城市污水廠不同功能區(qū)含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理技術(shù)選擇

劉建偉，陳欣玥，唐文邦，臧娜娜，馮文韜，魯晨，孫建斌

(1.北京建筑大學(xué) 北京市可持續(xù)城市排水系統(tǒng)構(gòu)建與風(fēng)險控制工程技術(shù)研究中心，北京 100044；2.北京建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京 100044；3.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，北京 100083)

城市污水廠的格柵間、曝氣池和污泥脫水間等功能區(qū)均會產(chǎn)生不同組成和濃度的含惡臭和微生物氣溶膠氣體[1-3]。直接排放，會對人體健康和大氣環(huán)境造成不利影響[4-5]。由于污水廠不同功能區(qū)開放程度、氣體收集和控制要求以及設(shè)備安裝條件存在差異[6]，采用常規(guī)的單一收集-處理技術(shù)，很難實現(xiàn)城市污水廠全流程惡臭和微生物氣溶膠的污染控制。

某城市污水廠處理規(guī)模為25 000 m3/d，主體工藝采用“A/A/O+MBR”工藝。本文在分析該廠不同功能區(qū)含惡臭和微生物氣溶膠氣體產(chǎn)生特性基礎(chǔ)上，篩選適用于不同功能區(qū)的控制技術(shù)，并進(jìn)行實際應(yīng)用和驗證。

1 不同功能區(qū)惡臭物質(zhì)和微生物氣溶膠產(chǎn)生特性

對該污水廠不同功能區(qū)產(chǎn)生的含惡臭和微生物氣溶膠氣體進(jìn)行采樣和分析，各功能區(qū)產(chǎn)生的硫化氫、氨惡臭物質(zhì)及異養(yǎng)細(xì)菌和真菌氣溶膠的濃度范圍和平均值見表1。

表1 城市污水廠不同功能區(qū)惡臭物質(zhì)和微生物氣溶膠濃度Table 1 Concentrations of odor substances and microbial aerosols in different functional areas of municipal wastewater treatment plant

由表1可知，該污水廠不同功能區(qū)產(chǎn)生的惡臭物質(zhì)濃度具有一定差異，其中厭氧/缺氧/好氧/MBR池產(chǎn)生的硫化氫和氨濃度最高。濃度相對較高的為儲泥池、污泥脫水間和沉砂池，而濃度相對較低的是粗格柵和細(xì)格柵。

不同功能區(qū)產(chǎn)生的異養(yǎng)細(xì)菌和真菌氣溶膠濃度也不同。其中，厭氧/缺氧/好氧/MBR池逸散的異養(yǎng)細(xì)菌和真菌濃度最高8.90×104～9.40×104CFU/m3和2.40×104～4.70×104CFU/m3，其次是儲泥池4.40×104～4.60×104CFU/m3和3.40×103～3.90×103CFU/m3、污泥脫水間4.00×104～4.30×104CFU/m3和3.10×103～4.30×103CFU/m3和沉砂池3.80×104～4.30×104CFU/m3和1.40×104～1.90×104CFU/m3，濃度最低的為粗格柵和細(xì)格柵。此結(jié)果與楊慶等研究結(jié)果類似[7]。這與不同功能區(qū)污水濃度、設(shè)施構(gòu)型及氣體收集差異有關(guān)。在處理設(shè)施相對封閉的區(qū)域，如生化處理和污泥處理設(shè)施處，硫化氫、氨、異養(yǎng)細(xì)菌和真菌產(chǎn)生濃度較高[8-9]。對于分散和開放式區(qū)域，如粗格柵和細(xì)格柵處，硫化氫、氨、異養(yǎng)細(xì)菌和真菌濃度的產(chǎn)生濃度則相對較低[10-11]。

