CN102179160B - 一种污泥高温脱水产生的恶臭废气的净化方法 - Google Patents

一种污泥高温脱水产生的恶臭废气的净化方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种污泥高温脱水产生的恶臭废气的净化方法，该工艺方法同时包含石灰石-石膏脱硫系统和高温生物滴滤塔除臭系统两个部分，所述恶臭废气先通过脱硫塔去除其中的SO2，然后由生物滴滤塔利用生物填料中的高温除臭嗜热菌群降解恶臭废气中的恶臭有机组分。本发明创新组合工艺的优点是：除臭效果明显，无需配套冷却系统，避免大量冷凝水析出，投资省，运行成本低，无二次污染。

Description

一种污泥高温脱水产生的恶臭废气的净化方法
技术领域
本发明属于废气治理技术领域，具体涉及一种采用化学法配合生物法净化污泥高温脱水产生的恶臭废气的工艺方法。
背景技术
焚烧法是处理城市污水厂的污泥的主要方法之一，其主体工艺是先对污泥进行干燥，然后再进行焚烧。由于原污泥含水率在80％以上，直接焚烧需要大量的燃料，非常不经济。通常在焚烧前先将污泥干燥脱水，干燥后的污泥体积将大大降低，而脱水污泥主要成分是碳有机质，热值较高，再通过焚烧法将其分解可节约很多燃料。污泥焚烧产物只有少量的无机盐残余组分，体积极小，方便处置。
采用焚烧法处置污泥，燃料的费用仍然是一项很大的支出。但这对水泥厂来说却是顺理成章的事情，水泥窑尾排放的尾气温度仍有约300℃，直接排放无异于极大的浪费，利用这部分余热用来干燥污泥，然后将干燥后的脱水污泥投入水泥窑焚烧分解，污泥可以完全无害化处置，而能源的利用率也大大提高。
水泥厂利用窑尾余热烘干处置城市污水厂污泥是非常理想的以废制废工艺，但烘干过程产生的废气具有极其复杂的臭气成分：
1、由于污泥是来自城市污水处理厂的剩余污泥，其中含有大量的有机质和微生物，从污水处理厂到水泥厂的路途需要1～2小时，运输过程中污泥里的微生物在罐车密闭的情况下对污泥进行不完全厌氧发酵，产生大量的恶臭组分，其中有硫化氢、氨等无机恶臭组分，也有甲硫醇、乙硫醚等复杂的有机恶臭物质；
2、污泥的含水率很高，达到80％以上，在烘干脱水过程中污泥的水分变成水蒸气与废气一起从烟囱排放，废气露点温度高达62℃。
3、水泥窑废气具有O2含量低、SO2高的特点，与污泥含硫物质在污泥烘干装置中产生SO2叠加，闻到的恶臭味还带有浓烈的刺激性气味，经检测，废气中的SO2含量高达1500mg/m3；
以上三点是水泥厂利用窑尾余热烘干处置城市污水厂污泥产生恶臭废气成分的主要特点。
因此，选择一套高效净化污泥高温脱水产生的恶臭废气的方法就非常有必要。
为了选择合适的除臭工艺，本发明的发明人针对该类型恶臭废气进行了一系列工业性试验，试验中发现：
1、单纯采用化学法仅能去除废气中的SO2等无机类废气组分，难以去除其中的有机类恶臭组分；
2、采用生物法，生物填料可有效吸附废气中的有机恶臭组分，然后通过填料中的微生物将其降解为二氧化碳、水和无机盐，但单纯采用生物法，因废气中SO2含量较高，生物填料很快酸化，pH值降低，填料中的微生物活性被抑制甚至死亡；
3、采用常温生物法必须要将废气温度降至15～37℃以内，这样才能保持微生物的活性，而烘干污泥设备排放的尾气温度仍有120℃，常温微生物无法生存，采取冷却降温措施将大大增加能源的消耗；并且废气中含湿量较大，约为18％，废气温度低于60℃时会有冷凝水析出，温度降至37℃以下时会析出大量冷凝水，形成二次污染。
