摘要:通過(guò)介紹污泥堆肥(生物干化)項(xiàng)目臭氣治理現(xiàn)狀,闡述了除臭問(wèn)題是制約污泥堆肥技術(shù)推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。對(duì)比各種除臭技術(shù),分析污泥堆肥臭氣成份后,得出結(jié)論:化學(xué)生物組合除臭工藝與植物液除臭工藝相結(jié)合是適合污泥堆肥項(xiàng)目的選擇。最后介紹了除臭系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型主要參數(shù),并且指明在污泥處理工藝設(shè)計(jì)中考慮除臭系統(tǒng)將節(jié)省投資和運(yùn)行成本。
1.污泥堆肥(生物干化)項(xiàng)目臭氣治理現(xiàn)狀
隨著污水處理率的提高,污泥處置廠建設(shè)提上了各地完善基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的日程。污泥堆肥(生物干化)技術(shù)作為適合我國(guó)國(guó)情的污泥處置技術(shù)被許多業(yè)內(nèi)人士看好,但污泥堆肥(生物干化)項(xiàng)目中臭氣污染問(wèn)題和除臭技術(shù)的發(fā)展也引起越來(lái)越多的關(guān)注。
國(guó)家1993年制定了《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB14554-1993)》,但由于技術(shù)局限性,僅僅在部分行業(yè)應(yīng)用,尤其是與百姓息息相關(guān)的市政行業(yè)并沒(méi)有真正落實(shí)推廣。2002年12月4日發(fā)布了《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2002)》,對(duì)于NH3、H2S、臭氣濃度、甲烷等物質(zhì)廠界排放最高允許濃度給予明確指標(biāo)要求。對(duì)于廢氣排放規(guī)定“2003年6月30日之前建設(shè)(包括改、擴(kuò)建)的污水處理廠,實(shí)施標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)間為2006年1月1日;2003年7月1日起新建(包括改、擴(kuò)建)的城鎮(zhèn)污水處理廠,自本標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施之日起開(kāi)始執(zhí)行?!?污泥堆肥(生物干化)項(xiàng)目雖未制定專門(mén)標(biāo)準(zhǔn),但也應(yīng)納入上述標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范范疇。
目前國(guó)內(nèi)正常運(yùn)行的污泥堆肥(生物干化)項(xiàng)目中僅有唐山西郊污水處理二廠污泥堆肥項(xiàng)目設(shè)置了專用生物除臭濾池,其它項(xiàng)目原設(shè)計(jì)基本未考慮除臭問(wèn)題。北京大興龐各莊污泥消納廠和洛陽(yáng)瀍東污水處理廠污泥生物干化項(xiàng)目在建成后擬增加除臭系統(tǒng),但由于廠房容積過(guò)大,現(xiàn)有除臭技術(shù)無(wú)法達(dá)到經(jīng)濟(jì)、高效的處理效果,均未實(shí)施。北京原先規(guī)劃建設(shè)的北部1100t/d污泥堆肥消納廠和東部1100t/d污泥堆肥消納廠由于臭氣污染問(wèn)題被無(wú)限期擱置。由此可見(jiàn):污泥堆肥(生物干化)項(xiàng)目的實(shí)施越來(lái)越多地受制于臭氣污染問(wèn)題的解決程度,從而也促進(jìn)了專門(mén)針對(duì)污泥堆肥(生物干化)項(xiàng)目除臭技術(shù)的發(fā)展。
2.除臭技術(shù)概述