2 不同功能區(qū)的惡臭氣體和微生物氣溶膠處理技術(shù)選擇

對于城市污水廠產(chǎn)生的含惡臭和微生物氣溶膠氣體，常規(guī)處理技術(shù)主要包括生物過濾、生物滴濾、生物洗滌、活性炭吸附、化學(xué)吸收和霧化噴淋技術(shù)等。表2列出了處理技術(shù)的原理、特點和應(yīng)用范圍。

表2 現(xiàn)有的城市污水廠含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理技術(shù)Table 2 Existing gas treatment technologies for odor and microbial aerosols in municipal wastewater treatment plant

由表2可知，生物處理技術(shù)(生物過濾、生物滴濾、生物洗滌)和霧化噴淋技術(shù)具有除臭效果好、運行費用低和操作便捷等優(yōu)點，較適合于城市污水廠惡臭氣體的處理[12]。對于微生物氣溶膠處理，活性炭吸附等技術(shù)僅對于微生物氣溶膠有截留和阻隔作用，不能將其徹底去除。微生物氣溶膠中的病原微生物或致病微生物，可能會對污水廠工作人員健康造成危害[13]。而生物過濾、生物滴濾和霧化噴淋技術(shù)則可通過吸收、填料截留等作用，同時去除惡臭和微生物氣溶膠，因此在城市污水廠微生物氣溶膠處理中得到一定的應(yīng)用[14]。

城市污水廠含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理工藝的選擇應(yīng)依據(jù)不同功能區(qū)惡臭和微生物氣溶膠的產(chǎn)生特性，以及不同設(shè)施的結(jié)構(gòu)構(gòu)型的差異，選擇合適的處理工藝。比如，對于易實現(xiàn)氣體集中收集、相對封閉的區(qū)域，如沉砂池、厭氧/缺氧/好氧/MBR池、儲泥池和污泥脫水間等設(shè)施，惡臭產(chǎn)生濃度相對較高、組成成分相對復(fù)雜，可選擇采用一體式高效集成除臭技術(shù)進(jìn)行處理。該技術(shù)集成吸收、生物降解和填料吸附作用，將液相生物吸收、填料層生物降解與吸附的優(yōu)勢結(jié)合，可高效、穩(wěn)定、快速地處理含惡臭和微生物氣溶膠氣體[15]。對于惡臭和微生物氣溶膠產(chǎn)生濃度相對較低、排放分散的開放式空間，包括粗格柵、細(xì)格柵等設(shè)施，氣體收集難度大，宜選擇霧化噴淋技術(shù)進(jìn)行含惡臭和微生物氣溶膠氣體的處理。

3 城市污水廠典型功能區(qū)含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理工程的設(shè)計與運行效果

3.1 含惡臭和微生物氣溶膠氣體的處理量

依據(jù)該城市污水廠不同功能區(qū)除臭空間容積和換氣次數(shù)等參數(shù)，對沉砂池、厭氧/缺氧/好氧/MBR池、儲泥池和污泥脫水間等適宜進(jìn)行氣體集中收集的設(shè)施產(chǎn)生的含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理量進(jìn)行計算，結(jié)果見表3。

表3 城市污水廠宜進(jìn)行氣體集中收集設(shè)施的含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理量計算Table 3 Calculation of odor and microbial aerosol gas in centralized collection facilities of municipal wastewater treatment plant

3.2 含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理工藝方案的確定

城市污水廠不同功能區(qū)產(chǎn)生的含惡臭和微生物氣溶膠氣體組成和濃度不同，而常規(guī)處理技術(shù)均有其各自的適用范圍，因此，采用單一技術(shù)難以同時有效去除所有的惡臭和微生物氣溶膠污染物[16]。基于氣體產(chǎn)生特性、收集和處理工藝原理、投資和運行成本以及操作便利程度，對預(yù)處理區(qū)、生化處理區(qū)和污泥處理區(qū)三個不同功能區(qū)的含惡臭和微生物氣溶膠氣體的處理技術(shù)進(jìn)行了選擇和優(yōu)化，結(jié)果見表4。

