羅 茜 常 明 袁江龍

（1 中化環(huán)境科技股份有限公司 陜西西安 710000 2 達(dá)華（西安）環(huán)保科技有限公司 陜西西安 710000）

引言

近年來，現(xiàn)代煤化工正在逐步打開發(fā)展新局面，但新建煤化工項(xiàng)目須同步配套工業(yè)污染源產(chǎn)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(huán)境的因素之一。而廢氣的惡臭又會(huì)對廠內(nèi)人員及周邊居民的工作和生活會(huì)產(chǎn)生惡劣影響，間接影響煤化工項(xiàng)目在群眾心目中的環(huán)保形象。因此，本文通過實(shí)例煤化工項(xiàng)目，介紹煤化工污水處理場除臭系統(tǒng)的實(shí)際處理方式及效果，供同類工程參考。

1 項(xiàng)目背景

實(shí)例煤化工項(xiàng)目位于陜西省榆林市神木縣某工業(yè)園區(qū)內(nèi)，污水處理場臭氣處理系統(tǒng)規(guī)模為120000Nm3/h。臭氣主要來自于污水處理場的預(yù)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(fù)雜等特點(diǎn)，其臭氣的非甲烷總烴含量較高是工業(yè)污水處理場臭氣處理的難點(diǎn)之一，若處理不當(dāng)或直接排放將對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。本項(xiàng)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(xiàng)目廢氣處理后尾氣達(dá)到國家《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554-201X）（征求意見稿）的15m 排氣筒的排放標(biāo)準(zhǔn)值，以及《石油化學(xué)工業(yè)污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 31571-2015）相關(guān)限值。

榆林市某煤化工污水處理場不僅需要處理裝置內(nèi)產(chǎn)生的污水和污泥，更需要對污水處理過程中所產(chǎn)生的臭氣進(jìn)行集中處理。根據(jù)生態(tài)環(huán)境部門的調(diào)查，西安市僅2018 年1～6 月份的惡臭/異味投訴占所有環(huán)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(jìn)行系統(tǒng)性設(shè)計(jì)[1]，以減少對周邊環(huán)境的影響，并建設(shè)示范性工程。榆林市某煤化工污水處理場項(xiàng)目可為同類型中污水處理場臭氣處理系統(tǒng)提供參考[2]。

2 設(shè)計(jì)規(guī)模及進(jìn)、出臭氣指標(biāo)

結(jié)合榆林市某煤化工污水處理場項(xiàng)目的水處理工藝路線，臭氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)處理規(guī)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(yù)處理系統(tǒng)、污泥處理系統(tǒng)，低濃度臭氣主要在生化處理系統(tǒng)及預(yù)處理系統(tǒng)的附屬設(shè)備間。相關(guān)研究表明，釋放的臭氣種類與濃度主要與進(jìn)水水質(zhì)、處理工藝以及運(yùn)行方式等因素有關(guān)[3]。該項(xiàng)目設(shè)計(jì)進(jìn)、出臭氣污染物指標(biāo)如表1 所示。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)、出臭氣污染物指標(biāo)

3 技術(shù)思路及方案

臭氣處理系統(tǒng)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(yù)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(xiàng)目污水處理主要工藝流程及收集單元[3]如圖1 所示，有機(jī)污泥處理工藝采用“離心機(jī)+帶式低溫干化”；無機(jī)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(jìn)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(fēng)和局部通風(fēng)2類，全面通風(fēng)主要為針對建筑物內(nèi)部整體換氣方式，本文主要介紹局部通風(fēng)的類型[4][5]。

3.1.1 玻璃鋼密封罩

室外玻璃鋼密封罩設(shè)計(jì)時(shí)需考慮風(fēng)荷載、雪荷載以及上人荷載等因素的影響，以及耐腐蝕性優(yōu)良等。密封罩表面需采用防紫外線抗老化的優(yōu)質(zhì)材料，根據(jù)加蓋區(qū)域跨度大小，加蓋密封設(shè)計(jì)應(yīng)考慮加設(shè)鋼結(jié)構(gòu)骨架，核算骨架的結(jié)構(gòu)牢固度和抗風(fēng)雪能力。拱形封閉蓋板端部側(cè)面設(shè)置推拉式移動(dòng)進(jìn)風(fēng)窗（采用塑鋼+鋼化玻璃），用于補(bǔ)新風(fēng)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(dú)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(qiáng)的特點(diǎn)，且施工周期快，以不銹鋼板為原料，使用專業(yè)的機(jī)組，現(xiàn)場制作安裝，不受環(huán)保檢查等影響；不銹鋼加蓋價(jià)格低于反吊膜加蓋價(jià)格，與玻璃鋼價(jià)格幾乎等同；不銹鋼的殘值回收價(jià)值約為新品的40%～50%。

