石化園區(qū)污水廠臭氣組分和處理工藝研究

（上海化學(xué)工業(yè)區(qū)中法水務(wù)發(fā)展有限公司,上海 201507）

0 引言

石化園區(qū)污水廠臭氣主要來(lái)自于污水處理和污泥處理設(shè)施，污水處理設(shè)施中的臭氣源主要分布在污水事故應(yīng)急池、缺氧池和曝氣池等，污泥處理設(shè)施中的臭氣源主要分布在污泥儲(chǔ)存室和污泥脫水間。不同類型污水廠臭氣中所含的污染物不同，主要取決于污水廠上游企業(yè)的類型，市政污水廠臭氣中含有較多的污染物為氨氣、硫化氫、硫醇類等，而石化園區(qū)污水廠臭氣中則含有較多苯系污染物、烷烴等。

石化園區(qū)臭氣處理常見(jiàn)的工藝有吸收法、生物凈化法、活性炭吸附法、化學(xué)氧化法等。吸收法適用于具有高水溶性的物質(zhì)，采用低揮發(fā)性溶劑將廢氣中的組分進(jìn)行吸收，多應(yīng)用于單組分揮發(fā)性氣體的回收[1]。生物凈化法對(duì)廢氣中污染物的去除原理為附著于填料表面或填料之間的微生物在適宜的環(huán)境條件下，以廢氣中的污染物為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，將污染物轉(zhuǎn)化為CO2和H2O。生物凈化技術(shù)具有設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、二次污染少等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)濃度低、生物降解性好的臭氣污染物（如醇類等）具有較好的去除效果，對(duì)于含苯、甲苯等有機(jī)廢氣，微生物在馴化后也可以保持一定的去除效果，而對(duì)于一些有生物毒性的有機(jī)廢氣如鹵代烴類，生物凈化技術(shù)并不是特別適合[2]?；钚蕴课焦に噷?duì)各種有機(jī)物都具有較好的吸附去除效果，應(yīng)用廣泛，去除效率高且穩(wěn)定，處理后污染物濃度較低，通常作為廢氣處理的二級(jí)處理工藝，保證廢氣能夠穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放[3]?；瘜W(xué)氧化法多采用臭氧、雙氧水等強(qiáng)氧化性物質(zhì)與臭氣中的污染物進(jìn)行反應(yīng)，將污染物氧化為CO2和H2O 等[4]，對(duì)各種有機(jī)物質(zhì)都有較好的處理效果，但運(yùn)行成本較高。

本文通過(guò)測(cè)定分析石化園區(qū)污水廠臭氣所含組分及濃度，為石化園區(qū)污水廠臭氣處理工藝的設(shè)計(jì)選型和工藝優(yōu)化提供理論依據(jù)，并研究了生物濾塔和活性炭聯(lián)合工藝處理石化園區(qū)污水廠臭氣的可行性。

1 材料與方法

某石化園區(qū)污水廠的2 套臭氣處理系統(tǒng)分別為臭氣處理系統(tǒng)A（以下簡(jiǎn)稱系統(tǒng)A）和臭氣處理系統(tǒng)B（以下簡(jiǎn)稱系統(tǒng)B），系統(tǒng)A 所處理的臭氣主要來(lái)源于污水廠的事故池、均化池、中和池和缺氧池；系統(tǒng)B 所處理的臭氣主要來(lái)源于好氧池。污水廠臭氣處理系統(tǒng)A 和系統(tǒng)B 的工藝流程示意見(jiàn)圖1。對(duì)臭氣處理系統(tǒng)（生物濾塔+活性炭吸附系統(tǒng)串聯(lián)工藝）的進(jìn)、出口以及生物濾塔A 和B 進(jìn)、出口的臭氣中各組分濃度分別測(cè)定3 次。

圖1 污水廠臭氣處理系統(tǒng)工藝流程示意

由第三方測(cè)試公司測(cè)試臭氣組分。根據(jù)檢測(cè)公司的測(cè)試能力及污水廠所處理廢水中污染物組分情況，參考DB 31/933—2015《上海市大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》，選取揮發(fā)性有機(jī)物、半揮發(fā)性有機(jī)物、甲硫醇、甲硫醚、酚類化合物等共173 種污染物進(jìn)行分析測(cè)試。污染物測(cè)試方法和儀器見(jiàn)表1。