4.采用湿法脱硫去除SO2后废气温度还有60～70℃，常温生物法中的常温微生物仍难以保持活性，除臭效率极低。
综上所述，所述高效净化恶臭废气的方法有待进一步优化组合。
发明内容
本发明需要解决的技术问题是提供一种污泥高温脱水产生的恶臭废气的净化方法。
解决上述技术问题的技术方案如下：
一种污泥高温脱水产生的恶臭废气的净化方法，该方法包括以下步骤：
(1)石灰石-石膏脱硫系统去除SO2；石灰石-石膏脱硫系统包括吸收塔、石灰石浆液循环喷淋系统、烟道系统、除雾系统、石灰石浆液配制系统及石膏脱水系统；将所述污水厂污泥干燥脱水后产生的恶臭废气通过引风机加压进入吸收塔，控制进塔烟温为110～130℃、浆液喷淋量为10～20L/Nm3、除雾器数量为两级、塔高为29～35m，所述恶臭废气经过石灰石-石膏脱硫系统后废气中的SO2低于50mg/L，恶臭废气的温度在55～64℃之间；
(2)高温生物滴滤塔除臭系统降解恶臭有机组分：所述高温生物滴滤塔除臭系统包括高温生物滴滤塔、作为高温除臭嗜热菌群的生长载体的生物填料、生物循环池及循环喷淋装置、废水处理系统，所述生物填料比表面积为3500-4500m2/m3，孔隙率为55-65％，堆积密度为0.36-0.45g/cm3，生物填料表面附着生长大量经培养驯化适应恶臭废气的高温除臭嗜热菌群；脱硫后的恶臭废气进入高温生物滴滤塔；恶臭废气穿过生物填料层时，其中的恶臭分子被生物填料吸附，然后被表面上生长的高温除臭嗜热菌群捕获、吸收、降解为二氧化碳、水。
为了维持滴滤塔内的温度在所述范围，必须严格控制高温生物滴滤塔系统的工艺参数：控制喷淋水量为1.0～1.6L/m3，pH值为6.0～6.8，气体流速0.1～0.6m/s，填料的厚度为4～6m，，循环喷淋水曝气的水气比1∶10～15。
石灰石-石膏湿法脱硫配合高温生物滴滤塔创新性组合工艺是针对利用水泥窑窑尾废气余热烘干污水处理厂污泥产生的臭气的除臭技术发明。该工艺主要包含吸收塔和高温生物滴滤塔两个部分，先通过吸收塔去除废气中的SO2，然后由高温生物滴滤塔利用生物填料中驯化后的高温除臭嗜热菌群降解废气中的恶臭有机组分，达到脱硫除臭的目的。
1.吸收塔脱硫工艺
石灰石-石膏湿法脱硫工艺是电厂锅炉废气脱硫处理的传统、成熟工艺，通常脱硫后的废气污染物指标达到国家标准后即可排放。但该类型废气除臭工艺中采用石灰石-石膏湿法脱硫必须满足后续生物除臭系统的要求，本工艺专门针对水泥窑尾余热烘干污泥产生的恶臭废气性质对石灰石-石膏湿法脱硫工艺参数经过大量实验，进行了优化改进。通过对进塔烟温、浆液喷淋量、除雾器数量、塔高、塔体结构等设计参数的研究，严格控制脱硫后的废气SO2含量低于生物细菌所能承受的浓度以下，吸收塔出口废气温度控制在水蒸气露点温度以内，以满足处理工艺低能耗及适合后续高温生物滴滤塔高温除臭嗜热菌群维持活性的要求。
石灰石-石膏湿法脱硫产物主要是石膏，石膏经脱水达到一定的含水率可以送至水泥厂生产线作为生产原料使用，达到变废为宝的目的。
2.高温生物滴滤塔工艺
普通的生物除臭工艺是在常温下运行的，通过喷淋系统向生物填料喷水，使生物填料内的微生物保持一定的湿度而保持活性，臭气从塔底向上流经生物填料时被填料吸附后由其中的微生物吸收降解而达到除臭的目的。针对水泥窑窑尾废气余热烘干污水处理厂污泥产生的臭气高温、高湿、多组分恶臭物质复杂等特点，本工艺是在常温生物处理工艺基础上进行了创新改进为高温生物滴滤塔工艺，使之能有效处理此类高温、高湿、多组分恶臭的废气。该工艺区别于普通的生物处理工艺有如下特点：