3.1.3 陽光板密封罩

室內(nèi)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(gòu)筑物密閉、運(yùn)行、檢修、觀察的要求，需考慮防腐的要求，以及需能夠滿足強(qiáng)度和剛度要求。

3.1.4 反吊膜+碳鋼骨架密封

膜密封系統(tǒng)設(shè)計(jì)為連跨桁架式結(jié)構(gòu)，確保封閉空間的有效排氣強(qiáng)度，結(jié)構(gòu)應(yīng)為自身獨(dú)立的結(jié)構(gòu)體系，加蓋采用“鋼支撐+反吊膜加蓋”形式。膜密封系統(tǒng)應(yīng)考慮恒定荷載、活荷載、風(fēng)荷載、雪荷載、預(yù)張力、氣壓力、溫度變化等作用。膜材采用高強(qiáng)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(shù)為膜材厚度≥0.78mm，抗拉強(qiáng)度（經(jīng)向/緯向）≥4500/4300N/5cm，抗撕裂強(qiáng)度（經(jīng)向/緯向）≥550N/500N，剝離強(qiáng)度（經(jīng)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(jié)

以上4 種局部收集形式根據(jù)具體單元特點(diǎn)進(jìn)行選用，本項(xiàng)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(xiàng)目臭氣處理系統(tǒng)的收集管道全部采用有機(jī)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(jìn)行連接，以減少泄露的可能，與設(shè)備連接的接口必須采用柔性接頭連接，同時(shí)管道表面刷涂防紫外膠衣。在收集風(fēng)管的最低處設(shè)自動(dòng)放水閥門，在適當(dāng)位置設(shè)置測試口，管道上應(yīng)設(shè)置必要的疏水裝置和風(fēng)量調(diào)節(jié)裝置。

各單體收集管道安裝一個(gè)手動(dòng)風(fēng)量調(diào)節(jié)閥，要求風(fēng)量調(diào)節(jié)范圍需由100%降至60%，且開啟靈活。臭氣收集管道系統(tǒng)數(shù)量和管徑需經(jīng)過設(shè)計(jì)使各收集管路流速合理，吸氣均勻，并讓各構(gòu)筑物內(nèi)形成合理負(fù)壓。管道風(fēng)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(fù)荷，堿洗塔配套循環(huán)水系統(tǒng)，并在循環(huán)水系統(tǒng)中添加堿液。其次，將經(jīng)過堿洗塔處理過的氣體和低濃度廢氣混合后進(jìn)入生物濾池，在生物濾池中經(jīng)過微生物的降解作用，進(jìn)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(huán)水系統(tǒng)保證微生物的生長環(huán)境良好。然后，在生物濾池后端設(shè)置活性炭吸附裝置，作為最后一道保護(hù)屏障，利用活性炭多孔結(jié)構(gòu)，高效吸附廢氣中硫化氫、氨氣、VOCs 等污染物，確保廢氣穩(wěn)定達(dá)標(biāo)排放，活性炭吸附裝置配套有再生系統(tǒng)，當(dāng)活性炭吸附飽和時(shí)，只需要短時(shí)間脫附，便可重復(fù)使用，節(jié)約活性炭更換成本。最后，使經(jīng)過堿洗塔、生物濾池和活性炭吸附裝置處理過后的達(dá)標(biāo)廢氣，經(jīng)引風(fēng)機(jī)送入15m 高的排氣筒排放。

圖2 臭氣處理工藝流程

3.3.1 預(yù)處理段

預(yù)處理段堿洗為化學(xué)吸收工藝[6]，在吸收過程使有害氣態(tài)組分變成液態(tài)或者無害的氣體。本項(xiàng)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(zhì)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(zhì)比表面積，有利于氣液反應(yīng)，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(zhì)，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(jì)量系統(tǒng)，通過計(jì)量泵實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化學(xué)洗滌功能，當(dāng)進(jìn)氣中含有高濃度硫化氫[7]、甲硫醇等組分時(shí)，開啟氫氧化鈉加藥系統(tǒng)，對硫系物進(jìn)行處理，堿洗段產(chǎn)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(lián)生物除臭工藝，惡臭物質(zhì)的氧化過程需要各種微生物共同參與，且同一惡臭物質(zhì)不同的氧化階段需要不同的微生物[8][9]。當(dāng)惡臭氣體為H2S 時(shí)，硫化氧化菌會(huì)在一定條件下將H2S 氧化為硫酸根；當(dāng)惡臭氣體為有機(jī)硫如甲硫醇時(shí)，則首先需要導(dǎo)氧型微生物將有機(jī)硫轉(zhuǎn)化為H2S，然后H2S 再由自養(yǎng)型微生物轉(zhuǎn)化為硫酸根；當(dāng)惡臭氣體為氨時(shí)，氨先溶于水，然后在有氧條件下經(jīng)氨氧化細(xì)菌、亞硝化細(xì)菌和硝化細(xì)菌的硝化作用轉(zhuǎn)化為硝酸鹽，在兼性厭氧條件下，硝酸鹽還原細(xì)菌將硝酸鹽還原為氮?dú)狻?/p>

