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中国某工程技术有限公司市政污水处理厂废气处理设计方案

时间:2021-09-15     作者:章工恒立【原创】

中国某工程技术有限公司市政

污水处理厂废气处理



工程名称:市政污水处理厂废气处理工程

建设单位:某工程技术有限公司

工程规模:综合废气总量为60000m3/h、35000m3/h、15000 m3/h三处

方案设计: 

方案审核:  

编制单位:

编制时间:******年*****月



一、项目概述

   中国某工程技术有限公司(简称瑞林、英文简称Nerin)是由南昌有色冶金设计研究院通过改制,按照股权多元化现代企业制度由南昌有色冶金设计研究院管理技术骨干、中国有色金属建设股份有限公司、江西省国有资产监督管理委员会、中国中钢集团公司共同出资组建的国际化工程公司。南昌有色冶金设计研究院成立于1957年10月,先后隶属于冶金工业部、、、江西省国资委,经过50多年的发展,已成为集工程设计、咨询、勘察、工程承包、项目管理、建设监理、工程招投标、设备制造集成等业务为一体的国家甲级综合勘察设计企业。瑞林全面承继了南昌有色冶金设计研究院资质、业务和人力、技术资源,拥有冶金、化工、市政、建筑、、工程咨询、工程勘察、工程承包、建设监理等甲级资质17项,设有38个工程学科专业,取得了质量、环境和职业健康安全管理体系认证,应用了工程项目、三维设计等与国际工程公司相适应的先进管理设计手段。并在深圳、厦门、杭州、宁波、重庆、福州等地设有分公司。

此项目需要处理的综合废气主要来源是微生物厌氧发酵产生的废气,废气主要为较低浓度废气,废气量分别为60000m3/h、35000m3/h、15000 m3/h,废气中含硫化氢、氨气、二氧化硫、甲硫醇等臭气,臭气浓度小于200mg/m3。这类废气长期吸收将对人体神经系统、造血功能带来严重危害,对厂区及周边的大气环境造成污染,给车间员工及周边民众的身体健康带来重大危害。为确保员工及周边民众的身体健康,减少环境污染,维持公司可持续发展。受贵司委托,我司为该公司废气处理工程进行方案设计。

二、设计依据、原则及范围

 编制依据

1)《中华人民共和国清洁生产促进法》;

2)《中华人民共和国环境保护法》;

3)《中华人民共和国大气污染防治法》;

4)《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996);

5)《恶臭污染源排放标准》(GB14554-93);

6)国务院令第253号《建设项目环境保护管理条例》;

7)国家环保总局《关于推行清洁生产的若干意见》;

8)其他有关该厂提供的资料。

 编制原则

1)格执行国家有关环境保护的各项规定,确保各项污染指标达到国家及地区有关污染物排放标准。

2)采用先进、合理、成熟、可靠的处理工艺,使建成的废气处理设施具有显着的环境效益、经济效益和社会效益。

3)工艺设计与设备选型能够在生产运行过程中具有较大的调节余地。

4)操作管理方便,节省动力消耗及运行费用。

5)彻底治理有机废气,使废气转化为无色、无味、无害的气体,使废气排放浓度、排放量均达到环保要求,同时不存在二次污染,提高整个厂区乃至周围大气环境质量。

6)设备外形美观,便于操作和维修保养,使用寿命长,运行费用低。

7)设备运行稳定、安全、可靠。

 采用的主要规范及标准

1)《三废处理工程技术手册》废气卷;

2)《空气污染治理工程》;

3)《中华人民共和国恶臭污染物排放标准》;

4)环境空气质量标准(GB3095-1996);

5)《工业通风机噪声限值》JB/T8690-1998;

6)《建筑结构荷载规范》GB50009-2001;

7)《建筑抗震设计规范》GB500011-2001;

8)《建筑防雷设计规范》GB50057-94;

9)《一般用途离心风机技术条件》GB/T13275-1991;

10)《工业与民用供配电系统设计规范》(GB50052-92);

