新型高效智能型复合式恶臭气体处理装置结构及应用

作者:尤嬿
单位:上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司
摘要:介绍一种超高效智能型复合式恶臭气体处理专利装置。针对污水处理厂除臭现状, 此种新型高效除臭装置的每个处理单元可灵活组合, 能够适应不同季节臭气源强度浓度的波动, 运行稳定、节能, 工艺切换简单灵活, 臭气去除率高。
关键词:污水处理厂 除臭装置 结构
作者简介:尤嬿, 通讯处:200092上海市中山北二路901号 E-mail:youyan@smedi.com;

 

0 引言

   2012年上海市政工程设计研究总院 (集团) 有限公司 (下称上海市政总院) 承接全国最大规模污水处理厂———上海白龙港污水处理厂提标改造一期 (除臭) 工程项目。

   针对目前除臭设备无法满足上海市规定的厂界、排气筒及总去除率3项除臭指标达标要求的现状, 技术人员积极投身除臭新技术研发, 成功研制出一种超高智能型复合式恶臭气体处理装置 (专利号ZL201521019749.7) 并实现其产业化, 获得良好市场效益。2016年, 该专利项目荣获上海市第八届发明创造专利奖和实用新型专利奖。

1 技术背景

   近年来, 我国越来越重视对恶臭的监测与防治, 人们对生活环境友好的需求越来越强烈。城市污水处理厂、污水泵站等, 常年超标释放诸如硫化氢、氨、甲硫醇、甲硫氢、三甲胺、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯等恶臭气体污染周边环境, 厂群矛盾突出, 投诉不断, 导致地块贬值, 投资价值受到严重影响。

   在已有的臭气治理行业中, 单一除臭工艺和设备较多, 但除臭效率有限, 一般在99%以下且运行多缺乏稳定性。而实践表明部分恶臭释放场所加盖封闭后臭气浓度 (恶臭气体用无臭清洁空气进行稀释到刚好无臭时所需的稀释倍数) 甚至高于100万, 既使把臭气浓度去除99%, 稀释倍数仍为1万。

2 装置优势

   研制超高效除臭复合成套装置的目的在于使其能够适应不同季节天气臭气源强浓度的波动, 运行稳定、节能, 工艺切换简单、灵活, 臭气去除率达到99.99%以上, 具有独创性。

   (1) 能够智能切换不同组合的除臭工艺, 适应不同时段恶臭气体组分和浓度的波动。该装置集成了生物、化学、物理等多种气体处理单元为一个系统, 并设有气体在线监测反馈单元, 系统可根据季节、天气的不同自动采样测定恶臭气体浓度, 智能切换气体处理单元的先后顺序, 保证除臭效果稳定。

   (2) 臭气去除率高达99%以上, 传统产品的臭气去除率为80%~95%, 多级气体处理单元的串联设计解决了传统单一除臭设备效率有限且缺乏稳定性的难题。

   (3) 装置寿命可达15年以上, 系统根据pH和ORP全自动运行, 无需人工干预, 节省人工成本。

   (4) 装置采用污水处理厂再生水代替自来水喷淋滋养微生物降解恶臭气体且用水量极少, 每处理1万m3气体用水量仅0.67m3, 节约用水量。

   (5) 装置设计节约材料, 底部本身作为循环水池使用, 无须另建水池。装置采用的炭质填料具有比表面积大、强度高、吸附性能强等优良特性, 比同类产品的比表面积大1倍以上。

3 工程应用

   根据本发明研发的产品“超高效智能型复合式恶臭气体处理装置”在上海市重大工程———白龙港污水处理厂提标改造一期 (除臭) 工程中得到首次应用并取得成功, 环境效益和经济效益显著。

3.1 工程简介

   上海白龙港污水处理厂位于浦东新区合庆镇朝阳村, 是上海市污水治理二期工程的一个重要组成部分, 目前处理规模达280万m3/d, 是亚洲最大的污水处理厂, 处理能力约占上海城市污水处理量的1/3。

3.2 社会效益

   “白龙港污水处理厂提标改造一期 (除臭) 工程”包括加盖密封、负压吸引、集中除臭等, 臭气总处理能力175万m3/h, 项目于2016年6月21日通过竣工验收, 每年可削减恶臭污染物H2S排放量81.55t、NH3排放量13.80t, 减少污染物对周边环境和居民造成的影响, 环境效益显著, 得到了市政府领导的充分认可。