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(jié)構(gòu)堅(jiān)韌，抗酸堿性強(qiáng)，填料的比表面積大、空隙率較大，可提高生化反應(yīng)效率，因此生物處理段的壓損較低。由于生物填料獨(dú)特的材質(zhì)，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(huì)發(fā)生質(zhì)變，因而不會(huì)出現(xiàn)壓實(shí)、板結(jié)的現(xiàn)象。該種填料的外型適合惡臭氣體的通過，濾料在濾體內(nèi)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(tài)環(huán)境，為惡臭污染物提供吸附表面，保持合適的pH，滿足系統(tǒng)防腐要求等，同時(shí)生物填料適宜微生物生長，除臭效率高，技術(shù)成熟可靠。此外，除臭設(shè)備出風(fēng)口設(shè)置除霧器，防止噴淋液態(tài)水進(jìn)入尾氣，減少循環(huán)水的流失。

3.3.3 深度處理段

深度處理段除臭設(shè)備主要針對生物除臭系統(tǒng)無法處理完全的烴類惡臭物質(zhì)進(jìn)行吸附處理，該裝置由吸附再生系統(tǒng)、再生尾氣冷卻系統(tǒng)、填料干燥系統(tǒng)、惰性氣體保護(hù)系統(tǒng)等組成[10][11]。深度處理段吸附罐與整個(gè)吸附段的進(jìn)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(gè)完整的處理系統(tǒng)，因此當(dāng)其中任何一個(gè)吸附罐吸附飽和，需要進(jìn)行再生時(shí)，備用吸附罐體可繼續(xù)進(jìn)行吸附。吸附罐內(nèi)設(shè)置炭質(zhì)級配填料，有利于多組分的廢氣吸附。安全高強(qiáng)度再生冷卻系統(tǒng)主要包括高強(qiáng)度再生系統(tǒng)、再生尾氣冷卻系統(tǒng)、惰性氣體保護(hù)系統(tǒng)、烘干冷卻系統(tǒng)等。

4 工程設(shè)計(jì)

臭氣處理裝置的設(shè)備平面布置圖如圖3 所示，占地為2000m2，放置于整個(gè)污水處理場的下風(fēng)向。

圖3 臭氣處理平面布置圖

4.1 預(yù)處理段設(shè)計(jì)參數(shù)

預(yù)處理部分為高濃度臭氣，氣量為35000Nm3/h?；瘜W(xué)洗滌塔填料停留時(shí)間≥2s，空塔停留時(shí)間≥6s，汽液比≥2L/m3，洗滌設(shè)備空塔流速≤2m/s。

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

4.2 生物處理段設(shè)計(jì)參數(shù)

生物處理段包含預(yù)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(shí)間≥25s，填料高度≤2m，臭氣經(jīng)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(fù)合填料，選用火山巖濾料+PP 濾料+有機(jī)濾料。

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

4.3 深度處理段設(shè)計(jì)參數(shù)

活性炭有效停留時(shí)間≥2s，活性炭層的面風(fēng)速≤0.5m/s?；钚蕴恳笸庥^為灰黑或黑色柱狀體，手掰有一定強(qiáng)度，顆粒均勻，無雜物；CCl4靜態(tài)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(fēng)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(qiáng)度≥90%；粒度為4mm。

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

5 運(yùn)行效果

穩(wěn)定運(yùn)行后，引風(fēng)機(jī)實(shí)際風(fēng)量為115720Nm3/h，pH 控制在7～8，溫度控制在25～35℃，實(shí)際進(jìn)氣指標(biāo)低于設(shè)計(jì)進(jìn)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(gè)指標(biāo)均達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，長期去除效率穩(wěn)定達(dá)到98%。

表3 處理后氣體排放指標(biāo)

6 經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)

該污水處理場臭氣處理系統(tǒng)總投資1760 萬元。運(yùn)行每小時(shí)耗電量為276kWh，生產(chǎn)水0.83t、32%氫氧化鈉0.001t、110℃蒸汽0.16t。

結(jié)語

陜西省是“一帶一路”的重要節(jié)點(diǎn)，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(qū)，現(xiàn)代煤化工的建設(shè)與發(fā)展必須要與環(huán)保建設(shè)同步才能長久發(fā)展。本項(xiàng)目在實(shí)施現(xiàn)代煤化工項(xiàng)目的臭氣處理過程中結(jié)合“化學(xué)+生物+物化”的思路，采用“預(yù)處理+兩級生物處理+深度處理”的工藝路線，將各項(xiàng)排放指標(biāo)的去除率長期穩(wěn)定的控制在99%，在新建和改建工業(yè)水處理的臭氣處理系統(tǒng)中具有一定的參考價(jià)值。