污水处理过程中的恶臭污染与控制

文摘   其他   2024-04-05 17:45   英国  

作者:王灿,王永超

单位:天津大学


污水处理厂恶臭异味污染问题

近年来,随着城乡基础设施建设的完善,城镇污水处理厂的数量与日俱增,周边也出现越来越多的居民区。城镇污水处理厂在运行过程中会释放出大量的恶臭物质,这些物质成分复杂,具有易挥发性、腐蚀性和刺激性强等特点,严重影响污水处理厂工作人员以及周围人们的身体健康,居民环境受到严重的威胁。其中,恶臭物质排放质量浓度相对较高的单元为预处理工段(例如格栅和初沉池等)、厌缺氧工段及污泥处理工段,并且主要恶臭物质为硫化氢,硫醇及其他挥发性有机化合物等。因为其气味阈值较低,所以对周围环境的影响十分严重,并且由于恶臭异味污染引起的污水处理厂投诉案件与日俱增。因此,随着人们对环境质量和身体健康的日益关注,高效恶臭控制技术需求尤为迫切。国际水协会恶臭与挥发性物质专家组(IWA Odours and Volatile Emissions Specialist Group)是IWA50多个专家组中唯一一个涉及气体污染的专家组,聚焦于水生产、使用和处理过程中产生的恶臭与挥发性污染物。

关于IWA Specialist Groups

https://iwa-network.org/iwa-specialist-groups/

生物除臭技术

恶臭污染物治理工艺主要可以分为物理法、化学法及生物法。与其他恶臭治理方法相比,生物法具有成本低、二次污染小、工艺条件温和、生态友好等优势,因此成为城镇污水处理厂中最为广泛应用的恶臭治理技术。恶臭生物处理技术主体由填料层及其表面附着的微生物组成,在微生物的代谢作用下,将恶臭污染物净化为二氧化碳,水等无害物质排出,同时将部分物质转化为自身细胞用于增长繁殖。生物法对恶臭异味的处理效率极高,一般能够达到90%以上,广泛用于各类污水处理厂的恶臭异味污染控制减排。

图1 生物除臭技术示意图
生物除臭技术面临的挑战
尽管已经广泛应用,但生物除臭技术法在应用过程中也存在一些技术瓶颈问题。例如,生物滤塔的填料层结构对其去除性能至关重要。然而填料层堵塞是生物除臭技术的一个普遍问题,也是限制生物滤塔应用的技术瓶颈。长期运行过程中,填料的重力、喷淋操作和生物量积累会对填料层产生压力,导致填料破碎、压实,进而导致填料层结构发生变化。此外,在生物滤塔运行过程中,填料表面生物膜的形成是决定运行性能的重要因素之一,过多的生物膜形成会造成其过度积累,进而导致填料层堵塞,降低填料层的孔隙率,引起压降的急剧升高,最终导致去除效果下降,影响长期运行稳定性。
图2 生物除臭运行过程中面临的堵塞和不稳定问题
生物除臭技术的创新与发展
针对生物除臭技术长期运行稳定性降低等问题和挑战,来自天津大学的王灿教授团队通过十余年的技术攻关,形成系列创新成果。
1、填料层结构定量及表征方法
长期运行过程中,填料的重力、喷淋操作和生物量积累会对填料层产生压力,导致填料破碎、压实,进而导致填料层结构发生变化。本项目提出了空隙率、当量直径、填料因子等填料层
结构特性参数,定量表征了填料层对气流的阻滞作用。建立了示踪剂脉冲法,在生物滤塔进口注入示踪剂脉冲,在出口监测示踪剂的浓度,得到示踪剂浓度随时间变化的填料层分子停留时间分布(MRTD)曲线,通过分析 MRTD 曲线,获得了填料层的比表面积等特征参数。本项目建立的表征填料层结构特性的分析方法,为定量评价和分析填料层变化特征提供了技术手段。
2、填料层结构优化技术方法开发
开发了基于高机械强度网格化 3D-matrix 材料的填料层结构优化技术。构建了以 3D-matrix 材料为骨架填料的 3D-matix 生物填料层,在 3D-matix 材料的网格内装填料,在填料表面进行挂膜。长期运行结果表明,3D-matrix 材料能很好保护网格内的填料,有效支撑了填料层结构,3D-matix 生物滤塔的空隙率、当量直径、比阻、阻力等填料层特征参数较传统填料层变化较小。因此,3D-matrix 生物滤塔对恶臭气体表现出更稳定的去除性能。此外,基于微生物包埋技术,以聚乙烯醇、海藻酸钠、活性炭为原料,开发了机械性能良好的新型凝胶胶囊,将微生物菌剂包裹在胶囊内,有效控制了由于生物量的过量积累导致填料层堵塞的发生。凝胶胶囊填料的最大应力、最大垂直应变和最大水平应变、抗压强度和泊松比等机械参数测试结果表明其支持长期稳定运行的性能。
3、生物量控制技术创新
基于微生物种群通讯对生物膜形成的影响机制,开发了物种通讯中断的生物量控制新技术,在不中断生物技术运行的同时,有效控制了长期运行过程中的生物量过量积累,实现了生物过滤长期稳定高效运行。长期运行结果表明,群体感应淬灭技术可以在长期运行过程中保持运行的稳定性,在喷淋过程中使生物膜冲脱到渗滤液中,降低生物量积累37.5%以上,持续保持低压降运行,显著提高了恶臭处理效果。
参考文献:
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