表1 污染物測(cè)試方法和儀器

2 研究結(jié)果

2.1 石化園區(qū)污水廠臭氣組分及濃度

通過(guò)對(duì)檢測(cè)結(jié)果的分析，在選取測(cè)定的173 種污染物中，有50 多種污染物被檢測(cè)出。其中濃度較高的前20 種污染物的碳?xì)淇偭空挤羌淄榭偀N的95%以上，因此可用前20 種組分的去除情況來(lái)反映整個(gè)臭氣處理系統(tǒng)對(duì)污染物的去除效果。由于臭氣中氣體組分種類復(fù)雜，濃度波動(dòng)大，每次測(cè)定結(jié)果中，濃度前20 的組分并不是完全一致的，因此以測(cè)試結(jié)果的平均值為標(biāo)準(zhǔn)，選取前20 種污染物組分進(jìn)行研究。

系統(tǒng)A 中的前20 種污染物質(zhì)量濃度見(jiàn)圖2，分別為異丙苯、苯乙烯、三氯甲烷、丙酮、正己烷、苯、環(huán)己烷、甲苯、3-甲基戊烷、乙腈、1,3-丁二烯、甲基環(huán)戊烷、乙苯、四氫呋喃、乙酸乙酯、乙酸丁酯、2-甲基戊烷、1,2-二氯乙烷、氯乙烯、正庚烷。

圖2 臭氣處理系統(tǒng)A 中的前20 種污染物質(zhì)量濃度

系統(tǒng)B 中的前20 種污染物質(zhì)量濃度見(jiàn)圖3，分別為異丙苯、苯、丙酮、三氯甲烷、乙酸乙酯、四氫呋喃、二氯甲烷、環(huán)己烷、甲基異丁基酮、正己烷、苯乙烯、乙苯、甲苯、1,3-丁二烯、3-甲基戊烷、甲基環(huán)戊烷、氯乙烯、甲基乙基酮、2-甲基己烷、乙酸丁酯。

圖3 臭氣處理系統(tǒng)B 中的前20 種污染物質(zhì)量濃度

由圖2和圖3可以看出，臭氣中檢測(cè)到的污染物都是典型的石化行業(yè)污染物，曹菁洋[5]對(duì)某中石化公司化纖污水處理場(chǎng)4 個(gè)污水池產(chǎn)生的VOCs 進(jìn)行分析研究，污染物有苯、三氯乙烯、乙酸甲酯、甲醇、乙醇、環(huán)己烷和間二甲苯等，劉誠(chéng)[6]對(duì)某石化企業(yè)污水處理廠臭氣的研究發(fā)現(xiàn)其組分包括硫化氫、氨、烷烴類、芳烴類、酯類、醛類等，臭氣的組分與廢水種類相關(guān)。而且通過(guò)對(duì)污水廠廢水中的污染物進(jìn)行對(duì)比，發(fā)現(xiàn)廢氣中的污染物在廢水原水中都可以檢測(cè)到，這也說(shuō)明臭氣中污染物主要是從廢水中揮發(fā)來(lái)的，并不是在廢水處理過(guò)程中新生成的污染物。

系統(tǒng)A 和B 所處理的臭氣中，濃度最高的污染物均為異丙苯；系統(tǒng)A 中的主要污染物為異丙苯、苯乙烯、三氯甲烷、丙酮和正己烷。系統(tǒng)B 中的主要污染物為異丙苯、丙酮和苯。且異丙苯、苯乙烯、丙酮和苯等主要污染物濃度波動(dòng)較大，最大濃度和最小濃度相差數(shù)倍以上。這也導(dǎo)致生物濾塔中污染物的濃度波動(dòng)大，從而對(duì)微生物造成沖擊，影響微生物對(duì)污染物的去除率[7]。

系統(tǒng)A 和B 中前20 種物質(zhì)的分類統(tǒng)計(jì)結(jié)果分別見(jiàn)圖4和圖5。由圖4和圖5可以看出，系統(tǒng)A 和B 進(jìn)口的臭氣組分中芳香烴占有比例較大，分別達(dá)到了61.2%和84.0%，比較符合石化行業(yè)廢氣的特點(diǎn)。系統(tǒng)B 進(jìn)口的臭氣組成主要以芳香烴為主，其比例遠(yuǎn)高于其它類型污染物，系統(tǒng)B 相對(duì)系統(tǒng)A 組分更加穩(wěn)定。多組分廢氣的去除會(huì)產(chǎn)生競(jìng)爭(zhēng)抑制作用，相對(duì)單組分的廢氣，混合多種組分的生物濾塔內(nèi)污染物的去除率會(huì)有一定程度的降低[8]。另外在系統(tǒng)B 中酮類物質(zhì)在所有組分中占了10%左右，酮類污染物雖然易溶于水，但其揮發(fā)性較強(qiáng)，容易揮發(fā)到廢氣中[9]。

