气相化学过滤工艺在城市排水系的应用

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[摘要]随着城市化建设的不断加快，城市排水系统趋于系统化和复杂化，污水透气井、污水窨井、污水提升泵站作为城市排水管网系统的重要组成部分，其恶臭的去除直接影响着排水系统的投资造价、运行安全、管理难易程度等方面。鉴于排水管网附属设施在运行过程中散发恶臭的扰民问题，影响环境和人体健康，本文介绍一种新型的除臭工艺技术并给出典型应用。该技术以干式气相化学过滤介质为核心，具有除臭高效彻底、占地面积小、运维便利、安全稳定、可无动力运行的优势，对消除公共活动区和民众集聚区的恶臭尤为有效，可作为常规除臭工艺的补充和替代。

[关键词]干式气相化学过滤；污水提升泵站；污水窨井；污水透气井；无动力

城市排水系统是收集、输送城市污水和雨水的重要公用设施，排水管道、污水提升泵站、污水窨井、污水透气井作为城市排水系统的重要组成部分，往往建设在人口密集的居民生活区和公共活动区。污水在长距离的缺氧输送过程中，水中的含氮、硫有机物极易分解生成以硫化氢为主的恶臭物质，并通过污水窨井、透气井、污水提升泵站等附属设施逸散至上述环境敏感点，引起管道腐蚀、恶臭以及人类健康危害等一系列问题[1]。排水设施未设除臭措施或除臭设施不完善，导致恶臭/异味是当前投诉最强烈的环境问题之一[2]，且已建除臭设施虽满足现行国家恶臭排放标准，但臭味依然明显，给民众带来严重的不舒适之感，未满足“民标”，民众不胜其扰。针对排水系统未建除臭设施或恶臭已满足“国标”、“地标”等排放标准，但不满足“民标”的情况；恶臭中的致病微生物气溶胶随空气扩散，引起过敏性疾病或动物、人类疾病的流行性传播，严重影响民众的身体健康，引发潜在的环境和健康风险；在居民集聚区、公共活动区、景区等不便于设置符合规范或环评要求的高耸排气筒，须执行更严格的恶臭排放标准的场景，引入一种新型的除臭工艺，干式气相化学过滤工艺，该工艺已应用于上海、杭州[3-4]、新疆等地的污水提升泵站、污水窨井及透气井的除臭，其适用范围广、反应速度快、除臭彻底有效，比常规除臭工艺更稳定高效、占地面积更小、运行费用更低，为降低城市排水管网输送过程对居民生活和工作的不良影响提供安全保障，维护社会稳定。

1干式气相化学过滤除臭工艺

1.1除臭原理

干式气相化学过滤工艺是一种以“干式气相化学滤料”为核心材料，以“物理吸附+化学吸附”为核心原理的气体深度净化工艺，针对目标气体中的特征物质，高效、有选择性的去除污染物。干式气相化学滤料采用多孔性材料做基材，通过化学吸收作用去除空气中的有害气体。该滤料负载了催化剂、氧化剂和反应指示剂等化学物质，可根据臭气特点和应用场景灵活搭配。对于空气中的臭味因子、腐蚀性气体或有毒气体先通过多孔材料吸附截留，污染物质被吸附或捕捉在滤材中，然后在催化剂的作用下与氧化剂、酸碱等化学物质中的活性成分进行氧化还原反应、酸碱中和等，破坏污染物分子结构并逐步将其氧化生成最终产物，如无机盐、水和二氧化碳等，确保污染气体一旦从环境中去除，则无法再重新回到空气中，最后经过滤料处理后释放出无毒、无味、无腐蚀性的洁净气体。