國(guó)內(nèi)外除臭方法大體上可分為化學(xué)除臭法、物化除臭法和生化除臭法等幾類,此外植物液噴淋作為近幾年大面積開(kāi)放空間臭氣控制方法選擇得到一定應(yīng)用。
2.1化學(xué)除臭法
所謂化學(xué)除臭法, 即是添加某些化學(xué)藥劑, 使之與具有臭味的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng), 從而達(dá)到除臭的目的。具體可以分為:
(1)氧化法
臭氣中的臭源物質(zhì)有很多具有還原性,故可以采用強(qiáng)氧化劑將其氧化為無(wú)臭化合物,達(dá)到除臭目的。
(2)催化氧化法
采用催化氧化法可以使醇、醛、酮、酸、烴等有機(jī)物分解, 因此可以采用該法去除由于某些由于有機(jī)成分存在引起的臭味。目前用于除臭的催化氧化法主要有光催化氧化和催化燃燒等。
(3)高壓靜電法,由于臭味物質(zhì)分子在高壓靜電場(chǎng)內(nèi), 被Tyndall 效應(yīng)直接作用下產(chǎn)生的氧化性極強(qiáng)的活性粒子或自由基氧化, 改變了本身的化學(xué)結(jié)構(gòu),變成無(wú)特征發(fā)臭基因的物質(zhì)。
2.2物化除臭法
目前普遍應(yīng)用的物化除臭法是吸附法,常用的吸附劑有活性炭、活性炭纖維、沸石、某些金屬氧化物和大孔高分子材料等?;钚蕴渴莻鹘y(tǒng)的吸附劑之一, 由于其比表面積大, 吸附量較大, 廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)。但因?yàn)樗嬖谖搅坑邢?、抗?jié)裥阅懿?、再生困難、造價(jià)高、壽命不長(zhǎng)等特點(diǎn), 在除臭方面人們正致力于研究某些新的吸附劑以取而代之。
2.3生物除臭法
生物除臭法是通過(guò)微生物的生理代謝將具有臭味的物質(zhì)加以轉(zhuǎn)化,達(dá)到除臭的目的。
2.3.1生物過(guò)濾法
生物過(guò)濾法是使收集到的廢氣在適宜的條件下通過(guò)長(zhǎng)滿微生物的填料, 臭源物質(zhì)先被填料吸收, 然后被其上的微生物氧化分解, 臭味除去。生物濾池的正常工作要求微生物保持較高活性, 因此, 要在濾池內(nèi)創(chuàng)造適宜的溫度、pH 值、氧氣含量、濕度和營(yíng)養(yǎng)等微生物生長(zhǎng)所必須的環(huán)境條件。同時(shí), 臭源物質(zhì)的去除效果與反應(yīng)速度、停留時(shí)間、臭源物質(zhì)濃度等因素有關(guān), 在設(shè)計(jì)和應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意考慮。生物過(guò)濾技術(shù)應(yīng)用于處理城市污水處理廠散逸的惡臭, 具有投資省、操作管理簡(jiǎn)單、運(yùn)行費(fèi)用低、安全可靠等優(yōu)點(diǎn)。
2.3.2生物吸收法
將惡臭氣體與含有活性污泥的生物懸浮液逆流通過(guò)吸收器, 臭源物質(zhì)被懸浮液中的活性污泥吸收, 凈化后的氣體由吸收器頂端排出。該類裝置對(duì)去除含氨、酚、乙醛等惡臭氣體效果較好, 但處理含S的惡臭物質(zhì)效果不明顯。
2.4植物提取液異味控制技術(shù)
植物提取液異味控制技術(shù)從350多種天然植物提取液配制成工作液來(lái)消除空氣中的異味,尤其是由有機(jī)物散發(fā)的惡臭。它的技術(shù)特點(diǎn)在于不僅適合于各類型封閉式、小型的環(huán)境,更適合于開(kāi)放式的、大面積的場(chǎng)所。
在天然植物提取液異味控制技術(shù)中,所使用的工作液是一系列植物提取液復(fù)配而成的,這些植物提取液它們是從樹(shù)、草和花等植物中提取的含有氣味的有機(jī)物。
這些有味的有機(jī)化合物含有大量的復(fù)雜的化合物,它們都是絕大多數(shù)植物油的主要成份,可以分成四大類:
①萜烯類:這類天然存在的化合物是植物油中的最重要的成份。它們都有相同的經(jīng)驗(yàn)式C10H16。例如,蒎烷、薄荷烷。