1)高温生物滴滤塔选用质轻多孔耐腐的生物填料作为高温除臭嗜热菌群的生长载体，其性质是：比表面积3500-4500m2/m3，孔隙率为55-65％，堆积密度0.36-0.45g/cm3。该类型填料具有较大的表面积有利于微生物在其表面附着生长，较低的密度也减轻了整个塔体的荷载，降低投资成本。
该类型填料耐腐蚀特性可避免进气中少量SO2的化学侵蚀以及微生物菌落中霉菌的腐化侵蚀，提高了填料使用寿命。该类型填料具有一定的体积，外形椭圆，堆积在一起有较多的气流通过缝隙，这样就降低了填料层的阻力，同时有利于喷淋循环水流的冲刷，加快表面生物膜的更新使微生物处于活跃生长状态，并且不易为脱落生物膜污泥堵塞。
2)高温生物滴滤塔选用经培育的嗜热脂肪芽孢杆菌及其他无细胞壁古细菌等组成的嗜热菌群作为降解废气中恶臭组分的主体，该菌群在60℃左右的高温下可保持最佳活性，即该温度下菌群的处于最佳生长状态，具有很好的除臭效果，短时间可耐受75℃高温。该菌群的低温存活性能良好，在试验过程中停止20天后重新运转，可以短时间内恢复高温活性。
3)高温生物滴滤塔塔体设计是与前面的脱硫系统一道综合考虑进行优化的，通过对喷淋水量、pH值、气体流速、填料的选择及厚度、进风配风、循环喷淋水曝气充氧等多方面优化设计，可有效控制塔内的温度维持在58～64℃，并保持高温嗜热菌的活性，建立了高温嗜热菌适应项目特有废气的生态系统，同时避免温度低于废气露点太多而产生大量冷凝废水，增加废水处理负担，达到节能减排的目的。本发明在废气处理量Q＝320000Nm3/h、原始温度T＝110℃、含湿度为18％的情况下，如果处理温度降至常温细菌承受范围38℃以下，经计算冷凝废水量约为4200m3/h。因此本项目发明已达到节能减排目的。
本发明的创新优化组合工艺，实现了低成本臭气处理，臭气去除率达90％以上。
附图说明
图1为本发明方法所用的设备系统示意图；
图2为本发明工艺流程图。
1、吸收塔；2、引风机；3、除雾器；4、石膏库；5、氧化风机；6、吸收塔浆液循环泵；7、石膏浆液排出搅拌泵；8、石膏旋流器；9、真空皮带脱水机；10、真空泵；11、滤布冲洗水泵；12、过滤水池；13、过滤水泵；14、石灰石粉仓；15、插板门；16、旋转给粉机；17、石灰石浆液池；19、流化风机；20、电加热器；21、事故浆液箱；22、预喷淋循环池；23、预喷淋水泵；24、高温生物滴滤塔进风烟道；25、高温生物滴滤塔；26、高温生物滴滤塔出口排烟囱；27、生物循环池；28、生物循环池鼓风机；29、生物循环池循环喷淋泵；30、石灰石浆液泵。
具体实施方式
参照图1，所述本发明方法所用到的设备装置，其主要包括有：吸收塔1；引风机2；除雾器3；石膏库4；氧化风机5；吸收塔浆液循环泵6；石膏浆液排出搅拌泵7；石膏旋流器8；真空皮带脱水机9；真空泵10；滤布冲洗水泵11；过滤水池12；过滤水泵13；石灰石粉仓14；插板门15；旋转给粉机16；石灰石浆液池17；石灰石浆液输送泵18；流化风机19；电加热器20；事故浆液箱21；预喷淋循环池22；预喷淋水泵23；高温生物滴滤塔进风烟道24；高温生物滴滤塔25；高温生物滴滤塔出口排烟囱26；生物循环池27；生物循环池鼓风机28；生物循环池循环喷淋泵29；石灰石浆液泵30。
