污水、污泥处理过程中恶臭控制技术.doc

污水、污泥处理过程中恶臭控制技术恶臭广泛地产生于工农业生产，市政污水，污泥处理以及垃圾处置过程。恶臭公害有损于周围环境。某些恶臭气体被归类为有毒污染物，其排放受到有关空气污染法规的约束。该类有毒气体不在本文的讨论范围内。本文着重讨论市政污水，污泥处理以及垃圾处置过程产生的令人讨厌的臭味，能使人们的心理，感官造成不愉快的气体。中华人民共和国国家标准-恶臭污染排放标准GB1455493定义恶臭为：一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损坏生活环境的气体物质。为了保护和提高各类处理现场及周围环境卫生质量，减少对空气造成二次污染，对恶臭进行有效的控制已势在必行。2 恶臭的来源和气体种类恶臭气体的来源：市政污水，污泥处理及垃圾处置设施等是恶臭气体的重要来源。随着市区的不断向外扩大，以往建在远离市区的处理设施已经越来越接近新市区，接近人们工作及生活场所，深受恶臭困扰的人们也越来越多。气体的种类：不同的处理设施及过程会产生各种不同的恶臭气体。污水处理厂的进水提升泵房产生的主要臭气为硫化氢，初沉池污泥厌氧消化过程中产生的臭气以硫化氢及其它含硫气体为主，污泥硷化稳定过程中会产生氨气和其它易挥发物质。垃圾堆肥过程中会产生氨气、胺、含硫化合物、脂肪酸、芳香族和二甲基硫等臭气。好氧消化及污泥风干过程可能产生很少量的硫化氢，但主要有硫醇和二甲基硫气体产生。3 恶臭控制技术3.1 国内外恶臭控制发展概况为了贯彻中华人民共和国大气污染防治法，我国在1994年1月15日由国家环保局批准实施了控制恶臭污染物的恶臭污染物排放标准GB1455493，对恶臭污染物及臭气的排放浓度等做出了相关规定。在一些发达国家，如美国和加拿大，针对恶臭的法规大多属公害法类的州或省级，以及地方法规，而没有联邦一级的统一法规。在实施方面也是本着因地制宜的原则，选用最适合于本地区和本现场的具体情况的控制方案和技术设备。目前我国从事恶臭控制的专业单位不多，尚不俱备从项目整体规划，工程设计，设备制造，系统集成和运行管理的综合能力。即使在一些发达国家，针对污水，污泥处理和垃圾处置过程中的恶臭管理和控制技术比起其它处理技术本身也是一个较新的领域。早期发展的技术主要是借鉴化工单元操作技术，如吸收、吸附、氧化、燃烧等方法，这些技术已经非常成熟，可靠和有效，且俱备完善的设计标准，制造工艺，工程实施和运行管理经验。因此，单元操作仍然是处理方法的主流。3.2 消除恶臭的几种方法针对我国目前的情况，笔者认为湿式吸收氧化法和生物过滤法两种技术是发展和应用的方向，以下将着重介绍。（1）湿式吸收氧化法湿式吸收氧化法是一种被广泛应用于恶臭控制，非常成熟、稳定，有效的工艺方法。该工艺最适合于处理大气量，高浓度的恶臭气流，如污泥稳定、干化处理和焚烧过程所产生的恶臭等。常用的设备有三种塔：填料塔、喷雾塔和文丘里洗涤塔。它们的设计宗旨就是最大限度地增加液气接触，增进传质速率，从而达到较高处理率。在该处理工艺中，恶臭气体首先被化学溶液吸收，然后被氧化，处理效果取决于恶臭气体在化学溶液中的溶解度。当恶臭气流中同时含有氨气，硫化氢和其它含硫气体时，通常需采用多级吸收系统，第一级用水或硫酸溶液吸收除去氨气，然后用氢氧化钠提升pH值，再由次氯酸钠等氧化剂溶液吸收和氧化其余的恶臭气体，如硫化氢，硫醇和二甲基硫等，最后经过除雾装置以后，直接排放或与干净空气混合稀释后排放到大气中去。该方法的优点是通过两级或三级吸收系统，可以广泛地除去多种恶臭气体，并达到很高的去除效率。该系统可以通过调节加药量和溶液的循环流量来适应气流量和浓度的变化，因此具有较强的操作弹性。湿式吸收氧化法直接借用了化学工业里的单元操作理论和实践经验，具有非常成熟、可靠、有效，特别是占地面积小等优点，因此，在美国等发达国家得到广泛应用，并在未来相当时期内仍将是恶臭控制技术的主流，特别是针对老厂的改造和有土地局限性的新建厂的除恶臭更俱优势。