②直鏈化合物:組成這一部分的化合物有醛、醇和酮。它們是存在一系列由水果中提取的可揮發(fā)的植物油中。如葵醇、月桂醇。
③苯的衍生物:這些化合物與從苯,特別是從丙苯衍生出來(lái)的化合物有相同的分子式。如乙酸酯。
④其它化合物:第四類的例子有香草醛、肉桂酸和甲酸香葉酯等。
植物提取液通過(guò)控制設(shè)備經(jīng)專用噴嘴霧化成霧狀,在微小的液滴表面形成極大的表面能。該表面能可以吸附空氣中的臭氣分子,并使臭氣分子中的立體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變,變得不穩(wěn)定;此時(shí),溶液中的有效分子可以向臭氣分子提供電子,與臭氣分子發(fā)生反應(yīng);同時(shí),吸附在液滴表面的臭氣分子也能與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。經(jīng)過(guò)植物提取液作用,臭氣分子將生成無(wú)味無(wú)毒的分子,反應(yīng)的產(chǎn)物不會(huì)形成二次污染。
植物液除臭系統(tǒng)不需要耗用大量的電能、安全使用簡(jiǎn)單、方便工人操作、僅需要定期補(bǔ)充工作液,整個(gè)系統(tǒng)維護(hù)和營(yíng)運(yùn)費(fèi)用低廉。
3.污泥氣主要成分與除臭機(jī)理分析
在污水處理或污泥處置工藝過(guò)程中產(chǎn)生氣味物質(zhì)主要由碳、氮和硫元素組成。只有少數(shù)(注:并非少量)的氣味物質(zhì)是無(wú)機(jī)化合物,例如:氨(NH3)、膦(PH3)和硫化氫(H2S);大多數(shù)的氣味物質(zhì)是有機(jī)物,比如:低分子脂肪酸、胺類、醛類、酮類、醚類、鹵代烴以及脂肪族的、芳香族的、雜環(huán)的氮或硫化物。
對(duì)于污泥堆肥(生物干化)項(xiàng)目來(lái)講,污泥氣主要成份主要分為三類:NH3、H2S、VOC(注:可揮發(fā)性有機(jī)物)。在類似運(yùn)行條件下,VOC的產(chǎn)生量一般與污泥中固有量成比例;而NH3、H2S的量與工藝運(yùn)行參數(shù)選擇和運(yùn)行實(shí)際工況緊密相關(guān)。取決NH3產(chǎn)生量的重要指標(biāo)是堆肥物料的C/N,適合的C/N值應(yīng)介于25-30之間,但由于大多數(shù)市政污泥C/N值遠(yuǎn)低于這個(gè)值,因此N轉(zhuǎn)化成NH3形勢(shì)揮發(fā)出來(lái)。取決H2S產(chǎn)生量的主要原因是物料堆體內(nèi)氧含量,由于曝氣過(guò)程間斷進(jìn)行,固體物料中空氣擴(kuò)散過(guò)程極其復(fù)雜,因此不可避免會(huì)有厭氧環(huán)境存在,也會(huì)有部分H2S產(chǎn)生。
針對(duì)以上三類物質(zhì)特性可以采用化學(xué)+生物+植物液噴淋組合除臭技術(shù)加以控制。
3.1污泥氣化學(xué)除臭機(jī)理
臭氣中所含的污染物是多樣而復(fù)雜的,既有疏水性物質(zhì),也有親水性物質(zhì)。通過(guò)噴淋化學(xué)溶解吸附過(guò)程,去除大部分親水性物質(zhì)??梢杂幂^少的成本降低后續(xù)工藝的負(fù)荷。
上述三類物質(zhì)親水/疏水特性如下表所示。
?
3.2污泥氣生物除臭機(jī)理
無(wú)法溶于水的臭源物質(zhì)需要依靠生物方法去除。污泥氣中臭源物質(zhì)大都帶有活性基團(tuán),容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng),特別是被氧化。當(dāng)活性基團(tuán)被氧化后,氣味就消失,生物除臭就是基于這一原理。反應(yīng)方程式如下:
H2S+2O2-H2SO4
4NH3+9O2-4NO2+6H2O
C6H6+7.5O2-6CO2+3H2O
C7H8+9O2-7CO2+4H2O
C8H10+11.5O2-*CO2+5H2O
……
?