圖4 臭氣處理系統(tǒng)A 進(jìn)口中前20 種組分比例

圖5 臭氣處理系統(tǒng)B 進(jìn)口中前20 種組分比例

2.2 生物濾塔工藝對(duì)臭氣中污染物組分的去除

2.2.1 生物濾塔A 中污染物去除率

通過(guò)對(duì)生物濾塔進(jìn)、出口各種污染物的濃度檢測(cè)結(jié)果分析，可以得到生物濾塔對(duì)各種污染物的去除率。選取濃度較高的前20 種組分研究其在生物濾塔中的去除情況。生物濾塔A 中前20 種污染物組分的去除率見(jiàn)圖6。由圖6可以看出，在4月19日和5月8日，主要組分的去除率較為穩(wěn)定，二氯甲烷、苯、正己烷、甲苯、3-甲基戊烷、四氫呋喃、1,3-丁二烯、環(huán)己烷、乙苯、甲基環(huán)戊烷、氯乙烯、2-甲基戊烷、2,3-二甲基丁烷和二硫化碳的去除率都在50%左右。在5月13日的檢測(cè)中，與前2 次去除率的平均值對(duì)比，異丙苯、苯、甲苯、乙苯、乙酸丁酯等7 種組分的去除率有了明顯的提高，異丙苯和苯乙烯的去除率分別增加了56%和16%，正己烷、3-甲基戊烷、甲基環(huán)戊烷和2-甲基戊烷等烷烴的去除率明顯降低。

通過(guò)對(duì)進(jìn)氣組分的濃度進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣中異丙苯和苯乙烯的濃度分別增加了5.67 和37.8 倍，正己烷、甲基環(huán)戊烷和2-甲基戊烷的濃度分別增加了2.64，2.03 和1.3 倍。而進(jìn)氣濃度變化和去除率的變化無(wú)明顯關(guān)系，進(jìn)氣濃度增加后，異丙苯和苯乙烯等的去除率升高，而正己烷和甲基環(huán)戊烷等的去除率降低。通過(guò)對(duì)前面臭氣種類組分的分析，生物濾塔A 中主要污染物為芳香族，說(shuō)明生物濾塔A 對(duì)芳香族污染物的沖擊有更好的適應(yīng)性。

圖6 生物濾塔A 中前20 種污染物的去除率

2.2.2 生物濾塔B 中污染物去除率

生物濾塔B 中前20 種污染物組分的去除率見(jiàn)圖7。由圖7可以看出，4月19日和5月8日檢測(cè)中，主要組分的去除率較為穩(wěn)定，其中16 種組分的去除率達(dá)到75%以上，而5月13日檢測(cè)中只有4種組分的去除率大于70%，生物濾塔B 對(duì)污染物去除率明顯降低，異丙苯、苯三氯甲烷等主要組分的去除率與前2 次平均值相比分別降低了59%，57%和46%。

圖7 生物濾塔B 中前20 種污染物的去除率

對(duì)生物濾塔B 第6 次進(jìn)氣組分濃度進(jìn)行分析，20 種組分中主要組分異丙苯、苯、丙酮濃度分別降低了85%，97%和82%，而三氯甲烷和四氫呋喃的濃度分別增加了1.1 和3.3 倍，微生物受到了較強(qiáng)的濃度沖擊變化，生物的活性受到了較大的影響，從而導(dǎo)致去除率降低。

由圖6和圖7可以看出，丙酮、甲基異丁基酮、甲基乙基酮、異丙醇在3 次檢測(cè)過(guò)程中去除率較高，達(dá)到90%左右，原因?yàn)橥愇镔|(zhì)和醇類物質(zhì)易溶于水，在生物濾塔內(nèi)被噴淋液吸收而去除，從而使其在微生物受到?jīng)_擊時(shí)，仍具有較高的去除率，而且溶解在噴淋液中的污染物能和微生物更加充分地接觸，增強(qiáng)了微生物對(duì)污染物的降解能力，此外部分被噴淋液吸收的污染物也會(huì)隨著噴淋液的更換被去除[10]。

