Enviro Process Engineering

　　摘　要：近年来，城市污水处理设施的脱臭日益引起人们的关注。本文通过对日本常用除臭工艺以及相关臭气成分、物质浓度等经验数据的简要描述，介绍了日本臭气处理技术的研究应用情况。
　　关键词：日本污水处理设施臭气处理技术简介

　　长期以来，由于资金、认识等方面的限制，我国污水处理厂及其相关设施的建设极少考虑臭气的处理问题。但随着近年公众环保意识的逐步提高以及城市的飞速发展，有关污水处理设施臭气影响市民生活质量和健康的投诉案例屡见报端，呈上升的趋势。在净化保护水环境的同时，如何处理好臭气已成为我们广大环境保护工作者当前急需解决的课题之一。在这方面，许多发达国家走在我们的前面。本文借此机会就日本的脱臭技术进行简要介绍，供同行交流。

　　根据日本恶臭防止法的说明，特定的恶臭物质有22种之多。但源于城市污水处理设施的臭气，与污水的来源有关，主要以H₂S、CH₃SH、(CH₃) ₂S、(CH₃) ₂S₂、NH₃、(CH₃) ₃N等六种物质为主。在实际应用中，除臭设备的设计常以H₂S等前5种成分为考虑对象，(CH₃) ₃N则忽略不计。
　　对于臭气物质，日本常用的发臭程度衡量指标主要有：
　　（1）臭气物质浓度：单位ppm
　　（2）臭气浓度：将臭气稀释至无臭感觉时的稀释倍数
　　（3）臭气指数：10乘以臭气浓度的对数，即10×Log（臭气浓度）
　　（4）六级臭气强度评价法：

　　2.5、3.5级：为防止臭气扩散影响周围环境，日本恶臭防止法对污水处理设施与周边外界交界处恶臭成分的物质浓度允许值，依据地域的社会、自然条件做出了详细规定，其相应的臭气强度上、下限分别为2.5和3.5。
　　相对于前3种衡量指标，六级臭气强度评价法简洁明了，易于公众接受和理解，常用于代替物质浓度来表示臭气的程度。上述各臭气程度衡量指标间的相互对应关系，如表1、2所示：

强度名称物质浓度	1	2	2.5	3	3.5	4	5
NH₃	0.1	0.6	1	2	5	10	40
CH₃SH	0.0001	0.0007	0.002	0.004	0.01	0.03	0.2
H₂S	0.0005	0.006	0.02	0.06	0.2	0.7	8
(CH₃)₂S	0.0001	0.002	0.01	0.05	0.2	0.8	2
(CH₃)₂S₂	0.0003	0.003	0.009	0.03	0.1	0.3	3
(CH₃)₃N	0.0001	0.001	0.005	0.02	0.07	0.2	3

　　地域不同，水质各异。产生臭气的物质和浓度随着季节的更替，各厂处理工艺、工段（设施设备）的不同而变化。设计臭气处理设施，首先需要了解臭气的主要成分及其浓度。事实上，对于新建的污水处理设施，实测的臭气数据往往较难得到。日本下水道事业团技术开发部在统计汇总该国污水处理厂运行情况的基础上，提出标准活性污泥法污水处理厂臭气物质及其浓度（物质浓度、臭气浓度）的参考数据，如表3所示：

臭气成分	物质浓度ppm（污水处理部）	物质浓度ppm（污泥处理部）
H₂S	0.6	30
CH₃SH	0.07	3
(CH₃)₂S	0.04	0.4
(CH₃)₂S₂	0.005	0.4
NH₃	0.4	2
综合臭气浓度	1,000	100,000

　　设计臭气处理工艺设施，首先应采取必要措施尽量避免臭气的扩散和稀释，以最大限度地减少脱臭风量负荷。在此，本文不做描述。
　　（1）药液洗脱法
　　利用臭气成分与化学药液的主要成分间发生不可逆的化学反应生成新的无臭物质以达到脱臭的目的。臭气成分不同，其对应的化学药剂也各异；本法常配活性炭吸附塔于其后。