湿式吸收氧化法也有它的缺点，如需要消耗大量的水和化学溶液，电力等。如果除雾装置设计不当，可能会在排放气体中夹带残留的氯化物，使得排气中有类似于漂白剂的气味。所以，除雾装置也是非常重要的系统组成部分。特别值得一提的是美国METPRO公司的恶臭控制系统，目前我们从DUALL分部引进最大的恶臭控制系统，整个系统有六台PT500MD25多级吸收塔组成（五用一备），单台处理气量为42000Nm3/h。厂家对氨气和硫化氢的设计去除率为95%，但根据该公司三十多年来的经验，建成后的实际去除率可望达到99%（硫化氢）和98%（氨气）以上。该系统今年年中可望正式投入运行。PT500MD25的工艺流程示意图（见图1）。为了进一步适应亚洲地区，特别是中国地区的需求，METPRO公司已通过北京天传海特环境科技有限公司将技术和设备制造转移到中国，以降低成本，更好地为改善环境提供快捷高效的设备和服务。（2）生物过滤法生物过滤法处理过程是由天然滤料来吸附和吸收恶臭气流中的臭气，然后由生长在滤料中的细菌和其它微生物来氧化降解。通常情况下，这些天然滤料上本身固有的细菌和其它微生物就足以用来除去臭气，而非某些方法所谓细菌接种和添加化学药剂等额外工作。然而，滤料材料的选择至关重要，主要考虑因素是是否适合细菌和其它微生物的生长。可作为滤料的材料有：木削，垃圾堆肥过程的产物，沙、土壤、石头、贝壳等。近年来，有机或无机的人工合成材料也逐渐被开发和用作生物过滤料，特别是类似于填料塔中的有机物填料被用于生物过滤洗涤塔，由于人工合成材料的强度，比表面积和均一性等性能均优于多数天然材料，生物过滤洗涤塔的操作和处理能力上将会有一个大的飞跃，如可望将生化反应停留时间从传统的45到60秒缩短到6秒钟。这样，同样滤料通过面积的处理能力可增加7到10倍。图1 PT500-MD25工艺流程示意图生物过滤法主要有两种布置方式，生物过滤池（可在地面以上和以下）和生物过滤塔。近年来，也衍生出不少其它设计方案，如美国BIOCUBE公司的PENTPACK和LS100型多层模块式设计。近20年来，生物过滤法被越来越广泛地用于污水，污泥处理和垃圾处置设施的恶臭控制，但是发展比较还是缓慢，而且生物过滤法仍处于研究和发展阶段，还有许多方面需要更进一步的理论研究和实践经验。生物过滤法的生化反应过程需要相对较长的停留时间，从而需要很大的占地面积。另外某些复杂和高浓度的恶臭气流处理的局限性也阻碍了它的推广应用。尽管如此，生物过滤法仍然有广泛的前景。它具有独特的优点，具有较强的恶臭去除能力、装置简单、能耗低、不受冬季寒冷气候的影响，如果设计得当，运行和维护费用很低。主要缺点是占地面积大、难以控制滤料的均一性、透气性、湿度、温度和pH值等至关重要的操作参数。当氨气浓度超过35ppm时，氨离子会积累在过滤料中，从而降低去除效果。生物过滤法还需用大量的水来加湿进气流和保持过滤料接近100%的最佳湿度环境，过程中会产生大量的渗沥液，需要适当处理或处置。（3）常用的恶臭控制技术方法恶臭控制可以采用多种方法，表1总结了几种比较常用的技术。表1各种恶臭处理方式概总 技术方法 应用 费用 优点 缺点 总去除率 填料式湿法吸收塔 中至重度污染；中至大型设施 中等投资和运行成本 有效和可靠；使用年限长 必须处理化学废水；消耗化学品 99% 细雾湿法吸收器 中至重度污染；中至大型设施 较上种方法投资多 化学品消耗低 需要软化用水，吸收器体积较大 / 活性炭吸附器 低至中度污染；小至大型设施 取决于活性炭填料的置换和再生的次数 方法、结构简易 只适用于相对低浓度的臭气，难以确定活性炭使用寿命 / 生物滤池 低至中度污染；小至大型设施 低投资和运行成本 简易；运行、维护最少 难以确立设计标准，不适合高浓度臭气 95% 