   脱臭工程运行后, 可达到上海市规定的3项除臭去除率指标, 同时, 新增利润约900万元/年。

3.3 工程实例

   如图1及图2所示, 这种超高效智能型复合式恶臭气体处理装置, 包含:进气单元, 含进气管101;以及依次通过管道连接的第一到五气体处理单元 (201~205) ;进气管101通过管道分别连接至第一到五气体处理单元 (201~205) 的进气口;排放单元300, 与第五气体处理单元205的出气口通过管道连接;三通分流阀400, 其进气口与排放单元300的出气口通过管道连接, 三通分流阀400的两个出气口分别连接排气管401及回气管402, 回气管402通过管道连接至进气管101的入口;电控单元500, 分别与第一到第五气体处理单元 (201~205) 及三通分流阀400电连接。

   该项处理装置还包含一抽风机600, 其可以选择设置在第五处理单元205的出气口与排放单元400连接的管道上, 如图1a所示;或者设置在进气管101与第一处理单元201的进气口连接的管道上, 如图1b所示;在本实用新型的优选实施案例中, 抽风机600为变频风机, 适应风量及风压的波动。所述的排放单元300为排气筒或土壤滤池;排气筒为有组织排放;土壤滤池为无组织排放, 用户可根据需要选择, 图2及图3为该装置三级气体处理单元的平面与剖面示意。

图1 超高效智能型复合式恶臭气体处理装置的实例示意

   图1 超高效智能型复合式恶臭气体处理装置的实例示意

    

   第一处理单元201为洗涤除臭成套设备;第二处理单元202为生物除臭成套设备;第三处理单元203为光解除臭成套设备;第四处理单元204为活性炭吸附除臭成套设备;第五处理单元205为离子除臭成套设备;在另外一些实施案例中, 处理单元可以为洗涤除臭模块、生物除臭模块、光解除臭模块、活性炭吸附除臭模块、离子除臭模块或其他成熟的除臭处理工艺中的任意一种。

   如图2及图3所示, 洗涤除臭成套设备, 包括药剂洗涤塔2011及配套仪表、检修孔2012、爬梯2013、药剂储罐2014、围堰2015、废液槽2016、加药泵2017、进出围堰楼梯2018及连接管线等;药剂洗涤塔2011采用酸碱液或水、化学氧化剂或助溶剂等物质的洗涤剂和臭气充分接触混合, 将气体中可溶解的恶臭物质溶于水或使臭气中的污染物与洗涤剂中的化学药剂发生化学反应, 将恶臭气体去除, 在本实用新型的优选实施案例中, 药剂洗涤塔2011设置尾气除雾及中和装置, 防止对串联工艺产生不利影响。

   生物除臭成套设备, 包含生物除臭滤池2021、钢梯2022及检修孔2023采用树叶、树皮、木屑、土壤、泥炭等有机物质作填料。臭气经过表面长有微生物的填料层, 恶臭气体经传质和生物降解被去除, 包括生物过滤或生物滴滤工艺, 气体通过填料的停留时间不宜小于15s, 气速不宜大于200~500m/h, 单层填料层高度不宜超过3m。寒冷地区可适当增加生物处理装置的空塔停留时间。

   光解除臭成套设备, 包括光解反应器2031、滤网等配套装置, 光解反应器2031释放波长为160~280nm的紫外光与气流中的氧共同作用产生臭氧、羟基自由基等强氧化活性基团, 与恶臭气体发生氧化反应将其降解。

图2 超高效智能型复合式恶臭气体处理装置三级气体处理单元串联平面

   图2 超高效智能型复合式恶臭气体处理装置三级气体处理单元串联平面

    

图3 超高效智能型复合式恶臭气体处理装置三级气体处理单元串联剖面

   图3 超高效智能型复合式恶臭气体处理装置三级气体处理单元串联剖面

    

   活性炭吸附除臭成套设备中活性炭填料宜采用颗粒活性炭, 颗粒粒径宜3~4mm, 孔隙率宜为0.5~0.65, 比表面积不宜小于900 m2/g, 填充密度宜为350~550kg/m3, 恶臭气体吸附在活性炭微孔结构内, 利用活性炭床的媒介和催化氧化作用将其分解。

