日处理1万吨染整废水厌氧生化池废气收集处理系统工程设计毕业作品.docx

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日处理1万吨染整废水厌氧生化池废气收集处理系统工程设计毕业作品

毕-设

业-计

（20__届）

日处理1万吨染整废水厌氧生化池废气收集处理系统工程设计

所在学院

专业班级环境工程

学生姓名学号

指导教师职称

完成日期年月

摘要

针对污水厌氧生化出力时产生废气臭味中，成分复杂的特点，在资料分析的基础上，运用生物吸收技术，确定设计方案，并进行理论计算分析，研究该废气的特性。

本设计采用生物滤池除臭工艺对废气进行处理。

结果表明，该工艺对废气中的硫化氢、氨气等气体可以有良好的去除效率，处理后的废气可达到《恶臭污染物排放标准》二级标准。

该工艺运行成本低，管理简便，可成为污水厂臭气处理的推荐工艺。

关键词：

生物滤池；除臭；废气处理

Withdaily1milliontonsofdyeingwastewateranaerobicbiologicalpoolgascollectionandhandlingsystemsengineeringdesign

Abstract

Outputfortheanaerobicbiologicalwastegasgeneratedwhentheodor,thecompositionofcomplexfeaturesinthedataanalysis,basedontheuseofbio-absorptiontechniquetodeterminethedesignandanalysisoftheoreticalcalculationstostudytheemissioncharacteristics.Thedesignusesabiologicalfilterdeodorizationprocessonthegasforprocessing.Theresultsshowthattheprocessofemissionofhydrogensulfide,ammoniaandothergasescanhaveagoodremovalefficiency,exhaustgasaftertreatmenttoachieve"emissionstandardsforodorpollutants"secondarystandards.Theprocessoflowrunningcosts,managementissimpleandcanberecommendedbythesewagetreatmentplantodortechnology.

Keywords:

Biologicalfilter,deodorant,wastegastreatment

附录A工艺流程图

附录B平面布置图

附录C构筑物图（生物滤池）

附录D废气收集系统图

第1章绪论

1.1污水处理厂臭气特性及治理技术难点

1.1.1污水厂臭气成分

在污水处理厂臭气的成分是多种多样，一般主要由碳、硫、氮等元素组成。

按气体的化学组分不同，将其分为：

（1）含硫的化合物，如H2S、硫醇、硫醚类；

（2）含氮的化合物，如氨、胺类、酰胺、吲哚等；（3）卤素及衍生物，如卤代烃等；（4）烃类，如烷烃、烯烃、炔烃以及芳香烃等；（5）含氧的有机物，如醇、酚、醛、酮、有机酸等。

除H2S和NH3外，恶臭物质大多是有机物。

污水处理厂几种主要恶臭物质成分[1]，详见表1。

表1主要臭气成分

臭气成分

典型分子式

臭气特性

胺类

CH3NH2（CH3）3N

鱼腥味

氨

NH3

氨味

二胺

（CH2）4NH2NH2（CH2）5NH2

腐肉味

硫化氢

H2S

臭鸡蛋味

硫醇

CH3SHCH3SSCH3

烂洋葱味

粪臭素

C8H5NHCH3

粪便味

1.1.2恶臭危害

臭味给人以感官不悦，甚至会危及人体生理健康，诸如呼吸困难、倒胃、胸闷、呕吐等。

它除了刺激人的嗅觉器官使人觉得不舒服外，还对人的呼吸系统、消化系统、内分泌系统、神经系统和精神系统产生不利的影响，高浓度下还会导致急性中毒甚至死亡。

随着人类社会经济的发展，人民生活水平的提高和日益增强的公众环境意识，城市污水处理厂在运行过程中所产生的臭气问题，已经引起社会越来越多的关注。

为了防止和消除城市污水处理厂臭味对周围环境及居民生活的影响，一些发达国家先后制定和逐步完善了一些有关的具体规定。

目前我国兴建的城市污水处理厂大多在大、中城市和旅游景点城镇，有的很难避开居民区、交通要道或村落，因此污水处理厂脱臭问题不可避免地提到议事日程上来，有的已达到急迫需要得到解决的地步。

