某煤化工污水處理場除臭系統設計工程實例

羅 茜 常 明 袁江龍

（1 中化環境科技股份有限公司 陜西西安 710000 2 達華（西安）環保科技有限公司 陜西西安 710000）

引言

近年來，現代煤化工正在逐步打開發展新局面，但新建煤化工項目須同步配套工業污染源產生的廢水、廢氣和固體廢棄物治理工程，即“三廢”治理工程，其中污水處理廠的廢氣是主要影響環境的因素之一。而廢氣的惡臭又會對廠內人員及周邊居民的工作和生活會產生惡劣影響，間接影響煤化工項目在群眾心目中的環保形象。因此，本文通過實例煤化工項目，介紹煤化工污水處理場除臭系統的實際處理方式及效果，供同類工程參考。

1 項目背景

實例煤化工項目位于陜西省榆林市神木縣某工業園區內，污水處理場臭氣處理系統規模為120000Nm3/h。臭氣主要來自于污水處理場的預處理、生化處理及污泥處理單元，具有臭氣量大、污染物成分復雜等特點，其臭氣的非甲烷總烴含量較高是工業污水處理場臭氣處理的難點之一，若處理不當或直接排放將對環境產生負面影響。本項目的工藝路線主要包括堿洗塔、生物滴濾池和生物過濾池、活性炭吸附單元，項目廢氣處理后尾氣達到國家《惡臭污染物排放標準》（GB 14554-201X）（征求意見稿）的15m 排氣筒的排放標準值，以及《石油化學工業污染物排放標準》（GB 31571-2015）相關限值。

榆林市某煤化工污水處理場不僅需要處理裝置內產生的污水和污泥，更需要對污水處理過程中所產生的臭氣進行集中處理。根據生態環境部門的調查，西安市僅2018 年1～6 月份的惡臭/異味投訴占所有環境問題投訴的比例為21.1%，僅次于噪聲，居第2位，其中污水處理場為惡臭氣體的主要3大來源之一。伴隨著各方對污水處理場臭氣問題的日益重視，新建污水處理場開始提前對整體的臭氣處理進行系統性設計[1]，以減少對周邊環境的影響，并建設示范性工程。榆林市某煤化工污水處理場項目可為同類型中污水處理場臭氣處理系統提供參考[2]。

2 設計規模及進、出臭氣指標

結合榆林市某煤化工污水處理場項目的水處理工藝路線，臭氣系統設計處理規模的120000Nm3/h 中包含35000Nm3/h 高濃度臭氣及85000Nm3/h 低濃度臭氣。高濃度臭氣主要集中在預處理系統、污泥處理系統，低濃度臭氣主要在生化處理系統及預處理系統的附屬設備間。相關研究表明，釋放的臭氣種類與濃度主要與進水水質、處理工藝以及運行方式等因素有關[3]。該項目設計進、出臭氣污染物指標如表1 所示。

表1 設計進、出臭氣污染物指標

3 技術思路及方案

臭氣處理系統主要由收集裝置、管道裝置、處理裝置3部分組成，其中處理裝置又包含預處理裝置的堿洗塔、生物處理裝置的生物濾池及深度處理裝置的活性炭吸附3 部分。本項目污水處理主要工藝流程及收集單元[3]如圖1 所示，有機污泥處理工藝采用“離心機+帶式低溫干化”；無機污泥處理工藝采用“高壓隔膜板框+帶式低溫干化”，最終均處理到40%含水率后進行摻燒和填埋。