   在离子除臭成套设备中, 以离子管为离子发生部件, 通过电离或其他类似手段产生大量的新生态氢、活性氧和羟基氧等较高能量的活性基团与恶臭气体发生氧化反应将其分解。

   超高效智能型复合式恶臭气体处理装置还包含4个开启角度可调的第一风量控制阀 (701、702、703、704) , 分别电路连接至电控单元500, 1个设置在第一气体处理单元201与第二气体处理单元202连接的管道上;1个设置在第二气体处理单元202与第三气体处理单元203连接的管道上;1个设置在第三气体处理单元203与第四气体处理单元204连接的管道上;1个设置在第四气体处理单元204与第五气体处理单元205连接的管道上。

   另外, 装置还包含一超越单元。其中包含超越管道801, 超越管道通过5条支路分别连接至第一气体处理单元201与第二气体处理单元202连接的管道, 第二气体处理单元202与第三气体处理单元203连接的管道, 第三气体处理单元203与第四气体处理单元204连接的管道, 第四气体处理单元204与第五气体处理单元205连接的管道, 第五气体处理单元205与排放单元单元300连接的管道, 且每一条支路上设置有开启角度可调的第二风量控制阀 (802、803、804、805) , 分别电路连接至电控单元500。

   进气单元的进气管引自需要抽风除臭的构 (建) 筑物收集干管, 它包含5个开启角度可调的第三风量控制阀 (102、103、104、105、106) , 用于控制恶臭气体流向, 分别电路连接至电控单元500, 1个设置在进气管101与第一气体处理单元201进气口连接的管道上;1个设置在进气管101与第二气体处理单元202进气口连接的管道上;1个设置在进气管101与第三气体处理单元203进气口连接的管道上;1个设置在进气管101与第四气体处理单元204进气口连接的管道上;1个设置在进气管101与第五气体处理单元205进气口连接的管道上。

   装置还包含两个判断气体组分及浓度的气体在线监测反馈单元 (901、902) , 分别电路连接至电控单元500, 其中一个设置在进气管101的入口处, 另一个设置在排放单元300的出气口处, 以驱使所述的电控单元500根据气体组分及浓度控制第一气体处理单元201、第二气体处理单元202、第三气体处理单元203、第四气体处理单元204及第五气体处理单元205中一个或多个开启;控制第一风量控制阀 (701、702、703、704) 、第二风量控制阀 (802、803、804、805) 及第三风量控制阀 (102、103、104、105、106) 的开启角度;控制三通分流阀400的开启方向;电控单元500能够自动进行故障诊断, 报警功能。

   气体在线监测反馈单元包含依次连接的气体浓度测试仪及信号上传模块, 气体浓度测试仪用于判断气体组分及浓度, 信号上传模块与所述的电控单元500连接;气体浓度测试仪包括但不限于硫化氢浓度测试仪、氨气浓度测试仪等。

3.4 与现有技术相比所具备的优势

   在现有技术中, 无论是单一或者复合除臭设备, 往往存在结构及功能布置不合理, 运行方式不灵活, 在气体排放等各项指标上难以突破, 稳定性不足, 很难适应不同气候条件中臭气源强浓度的波动等问题。

   而在本实用新型装置中, 每个气体处理单元都可以和后续的气体处理单元串联运行, 也可以单独运行。串联运行的气体处理单元数量根据需要抽风除臭的构 (建) 筑物恶臭气体浓度、组分变化分析确定, 或者根据气体处理单元运行状态的变化 (如停运检修) 灵活机动组合。气体处理单元之间通过电控单元能够智能切换不同组合的除臭工艺, 也可通过手动开关风量控制阀切换。

   用户可根据恶臭气体性质和达标保证率, 灵活选择气体处理单元串联数量。每个气体处理模块的除臭效率根据进气组分和浓度的不同, 都可以灵活设计, 达到80%~95%, 远远高出现有单一除臭设备。当有三级气体处理单元串联时, 臭气浓度去除率可达到99.99%以上;当有五级气体处理单元串联时, 臭气浓度去除率可达到99.999 9%以上。

   同时, 由于设有电控单元以及气体在线监测反馈单元, 能够智能适应不同季节不同气候条件下臭气源强组分和浓度的波动, 稳定运行, 确保最不利气象条件下的除臭达标率。

4 结语

  

   由上海市政总院研发的除臭专利装置能够满足高标准除臭要求, 除臭效率可达99.99%以上, 符合国家最新大气治理政策“气十条”的相关要求, 契合行业热点。同时该装置设有电控单元在不同组合的除臭工艺间实现自由切换, 安全节能。此种除臭专利装置高效、节能, 在促进创新和推动经济社会发展等方面有突出贡献。

    

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