11)《工业自动化仪表工程施工及验收规范》(GBJ93-86);

工程设计实施范围

本废气工程的范围为综合废气处理系统的设计,内容包括:设备基础、废气净化设备、风机选型、设备之间的连接管道、设备安装、配电布线控制系统、管道布置,其具体为以下四方面内容:

废气系统工艺设计;

废气系统车间外管路的工艺设计;

废气电气自控系统的设计和安装;

废气处理系统的运行调试、人员培训及管理运行制度的建立等。

废气设计排放标准

废气经处理后达到《中华人民共和国恶臭污染物排放标准》二级排放标准。


三、废气来源及成分

来源及成分

泵房废气主要来自A池微生物厌氧反应产生的废气,其污染物成分主要为硫化氢、氨气、二氧化硫、甲硫醇等臭气,臭气浓度小于200mg/m3。

废气风量

根据厂家提供资料情况,泵房有5个排气口,经过对现场平面图分析,5个排废气口公用一套废气处理设备,详细管道布局见管道设备布置图;设计风量为10000 m3/h。

废气的危害

主要臭气物质:氨气和硫化氢、甲硫醇、甲胺等,这些物质对人体的健康危害较大,具体说明如下:

硫化氢(H2S)是可燃性无色气体,具有典型的臭鸡蛋味,它同时又是强烈的神经毒物,对粘膜有明显的刺激作用,当H2S的浓度为16-32mg/m3时,人会出现畏光、流泪、刺眼睛等症状。

 氨气(NH3)是无色有强烈刺激性气味的气体,属于低毒类,主要对上呼吸道有刺激和腐蚀作用。当氨气浓度达到1750mg/m3可危及生命。

甲硫醇(CH4S)是无色气体,有卷心菜腐烂味,低毒性,对皮肤、眼和呼吸道有刺激作用,对中枢神经系统有麻醉作用。高浓度时可引起肺水肿和脑水肿,甚至可引起呼吸麻痹。

乙硫醇(C2H6S)无色液体,有不愉快的气味。蒸汽对鼻、喉有刺激性,引起咳嗽和胸部不适。持续或高浓度吸入,会出现头痛、恶心和呕吐。液体或雾对眼有刺激性,也可引起皮炎。

               

四、治理工艺选择

 工艺介绍

目前常用的回收及销毁废气方法主要有:催化燃烧法、吸附法、冷凝法、吸收法等、电晕法、臭氧分解法、等离子体分解法、UV光解法、生物处理技术等。

1)催化燃烧法

催化燃烧技术(AOGC)是指在较低温度下,在催化剂的作用下使废气中的可燃组分彻底氧化分解,从而使气体得到净化处理的一种废气处理方法。该法适用于处理可燃或在高温下可分解的有机气体。催化燃烧主要具有以下优点:

a.为无火焰燃烧,安全性好;

b.对可燃组分浓度和热值限制较小;

c.起燃温度低,大部分有机物和CO在200-400℃即可完成反应,故辅助燃料消耗少,而且大量地减少了NOx的产生;

d.可用来消除恶臭。但是其缺点是工艺条件要求严格,不允许废气中含有影响催化剂寿命和处理效率的尘粒和雾滴,也不允许有使催化剂中毒的物质,以防催化剂中毒,因此采用催化燃烧技术处理有机废气必须对废气作前处理。同时该法不适于处理燃烧过程中产生大量硫氧化物和氮氧化物的废气。

吸附催化燃烧法,投资大且运行费用高,活性炭再生到一定次数后失去吸附效果必须进行更换。

2)吸收法

该法不仅能消除气态污染物而且往往能将污染物转化为有用产品。由于吸收法治理气态污染物技术成熟,设计及操作经验丰富,适用性强,因而在大气污染物治理中得到广泛应用,特别对无机污染物。但对有机废气,由于其水溶性一般不好,因而应用不太普遍。吸收法处理有机废气主要利用有机废气能与大部分油类物质互溶的特点,用高沸点、低蒸气压的油类作为吸收剂来吸收废气中的有机物。常见的吸收器是填料洗涤吸收塔,如用液体石油类物质回收苯乙烯。为强化吸收效果,可用液体石油类物质、表面活性剂和水组成的乳浊液作为吸收液。