1.2工艺优势及特点

1.2.1除臭优势(1)广谱除臭：对于臭气组分，如氨气、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、三甲胺等恶臭物质具有广泛的化学吸附和去除效果；(2)深度除臭：对臭气污染物，可去除至ppb级别；处理效果可满足排口臭气浓度≤200(无量纲)，厂界臭气浓度≤10(无量纲)的要求。根据笔者在多个城市排水设施除臭的项目经验表明，一般臭气浓度低于200，才能保证排口无明显臭味，达到较为舒适的嗅辩度；(3)效果稳定：吸附效率全周期稳定，不存在处理效率衰减的现象；抗冲击负荷强；且不会出现活性炭吸附低浓度时“进出口浓度倒挂”现象；(4)超大容量：如硫化氢等物质的吸附容量大于45%(质量比)；(5)干湿通用：滤料结构稳定，不受空气湿度的影响，不会因前端预处理工艺，如喷淋或生物处理而造成吸附效率降低的现象发生。1.2.2性能特点(1)滤料安全：滤料通过UL防火阻燃认证；滤料经第三方检测，经腐蚀性、浸出毒性、易燃性、反应性、毒性物质含量等检测均属实际无毒；(2)固废处置：使用后的化学废料经国家级固废中心鉴定为一般固体废弃物，可填埋处理，不会释放已吸收气体，不存在二次污染；(3)风阻小：过滤单元压力损失不超过1000Pa/m，动能消耗小；(4)结构灵活：采用模块式结构，工厂组装完成，现场一体化安装，工期短，满足不同处理工况下的设备定制要求；(5)滤料寿命长：滤料更换周期一般设计为12~24个月，通过滤材寿命分析技术(MLA)，可准确预知更换时间。

1.3常用化学滤料及化学反应

干式气相化学过滤除臭工艺源自于欧美，与活性炭对污染气体的广谱性吸附不同，化学滤料具有专一性，不同滤料对应去除独特的特征污染物。城市排水设施所产生的臭气物质主要为硫化氢、甲硫醇、氨等，所使用的滤料一般有三类：(1)硫化氢专用滤料：主要化学反应成分为氧化镁、氧化铁、氢氧化钾，基材为活性炭；(2)氨专用滤料：主要化学反应成分为磷酸，基材为活性炭；(3)VOCs、硫醇专用滤料：主要化学反应成分为高锰酸钠、高锰酸钾，基材为活性氧化铝。以上化学滤料发生的主要化学反应方程式如下：①硫化氢的去除：3H2S+8KMnO4→3K2SO4+8MnO2+2NaOH+2H2OH2S+2KOH→K2S+2H2OFe2O3+3H2S→2FeS+S+3H2OH2S+MgO→H2O+MgS②甲硫醇的去除：3CH3SH+4KMnO4+2H2O→3CH3SO2H+4MnO2+4NaOH③氨的去除：H3PO4+NH3→(NH4)H2PO4利用干式气相化学滤料的酸碱性、氧化性去除臭气污染物，与污染物浓度、种类、特性、反应环境的温度、湿度等因素密切相关，且有催化剂参与其中，其过程极其复杂，反应机理仍在进一步研究中。

1.4工艺流程

干式气相化学过滤工艺一般的工艺流程如图1所示。对于干式气相化学过滤工艺在污水提升泵站、污水窨井、污水透气井及其它排水设施除臭中的应用，一般工艺流程如下：污染源中的臭气收集，经预处理(若有)后进入干式气相化学过滤装置，依次进入除雾器、G4初效过滤器、多级化学滤料箱(可根据现场污染情况，设为单级、两级或多级)、F7中效过滤器、抽吸风机处理后，排出达标的洁净空气，从而完成整个净化流程。臭气首先通过除雾器和初效过滤器进行预过滤，除湿除尘，然后通过多级化学过滤床层，床层内依次填充有针对性的去除H2S、NH3、还原硫(TRS)及有机废气(VOCs)的专用化学滤料，废气污染物首先被吸附到化学滤料中，然后污染物与化学滤料中的活性成分在催化剂的作用下发生氧化还原、酸碱中和等化学反应，将有毒有害的臭气污染物转化为无毒无臭的无机物质。净化后的臭气含有从化学滤料中带出的少量粉尘和无机颗粒，通过中效过滤器拦截吸附后排出洁净的达标空气。