生物除臭主要有生物濾池、生物洗滌塔和生物滴濾池。在應(yīng)用中,方法的選擇應(yīng)根據(jù)廢氣中污染物的類型與性質(zhì)而定。常規(guī)的除臭生物反應(yīng)器,主要采用細(xì)菌作為微生物的主體,細(xì)菌適合于在水中或潮濕的環(huán)境中生存。因此,對(duì)于水溶性好的污染物,利用細(xì)菌進(jìn)行生物降解,會(huì)得到很好的去除效果。但是,對(duì)于在水中溶解度低的物質(zhì),細(xì)菌表面的水層將影響傳質(zhì)速率,導(dǎo)致處理效率降低。
利用真菌降解疏水性或水溶性差的污染物,其降解效率高于細(xì)菌的降解效率。真菌可在較干燥的環(huán)境中生長(zhǎng),無(wú)需連續(xù)噴灑水來(lái)維持濕潤(rùn)環(huán)境,這就使得臭味物質(zhì)可直接與微生物接觸并被降解;真菌適應(yīng)的pH值為3~6,處理酸性臭氣或出現(xiàn)酸性積累時(shí),不需要加堿調(diào)整pH值。特別是對(duì)于某些有機(jī)物,真菌的降解能力高于細(xì)菌。
3.3污泥氣植物液除臭機(jī)理
植物液除臭作為無(wú)法完全封閉空間中與外界接觸面除臭安全保障措施對(duì)于污泥堆肥(生物干化)項(xiàng)目是必要的。工作液通過(guò)控制設(shè)備經(jīng)專用噴嘴霧化成霧狀,溶液的表面不僅能有效地吸附在空氣中的異味分子,同時(shí)也能使吸附的異味分子的立體構(gòu)型發(fā)生改變。工作液與臭氣分子的反應(yīng)可以從以下幾個(gè)方面來(lái)講:工作液通過(guò)控制設(shè)備經(jīng)專用噴嘴霧化成霧狀,在空間擴(kuò)散液滴的半徑≤0.04mm。液滴形成巨大的表面能,平均每摩爾為幾十千卡;這個(gè)數(shù)量級(jí)的能量已是很多元素中鍵能的1/3—1/2, 此時(shí),溶液中的有效分子可以向臭分子提供電子,與臭氣分子發(fā)生反應(yīng);該表面能可以吸附空氣中的臭氣分子,并使臭氣分子中的立體結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,變得不穩(wěn)定;同時(shí),吸附在液滴表面的臭氣分子也能與空氣中氧氣發(fā)生反應(yīng)。經(jīng)過(guò)植物提取液作用,臭氣分子將生成無(wú)味無(wú)毒的分子,如水、無(wú)機(jī)鹽等等,從而消除臭氣,并且反應(yīng)的產(chǎn)物不會(huì)形成二次污染。
A.酸堿反應(yīng):如植物提取液中含有生物堿,它可以與硫化氫等酸性臭氣分子反應(yīng)。與一般酸堿反應(yīng)不同的是,一般的堿是有毒的,不可食用的,不能生物降解的。而天然植物提取液能進(jìn)行生物降解,無(wú)毒。
B.催化氧化反應(yīng):如硫化氫在一般情況下,不能與空氣中的氧進(jìn)行反應(yīng)。但在天然植物提取液的催化用下, 可以與空氣中的氧氣發(fā)生反應(yīng)。以硫化氫的反應(yīng)為例:
C.路易斯酸堿反應(yīng)。在有機(jī)化學(xué)中,能吸收電子云的分子或原子團(tuán)稱為路易斯酸,在有機(jī)硫的化合物中,硫原子的外層有空軌道,可以接受外來(lái)的電子云,因此可稱這類有機(jī)物為路易斯酸。相反,能提供電子云的分子或原子團(tuán)稱路易斯堿。一般帶負(fù)電荷的原子團(tuán),含氮的有機(jī)物屬于路易斯堿。例如,苯硫醚與天然植物提取液的反應(yīng),屬于這一類。苯硫醚是一個(gè)路易斯酸,而在其中的含氮化合物屬路易斯堿。兩者可以反應(yīng)。