吸收法根据相似相容原理,其吸收效果好,但易造成二次污染,且运行费用高。

3)电晕法、低温等离子法

脉冲电晕法是通过前沿陡峭、脉宽窄(纳秒级)的高压脉冲电晕放电,在常温常压下获得非平衡等离子体,即产生大量高能电子和O.、OH.等活性粒子,对有害物质分子进行氧化降解反应,使污染物最终转化为无害物的方法。国内外近年来对该技术的初步研究表明,能达到较好的去除效果。1988年以来,美国环保局进行了挥发性有机物和有毒气体电晕破坏的研究,他们模拟了表面反应器进行分子形式的电晕破坏,达到分解有毒、有机化合物的目的,开发一种低成本低费用低浓度污染物的控制技术。研究在环境通常温度和压力下,效率、费用达到工业规模的破坏挥发性有机物和有毒气体的模拟电晕反应器说明,电晕破坏是一种有前途的控制技术。

该技术是对静电技术的优化与升级,其工程投资大,每1000m3废气投资额在10万以上,且运行成本高,每1000m3废气耗电3-5Kw,对苯的去处效果只有50%。

4)臭氧分解法

国内外对此技术的研究还比较少。Wessling研究了臭氧分解挥发性有机物的方法,此方法可用于净化地面废气,而且方法简单便宜。如用地面废气作臭氧载体,用于分解土壤中非挥发性有机物,如多环芳香有机物、脂肪族有机物、酚和杀虫剂,他作了实验室及野外实验,并特别注意了臭氧处理后土壤的微生物状态,结果细菌减少99%,呼吸性能降低,通过用纯氧气控制和未反应的臭氧的分解从而达到安全的目的。

5)有机废气的生物处理技术

生物法是指将异养型微生物固定附着在多孔性介质填料表面,在湿润的环境下,使被污染的空气首先与水接触,有机污染物在浓度差的作用下由气膜扩散到生物膜而被微生物所吸收。通过微生物对多种有机物和某些无机物的不断代谢而最终被降解成无害的化合物如C02、H2O和中性盐。根据液相运转情况(连续运转或静止)和微生物在液相中的状态(自由分散或固定在载体或填充物上),废气生物处理主要有土地生长法、生物吸收法、生物滴滤法三种形式。

A、土地生长法

土地生长法又称为土地生长系统,是一种装有生物填料的滤池,经润湿后的废气,通过附有生物膜的填料层时,有机成分被微生物吸收,并氧化分解为无害的无机物。转化过程由异养型微生物在有氧气存在和中性或微碱条件下完成。一般有机物的最终分解产物为CO2;有机氮先被转化为NH3,继而转化为硝酸;硫化物先被转化为H2S,继而氧化为硫酸,净化后的气体排出。其典型工艺是生物滤池。生物滤池有单床开放式、多床封闭式两种形式。与开放式单滤床相比,封闭式多滤床大大增强过程的控制能力,但造价较高。生物滤池的进气方式可采用升流式或下降式,为防止气体中颗粒物造成滤池堵塞,废气进入滤池前必须除尘。废气应被水气润湿,以免过滤材料干燥、开裂。封闭式生物滤池往往需要从滤床顶端喷水以保持一定的含水量。净化气体排放