1.5与常规除臭工艺比较

城市排水设施常用的除臭工艺有化学洗涤、植物液喷淋、低温等离子、光解催化、生物滤池、活性炭吸附等[5]。各工艺均有一定的除臭效果，组合使用一般能满足现行国标《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)和《恶臭污染物排放标准》(征求意见稿，2018年版)，即有组织排放的出口臭气浓度(无量纲)可达到2000，甚至1000以内，可通过环保验收，但仍然会引起民众的强烈不舒适感。要想达到排口无明显臭味，减少恶臭投诉，根据笔者多年来的工程经验表明，臭气浓度须达到200(无量纲)以内。在干式气相化学过滤工艺未被引进前，一般在除臭工艺末端增设活性炭吸附工艺作为保障[6]。笔者将干式气相化学过滤工艺与活性炭吸附工艺作多方面比较。活性炭吸附的核心原理是利用活性炭微孔的范德华力捕捉污染物分子，是一种“气-固”吸附，动态平衡的过程。当达到一定的工况条件时，活性炭吸附的物质还能被脱附解析出来。通常，活性炭吸附的排放水平只能做到ppm级，一直处于动态平衡。而化学过滤由于是不可逆的反应过程，理论上可做到100%的去除率，在实际应用过程中，由于传质等问题，一般可做到ppb级的排放水平，真正达到无臭排放。化学滤料可与污染物发生化学反应，转变恶臭物质形态，生成无机盐、二氧化碳和水，可真正无臭，而活性炭仅为物理吸附，污染物存留在微孔内，通过低浓度气体或环境温度较高时，会发生解析现象，进出口浓度倒挂，造成环境恶臭加剧。具体比较如表1所示。

2干式气相化学过滤工艺在城市排水设施除臭中的典型应用

干式气相化学过滤除臭工艺已进入工程实践阶段，并取得了良好的效果，尤其适用于在城市居民生活区和公共活动区，对除臭效率、占地面积、运维管理、运行稳定、安全性能均要求较高的场合。以下介绍干式气相化学过滤工艺分别应用于排水提升泵站、污水检查井、污水透气井的除臭情况。

2.1雨污水调蓄池综合除臭

苏州河梦清园环保主题公园位于上海市中心苏州河老虎爪湾段南岸的半岛地块，利用该园区地下空间建设了一座有效容积25000m3的雨污水调蓄池。该调蓄池用于收纳初期雨水和部分生活污水，减轻雨水带给苏州河的污染。2019年前池内初期雨水和污水厌氧发酵后排出的臭气收集后尚未处理，直接排入园内，给园区及周边工作、生活、休闲区带来了不良影响，引发环境投诉不断。运营单位上海市城市排水有限公司要求臭气治理后满足上海地标《城镇污水处理厂大气污染物排放标准》(DB31/982-2016)，周界最高臭气浓度在10以内，且闻不到明显臭味，基本杜绝民众投诉。由于地表为主题公园，除臭设施只能建设在地下通风机房内，若使用常规的除臭工艺，如生物滤池、低温等离子、光催化氧化、活性炭吸附或组合工艺，现有用地不满足且施工难度极大，还可能存在不能解决恶臭投诉的风险。经过工艺论证，处理措施如下：(1)选用一套处理风量20000m3/h的两级干式气相化学过滤装置，占地面积11m2，功率15kw。设置于地下通风机房内，用于处理调蓄水池的臭气。(2)其它臭气源，地面一座透气井、九座水力翻斗检查井、两座污水窨井及提升泵房内的两扇排气窗处，均设置无动力的化学过滤箱，所有外排臭气源均须通过无动力干式气相化学过滤箱后方可外排，确保不遗漏任何一处臭气源。臭气治理措施实施后，所有废气指标远小于标准要求值，排出的臭气浓度131(无量纲)，氨1.5mg/Nm3，硫化氢及甲硫醇未检出，园区内及周界臭气浓度未检出(检出限为10)。除臭系统自2019年9月运行以内，迄今无一例环境投诉发生。