1.2课题设计意义

污水处理工程是一项利于生态环境、利于人类未来发展的项目，但是由于客观技术的制约，现今的众多污水处理厂都存在着或多或少的环境问题，开放式污水处理过程中的无组织废气排放便是其中的一个方面。

污水处理厂工作人员和生活在周边的居民每天都承受了臭气排放带来的危害，他们的健康遭受了严重的威胁。

纵观世界，在西方发达国家，污水处理过程中的臭气排放问题已经基本得到解决，人类生存环境已经不会因为污水处理而遭受破坏。

而在国内，此类项目仍处于起步发展阶段，我们对污水处理过程中的臭气一方面还不够重视，另一方面也缺乏技术，这直接导致我国在此领域的落后地位。

然而，一些简单的除臭技术已经渐渐应用于我国一些空气环境质量高要求的地区。

要想真正达到较高的空气环境质量，我们必须在此领域作出更大的努力，为人类社会的发展提供一片洁净的空间。

第2章污水处理厂废气处理技术

污水处理厂除臭方法经历了一个发展过程，从最初采用的水洗法，逐步发展到效果较好的微生物脱臭法。

常见的方法有水洗法、活性炭吸附法、催化型活性炭法、臭氧氧化法、燃烧法、纯天然植物提取液喷洒技术、生物脱臭法等。

下面我们将对这些常见的方法进行简单的介绍，并且为此次设计选择合适的工艺。

2.1水清洗和化学除臭法

　　水清洗是利用臭气中的某些物质能溶于水的特性，使臭气中氨气、硫化氢气体和水接触、溶解，达到脱臭的目的。

化学除臭法是利用臭气中的某些物质和药液产生中和反应的特性，如利用呈碱性的苛性钠和次氯酸钠溶液，去除臭气中硫化氢等酸性物质，利用盐酸等酸性溶液，去除臭气中的氨气等碱性物质。

与活性炭吸附法相比较，化学除臭法必须配备较多的附属设施，如药液贮存装置、药液输送装置、排出装置等，运行管理较为复杂，运行费用较高，与药液不反应的臭气较难去除，效率较低。

2.2活性炭吸附法

　　活性炭吸附法是利用活性炭能吸附臭气中致臭物质的特点，达到脱臭目的。

为了有效地脱臭，通常利用各种不同性质的活性炭，在吸附塔内设置吸附酸性物质的活性炭，吸附碱性物质的活性炭和吸附中性物质的活性炭，臭气和各种活性炭接触后，排出吸附塔。

该法与水清洗和药液清洗法相比较，具有较高的效率，但活性炭吸附到一定量时会达到饱和，就必须再生或更换活性炭，因此运行成本较高。

这种方法常用于低浓度臭气和脱臭的后处理。

2.3催化型活性炭法

　　传统的活性炭吸附法存在着活性炭再生费用高、更换活性炭操作麻烦等缺点。

为了改善这些缺点，卡尔冈公司在1994年开发了一种可靠的催化活性炭除臭技术。

该活性炭是烟煤基带增强催化能力的粒状活性炭，具有独特的催化能力和水再生优势，克服了传统活性炭的缺点。

催化型活性炭通过对H2S及其它含硫有机物吸附后，催化型活性炭促进氧化反应，将H2S转变为H2SO4、少量的H2SO3和硫元素。

催化型活性炭只对H2S及含硫有机臭味气体去除率高，对污水厂产生的其它臭味物质去除率不是很高，因此此方法较适宜用在污水泵站除臭中。

2.4臭氧氧化法

　　臭氧氧化法是利用臭氧强氧化剂，使臭气中的化学成份氧化，达到脱臭的目的。

臭氧氧化法有气相和液相之分，由于臭氧发生的化学反应较慢，一般先通过药液清洗法，去除大部分致臭物质，然后再进行臭氧氧化。

　　臭氧对臭味物质氧化分解反应式如下：

R3H→R3N－O＋O2

H2S＋O3→S＋H2O＋O2（主反应）→SO2＋H2O（副反应）

CH3SH＋O3→[CH3－S－S－CH3]→CH3－SO3H＋O2

2.5燃烧法

　　燃烧法有直接燃烧法和触煤燃烧法。

根据臭气的特点，当温度达到648℃，接触时间0.3s以上时，臭气会直接燃烧，达到脱臭的目的。

2.6纯天然植物提取液喷洒技术

　　采用雾化设备将纯天然植物提取液喷洒形成具有很大比表面积的小雾粒，吸附空气中的臭气分子进行反应或催化与空气中的氧气反应，生成无味、无二次污染的产物。

2.7生物除臭法

　　生物除臭法是通过微生物的生理代谢将具有臭味的物质加以转化，达到除臭的目的。

目前国内外污水处理厂采用生物法处理臭气的方法主要有土壤处理法和生物滤池法等，除臭效果较好。

[2]