B、生物吸收法

生物吸收法又称为悬浮生态系统,实际上是一个悬浮活性污泥处理系统,由一个装有惰性填料的传质洗涤器和一个生物降解反应器即活性污泥曝气池组成,它们的容积比为~,出水需设二沉池。废气首先从下部通入洗涤器,向上流动与由生化反应器喷淋过来的含微生物的悬浮液在惰性填料层接触,进行传质吸附、吸收,部分有机物在此被降解,液相中的大部分有机物进入生物降解反应器,通过悬浮污泥的代谢作用被降解掉,同时使悬浮液得到再生。生物降解反应器出水进入二沉池进行泥水分离,上清液排出,污泥又从传质洗涤器上部喷入,以吸收废气中的有机废气,反复循环运行。洗涤器的气液接触方法可根据气液相阻力采用液相喷淋和气相鼓泡法。其典型工艺是生物洗涤器。在悬浮生态系统中,活性污泥的性能十分关键,其MLSS浓度、PH值、溶解氧、微生物的驯化程度与有机废气去除率关系密切。有资料表明,如在活性污泥中添加5%(重量)的粉状活性炭时更能适应负荷变动,并能减少泡沫形成,同时由于粉状活性炭的加入可以增加有机废气的吸附,从而提高有机废气的去除率。

C、生物滴滤法

生物滴滤法又称为固定膜生长系统,是一种介于土地生长法和生物吸收法之间的处理工艺,滴滤塔集废气的吸收、降解与液相再生于一体。塔内增设了附着微生物的填料,为微生物的生长、有机物的降解提供了条件。启动初期,在循环液中接种了经被有机物驯化的微生物菌种,微生物利用溶解于液相中的有机物进行代谢繁殖,并附着于填料表面,形成微生物膜,完成生物挂膜过程。生物膜工作过程,气相主体的有机物和氧气经过传输进入微生物膜被微生物利用,代谢产物再经扩散作用外排。吸收液在反应器中不断循环。

生物滴滤法所用的填料应具有易于微生物挂膜、不易堵塞、比表面积大等特点,通常使用陶瓷、塑料或不锈钢拉西环等。废气进入生物膜前必须除尘,以免气体中颗粒物造成填料堵塞,同时还必须去除对微生物有较大毒性的物质,防止微生物中毒。进气方式也分为水、气逆流和顺流两种。适宜的温度、pH值等条件与生物滤池相近。

微生物难于培养且运行复杂,需要专人负责运行维护。

6)冷凝回收法:

本法是把废气直接导入冷凝器或先经吸附吸收后,解析的浓缩废气导入冷凝器,冷凝液经分离可回收有价值的有机物。采用冷凝法要求废气中有机物浓度高、温度低、风量小等。但该法需要有附设的冷冻设备,投资大、能耗高、运行费用大,同时冷凝后尾气仍然含有一定浓度的有机物,还需要再处理,因此本法很少使用。

适用于高浓度的有机废气,投资运行成本大,且净化效率差。

7)直接燃烧法:

本法亦称为热氧化法、热力燃烧法,是利用燃气或燃油等辅助燃料燃烧放出的热量将混合气体加热到一定温度(700~800℃),驻留一定的时间~秒),使可燃的有害物质进行高温分解变为无害物质。

本法特点:工艺简单、设备投资小;适用高浓度、小风量废气治理;能耗大,运行成本比催化燃烧法高10倍以上;运行技术要求高,不易控制与掌握。此法在国内基本上未获推广,仅有少数厂家引进国外治理设备应用于较高浓度和温度的制罐印铁业废气治理中。

8)UV高效氧化法:

    利用高能UV紫外线破坏有机废气分子的化学键,使之裂解形成游离状态的原子或基团(C*、H*、O*等),同时通过裂解混合空气中的氧气,使之形成游离的氧原子并结合生成臭氧。具有强氧化性的臭氧(O3)与有机废气分子被裂解生成的原子发生氧化反应,使恶臭气体物质降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳,再经排风管道排出。整个裂解反应过程不超过秒,净化效果与废气分子的键能、废气浓度以及含氧量有关。

