深南电环保利用南山热电厂锅炉烟气余热对南山百富策略白菜网污泥进行干化处置, 是深圳市循环经济示范项目, 总投资约为45 710万元, 分两期建设。已经建成的一期项目投资1.87亿元, 设计能力为处理含水率80%湿污泥400t/d, 采用中低温带式干化工艺, 干化后污泥含水率10%~30%, 可用于开发辅助燃料、有机肥料、建筑辅料等实现综合利用。干化车间采用微负压运行方式, 干污泥出料间、湿污泥间使用1台18 000Nm3/h的风机抽风换气, 这部分臭气经过湿化塔水洗后引入生物除臭滤池。污泥干化隧道、湿料仓、面条机等部位臭气使用1台25 000 Nm3/h抽风机, 设备内负压在-0.2mbar (1bar=0.1MPa) 左右, 臭气经过酸洗、碱洗后再经过生物除臭滤池系统进行后续处理, 最终排放至大气。

除臭系统经过一定时间运行, 效果并不理想, 主要原因是生物除臭滤池填料老化及布水系统布局存在缺陷。为此, 深南电环保在现有的除臭设备条件下对系统进行针对性的改造。

污泥干化工艺车间的臭气设计风量为30 000Nm3/h, 主要处理污泥干化出料间、湿污泥间的臭气。臭气首先经原有湿化塔进行水洗处理后通过风机引入1#除臭生物滤池系统进行处理, 处理后经排放口排至大气。污泥干化隧道臭气源设计处理风量为30 000Nm3/h, 该区域臭气首先经原有的酸洗塔、碱洗塔化学除臭, 而后经引风机引入2#除臭生物滤池系统进行处理。系统改造后处理总风量为60 000Nm3/h。改造工程包括填料更换、喷淋系统更换, 除臭滤池顶部增设玻璃钢盖板, 以及局部玻璃钢风管等。

本次改造工程设计进口臭气浓度如表1所示。

针对以上臭气处理前的臭气成分及浓度值, 设计改造后生物除臭滤池排放口氨气的去除率为90%, 其余臭气种类去除率为85%。

根据填料材质以及塔体的加工方式的不同, 填料主要分为塑料填料、炭质填料、木片填料以及陶粒等无机矿物质填料, 各种填料的性能比较详见表2。

通过对各种填料的综合比较, 充分考虑除臭效果、运行稳定性、工程造价、运行费用、使用寿命长 (不低于15a) 等因素, 决定将现有的树皮填料更换为炭质生物媒填料。炭质生物媒生物滤池处理工艺在日本已属稳定成熟的臭气处理工艺, 最早案例已运行30年未更换填料, 且处理效果良好。

本工程采用的炭质生物媒填料主要参数为:粒度5~10mm, 硬度>12, 充填密度400g/L, 比表面积290m2/g, pH8.32。

炭质生物媒生物除臭技术是用天然植物炭作载体, 将其充填到除臭塔中后, 通过挂膜, 使其表面形成一定厚度的生物膜, 把具有脱臭能力的各种优势菌群固定。含臭气体自下向上通过填料空间, 恶臭成分被截留并分解;填料上部间歇喷水, 保证填料的湿润, 为生物新陈代谢和繁衍提供有利条件。恶臭气体接触到受散水而湿润的充填材 (生物媒) 表面的水膜而溶解, 同时被栖息于充填材 (生物媒) 上的微生物吸收分解和利用, 氧化、分解、利用三种现象是同步进行的。

微生物分解恶臭成分的化学反应式如下:

(1) 硫化氢:H2S+2O2→H2SO4。

(2) 甲硫醇:2CH3SH+7O2→2H2SO4+2CO2+2H2O。

(3) 硫化醇: (CH3) 2S+5O2→H2SO4+2CO2+2H2O。

(4) 二甲二硫:2 (CH3) 2S2+13O2→4H2SO4+4CO2+2H2O。

(5) 氨:NH3+2O2→HNO3+H2O。

(6) 三甲胺:2 (CH3) 3N+13O2→2HNO3+6CO2+8H2O。

从以上的反应所示, 臭气成分会分解成二氧化碳、水和硫酸、硝酸等酸性物质, 适当的散水能冲掉这些酸性物质, 以保持适当的微生物生长的环境。

与其他生物除臭技术相比, 炭质生物媒工艺具有以下特点:

(1) 水的吸收效率高。由于溶解于水中的恶臭成分可同时被炭和生物膜吸附, 水相臭气浓度始终很低, 类似化学吸收, 相间平衡推动力大, 吸收效率高。

(2) 生物降解速度快。生物降解速度与臭气浓度成正比, 普通生物除臭主要靠生物吸附, 而本技术炭质填料与附着在其上的微生物共同吸附降解, 生物降解速率加快。

(3) 恶臭气体净化彻底。恶臭成分复杂需要多种微生物参与降解, 天然植物炭与微生物的相容性好, 有利于多种微生物生长, 可形成生物群落丰富的生物膜, 使各种臭气成分同时有效去除。