（a）土壤处理法：

是利用土壤中的有机质及矿物质将臭气吸附、浓缩到土壤中，然后利用土壤中的微生物将其降解的方法。

由穿孔管构成的空气分布系统位于生物土壤底部，收集的臭气藉风机进入穿孔管，然后缓慢的在土壤介质中扩散，向上穿过土壤介质，并暂时的吸附在载体表面或吸附在微生物表面，或吸附在薄膜水层中，然后臭气被微生物吸收，参与微生物代谢，臭气被转化成CO2和H2O。

土壤扩散层由粗、细石子及黄沙组成，可以使臭气均匀分布。

土壤法具有设备简单，运行费用极低，维护操作方便的优点。

（b）生物滤池：

生物滤池法是把收集的臭气先经过加湿处理，再通过长满微生物的、湿润多孔的生物滤层，臭气物质被填料吸收，然后被微生物分解成二氧化碳和其它无机物，从而达到除臭目的。

生物滤池法工艺流程为：

臭气收集→风管输送→抽风机→预洗池加湿→生物滤池→排气。

滤池填料可采用海绵、干树皮、干草、木渣、贝壳、果壳及其混合物等[3]。

生物滤池的缺点是占地较大。

其优点是较经济，来自天然的富含有机成分的多孔渗水填料构造简单，操作方便，无需液体循环系统。

2.8工艺选择

综上所述，对大流量、低浓度的挥发性有机废气的恶臭气体，用物理法和化学法都存在投资大、操作复杂，运行成本高等问题，生物法比物理法、化学法更具优势，是恶臭治理的一个发展方向。

故本设计采用生物滤池除臭工艺。

下面对工艺原理进行简单的介绍：

Ottengraf等提出了生物膜理论，并建立了如图1所示的理论模型来描述低浓度有机废气的净化过程。

孙石等较早地在国内介绍了Ottengraf模型，并认为恶臭气体在生物滤池中的吸附净化一般要经历以下几个步骤[4-6]：

（1）废气中的有机污染物首先同水接触并溶解（或混合）于水中，即由气膜扩散进入液膜；

（2）溶解（或混合）于液膜中的有机污染物在浓度差的推动下进一步扩散到生物膜内，进而被其中的微生物捕获并吸收；

（3）进入微生物体内的有机污染物在其自身的代谢过程中作为能源和营养物质被分解，最终转化为无害的化合物。

在次净化过程中，总吸收速率主要取决于气、液两相中的有机污染物扩散速率（气膜扩散、液膜扩散）和生化反应速率。

图1Ottengraf模型

第3章设计部分

3.1厌氧生化池设计

本设计中，处理的废体来源是污水处理厂的厌氧生化池，日处理量为1万吨。

先对该厌氧生化池的构造进行设计，从而设计废气收集系统。

设计流量：

10000m3/d，每小时500m3

设计容积负荷为Nv=2.0kgCOD/（m3.d），COD去除率为60%。

则厌氧池有效容积为：

V1=10000×（1500-600）×0.001/2=4500m3

据资料，经济的厌氧池高度一般为4～6m，并且大多数情况下这也是系统优化的运行范围。

厌氧池的池形有矩形、方形和圆形。

圆形厌氧池具有结构稳定的特点，但是建造圆形厌氧池的三相分离器要比矩形和方形的厌氧池复杂得多。

因此本次设计选用矩形厌氧池，从布水均匀性和经济考虑，矩形厌氧池长宽比在2：

1左右较为合适。

设计厌氧池有效高度为h=5m，则横截面积

S=4500/5=900m2

设计厌氧池长约为宽的2倍，则可取L=44m，B=22m；

一般应用时厌氧池装液量为70%～90%，本工程中设计反应器总高度为H=6.5m，其中超高0.5m。

厌氧池的总容积V=22×44×6=5808m3，有效容积为4500m3，则体积有效系数为77.5%，符合有机负荷要求。

[7]