注:

a.恶臭物质能否被裂解,取决于其化学键键能是否比所提供的UV光子的能量要低。

b.裂解反应的时间极短(<),氧化反应的时间需2-3s。

c.提供的UV光子总功率不够或者含氧量不足,会因为裂解或氧化不完全而生成一些中间副产物,从而影响净化效率。对于高浓度大分子的有机恶臭物质体现得较为明显。

d .UV光解净化的长期稳定、高效,需要反应温度<70℃,粉尘量<100mg/m3,相对湿度<99%。

e.条件满足的情况下,UV光解净化的最高净化效率可达到%以上。

工艺优点

a.高效除恶臭:能高效去除氨、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、苯、苯乙烯、二硫化碳、三甲胺、二甲基二硫醚等混合气体以及大多数成分复杂的有机废气。脱臭效果可达95%以上,脱臭效果大大超过国家1993年颁布的恶臭物质排放标准(GB14554-93)。

b.无需添加任何物质:只需要设置相应的排风管道和排风动力,使恶臭气体通过本设备进行脱臭分解进化,无需添加任何物质参与化学反应。

c.适应性强:可适应高浓度,大气量,不同恶臭气体物质的脱臭净化处理,可每天24小时连续工作,运行稳定可靠。

运行成本低:无任何机械动作,无噪音,无需专人管理和日常维护,只需接通电源,即可正常工作,作定期检查,运行维护费用极低耗能低(每处理1000立方米/小时仅耗电约度),风阻<100Pa,可节约大量排风动力能耗

9)吸附法

在处理有机废气的方法中,吸附法应用极为广泛,与其它方法相比具有去除效率高,净化彻底,能耗低,工艺成熟,易于推广实用的优点,具有很好的环境和经济效益。缺点是处理设备庞大,流程复杂,当废气中有胶粒物质或其它杂质时,吸附剂易失效。吸附法主要用于低浓度高通量有机废气净化。成功运用吸附法处理的有机废气有丙酮废气、沥青烟气、喷漆有机废气(甲苯、二甲苯、苯等)、醋酸乙酯、涂料生产废气(二甲苯)、苯乙烯、有机溶剂等。吸附剂吸附有机废气的效果,与吸附剂种类,废气种类、性质、浓度以及吸附系统的温度、压力等有关,常用的吸附剂有活性炭、活性氧化铝、硅胶、人工沸石、炉灰渣等。其中,活性炭性能最好,其去除效率高,因而应用最广。一般说来吸附剂对废气的吸附能力随气体分子量的增加而增加,低分压的气体比高分压气体更易吸附。为了提高净化效率,吸附法常和其它处理方法联用,可采用液体吸附和活性炭吸附法联合处理浓度较高的有机废气,也可采用吸附法和催化燃烧联合处理丙酮废气,避免了两种方法的缺点,具有吸附效率高,无二次污染等特点,集浓缩催化燃烧、脱附为一体。


 工艺流程

综合废气处理工艺,具体流程如下:

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工艺简介:通过业主所给资料信息,可知泵房废气风量为60000m3/h、35000m3/h、15000 m3/h三处,废气浓度较低,采用防水活性炭吸附箱处理,除去废气中水分和颗粒物等物质包含部分低浓度有机废气,过滤后的废气再经过UV光解设备,除去键能较短的废气物质降解转化成低分子化合物、水和二氧化碳, 同时高能UV光束可裂解工业废气中细菌的分子键,破坏细菌的核酸(DNA),再通过臭氧进行氧化反应,达到脱臭及杀灭细菌的目的,达标排放。

                                                                                                                       UV高效光解净化器工作原理图

图片1.png

五、工程设计

 废气工艺参数设计

1.废气系统处理风量60000m3/h,处理系统设计如下:

(1)管道

采用圆形管道,采用304或PVC、镀锌螺旋风管材质制作。 

主管径尺寸:φ1000mm;

管内风速:8m/s;

数量:一批;

(Q)风机

     采用离心式通风机;

     风量:60000m3/h

     风压:2500Pa

     数量:1台;

(4)UV光解活性炭一体机设备

     型号:60000

     风量:60000m3/h

  设备尺寸: 4.3*1.15*1.9m

  风口尺寸:1000m m

2.废气系统处理风量35000m3/h,处理系统设计如下:

