可設計成集成凈化塔的形式，并優(yōu)化各單元比例，節(jié)約占地空間，提高處理效率，使企業(yè)能夠以較低成本處理化工污水的臭氣。