2.2.3 生物濾塔A 和B 中污染物去除率對(duì)比

通過(guò)對(duì)比生物濾塔A 和B 進(jìn)口濃度排名前20種的物質(zhì)，異丙苯、三氯甲烷、丙酮、苯、正己烷、甲苯、3-甲基戊烷、四氫呋喃、1,3-丁二烯、環(huán)己烷、乙苯、氯乙烯、苯乙烯、乙酸丁酯、甲基異丁基酮和異戊烷等16 種物質(zhì)都出現(xiàn)在2 個(gè)臭氣處理系統(tǒng)的臭氣中。除去在生物濾塔A 和B 內(nèi)都有較好去除率的酮類和醇類物質(zhì)，將其與相同組分的去除率進(jìn)行對(duì)比。穩(wěn)定條件下相同的污染物物質(zhì)分別在生物濾塔A 和B內(nèi)的去除率見(jiàn)圖8。由圖8可以看出，污染物組分在生物濾塔B 內(nèi)去除率比生物濾塔A 內(nèi)高20%左右。分析原因可能是由于生物濾塔B 系統(tǒng)處理的廢氣組分更加穩(wěn)定造成的，臭氣組分穩(wěn)定，優(yōu)勢(shì)菌種生長(zhǎng)較好，微生物耐沖擊性更強(qiáng)。張定豐等[11]對(duì)生物濾塔凈化多組分廢氣的研究中發(fā)現(xiàn)，處理多組分混合廢氣的生物濾塔需要更長(zhǎng)的掛膜時(shí)間才能使生物濾塔系統(tǒng)穩(wěn)定下來(lái)，單一廢氣組分系統(tǒng)在受到?jīng)_擊后，生物濾塔恢復(fù)比多組分系統(tǒng)要快。

圖8 污染物組分在生物濾塔A 和B 中的去除率對(duì)比

2.3 石化園區(qū)污水廠臭氣處理工藝評(píng)估

污水廠污染物的排放需根據(jù)環(huán)評(píng)要求執(zhí)行DB 31/982—2016 《城鎮(zhèn)污水處理廠大氣污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》 和DB 31/933—2015 《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》。石化園區(qū)污水廠臭氣組分復(fù)雜，濃度波動(dòng)大，生物濾塔中的微生物系統(tǒng)易受到?jīng)_擊，導(dǎo)致生物濾塔對(duì)臭氣中污染物去除率不穩(wěn)定，在50%～80%之間波動(dòng)，僅采用生物濾塔工藝難以滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。但生物濾塔處理臭氣污染物，工藝操作簡(jiǎn)單，投資成本和運(yùn)行成本都較低，可作為石化園區(qū)污水廠臭氣的初步處理工藝。

活性炭吸附工藝對(duì)各種有機(jī)污染物都有較好的吸附效果，去除率可達(dá)到90%以上，且去除率穩(wěn)定。運(yùn)行數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)生物濾塔和活性炭吸附工藝處理后，污水廠臭氣中的非甲烷總烴質(zhì)量濃度小于70 mg/m3，氨、硫化氫、甲硫醇和臭氣質(zhì)量濃度分別小于30，5，0.5 和600 mg/m3，滿足排放標(biāo)準(zhǔn)要求。

由于活性炭?jī)r(jià)格相對(duì)較高，若直接采用活性炭吸附工藝會(huì)造成臭氣處理成本高，因此生物濾塔工藝結(jié)合活性炭吸附工藝，不僅能保證污水廠臭氣經(jīng)過(guò)處理后滿足排放標(biāo)準(zhǔn)的要求，而且與單獨(dú)使用活性炭吸附工藝相比節(jié)省了大量運(yùn)行費(fèi)用，是一種較為合理的污水廠臭氣處理工藝。

3 結(jié)論與展望

（1）石化園區(qū)污水廠臭氣中的污染物主要為從廢水中揮發(fā)出來(lái)的石化行業(yè)典型污染物，有芳香烴類，如異丙苯、苯、甲苯、乙苯和苯乙烯等；

（2）生物濾塔工藝對(duì)臭氣中污染物的去除率在50%～80%左右，不同的氣體組分條件，雖然臭氣處理系統(tǒng)運(yùn)行工藝參數(shù)相同，去除率也有一定的不同，且單一生物濾塔工藝難以將臭氣處理至達(dá)標(biāo)排放狀態(tài)；

（3）生物濾塔工藝結(jié)合活性炭吸附工藝去除臭氣中污染物，不僅運(yùn)行成本低，而且能保證臭氣處理后穩(wěn)定達(dá)標(biāo)，適用于石化園區(qū)污水廠臭氣的處理；

（4）生物濾塔工藝易受到臭氣中污染物濃度波動(dòng)沖擊，在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)生物濾塔工藝的監(jiān)測(cè)維護(hù)，平衡臭氣狀況，才能保證生物濾塔工藝處于良好的運(yùn)行狀態(tài)。