水泥厂利用窑尾余热烘干城市污水厂污泥，烘干过程产生的废气具有极其复杂的臭气成分：其中有硫化氢、氨等无机恶臭组分，也有甲硫醇、乙硫醚等复杂的有机恶臭物质；污泥的含水率很高，达到80％以上，在烘干脱水过程中污泥的水分变成水蒸气与废气一起从烟囱排放，废气露点温度高达62℃；水泥窑废气具有O2含量低、SO2高的特点，与污泥含硫物质在污泥烘干装置中产生的SO2叠加，闻到的恶臭味还带有浓烈的刺激性气味，经检测，废气中的SO2浓度含量高达1500mg/m3。
本发明提供一种高效净化恶臭废气的方法，主要是通过石灰石-石膏法高效脱硫系统中去除SO2，然后在通过高温生物滴滤塔除臭系统降解恶臭有机组分。参照图2。
实施例1
本实施例所述污泥高温脱水产生的恶臭废气的净化方法，该方法包括以下步骤：
(1)石灰石-石膏脱硫系统去除SO2；石灰石-石膏脱硫系统主要包括吸收塔、石灰石浆液循环喷淋系统、烟道系统、除雾系统、石灰石浆液配制系统及石膏脱水系统；
通过引风机加压将恶臭废气从吸收塔底部送入吸收塔，控制进塔烟温为110-130℃，浆液喷淋量为15L/Nm3，除雾器数量为两级，塔高为32m。测得出塔废气中的SO2低于50mg/L，且恶臭废气的温度在55～64℃之间；
(2)高温生物滴滤塔除臭系统降解恶臭有机组分：所述高温生物滴滤塔除臭系统包括高温生物滴滤塔、生物循环池及循环喷淋装置、废水处理系统，高温生物滴滤塔中填充有作为高温除臭嗜热菌群的生长载体的生物填料，载体表面附着生长大量经培养驯化适应这类恶臭废气的高温除臭嗜热菌群；脱硫后的恶臭废气进入高温生物滴滤塔；恶臭废气穿过生物填料层时，其中的恶臭分子被生物填料吸附，然后被表面上生长的高温除臭嗜热菌群捕获、吸收、降解为二氧化碳、水。
高温生物滴滤塔选用质轻多孔耐腐的生物填料作为高温除臭嗜热菌群的生长载体，其性质是：比表面积3500-4500m2/m3，孔隙率为55-65％，堆积密度0.36-0.45g/cm3。该类型填料具有较大的表面积有利于微生物在其表面附着生长。
已知的嗜热脂肪芽孢杆菌或者他无细胞壁古细菌中的一种或多种组成是由东莞市康莱环保净化工程有限公司和中山大学提供。嗜热菌群先在生物循环池内培养繁殖，然后通过循环提升喷淋至生物填料上，并通入污泥烘干废气，使嗜热菌在滴滤塔内填料表面和内部挂膜生长，并在55-64℃的高温下驯化以适应所述恶臭废气组分而得到的所述高温除臭嗜热菌群，所述高温除臭嗜热菌群在55-64℃能够保持很好的生物活性。
脱硫后的废气进入高温生物滴滤塔，恶臭废气穿过生物填料层时，其中的恶臭分子被拥有巨大表面积的生物陶粒吸附，然后被表面上生长的高温微生物捕获、吸收、降解为二氧化碳、水，达到除臭目的。
为了将塔内温度维持在58-64℃之间，需严格控制系统中的工艺参数：控制喷淋水量为1.3L/m3，pH值为6.0～6.8，气体流速0.4m/s，填料的厚度为5m，循环喷淋水曝气的水气比1∶13。
处理后的净化气经烟囱排放。
最后检测排入烟囱的废气中的组分，结果如下表：
从上表结果可以看出，二氧化硫的脱除率约为95％，无机恶臭组分的脱除率约为85％，有机恶臭组分的脱除率约为90％。
实施例2：
本实施例所述污泥高温脱水产生的恶臭废气的净化方法，该方法包括以下步骤：
(1)石灰石-石膏脱硫系统去除SO2；石灰石-石膏脱硫系统包括吸收塔、石灰石浆液循环喷淋系统、烟道系统、除雾系统、石灰石浆液配制系统及石膏脱水系统；