圖1 污水處理場臭氣處理主要工藝流程圖

3.1 收集裝置

臭氣收集裝置大體可分為全面通風和局部通風2類，全面通風主要為針對建筑物內部整體換氣方式，本文主要介紹局部通風的類型[4][5]。

3.1.1 玻璃鋼密封罩

室外玻璃鋼密封罩設計時需考慮風荷載、雪荷載以及上人荷載等因素的影響，以及耐腐蝕性優良等。密封罩表面需采用防紫外線抗老化的優質材料，根據加蓋區域跨度大小，加蓋密封設計應考慮加設鋼結構骨架，核算骨架的結構牢固度和抗風雪能力。拱形封閉蓋板端部側面設置推拉式移動進風窗（采用塑鋼+鋼化玻璃），用于補新風和觀察。拱形玻璃鋼蓋板拱度為跨度的10%，每塊寬度不小于800mm，蓋板間連接采用活扣形式連接，要求每一格中間的一塊能單獨拆下。

3.1.2 不銹鋼拱形蓋板加蓋

采用不銹鋼平板為原材料制作成拱形瓦楞板，直接覆蓋到污水池上，滿足密閉要求。不銹鋼具有使用壽命長、耐腐蝕性強的特點，且施工周期快，以不銹鋼板為原料，使用專業的機組，現場制作安裝，不受環保檢查等影響；不銹鋼加蓋價格低于反吊膜加蓋價格，與玻璃鋼價格幾乎等同；不銹鋼的殘值回收價值約為新品的40%～50%。

3.1.3 陽光板密封罩

室內加蓋材料采用PC 陽光板，厚度在5mm以上，加蓋空間必須滿足構筑物密閉、運行、檢修、觀察的要求，需考慮防腐的要求，以及需能夠滿足強度和剛度要求。

3.1.4 反吊膜+碳鋼骨架密封

膜密封系統設計為連跨桁架式結構，確保封閉空間的有效排氣強度，結構應為自身獨立的結構體系，加蓋采用“鋼支撐+反吊膜加蓋”形式。膜密封系統應考慮恒定荷載、活荷載、風荷載、雪荷載、預張力、氣壓力、溫度變化等作用。膜材采用高強度聚酯纖維基材，聚氯乙烯涂層材料，再涂聚防腐蝕表面處理層，表面為PVDF。參數為膜材厚度≥0.78mm，抗拉強度（經向/緯向）≥4500/4300N/5cm，抗撕裂強度（經向/緯向）≥550N/500N，剝離強度（經向/緯向）≥120N /50mm，膜材的透光率為5%～8%，膜材的耐燃性為B1 級。

3.1.5 小結

以上4 種局部收集形式根據具體單元特點進行選用，本項目臭氣量及密封收集形式見表2。

表2 臭氣量及收集方式

3.2 管道裝置

本項目臭氣處理系統的收集管道全部采用有機玻璃鋼管道，管道與密封罩連接采用法蘭連接，因此管道盡可能采用纏繞法進行連接，以減少泄露的可能，與設備連接的接口必須采用柔性接頭連接，同時管道表面刷涂防紫外膠衣。在收集風管的最低處設自動放水閥門，在適當位置設置測試口，管道上應設置必要的疏水裝置和風量調節裝置。

各單體收集管道安裝一個手動風量調節閥，要求風量調節范圍需由100%降至60%，且開啟靈活。臭氣收集管道系統數量和管徑需經過設計使各收集管路流速合理，吸氣均勻，并讓各構筑物內形成合理負壓。管道風速要求為支管≤3m/s、次支管5～7m/s、主管10～12m/s。

3.3 處理裝置

該臭氣處理裝置工藝路線如圖2 所示。首先，將高濃度廢氣通過堿洗塔洗滌，除去大部分的硫化氫等酸性氣體，減少后端生物濾池的處理負荷，堿洗塔配套循環水系統，并在循環水系統中添加堿液。其次，將經過堿洗塔處理過的氣體和低濃度廢氣混合后進入生物濾池，在生物濾池中經過微生物的降解作用，進一步除去混合廢氣中硫化氫、氨氣、VOCs、臭氣等污染物，生物濾池配套循環水系統保證微生物的生長環境良好。然后，在生物濾池后端設置活性炭吸附裝置，作為最后一道保護屏障，利用活性炭多孔結構，高效吸附廢氣中硫化氫、氨氣、VOCs 等污染物，確保廢氣穩定達標排放，活性炭吸附裝置配套有再生系統，當活性炭吸附飽和時，只需要短時間脫附，便可重復使用，節約活性炭更換成本。最后，使經過堿洗塔、生物濾池和活性炭吸附裝置處理過后的達標廢氣，經引風機送入15m 高的排氣筒排放。