(4) 抗负荷波动能力强, 恶臭气体的浓度变化大, 负荷常会发生大的波动。由于炭优良的吸附性能, 可起到调节水相浓度的缓冲作用。提高了系统适应负荷波动的能力。

(5) 重新运行启动容易。由于炭质填料的收纳容量大, 系统在一段时间的停运后, 只要保持散水, 除臭装置在闲置一定时间后可轻松重新启动。

(6) 此外, 由于炭质生物媒填料良好的保湿性能, 喷淋水间歇运行, 水的消耗量少。炭质载体耐生物腐蚀, 填料本身没有损耗, 可长期稳定运行。

本工程改用竹炭代替树皮填料, 需重新布设散水管路, 确保散水能均匀布洒到生物滤池表面;原树皮填料可用自身纤维素分解向微生物提供养分, 维持微生物的生存, 因竹炭填料无纤维素, 故还需增加一套营养液供给系统, 通过散水管道定期向滤池中的微生物提供营养源, 确保微生物的活性。因原树皮滤池采用无组织排放, 整个滤池敞口运行, 环境因素 (日晒雨淋) 对除臭系统的运行有不利的影响。为保证生物滤池不受环境因素的影响, 改造后的生物滤池采用密封运行方式, 对滤池加盖, 并增设排气口。为保障除臭系统的自动运行, 新增设一套PLC控制系统, 用于控制散水系统电动阀、增压水泵的运行。

系统改造后工艺流程如图1所示。

臭气具有一定的腐蚀性, 因此要求收集管道防腐, 且风速不易过低。每个吸风罩上设置调节阀。收集管路上配备相应的风向阀门, 以便于控制。风向阀的开度可调, 且需具有开度显示。主风管、次风管上预留风量测量孔。吸风口风速约1 m/s, 材料一般为玻璃钢材质。

本改造工程原有的收集管路系统相对比较完善, 但污泥干化出料间以及湿污泥间的臭气吸风口需要重新设计更换, 同时工艺要求改造后的两套生物除臭滤池装置可切换使用, 相互备用, 故此处增加一部分管路工程。

保留原有除臭引风机, 并增设1台新风机用于干化车间, 改善作业环境。

生物除臭滤池主要由填料承托台、格栅、池内散水管及散水喷嘴等构成。本次改造在原有滤池结构的基础上选用局部区域进行设计和改造, 同时其他区域的填料也一并清理。池本体原有装备的风管进出接口、填料收纳架、排水管等附件均保留使用。

炭质生物载体是专为生物除臭用途而开发的一种特殊填料, 填料为炭质生物媒载体, 竹炭质填料的有效使用寿命大于10a。

为保证微生物活性, 需有适宜的温湿度环境, 因此增设散水喷头均匀地布置于填料表面上方, 依次轮流散水, 控制填料的温湿度。安装输料管道, 将原屋顶生物滤池中的树皮、木块清除, 作业时管道下方用货车接收输料管道滑落的填料。

为保持栖息于生物填料内部微生物的活性, 设计利用原有生物滤池顶部的自来水主管道作为散水水源, 对炭质生物媒填料表面进行间歇喷淋。原则上每1小时散水1次, 每次1min左右, 具体情况可在调试初期进行相关调整。水洗以及生物滤池内部系统排水仍按原有设计管路系统进行。栖息在填料表面的微生物吸收分解臭气成分后产生的代谢物质溶于喷淋水, 使出水水质呈酸性, 水量较少, 排入厂区废水系统。

本方案中电气设备除利用原有风机外, 还新增了1台加药泵、4个喷水电动阀, 为此增设了1套PLC控制系统。为方便升级改造及备件采购, 与现有控制系统的PLC型号统一, 采用西门子S7-300系列PLC进行控制。系统设有手动/自动功能, 手动状态下, 可单独操作加药泵运行, 对四路喷水电动阀进行开关操作。手动状态为方便检修、调试工作。

首先进行设备内微生物接种及驯化等试运转工作, 并对设备风量/进口臭气成分浓度/喷淋散水量/出口臭气成分浓度/排水pH等进行测试及记录, 一旦喷淋水出水呈弱酸性, 说明生物除臭系统的生物菌种已开始发挥作用。系统试运转调试工作完成后, 再对除臭设备的运行情况进行综合性能检验, 以保证整个生物除臭系统的有效运行。监测数据如表3所示。通过对比可以看出, 改造后的除臭效果有明显的提高。

改造后总投资增加了150万元, 按15年全寿命期费用计算, 老滤池运行/维护总费用约需322.5万元;新滤池运行/维护费用约需104.7万元, 加上改造费用共计254.7万元, 改造后运行费用优于改造前, 并且有效减少维修造成的停产损失。

系统改造后运行稳定, 处理后的废气排放符合国家标准。与原树皮池相比, 竹炭填料的体表面积大, 空隙结构有利于微生物附着生存, 也增加了带除臭气体的停留时间, 增强了除臭效果。竹炭结构强度大, 性质稳定不易分解, 避免因塌陷造成局部密度增加造成气流通过不均匀的情况发生。另外, 生物滤池密封后减少了日晒雨淋对生物滤池除臭效果的影响, 避免了杂草在滤池顶部生长导致气流不畅, 提高除臭效率, 也减少了原树皮、木屑本身腐烂带来的异味。半年来的运行情况表明, 生物滤池除臭系统改造项目有效改善了周边环境空气质量。