通过引风机加压将恶臭废气从吸收塔底部送入吸收塔，控制进塔烟温为110-130℃，浆液喷淋量为10L/Nm3，除雾器数量为两级，塔高为29m。测得出塔废气中的SO2浓度低于50mg/L，且恶臭废气的温度在55～64℃之间；(2)高温生物滴滤塔除臭系统降解恶臭有机组分：所述高温生物滴滤塔除臭系统包括高温生物滴滤塔、生物填料、生物循环池及循环喷淋装置、废水处理系统，高温生物滴滤塔中填充有载体，载体表面附着生长大量经培养驯化适应这类恶臭废气的高温微生物菌群；脱硫后的恶臭废气进入高温生物滴滤塔；恶臭废气穿过生物填料层时，其中的恶臭分子被生物填料吸附，然后被表面上生长的高温微生物捕获、吸收、降解为二氧化碳、水。
高温生物滴滤塔选用质轻多孔耐腐的生物填料作为高温除臭嗜热菌群的生长载体，其性质是：比表面积3500-4500m2/m3，孔隙率为55-65％，堆积密度0.36-0.45g/cm3。该类型填料具有较大的表面积有利于微生物在其表面附着生长。
所述高温除臭嗜热菌群(已知的嗜热脂肪芽孢杆菌或者和现有其他无细胞壁古细菌等组成)是由东莞市康莱环保净化工程有限公司和中山大学提供。嗜热菌群先在生物循环池内培养繁殖，然后通过循环提升喷淋至生物填料上，并通入污泥烘干废气，使嗜热菌在滴滤塔内填料表面和内部挂膜生长，并在55-64℃的高温下驯化以适应所述恶臭废气组分而得到的，所述高温除臭嗜热菌群在55-64℃能够保持很好的生物活性。
脱硫后的废气进入高温生物滴滤塔，恶臭废气穿过生物填料层时，其中的恶臭分子被拥有巨大表面积的生物陶粒吸附，然后被表面上生长的高温微生物捕获、吸收、降解为二氧化碳、水，达到除臭目的。
为了将塔内温度维持在58-64℃之间，需严格控制系统中的工艺参数：控制喷淋水量为1.0L/m3，pH值为6.0～6.8，气体流速0.1m/s，填料的厚度为4m，循环喷淋水曝气的水气比1∶10。
处理后的净化气经烟囱排放。
最后检测排入烟囱的废气中的组分，结果如下表：
从上表结果可以看出，二氧化硫的脱除率约为95％，无机恶臭组分的脱除率约为85％，有机恶臭组分的脱除率约为90％。
实施例3
本实施例所述污泥高温脱水产生的恶臭废气的净化方法，该方法包括以下步骤：
(1)石灰石-石膏脱硫系统去除SO2；石灰石-石膏脱硫系统包括吸收塔、石灰石浆液循环喷淋系统、烟道系统、除雾系统、石灰石浆液配制系统及石膏脱水系统；
通过引风机加压将恶臭废气从吸收塔底部送入吸收塔，控制进塔烟温为110-130℃，浆液喷淋量为15L/Nm3，除雾器数量为两级，塔高为35m。测得出塔废气中的SO2浓度低于50mg/L，且恶臭废气的温度在55～64℃之间；
(2)高温生物滴滤塔除臭系统降解恶臭有机组分：所述高温生物滴滤塔除臭系统包括高温生物滴滤塔、生物填料、生物循环池及循环喷淋装置、废水处理系统，高温生物滴滤塔中填充有载体，载体表面附着生长大量经培养驯化适应这类恶臭废气的高温微生物菌群；脱硫后的恶臭废气进入高温生物滴滤塔；恶臭废气穿过生物填料层时，其中的恶臭分子被生物填料吸附，然后被表面上生长的高温微生物捕获、吸收、降解为二氧化碳、水。
高温生物滴滤塔选用质轻多孔耐腐的生物填料作为高温除臭嗜热菌群的生长载体，其性质是：比表面积3500-4500m2/m3，孔隙率为55-65％，堆积密度0.36-0.45g/cm3。该类型填料具有较大的表面积有利于微生物在其表面附着生长。