2.2污水提升泵站除臭

新疆阿拉尔市的四座生活污水提升泵站，均位于商业区和居民区，无任何臭气收集及治理措施，夏天恶臭问题引发民众强烈投诉。2022年5月在泵站内各设置一套一体化除臭装置，臭气风量分别为1000m3/h、2000m3/h、2000m3/h、4000m3/h，均为低温等离子+干式气相化学过滤组合工艺，最大占地面积不超过10m2，最大运行功率不超过3kw。运行迄今，当地白昼温度多在30℃以上，但再无一例恶臭环境投诉问题发生。位于上海松江区的A6泵站，邻近广富林考古遗址博物馆，风量3000m3/h，2021年安装一套干式气相化学过滤装置，进口臭气浓度1000~2000(无量纲)，出口臭气浓度稳定保持在150以内。2.3污水窨井、污水透气井除臭对于污水窨井和污水透气井除臭，现场无外接电源条件，一般要求无动力运行，对除臭工艺的处理效果、压降、环境适应性均有严格要求，因此限制了大部分除臭工艺的使用。经以下建在上海的案例证明，干式气相化学除臭工艺极其适合处理该类设施的臭气。具体排水设施为：(1)上海市防汛物资仓库(谈家桥路基地)内污水透气井；(2)上海市平吉路处污水透气井；(3)上海新松潘泵站处透气井。(4)上海市汶水路(邻近沪太支路)污水提升泵站处污水窨井。以上设施周边均有居民区，存在污水厌氧发酵后排出臭气的现象，且臭气尚未处理而直接外排，给周边环境带来了不良影响。2019年以来利用无动力的干式气相化学过滤装置处理后，干式气相化学过滤除臭模块隐藏于排水设施内，从外表看不到已设置除臭措施，排水设施正常运行，而排口闻不到明显臭味，迄今无投诉发生。与污水提升泵站、蓄水池等风量较大，需使用风机收集臭气的有动力除臭设施不同，以上污水窨井、透气井等风量小，但臭味强烈，且无无外接电源条件，使用无动力的干式气相化学过滤工艺，不额外占地、可隐藏式安装、不影响原设施使用功能、无用电要求、可间歇运行、除臭效果稳定。综合考虑，除干式气相化学过滤工艺外，目前尚未有其它除臭工艺能整体满足上述要求。

3干式气相化学过滤工艺在城市排水设施除臭中的应用展望

干式气相化学过滤工艺作为近年来新兴的除臭工艺，针对城市居民集聚区、公共活动区等恶臭严重扰民，尚无妥善的解决方案这一痛点应运而生，尤其适合用地紧张、除臭设施改造困难、外接电源不便，而除臭要求高，可有动力/无动力运行的应用场景，如污水提升泵站、雨/污水调蓄池、污水窨井、污水透气井等设施的除臭。事实证明，相对其他常规除臭工艺，干式气相化学过滤工艺应用于上述排水设施，除臭效果稳定可靠，除臭彻底，可确保排口无臭味，后续基本无扰民投诉，是一种环境友好性、恶臭根治彻底性的除臭技术，具有广阔的应用前景。但大规模应用，还有待解决原料成本高、滤料渠道少、货期长、废料如何处置的问题。目前化学滤料一般源自欧美，若国内开发价廉质优的化学滤料，提高滤料有效成分，延长使用寿命，法理性确定废料为一般固废，则该技术有望成为城市排水设施除臭的主力军，将对降低恶臭扰民投诉作出重大贡献。

参考文献

[1]GuangmingJiang，KeshabRajSharma，AlbertGuisasolal，etal．Sulfurtransformationinrisingmainsewersreceivingnitratedosage[J]．WaterResearch，2009，43：4430-4440．

[2]关于印发《2018~2020年全国恶臭/异味污染投诉情况分析》报告的函．大气函[2021]17号．生态环保部，2021，08，02．

[3]许军．浅析“干式化学过滤除臭技术”在污水泵站除臭工艺中的应用[J]．华东科技：综合，2019，9．

[4]蔡建华，魏星．浅谈化学干式过滤除臭工艺在城市泵站的应用[J]．建筑细部，2020，13．

[5]徐丽萍．污水厂、泵站臭气治理技术应用评析[J]．环境科学与管理，2009，34(1)：98-103．

[6]施烨锋．上海某污水泵站除臭工程设计[J]．净水技术，2019，38(1)：173-178．

作者：龚本涛 单位：上海华励振环保科技有限公司