表4 城市污水廠不同功能區(qū)含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理工藝選擇Table 4 Selection of gas treatment processes for odor and microbial aerosol in different functional areas of municipal wastewater treatment plant

由表4可知，粗格柵和細(xì)格柵等預(yù)處理區(qū)域為相對開放空間，由于機(jī)械設(shè)備存在，不易全密閉。含惡臭和微生物氣溶膠氣體的主要逸散源為格柵和柵渣出渣處，且氣體逸散濃度時空變化較大。由于格柵機(jī)械需要經(jīng)常性的檢視和操作，不適宜設(shè)置密閉罩進(jìn)行氣體收集[17]。因此，該區(qū)域設(shè)計采用高效霧化噴淋技術(shù)，利用霧化的植物提取液對惡臭和微生物氣溶膠的吸收和吸附作用而使其去除。

生化處理區(qū)包括厭氧池、缺氧池、好氧池和MBR池等設(shè)施，各處理設(shè)施均為相對密閉區(qū)間。對各處理設(shè)施分別加罩密閉，并且在罩上設(shè)置一定數(shù)量的吸氣口，利用風(fēng)機(jī)作用將含惡臭和微生物氣溶膠的氣體收集至一體式高效集成除臭設(shè)備進(jìn)行處理，達(dá)標(biāo)后排放。

污泥處理區(qū)包括儲泥池、污泥脫水間設(shè)施，該區(qū)域距離污水主體處理區(qū)域相對較遠(yuǎn)。由于污泥脫水機(jī)械的間歇運行特性，此處產(chǎn)生的硫化氫、氨和微生物氣溶膠濃度和負(fù)荷均變化較大。對于此區(qū)域，單獨設(shè)計氣體收集和處理系統(tǒng)，采用高效霧化噴淋及一體式高效集成除臭結(jié)合的技術(shù)，通過局部分散點源的噴淋和整體設(shè)施的密閉收集處理協(xié)同作用，實現(xiàn)該區(qū)域含惡臭和微生物氣溶膠氣體的高效處理。

3.3 不同功能區(qū)的除臭系統(tǒng)設(shè)計

3.3.1 預(yù)處理區(qū) 該城市污水廠粗格柵和細(xì)格柵區(qū)含惡臭和微生物氣溶膠氣體的處理采用高效霧化噴淋技術(shù)，不設(shè)置氣體密閉收集和輸送系統(tǒng)。高效霧化噴淋除臭設(shè)備的設(shè)計和運行參數(shù)見表5。

其中，系統(tǒng)采用氣液混合超聲霧化噴頭，將壓縮空氣和植物液分別輸出至氣、水管路，在超聲霧化噴頭中發(fā)生霧化。惡臭和微生物氣溶膠與霧化的植物提取液發(fā)生吸收和吸附作用而去除。

表5 高效霧化噴淋設(shè)備的設(shè)計和運行參數(shù)Table 5 Design and operation parameters of high-efficiency atomizing spray equipment

3.3.2 生化處理區(qū) 對于厭氧池、缺氧池、好氧池和MBR池等生化處理區(qū)的各設(shè)施進(jìn)行密閉收集后，采用一體式高效集成除臭工藝對含惡臭和微生物氣溶膠氣體進(jìn)行處理，工藝流程見圖1。

圖1 一體式高效集成除臭工藝流程Fig.1 Integrated efficient integrated deodorization equipment process1.設(shè)備殼體；2.進(jìn)氣口；3.氣體分布管；4.液相曝氣反應(yīng)區(qū)；5.氣體分布板；6.活性填料生物反應(yīng)區(qū)；7.噴淋泵；8.噴淋頭；9.活性炭吸附區(qū)；10.出氣口；11.排水口