3.2工艺流程

图2生物滤池工艺流程图

生物除臭滤池由臭气收集系统、灰尘分离系统、废气增湿系统、水源输送、生物滤池，滤液排放等几个部分构成。

其工艺流程图如图2所示。

3.3恶臭物质浓度及排放标准

3.3.1主要恶臭物质浓度设计值

H2S浓度为0.75～1.50mg/m3，NH3浓度为0.50～2.83mg/m3，臭气浓度（气味值）为250～4000。

H2S原始设计浓度为1.50mg/m3，NH3原始设计浓度为2.83mg/m3。

3.3.2除臭排放标准

由于该污水厂位于城市商业、交通、居民混合区，属环境空气质量功能二类区，根据《环境空气质量标准》（GB3095—1996）的规定，其环境空气质量执行二级标准。

臭气处理后排放根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918—2002）、《恶臭污染物排放标准》（GB14554—93）、《工作场所有害因素职业接触限值》（GBZ2.1—2007）的要求，按照从严的原则确定除臭排放标准如下:

H2S≤0.06mg/m3，NH3≤1.50mg/m3，CH4≤1mg/m3，甲硫醇≤0.007mg/m3，甲硫醚≤0.07mg/m3，二甲二硫≤0.06mg/m3，臭气浓度（气味值）≤20。

3.4收集与输送系统

3.4.1加盖设计

除臭工艺的第一个重点是建立臭气收集系统，理想的臭气收集系统是对臭气污染源在最小的范围内进行封闭和直接收集。

为了减少臭气对周围环境的影响，设计中对产生臭气的厌氧生化处理池采取了加盖封闭措施。

具体做法是在构筑物水面上加一个高度2-4m的盖，将污水水面罩住。

加盖材料有多种，在综合考虑投资、耐腐蚀性、可靠性和美观性的基础上，加盖材料采用钢支承反吊氟碳纤膜结构。

污水池加盖现行的方法有如下三种：

1．普通碳钢骨架＋阳光板；2．不锈钢骨架＋玻璃钢板；3．膜结构+金属骨架。

上述1、2两种结构形式的钢支承部分不可避免地放在顶盖内部，由于池顶加罩后使其内部腐蚀性气体浓度成倍增加，在阳光辐射下温度很高，内部的钢结构极易腐蚀，一般寿命在3～5年，即在短时间内就面临整个结构的二次建设。

实践证明即使是钢构采用不锈钢材质，在腐蚀性环境中耐久性仍得不到保证，而且成本非常高。

而第3种膜体系成功解决了这个难题，充分发挥了材料自身的优势。

膜结构也称织物结构，它以性能优良的柔软织物为材料，由内部空气压力支承膜面，或利用柔性钢索和刚性支承结构使膜面产生一定的预力，从而形成具有一定刚度并能覆盖大空间的新型空间结构体系。

膜结构一般可分为空气支承膜结构（即充气式膜结构）、张拉式膜结构及骨架支承式膜结构三种，它们具有不同的结构特点、建筑表现形式，适应不同的应用场所。

钢支承反吊氟碳纤膜结构是专门针对污水池加盖开发的新型结构方式，选用了耐腐蚀的氟碳纤膜作为覆盖材料，并通过反吊的形式来适应污水池的腐蚀性环境。

膜结构具有以下四点特性

1．耐久性

钢支承反吊氟碳纤膜结构的巧妙之处在于“反吊”，采用了抗腐蚀能力很强的氟碳纤膜把废气罩住，钢结构在外侧将氟碳纤膜悬吊。

这样既充分发挥了氟碳纤膜的抗腐蚀性能，又从根本上解决了钢结构与腐蚀性气体接触带来的腐蚀问题，因而钢构件可以按普通建筑结构等级考虑，具有50年的使用寿命，充分发挥了钢支承的结构性能，实现了结构骨架与覆盖材性能的完美结合。