热氧化法 重度污染；大型设施 高投资和运行成本 对于臭气和挥发性有机化合物很有效 只经济适于大型设施的高流量、难处理的臭气 / 扩散至活性污泥处理池 低至中度污染；小至大型设施 经济适用于已有风机和扩散装置的设施 简易；低运行、维护；有效 易侵蚀风机，不适于高浓度臭气 9095% 抗臭气剂 低至中度污染；小至大型设施 取决于化学品的消耗量 低投资 臭气去除效率有限（50%） /4 总结针对我国市政污水，污泥处理和垃圾处置过程中日益突出的恶臭问题及其特点，笔者认为湿式吸收氧化法和生物过滤法两种技术是发展和应用的方向。其中，湿式吸收氧化法具有处理气量大，浓度高，操作稳定，效率高和占地面积小等优点，它将成为主流和首选技术。在占地面积不受局限的情况下，针对中，低浓度的恶臭气流，生物过滤法同样是一个很好的选择。但是无论选用哪一种技术方案，都必须由专业人员对整个项目的恶臭的来源，特性和现场的具体情况做全面，科学的调查，研究和分析，才能做出科学，合理的决策。污水处理必须遵循水循环基本规律水循环 系统论认为，水的自然循环是具有自组织结构的非平衡开放系统，水的社会循环是具有人工组织结构的平衡系统。水的自然循环从地球诞生，可能就有水的存在。以水为介质地球完成了物质、能量和信息三要素之间的交换，由水平啄收和储存太阳能，完成能量的转换，使地球由一个“死球”进化为一个“活球”，从此有了生命的产生。可以说是水孕育了生命的发生、发展，也孕育了地球的整个变迁过程。在无人类参与或人类干预很小的条件下，水的存在形式主要包括云，地表水（包括海洋、冷雪、湖泊、沼泽、河流等），地下水和生物水四部分。这四部之间呈四面体状的相互关系，云由其余三种水体通过蒸发而形成，再通过雨、雪、雾和冰雹等，分别进入其余水体；地表水体的大部分水源来自于云和地下水体，同时自身也进行着各种形式的转变，这其中也完成着物质、能量和信息的转换过程；地下水体主要来源于地表水体的下渗和云；生物水和其余三个方面都有不可分割的关系，但从总量上来看相对小了很多，所以可以认为云、地表水体和地下水体起了决定性作用，决定着水的循环方向和整体特性。这三种水体之间的循环主要依靠太阳能来推动的，生物能相对作用较小，自然系统起了决定性的作用。自然水体利用太阳能和生物能在循环过程中携带和产生物质和能量，保持熵值的稳定，即水体自净。水的社会循环水的社会循环是水自然循环的一个子系统，又包括农业灌溉、工业用水和居民生活用水三个系统。这些系统通过取水系统和排水系统相互连接成一个复杂的网络系统。与自然循环相比，社会循环具有可控制性和系统完成有序化以及在时间上的及时性。 人类诞生以来，对水循环的干预作用越来越大，尤其在工业革命以来，大量的水被应用，大量的含有高浓度有机物和无机物的水被排放到自然水体，大大超过了水体自然循环中太阳能和生物能所能带走的负荷，造成大量物质在水体中积累，也增加了人类的利用成本。水循环系统的熵值增加，原有的平衡被打破，新的平衡即将建立。水自然循环是一种开放的自组织系统，维持地球物质、能量和信息的交换，由于太阳能和生物能的参与作用使系统维持相对稳定的有序状态。由于人类活动的参与作用，输进了原本没有的新物质和能量，打破了原有的有序状态，向一种新的有序状态演变。人类的社会活动是一种有组织的活动，不同于自然循环的自组织活动。多年来人类活动的结果表明，人类的有组织活动违背了水自组织活动的基本规律，这就是水危机产生的根源，也是生态环境恶化的根源。水处理发展状况我国的水污染经历了一个从工业废水到生活污水，从行业重视到国家重视，从国家重视到全民重视，从直接排放到末端治理；从单独分散的点源治理到流域性和区域性的水污染防治发展；工业废水从末端治理转移到清洁生产为主的“污染综合预防”；生活污水从合流集中处理排放到分流、分散处理回用的发展过程。这期间除了经济、社会以及环保观念等因素制约处，渗透着人们对水和水污染控制认识逐渐深入的过程。