圖2 臭氣處理工藝流程

3.3.1 預處理段

預處理段堿洗為化學吸收工藝[6]，在吸收過程使有害氣態組分變成液態或者無害的氣體。本項目使用最為成熟和廣泛的逆流填料凈化塔，吸收劑自塔頂向下噴淋于填料上，氣體沿填料間隙上升，通過氣液接觸使有害物質被吸收。填料為多面空心PP 球，具有較大的比表面積、較大的潤濕面積、較大的氣液傳質比表面積，有利于氣液反應，增加吸收效率；具有合適的填料空隙率，確保塔中氣液分布均勻且具有較少的通過阻力，其所組成的填料層，具有合適的持液量，有利于氣液兩相傳質，其主要特性是耐酸、堿，壓降小，氣液能夠有效接觸。

堿洗段配套氫氧化鈉加藥計量系統，通過計量泵實現自動化學洗滌功能，當進氣中含有高濃度硫化氫[7]、甲硫醇等組分時，開啟氫氧化鈉加藥系統，對硫系物進行處理，堿洗段產生的廢液間歇排放至污水處理場前段。

3.3.2 生物處理段

生物段采用兩級串聯生物除臭工藝，惡臭物質的氧化過程需要各種微生物共同參與，且同一惡臭物質不同的氧化階段需要不同的微生物[8][9]。當惡臭氣體為H2S 時，硫化氧化菌會在一定條件下將H2S 氧化為硫酸根；當惡臭氣體為有機硫如甲硫醇時，則首先需要導氧型微生物將有機硫轉化為H2S，然后H2S 再由自養型微生物轉化為硫酸根；當惡臭氣體為氨時，氨先溶于水，然后在有氧條件下經氨氧化細菌、亞硝化細菌和硝化細菌的硝化作用轉化為硝酸鹽，在兼性厭氧條件下，硝酸鹽還原細菌將硝酸鹽還原為氮氣。

生物處理段所采用的填料須不易腐爛，有利于微生物的生長和掛膜，生物填料結構堅韌，抗酸堿性強，填料的比表面積大、空隙率較大，可提高生化反應效率，因此生物處理段的壓損較低。由于生物填料獨特的材質，抗氧化和生物降解，耐酸性較高，在與酸性類臭氣接觸后，不會發生質變，因而不會出現壓實、板結的現象。該種填料的外型適合惡臭氣體的通過，濾料在濾體內采用級配排列，可作為微生物的載體，為微生物提供潮濕的生態環境，為惡臭污染物提供吸附表面，保持合適的pH，滿足系統防腐要求等，同時生物填料適宜微生物生長，除臭效率高，技術成熟可靠。此外，除臭設備出風口設置除霧器，防止噴淋液態水進入尾氣，減少循環水的流失。

3.3.3 深度處理段

深度處理段除臭設備主要針對生物除臭系統無法處理完全的烴類惡臭物質進行吸附處理，該裝置由吸附再生系統、再生尾氣冷卻系統、填料干燥系統、惰性氣體保護系統等組成[10][11]。深度處理段吸附罐與整個吸附段的進與出廢氣管道、再生管道、再生尾氣管道以及干燥冷卻管道連接，形成一個完整的處理系統，因此當其中任何一個吸附罐吸附飽和，需要進行再生時，備用吸附罐體可繼續進行吸附。吸附罐內設置炭質級配填料，有利于多組分的廢氣吸附。安全高強度再生冷卻系統主要包括高強度再生系統、再生尾氣冷卻系統、惰性氣體保護系統、烘干冷卻系統等。