D.熱力學(xué)的角度來(lái)討論。經(jīng)過(guò)霧化的天然植物提取液液滴,其直徑在0.04毫米。在這種情況下,液滴的表面能已達(dá)到一些有機(jī)化合物鍵能的三分之一和四分之一。在這種情況下,是以破壞臭氣分子中的鍵,使它們不穩(wěn)定,易分解。
E .氧化還原反應(yīng)。例如,甲醛具有氧化性,在天然植物提取液中有的有效分子具有還原性。它們可以直接進(jìn)行反應(yīng)。
4.適用除臭系統(tǒng)及設(shè)計(jì)
4.1收集系統(tǒng)
目前尚沒(méi)有專門(mén)針對(duì)污泥堆肥(生物干化)項(xiàng)目的設(shè)計(jì)規(guī)范,一般可以參照相關(guān)污水設(shè)計(jì)規(guī)范中規(guī)定結(jié)合實(shí)際情況取值:
無(wú)人作業(yè)空間1-3次/小時(shí)。
非發(fā)酵倉(cāng)有人作業(yè)空間6-8次/小時(shí)。
發(fā)酵倉(cāng)有人作業(yè)空間12次/小時(shí)。
此外應(yīng)根據(jù)曝氣量校核換氣量,確保車(chē)間任何部分保持負(fù)壓。風(fēng)機(jī)設(shè)置應(yīng)考慮可以調(diào)節(jié)風(fēng)量,以適應(yīng)變化的氣候和運(yùn)行情況。非隧道倉(cāng)建筑物形式應(yīng)設(shè)計(jì)空氣收集管道,并應(yīng)重點(diǎn)考慮防腐蝕。
4.2處理系統(tǒng)
處理系統(tǒng)設(shè)置可以考慮化學(xué)生物組合除臭系統(tǒng)與植物液噴淋系統(tǒng)相互獨(dú)立。
化學(xué)生物組合除臭系統(tǒng)中化學(xué)系統(tǒng)根據(jù)預(yù)計(jì)處理親水物質(zhì)量核算(注:與污泥處理工藝相關(guān));生物系統(tǒng)主要應(yīng)考慮以下參數(shù)(以生物濾池為例):
植物液噴淋系統(tǒng)主要應(yīng)考慮以下部位:車(chē)間與外界連接的門(mén)窗,有人操作空間與無(wú)人操作空間之間連接部位(包括門(mén)窗、設(shè)備連接通道、管溝等)。根據(jù)所選型的植物液物化噴頭的能力確定最終設(shè)置數(shù)量,由總能力和最不利點(diǎn)位置核算選型植物液噴淋系統(tǒng)泵的型號(hào)。
5.結(jié)語(yǔ)
無(wú)論從對(duì)環(huán)境二次污染角度,還是操作人員健康安全角度,污泥堆肥(生物干化)系統(tǒng)都應(yīng)著重考慮除臭問(wèn)題,選擇不同配置的除臭系統(tǒng)。
造價(jià)和運(yùn)行成本是限制污泥堆肥(生物干化)項(xiàng)目除臭技術(shù)應(yīng)用的主要制約因素,針對(duì)污泥氣主要成份考慮組合除臭工藝,可以在較低成本的前提下取得良好的效果。
在污泥堆肥(生物干化)工藝設(shè)計(jì)中考慮除臭問(wèn)題:調(diào)解合適C/N值,減少臭氣溢出量,減少建筑物空間容積,可以收到事半功倍的效果。
參考文獻(xiàn)
[1]王濤,霍躍文,污泥堆肥工藝流程中物料輸送方式的選擇[J],中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè),2005,8:32~33
[2]王濤,田德龍,修玉鳳等,SACT污泥快速堆肥工藝[J],中國(guó)環(huán)保產(chǎn)業(yè),2008,7:28~29