近年来, 随着城市化的不断扩张, 作为公共服务设施的医院也在不断改扩建中, 作为医院配套设施的污水处理站也越来越受到人们的关注[1]。污水处理站在运行过程中不可避免地产生一些有害臭气, 臭气扩散将对周围环境产生一定程度的不良影响, 使人产生不愉快的感觉并有害于人体健康, 尤其容易诱发一些呼吸道疾病, 因此, 臭气污染治理已成为一个迫切需要解决的问题[2]。

目前, 恶臭常用处理方法有水洗法、药液清洗法、活性炭吸附法以及生物除臭法等[3,4,5,6]。低温等离子除臭是一项新型的除臭技术, 近年来, 越来越多地被运用于恶臭气体处理[7,8,9,10]。与其他污染治理技术相比, 等离子体法具有处理流程短、运行能耗低、适用范围广、无二次污染等优点, 污水站除臭领域有十分广阔的前景。

本次研究实例为上海阳光康复中心污水处理站采用低温等离子技术对污水站进行除臭。

上海阳光康复中心位于上海市松江区光星路2209号, 污水处理站于2016年1月投产, 采用A/O工艺, 处理规模9m3/h。污水主要源于住院病床等产生的废水, 主要污染物为有机物, 微生物、病毒、病源体等。污水处理工艺流程见图1。

污水处理站在运行过程中污水处理系统和污泥处理系统都会产生臭气[11]。主要成分有氨气和硫化氢等[12]。本项目污水处理构筑物采用地埋式结构, 操作间建于水池上部, 导致水池顶部的人孔冒出的臭气进入操作间, 从而影响操作人员的正常工作。

低温等离子体是继固态、液态、气态之后的物质第四态, 当外加电压达到气体的放电电压时, 气体被击穿, 产生包括电子、各种离子、原子和自由基在内的混合体。放电过程中虽然电子温度很高, 但重粒子温度很低, 整个体系呈现低温状态, 所以称为低温等离子体。低温等离子体降解污染物是利用这些高能电子、自由基等活性粒子和废气中的污染物作用, 使污染物分子在极短的时间内发生分解, 并发生后续的各种反应以达到降解污染物的目的。

该低温等离子除臭系统由臭气收集系统、臭气处理系统以及排放系统组成, 流程图见图2。

通常, 对于无人进入的非工作密封空间换气次数取1~3次/h;对于偶尔有人进入的非工作密封空间换气次数取5~6次/h;对于人员进入不是特别频繁的工作密封空间换气次数取6~8次/h;对于人员进入交频繁的工作密封空间换气次数取8~12次/h[12]。由于该污水处理站位于上海阳光康复中心住院部旁, 人员频繁经过, 本设计换气次数取10次/h, 除臭风量见表1。

根据以上计算, 臭气量按1800m3/h设计。

(1) 收集。臭气的收集可分为密闭抽吸处理和分散处理两大类。其中, 密闭抽吸处理是将臭气密闭在某一空间内, 与外界隔离, 通过风机将臭气抽出, 经臭气处理装置净化后排放[13]。

(2) 抽吸。按照气体的抽吸方式, 可将抽吸系统分为面抽和点抽。面抽是将除臭的管道直接通入到构筑物进行臭气收集;点抽是在设备上寻找臭气的收集口用管道连接或是将设备小面积地用轻型材料罩起来, 从而减小污染源[13]。

针对本项目, 水池全部是地埋式, 故采用密闭点抽处理, 即每个水池接1根收集支管, 然后各支管汇集至1根主管, 再进入臭气处理装置。风管采用耐腐蚀性的UPVC材质, 风管规格计算如下:

式中:Q-臭气量, m3/h;v-管内流速, 取值6~8m/s。

根据风量选离子除臭装置, 具体参数如下:

型号:ZLDL-QY5, 风量:1800m3/h, 尺寸:1000mm×1105mm×950mm, 发生器组成:1组蜂窝电场发生器、1组电控制柜、2组均风装置。

电压:220V, 功率:0.7k W, 重量:300kg, 主体材质:201不锈钢。

(1) 风机。型号:F4-72No 2.8A, 风量:1800m3/h, 风压:800Pa, 转速:2900r, 功率:1.1k W, 主体材质:玻璃钢。

(2) 排放管。输送管道位于室外, 采用不锈钢圆形管道, 所有支架及配件均采用304不锈钢材质。

排气管采用不锈钢圆形管道, 设计计算同收集风管, 根据周边情况, 依照相关排放标准将其高度设计为15m。

根据上海阳光康复中心污水处理站的操作环境要求, 为评价运行效果, 在除臭设备进出口设采样点, 在每个监测点定期取样检测, 废气的排放浓度均达到《医疗机构污染物排放标准》 (GB18466-2005) 标准要求, 结果见表2。

上海阳光康复中心污水处理站采用低温等离子除臭技术, 对污水处理系统进行除臭处理, 在实际的运行中:

(1) 低温等离子体对恶臭污染物去除效率高、无二次污染, 处理后尾气达到《医疗机构污染物排放标准》 (GB18466-2005) 标准要求。

(2) 低温等离子除臭系统体现了较好的经济性, 处理臭气, 1000m3/h功率在1.0k W以下。

(3) 系统对H2S的去除率达到95%以上, 对NH3的去除率达到90%以上, 对其它VOC气体的去除率也能够达到80%以上。