4 工程設計

臭氣處理裝置的設備平面布置圖如圖3 所示，占地為2000m2，放置于整個污水處理場的下風向。

圖3 臭氣處理平面布置圖

4.1 預處理段設計參數

預處理部分為高濃度臭氣，氣量為35000Nm3/h。化學洗滌塔填料停留時間≥2s，空塔停留時間≥6s，汽液比≥2L/m3，洗滌設備空塔流速≤2m/s。

化學洗滌塔1 臺，Q=35000 Nm3/h，φ3m×7m，材質FRP；化學洗滌循環水箱1 臺，V=1m3，N=1.5kW；化學洗滌循環水泵2 臺，Q=100m3/h，H=20m，N=11kW，過流材質SS304；計量加藥泵2臺，Q=50L/h，P=1MPa，N=0.37kW。

4.2 生物處理段設計參數

生物處理段包含預處理的氣量和低濃度臭氣量，共為120000Nm3/h。水噴淋和生物滴濾階段的液氣比為1.2～2L/m3，生物處理停留時間≥25s，填料高度≤2m，臭氣經生物填料的流速須不大于350m/h，空塔氣速下的初始壓力損失不宜超過1000Pa，填料采用惰性復合填料，選用火山巖濾料+PP 濾料+有機濾料。

生物一體過濾箱體2 套，Q=60000 Nm3/h；循環噴淋泵3 臺，Q=120m3/h，H=20m，N=11kW；生物濾池循環水泵2 臺，Q=80m3/h，H=20m，N=11kW。

4.3 深度處理段設計參數

活性炭有效停留時間≥2s，活性炭層的面風速≤0.5m/s。活性炭要求外觀為灰黑或黑色柱狀體，手掰有一定強度，顆粒均勻，無雜物；CCl4靜態吸附值80 碳≥80%；苯酚吸附為150mg/g；水份率≤5%；填充密度g/L ≥400；風阻（厚度10cm,0.42m/s）≤300Pa，阻力要均勻；灰份≤14%；比表面積≥1050m2/g；碘值≥1050mg/g；強度≥90%；粒度為4mm。

活性炭吸附罐8臺，Q=20000Nm3/h，φ2.4×5.8m，材質SS304；立式纏繞式冷凝器1臺，換熱面積5m2；干燥風機1 臺，Q=2000m3/h，P=2500Pa，N=4kW；不凝氣輸送風機1 臺，Q=2000m3/h，P=25kPa，N=4kW；冷凝液輸送泵1 臺，Q=4m3/h，H=30m，N=1.1kW；引風機2 臺，Q=60000 Nm3/h，P=6000Pa，N=185kW；排 氣 筒1 臺，DN2000mm，H=15m。

5 運行效果

穩定運行后，引風機實際風量為115720Nm3/h，pH 控制在7～8，溫度控制在25～35℃，實際進氣指標低于設計進口值，10d 處理后出口排氣平均值見表3，排氣口臭氣排放的各個指標均達到排放標準，長期去除效率穩定達到98%。

表3 處理后氣體排放指標

6 經濟技術指標

該污水處理場臭氣處理系統總投資1760 萬元。運行每小時耗電量為276kWh，生產水0.83t、32%氫氧化鈉0.001t、110℃蒸汽0.16t。

結語

陜西省是“一帶一路”的重要節點，榆林市又是地處陜、甘、寧、蒙、晉5 省交界中國能源“金三角”核心區，現代煤化工的建設與發展必須要與環保建設同步才能長久發展。本項目在實施現代煤化工項目的臭氣處理過程中結合“化學+生物+物化”的思路，采用“預處理+兩級生物處理+深度處理”的工藝路線，將各項排放指標的去除率長期穩定的控制在99%，在新建和改建工業水處理的臭氣處理系統中具有一定的參考價值。