（2）土壤脱臭法
　　利用土壤中生存的微生物在臭气通过土壤时将其成分氧化分解，达到除臭目的。该法在脱臭过程中应用了微生物，故也称为生物脱臭方式的一种。

　　土壤脱臭法在处理高浓度或浓度变化较大的臭气方面，不太充分。此外占地较大（1m³／分的处理风量需要3～5m²土地），一般适用于臭气浓度低以及土地充裕的地方。
　　为保证土壤脱臭法的脱臭性能，要时常注意土壤床的压力变化。
　　当压力损失上升时，需松动土层或更替过滤砂层，同时加强出草、浇水等日常管理。一般而言，土壤脱臭法的建设费用比其他方式要低，但维护管理工作量较大。在常年积雪和土壤容易冻结的地方采用要慎重考虑。
　　吸附法这是一种以活性碳为原料，利用活性炭的吸附功能对臭气进行处理的除臭方式。鉴于它脱臭效果良好，维护维护容易而被广泛应用；虽然建设费用较高，但对于小型处理装置来说，本法比药液洗脱法相对还便宜一些。
　　由于活性炭的吸附能力极易受臭气中的潮气、灰尘等杂物的影响而下降，为防止活性炭受潮，常需在脱臭管道上安装除湿、除尘装置，如在脱臭吸附塔的前面以及抽风扇等处设置加热器等。
　　4）填充塔式生物脱臭法
　　所谓生物脱臭，即利用好氧微生物的新陈代谢作用，将臭气成分氧化分解而实现脱臭的目的。近年来，随着性能优良的固定化填料单体的开发，填充塔的高效性和结构的紧凑性等优点得到充分体现，逐渐成为生物脱臭装置的主流。与普通物理化学脱臭方式相比，它具有管理维护容易、运行费用低、脱臭效果好的优点。该法对污水处理过程产生的富有N、S成分臭气的处理效果优良，同时对臭气浓度变化幅度大、以及吸附药液洗脱法难处理的高浓度臭气均具有很强的适应性。
　　鉴于以上优点，在应用中常将它与活性炭脱臭结合使用，利用它高效的前处理，降低活性炭再生、更换频率，从而减少运行费用。
　　（5）其他
　　① 活性污泥脱臭法（曝气氧化法）：将臭气与供氧的空气一同送往曝气池，利用池中的活性污泥吸附分解臭气成分，达脱臭目的。本法设备投资、维护管理费较少，但需注意鼓风机与配管等的防尘和腐蚀保护，另外活性污泥特有的气味也应事先考虑到。
　　② 树脂离子交换法、臭氧氧化法：尚在实验探讨阶段，其除臭效果和相关因素未有全面评价，应用时需充分论证。
　　③ 直接燃烧法、辅助燃烧法：确有脱臭功效。但污水处理设施所发生的臭气浓度一般不太高且气量很大，相对而言建设投资和运行管理费用都很高，采用时要谨慎考虑。

　　除臭设施的设计，应根据污水（泥）处理流程，针对臭气浓度高低、风量大小等参数的不同而区别考虑：

臭气源	脱臭工艺
沉砂池、初沉池	活性碳吸附／土壤脱臭／活性污泥法脱臭^1＃
反应池	活性炭吸附（必要时）
二沉池	原则上不需脱臭
污泥浓缩、存储、脱水系统	填充塔式生物脱臭法＋活性炭吸附
污泥焚烧、熔融系统	燃烧脱臭或填充塔式生物脱臭法＋活性炭吸附^2＃
污泥堆肥系统	水洗法或化学药液洗脱法或填充塔式生物脱臭＋活性炭吸附

注：1^＃：当臭气的浓度高于表三所列数值时，可设置填充式生物脱臭塔作为前处理。
　　　　2^＃：采用污泥焚烧炉对臭气进行燃烧处理，需考虑焚烧炉不运行时的处理对策。
　　另外，对于小规模的污水处理厂，水泥区的臭气也可统一采用填充式生物脱臭塔＋活性炭吸附法或视其臭气量的多少单独应用活性炭吸附法进行处理.

脱臭法	药液洗脱+活性碳吸附	活性碳吸附	土壤脱臭	填充塔式生物脱臭+活性碳吸附
概要	利用酸、碱、盐等化学物质的氧化、中和反应将臭气成分分解去除。未分解的臭气及药品的气味由后段的活性炭吸附塔除去。	利用添加了化学药品的活性炭的物理吸附及其中的化学反应将臭气成分去除。	利用土壤的吸附作用将臭气成分吸着，土壤中的微生物进一步将其分解。	利用填充层内附着生长的微生物分解臭气。未被去除的臭气用活性炭进一步处理。
脱臭性能低浓度臭气高浓度臭气	◎ ◎ 臭气浓度越高除臭效果越明显。	◎ △ 对低浓度臭气处理效果好。对于高浓度臭气则需要频繁更换活性炭。	◎ × 不用于高浓度臭气处理。微生物易受温度、水分等环境因素的影响。	◎ ◎ 对高浓度臭气的处理性能优越。后段吸附塔出口的臭气强度可达2.0以下。
需要空间 (活性炭法所需空间为1)	○ 1.2--1.5	◎ 1 用地面积最少	× 4～6 室外需有宽阔的空地	○ 1.2～1.5 与药液洗脱法一样
维护管理低浓度臭气高浓度臭气	△ △ 各种风机、控制设备繁多，维护繁杂。需要定期（2-4周/次）补充药品。废液也需处理	◎ △ 管理容易，对于低浓度臭气，约半年-1年要更换一次活性炭。	○ △ 需定时剪草、洒水；当压力损失增大时要松动土壤；如吸附层酸化则调整PH值。	◎ ◎ 对于高浓度臭气，需每年更换一次活性炭。
运行费用低浓度臭气高浓度臭气	△ ○ 臭气中的CO对碱的消耗量大。处理高浓度臭气相对有利。	○ × 吸附剂价格高。若处理高浓度臭气则费用更高。	◎ × 如不考虑人工费则运行维护费用最少。	◎ ◎ 填充层一般不需更换，活性碳的寿命较长。
建设费	△	◎	◎ 如不考虑用地费则最便宜	○ 比药液洗脱+活性碳吸附法便宜
应用	◎ 特别是处理污泥臭气。	◎ 多用于低浓度臭气处理。	○	○ 近年来呈快速上升趋势。

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0级	无臭	3级	臭味明显
1级	微有臭气感觉（仪器检知）	4级	臭气较强
2级	略有臭味的感觉（嗅觉感知）	5级	强烈恶臭

臭气强度	臭气指数	臭气浓度
2.5	10-15	10-32
3.0	12-18	15-63
3.5	14-21	25-126

化学药剂	去除的臭气物质
酸液（盐酸、硫酸等）	NH₃及胺类
碱液（氢氧化钠等）	H₂S及低级脂肪酸类
氧化剂溶液（NaCl₂O、H₂O₂、O₃、K₂MnO₄、K₂CrO₄）	H₂S、 CH₃SH和醛类物质
水	NH₃及胺类易水解性物质