2．安全性

钢支承反吊氟碳纤膜结构对荷载的抵抗能力更强，常见的结构荷载主要为自重，风载，雪载和地震作用。

（1）自重氟碳纤膜自重一般只有1kg/m2左右，属于轻质高强的材料，对于大跨度的池体如沉淀池等尤为适合，从最大程度上减小了覆盖材自重荷载的影响。

另外阳光板和玻璃钢板需要大量的檩条支承，而膜是通过预力张拉体现结构行为的材料，因此可以做到较大跨度而中间不需要任何支撑杆件，这样钢构件的自重也大为减小。

（2）风载氟碳纤膜的形状多为圆锥体，而且由于气体收集的要求整体都为封闭的，风会从曲线的膜面滑过，参照《建筑结构荷载规范》中的规定它的体形系数值在0.5~0.8，风洞试验的数据则更小些，这样从体型上削弱了风载对结构的影响。

处于台州地区的永宁制药厂污水池采用了钢支承反吊氟碳纤膜结构，经历了今年最强的台风“卡努”（最大风力17级），结构完好无损，也充分体现了它的抗风优势。

（3）雪载氟碳纤膜结构是属于张拉体系，必须形成比较大的负高斯双曲面才能使预应力有效施加，因此膜面必须有大的高差，即能形成相对大的坡度。

另外膜的表面十分光滑，使雪能很难堆积在膜面上，积雪系数可根据高差参照《建筑结构荷载规范》进行选取，也可有条件自行做滑雪试验。

（4）地震作用由于膜自重很小，而且结构属于柔性体系，自振周期长，根据公式地震惯性力I（t）＝－m[ÿg（t）+ÿ（t）]，可见当质量m较小，自振周期t较大时，地震作用很小，因此可以大幅度地减少地震作用的影响。

3．安装快捷，检修方便

（1）安装快捷钢支承和膜体的加工都在工厂进行，加工质量得到可靠保障。

现场安装时间短，减少了对场地的占用。

尤其是旧池改造项目可采取结构整体吊装，不影响池体内部的设备运转。

（2）检修方便由于工艺上的要求，需要定期对设备维修和检查，可以通过在边膜上预留门和通道的方式解决，参见巴黎污水池图可知这种结构实现开门开窗十分便捷，可满足任何工艺上的需求。

4．美观性

（1）形式灵活多样钢支承反吊氟碳纤膜结构可根据场地条件的不同，设计与周围环境相协调的外观，充分显示了柔性结构的特点。

（2）光学美感氟碳纤膜材料的透射率约为6％，在日照下结构内部具通透性和明亮度，能满足内部设备检修的需求，在夜间灯光照明时，光线透过膜材能达到特殊的建筑效果。

（3）自洁性氟碳纤膜的表面处理具有良好的自洁性能，限制了灰尘堆积，便于维护，其抗污染能力远远超过传统覆盖材，能使建筑保持清洁的外观。

（4）造型美观钢结构骨架粗犷壮观，充满阳刚的力感美，而氟碳纤膜则外观优雅，显得轻盈而飘逸，充满阴柔的曲线美，可谓刚柔并济，相得益彰。

在平淡的厂区必将形成一道亮丽的风景线，成为工厂具标志性的建筑，使其充满工业现代化的气息。

5．经济性

经济性分析以15年作为一个计算周期，对三种污水池加盖系统进行比较可见，作为短期投入（5年）经济性考虑，普通碳钢＋阳光板的结构形式是相对经济的，但从长期投入（15年）经济性考虑，普通碳钢（反吊）＋氟碳纤膜的结构形式的经济性远远超出其它两种结构，而且二次更换只需要更换氟碳纤膜部分，而其它两种结构需要整体更换。