(1)管道

采用圆形管道,采用304或PVC、镀锌螺旋风管材质制作。 

主管径尺寸:φ700mm;

管内风速:8m/s;

数量:一批;

(Q)风机

     采用离心式通风机;

     风量:35000m3/h

     风压:2500Pa

     数量:1台;

(4)UV光解活性炭一体机设备

     型号:35000

     风量:35000m3/h

  设备尺寸:3700*1150*1700 mm

  风口尺寸: 700mm

3.废气系统处理风量15000m3/h,处理系统设计如下:

(1)管道

采用圆形管道,采用304或PVC、镀锌螺旋风管材质制作。 

主管径尺寸:φ500mm;

管内风速:8m/s;

数量:一批;

(Q)风机

     采用离心式通风机;

     风量:60000m3/h

     风压:2500Pa

     功率:

     数量:1台;

     材质: 

(4)UV光解活性炭一体机设备

     型号:15000

     风量:15000m3/h

  设备尺寸: 3100*1150*1300mm

 


六、运行及维护

 运行

1)设置工人兼职负责废气处理设施的运行;

2)每天定时对运行系统进行检查,发现问题及时进行维护;

3)每天对系统运行情况做记录;

4)定期对排放口废气进行检测一次,并根据处理状况对设备进行维护。

 维护

1)风机及时添加相应型号的油剂;皮带3-6个月进行更换一次;

2)处理设备经常检查,发现有零部件损坏需及时更换;

人员培训

1)为了使甲方能够正确操作废气处理站内设备,保证整个系统正常运行,我们提供免费人员培训,培训人员1~3人次。培训地点在现场,内容为废气处理基本知识和紧急事故处理方法。整个培训计划在废气处理设施调试过程中完成。

2)运行人员,除具备一定的文化知识外,应在物理、化学等方面有一定的专业知识。

3)经过培训后操作人员应熟悉所处理的废气的性质,整个处理工艺流程、原理,每个处理步骤的作用,各步骤处理单元在处理系统中的地位,即懂原理、作用。熟悉操作的具体步骤,综合分析运行数据,进行工艺调整,即会开车,会调整工艺,懂处理设备的原理、型号、操作步骤及有关规程。会维护使用设备,会处理异常运行中的工艺问题。

4)经过培训后设备维修人员应懂得处理设备的原理,会看懂处理设备的图纸资料,会合理使用工具,维修人员应懂处理设备的作用、型号及机械性能。维修人员应会正确拆装设备,科学检修,维护人员会检查设备中的不正常现象、能正确处理,熟悉本专业的有关安全知识及对应急事故的处理。

八、技术服务承诺

为确保设施的运行稳定,我们将以完善的设计、精良的设备、全面的质量和进度管理、专业化的系统调试及人员培训和优良的跟踪服务体系,充分体现高起点、操作方便化、运行低成本、处理达标的效果。我公司对本工程技术服务承诺如下:

1)据建设方要求及实际情况对本方案进行必要的修改和补充,确保废气达标排放。

2)免费为厂方培训上岗人员,保证培训后能独立上岗操作和进行简单的维修;帮助厂方制定合理规范的操作规程。

3)对本工程进行终生技术支持,并免费提供有关最新技术咨询指导。

4)工程设备保修壹年,此后以成本价向厂方提供备品更换件。

5)系统经正式验收之日起,依照有关法律、法规、规章的管理规定和双方约定,承担本工程质量保修责任,并承诺提供保修及服务;

6)在保修期内若非业主使用不当和保管不善等原因造成的产品质量问题,我们负责更换和修理;

7)若因所提供的服务的技术方面的原因,使设备达不到业主要求及国家和地方有关文件所提出的要求,我们将承担全部相关责任并且有责任采取相应措施使设备达到技术要求,承担相应的费用;

8)质量保修范围包括土建、电气管线、工艺管道、设备安装和装修工程,以及双方约定的其他项目。


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