一體式高效集成除臭設(shè)備的設(shè)計處理氣量為10 000 m3/h。集成設(shè)備分為液相曝氣反應(yīng)區(qū)、活性填料生物反應(yīng)區(qū)和活性炭吸附區(qū)三部分。含惡臭和微生物氣溶膠氣體通過負(fù)壓風(fēng)機(jī)收集后，分別進(jìn)入三個反應(yīng)區(qū)，其中易溶解組分在液相曝氣區(qū)被吸收、降解，活性填料生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)裝填生物填料，惡臭氣體和微生物氣溶膠與其中的優(yōu)勢微生物接觸、降解，未被降解的污染物進(jìn)入活性炭吸附區(qū)，被活性炭吸附而去除。

一體式高效集成除臭設(shè)備的設(shè)計參數(shù)見表6。

一體式高效集成除臭設(shè)備主體結(jié)構(gòu)由玻璃鋼制成。液相曝氣反應(yīng)區(qū)、生物反應(yīng)區(qū)和活性炭吸附區(qū)的氣體停留時間分別為2.5，20，1.5 s。其中液相曝氣反應(yīng)區(qū)設(shè)置曝氣，生物反應(yīng)區(qū)填充活性聚氨酯填料，填料粒徑為4～6 mm，活性炭吸附區(qū)填充顆?；钚蕴?。

表6 一體式高效集成除臭設(shè)備的設(shè)計參數(shù)Table 6 Design parameters of integrated high-efficiency deodorization equipment

3.3.3 污泥處理區(qū) 污泥處理區(qū)的儲泥池和污泥脫水間單獨采用一套系統(tǒng)，其中污泥脫水間排泥口處設(shè)置高效霧化噴淋設(shè)備，儲泥池和污泥脫水間頂部設(shè)吸氣口，含惡臭和微生物氣溶膠氣體通過風(fēng)機(jī)收集后進(jìn)入一體式高效集成除臭設(shè)備進(jìn)行處理。集成除臭設(shè)備的設(shè)計處理氣量為6 000 m3/h，設(shè)備主體由玻璃鋼制成，外形為長方體形，總體積為 55 m3，有效體積為 40 m3。

3.4 城市污水廠全流程含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理效果

迄今為止，該城市污水廠全流程含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理系統(tǒng)已運行2 年以上，各功能區(qū)處理系統(tǒng)運行穩(wěn)定、各項處理指標(biāo)滿足設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。分別對污水廠預(yù)處理區(qū)、生化處理區(qū)和污泥處理區(qū)等區(qū)域以及廠界硫化氫、氨、異養(yǎng)細(xì)菌和真菌氣溶膠濃度進(jìn)行了監(jiān)測分析，結(jié)果表明，各功能區(qū)及廠界硫化氫和氨濃度均分別低于0.01 mg/m3和 0.18 mg/m3，符合《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14554—1993)規(guī)定的惡臭污染物廠界標(biāo)準(zhǔn)中的新擴(kuò)改建一級標(biāo)準(zhǔn)要求。各功能區(qū)及廠界的異養(yǎng)細(xì)菌和真菌氣溶膠濃度均分別低于1.0×103CFU/m3和 3.0×102CFU/m3，達(dá)到波蘭制定的《空氣微生物氣溶膠污染評價清潔標(biāo)準(zhǔn)》要求[18]。表明該城市污水廠全流程不同功能區(qū)的含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期的處理效果。

4 結(jié)論

針對城市污水廠預(yù)處理區(qū)、生化處理區(qū)和污泥處理區(qū)惡臭和微生物氣溶膠的產(chǎn)生特性、設(shè)施的開放程度及氣體收集難易程度，分別選擇采用高效霧化噴淋技術(shù)、一體式高效集成除臭技術(shù)、高效霧化噴淋技術(shù)及一體式高效集成除臭結(jié)合的技術(shù)進(jìn)行處理，不同功能區(qū)的含惡臭和微生物氣溶膠氣體均達(dá)到較好的處理效果。