废气治理作为一个长期行为，从深远的意义上讲钢结构反吊氟碳纤膜结构应是首选。

设计中矩形厌氧生化池采用钢结构反吊氟碳纤膜结构三视图如图3-4，具体尺寸见附录图D。

图3实物样式图

图4钢结构反吊氟碳纤膜结构三视图

3.4.2风量计算

污水厂臭气量的计算基本上有下列几种方法：

①根据水面积确定臭气量；②对构筑物整体加盖，根据臭气空间容积确定脱臭气量；③对水池局部加盖，根据开口面积和风速确定脱臭气量；④根据设备台数确定脱臭气量。

本工程的风量根据臭气空间容积和换气次数确定，换气次数根据室内是否进人确定取值范围：

不进人或一般不进人的地方，换气次数约为2～3次/h；有人进入，但工作时间不长的，换气次数约为2～3.5次/h；有人长时间工作的空间，换气次数为4～8次/h。

本设计根据臭气空间，按换气次数为2次/h。

根据加盖系统的尺寸，该污水厂厌氧生化池加盖后臭气空间约为3700m3，则生化池处理气量按7000m3/h来考虑。

3.5除尘系统

空气中含有一定量的颗粒物，在生物过滤系统中容易堵塞管道，所以必须对气体进行预处理除尘。

原理同污水处理厂鼓风机房所用的除尘系统一致。

该设计中的除尘系统目的是去除空气中的细小颗粒，所以去除负荷不大，所以采取简易的空气过滤器

此次设计采用无锡市宏博净化设备有限公司的ZKL自洁式空气过滤器。

具体参数如表2。

具体原理见图5。

表2ZKL120自洁式空气过滤器参数

型号

最大空气过滤量m3/min

初阻损pa

过滤精度um/效率%

消耗功率

电源Ac

反吹气压Mpa

外形尺寸m

质量t

出口管径D

ZKL120

120

≤150

≥1/99.96

100

220V

0.45-0.8

1.8*1.2*1.8

1.2

306

⒈一级粗过滤箱 ⒉高效过滤筒⒊密封垫圈⒋文氏管⒌净气管⒍集气管⒎净气出口管 ⒏负压探头⒐负压差控制仪⒑负压差报警器11、反吹气喷咀12、脉冲电磁阀13、油水分离器14、编程控制器（PLC）15、控制仪16、压缩空气入口17、电源插头

图5除尘系统

3.4加湿系统

为达到最好的臭气处理效果，废气需保持一定的湿度。

本设计采用喷淋加湿系统，整一个加湿系统的为一立方体结构，通过潜水泵水泵将立方体底部的水源输送至箱顶的喷淋装置，使得通过气体的含水率达到90%以上。

结构如图6所示。

图6加湿系统

3.5生物过滤系统

3.5.1生物滤池的选型

图7平面型生物滤池

生物滤池的类型可分为平面型生物滤池、阶层式生物滤池、集装箱式生物滤池、塔式生物滤池。

（1）平面型生物滤池。

它是最常用的型式，废气滤料表面负荷一般为35-250m3/（m2·h），滤池高度一般为0.5-1.5m，空气分配系统有孔式和缝隙式∀平面型生物滤池最大面积可达2000m2以上废气净化能力达10万m3/h。

（2）阶层式生物滤池。

它由几层生物滤池组成，此形状节省占地，但建设费用高，滤料添加困难，主要用于工业废气的处理。

（3）集装箱式生物滤池。

它是面积小且可移动的生物滤池，也可建成多层式或串并联式，它所需的增湿系统、鼓风机和监测系统也可集中到集装箱内，废气滤料表面负荷一般为50-500m3/（m2·h）。

（4）塔式生物滤池。

占地少，塔内滤料高度可达6m以上，采用合适的滤料可使压力损失减少，滤料可从下部移出，增湿后重新从上部加入，从而可简单迅速地交换滤料。

[8]

本设计采用的是普通的平面型生物滤池。

如图7所示。

3.5.2设计参数的确定

为了保证设备的正常运行和对恶臭物质的高效。

去除率，工艺参数的选择和确定是极为重要的。

一般生物除臭滤池的主要设计参数如表3所示。

[9]

表3　主要工艺参数

参数

设计运行范围

风管风速/（m·s-1）

≤12

停留时间/s

15～100

压力损失/Pa

70～120

填料高度/m

0.5～1.5

温度/℃

10～35

表面负荷/（m3·m-2·h-1）

50～200

有机负荷/（g·m-3·h-1）

10～160

臭气湿度/%

≥90

臭气去除率/%

95～99

pH值

6～9

根据污水处理厂厌氧生化池臭气量及臭气处理设施的建设情况，本工程设置1套生物滤池除臭装置，处理臭气能力为7000m3/h。

具体设计参数如下：

生物滤池高度为2.5m；滤池表面负荷为176.8m3/（m2·h）；停留时间为50.9s；填料高度为0.8m；生物滤池尺寸为8.0m×5.0m×2.5