我国工业废水城市污水排放量大，到2000年排放量达到3000亿m3。工业废水的治理始于六、七十年代，到“七五”期间(19861990)被列入国家科技攻关重点项目，“九五”期间国家攻关课题中工业废水的研究内容彻底由末端治理向清洁生产转移，把污染控制和生产过程紧密结合起来，提出通过加强生产环节的管理、技术设备改造以及工艺流程改进，提高水利用率，减少工业废水和污染物排放量。 80年代以前城市污水多为直接排放，从“七五”开始国家科技攻关逐步研究一些城市污水处理技术，随着“八五”、“九五”的开展，在城市污水处理方面已经具备了成熟的处理技术。随着水源短缺，城市污水成为重要的城市杂用水水源，污水回用也成为城市污水处理面临的主要问题。我国“七五”期间提出了回用水质标准，到“八五”、“九五”这一技术也取得了长足的进步。多年来，从借鉴国外经验消化吸收到自行研制设计，我国的水处理技术已经步入国际先进行列。但是由于我国经济基础相对薄弱，城市化、工业化进程还需要大量资金扶持，环保资金相对投入较小，已经建设的处理设施跟不上城市建设和工业改造的步伐，所以水处理率还远远不能达标，致使我国的环保事业存在严重的瓶颈。污水生态处理污水生态处理的提出水的社会循环由于人类的干预作用增加了原来没有的物质和能量，导致系统有序性的失衡。必须要解决两个问题：一是利用人工方法恢复打破的有序性，就是污水的净化处理；另一个方面自省人类的干预活动，以更接近自然循环的方式、方法进行生产活动。最根本的方法就是站在实现自然循环的角度，对生产过程中产生的污染物进行必要的污染治理，减少人类干预对水自然循环的不良影响，实行污水生态处理，通过对水社会循环的有效控制，解决对自然循环的破坏作用，避免自组织和系统有序化时间上的滞后性对人类行为带来的不良后果。生态学是研究生物与自然环境之间关系的科学，这里的“生态”表示人类活动与污水处理之间的关系。污水生态处理并不是技术上的突破，是一种污水处理理念的转变。对于现有技术来说，基本可以实现污水的有效处理，但是对于我们来说，要解决的主要问题并不是单一的污水处理问题，要从整体性和水循环的角度充分考虑环境保护、生态建设等多含总因素，包括城市规划，地面、地下水体特点，水系功能定位，气候条件以及下游水体特点等等，确定处理工艺。1995年水处理提出水工业的概念，将水作为一种商品，包括给水排水以及用水等一系列过程，也就是水作为商品从生产、使用到最终处理全生命周期的动作过程。这也是污水生态处理另一个方面的体现。学科发展的需求近代给排水系统的水处理流程实际上是效仿水循环中，在生态学、地球化学作用下自然发生的水质变换过程，通过集中增加电力等能源，达到比自然快得多的水质变换速度。尤其是近几年水污染控制领域增加了可持续发展的要求，发展方向定位于清洁生产和流域、区域治理。这两方面都是站在水自然循环的角度来规划、控制人类干预下水的社会循环，所以污水生态处理在人们的研究方向、研究内容、思维领域和学科专业上已经有了准备，只需要进一步的理解和认识。近年来随着可持续发展的提出，水工业成为以水为主的主要学科部门。水质科学与工程学是水工业的匹配学科，以水质处理/控制为核心内涵，研究水工业为水资源可持续提供社会和各种用水服务所需的科学技术的学科。学科中突出了水概念的重要性，应该看到水资源的主要问题在于水质，污染治理的主要目标是保护水质免遭破坏，水自然循环有序性的打破，究其原因是由于人类活动改变了水体的水质，增加了不能净化的新物质或超过了水体的净化能力。我国水工业的总体发展目标是尽快实现水的良性社会循环。多年的研究实践中，人们已经意识到水循环和水污染控制之间不可分割的关系，实现水的良性循环，必须控制水的良性社会循环，良性循环产生的关键就是立足于污水生态处理的水污染控制措施。经济发展的需求追求经济的协调发展是人类一直的梦想，可以为经济的发展注入生机和活力。经济发展