所述高温除臭嗜热菌群(已知的嗜热脂肪芽孢杆菌及其他无细胞壁古细菌等组成)是由东莞市康莱环保净化工程有限公司和中山大学提供。嗜热菌群先在生物循环池内培养繁殖，然后通过循环提升喷淋至生物填料上，并通入污泥烘干废气，使嗜热菌在滴滤塔内填料表面和内部挂膜生长，并在55-64℃的高温下驯化以适应所述恶臭废气组分而得到的，所述高温除臭嗜热菌群在55-64℃能够保持很好的生物活性。
脱硫后的废气进入高温生物滴滤塔，恶臭废气穿过生物填料层时，其中的恶臭分子被拥有巨大表面积的生物陶粒吸附，然后被表面上生长的高温微生物捕获、吸收、降解为二氧化碳、水，达到除臭目的。
为了将塔内温度维持在58-64℃之间，需严格控制系统中的工艺参数：控制喷淋水量为1.6L/m3，pH值为6.0～6.8，气体流速0.6m/s，填料的厚度为6m，，循环喷淋水曝气的水气比1∶15。
处理后的净化气经烟囱排放。
最后检测排入烟囱的废气中的组分，结果如下表：
Figure BDA0000054429950000091
Figure BDA0000054429950000101
从上表结果可以看出，二氧化硫的脱除率约为95％，无机恶臭组分的脱除率约为85％，有机恶臭组分的脱除率约为90％。
以上是针对本发明的可行实施例的具体说明，但该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为的等效实施或变更，均应包含于本发明的专利范围中。

Claims (3)

1.一种污泥高温脱水产生的恶臭废气的净化方法，其特征是，该方法包括以下步骤：
（1）石灰石-石膏脱硫系统去除SO2：石灰石－石膏脱硫系统包括吸收塔、石灰石浆液循环喷淋系统、烟道系统、除雾系统、石灰石浆液配制系统及石膏脱水系统；将污水厂污泥干燥脱水后产生的恶臭废气通过引风机加压进入吸收塔，控制进吸收塔的烟温为110~130℃、浆液喷淋量为10~20L/Nm3、除雾器数量为两级、吸收塔塔高为29～35m，所述恶臭废气经过石灰石-石膏脱硫系统后废气中的SO2低于50mg/L，恶臭废气的温度在55～64℃之间；
（2）高温生物滴滤塔除臭系统降解恶臭有机组分：所述高温生物滴滤塔除臭系统包括高温生物滴滤塔、作为高温除臭嗜热菌群的生长载体的生物填料、生物循环池及循环喷淋装置、废水处理系统，所述生物填料比表面积为3500-4500m2/m3，孔隙率为55-65%，堆积密度为0.36-0.45g/cm3，生物填料表面附着生长大量经培养驯化适应恶臭废气的高温除臭嗜热菌群；脱硫后的恶臭废气进入高温生物滴滤塔；恶臭废气穿过生物填料层时，其中的恶臭分子被生物填料吸附，然后被表面上生长的高温除臭嗜热菌群捕获、吸收、降解为二氧化碳、水;所述高温除臭嗜热菌群是由嗜热菌先在生物循环池内培养繁殖，然后通过循环提升喷淋至生物填料上，并通入污泥烘干废气，使嗜热菌在滴滤塔内填料表面和内部挂膜生长，并在55-64℃的高温下驯化以适应所述恶臭废气组分而得到的，所述高温除臭嗜热菌群在55-64℃能够保持很好的生物活性。
2.根据权利要求1所述的污泥高温脱水产生的恶臭废气的净化方法，其特征是，高温生物滴滤塔系统的工艺参数为：控制喷淋水量为1.0～1.6L/m3，pH值为6.0~6.8，气体流速0.1~0.6m/s，填料的厚度为4~6m，循环喷淋水曝气的水气比为1:10～15。
3.根据权利要求1所述的污泥高温脱水产生的恶臭废气的净化方法，其特征是，所述嗜热菌为嗜热脂肪芽孢杆菌或无细胞壁古细菌中一种或多种。
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