袋式活性炭过滤器在污水处理厂除臭中的应用研究 一、引言：污水处理厂的恶臭问题及其治理需求 随着城市化进程的加快和环境保护意识的提升，污水处理厂作为城市基础设施的重要组成部分，其运行过程中产...
袋式活性炭过滤器在污水处理厂除臭中的应用研究
一、引言：污水处理厂的恶臭问题及其治理需求
随着城市化进程的加快和环境保护意识的提升，污水处理厂作为城市基础设施的重要组成部分，其运行过程中产生的恶臭气体问题日益受到关注。尤其是在人口密集的城市区域，污水处理厂排放的硫化氢（H₂S）、氨气（NH₃）、甲硫醇（CH₃SH）等挥发性有机化合物（VOCs），不仅影响周边居民的生活质量，还可能对人体健康造成潜在危害。
根据《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）及《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93），我国对污水处理厂的废气排放提出了明确要求。在此背景下，袋式活性炭过滤器作为一种高效、稳定、操作简便的除臭技术，在近年来得到了广泛应用。
本文将围绕袋式活性炭过滤器的工作原理、结构特点、性能参数、应用场景、国内外研究进展以及实际工程案例等方面进行系统阐述，并结合相关文献资料进行深入分析，旨在为污水处理厂的除臭治理提供科学依据和技术参考。
二、袋式活性炭过滤器的基本原理与结构组成
2.1 工作原理
袋式活性炭过滤器是一种利用活性炭吸附作用去除空气中异味成分的装置。其核心原理是通过物理吸附和化学吸附相结合的方式，将空气中的有害气体分子吸附于活性炭表面或微孔中，从而达到净化空气的目的。
活性炭具有巨大的比表面积（通常大于1000 m²/g）和丰富的微孔结构，能够有效吸附多种有机和无机气体。对于污水处理厂常见的H₂S、NH₃、VOCs等物质，活性炭表现出良好的吸附能力。
2.2 结构组成
袋式活性炭过滤器一般由以下几部分组成：
| 组成部件 | 功能说明 |
|---|---|
| 外壳框架 | 承载整个设备结构，常用不锈钢或碳钢材料 |
| 活性炭滤袋 | 核心吸附单元，采用高密度活性炭填充 |
| 进出风口 | 控制气流进出方向，优化气流分布 |
| 压差计/压差报警器 | 监测滤袋阻力变化，提示更换周期 |
| 支撑骨架 | 防止滤袋塌陷，增强机械强度 |
| 密封条 | 确保密封性，防止泄漏 |
三、袋式活性炭过滤器的技术参数与选型指南
3.1 主要技术参数
以下是袋式活性炭过滤器常见技术参数的汇总：
| 参数名称 | 单位 | 典型值范围 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 处理风量 | m³/h | 500～50000 | 根据处理规模选择 |
| 过滤效率 | % | ≥95%（对H₂S、NH₃） | 受活性炭种类和厚度影响 |
| 初始压降 | Pa | 200～400 | 影响风机能耗 |
| 更换周期 | 月 | 6～12 | 视气体浓度和运行时间而定 |
| 活性炭填充量 | kg | 50～500 | 每个滤袋容量不同 |
| 吸附容量 | mg/g | 100～400 | 对特定气体的吸附能力 |
| 使用温度 | ℃ | ≤60 | 温度过高影响吸附效果 |
| 材质 | —— | 不锈钢/碳钢/PP | 根据腐蚀环境选择 |
3.2 选型要点
在选型时应综合考虑以下几个方面：
- 气体浓度：若废气中H₂S浓度较高，需选用高碘值活性炭；
- 处理风量：根据风机功率和管道布置确定过滤器尺寸；
- 空间限制：现场安装条件决定设备外形设计；
- 维护成本：活性炭价格、更换频率影响长期运营成本；
- 耐腐蚀性：潮湿环境中应优先选用不锈钢材质；
- 自动化控制：是否配备压差监测、自动报警等功能。
四、袋式活性炭过滤器的性能优势与局限性分析
4.1 性能优势
| 优势类别 | 详细说明 |
|---|---|
| 高效除臭 | 对H₂S、NH₃等典型臭味气体去除率可达95%以上 |
| 安装便捷 | 模块化设计，易于安装和维护 |
| 占地面积小 | 适用于空间受限场所 |
| 运行成本低 | 无需复杂电力系统，仅需定期更换活性炭 |
| 适应性强 | 可与其他工艺组合使用（如生物滤池、UV光解） |
4.2 局限性
| 局限性类别 | 说明 |
|---|---|
| 吸附饱和问题 | 活性炭会随时间饱和，需定期更换 |
| 成本问题 | 高品质活性炭价格较高 |
| 二次污染风险 | 废弃活性炭若未妥善处理，可能造成二次污染 |
| 潮湿影响 | 湿度大环境下活性炭易结块，降低吸附效率 |
| 操作管理要求 | 需专业人员定期巡检和维护 |
五、国内外研究现状与发展趋势
5.1 国内研究进展
近年来，国内学者对袋式活性炭过滤器在污水处理厂的应用进行了广泛研究。例如：
- 王海燕等（2021）在《环境工程学报》中指出，活性炭对H₂S的吸附效率受湿度、温度、接触时间等因素显著影响，建议在进气前加装除湿装置以提高吸附效率。
- 刘志刚（2020）在《给水排水》中提出，采用复合型活性炭（如掺杂金属氧化物）可显著提高对NH₃的吸附能力。
- 李伟（2019）通过实验对比发现，椰壳活性炭相比煤质活性炭具有更高的吸附容量和更长使用寿命。
5.2 国外研究现状
国外在该领域的研究起步较早，技术相对成熟：
- 美国EPA（Environmental Protection Agency）在其发布的《Air Pollution Control Technology Fact Sheet》中推荐袋式活性炭过滤器用于低浓度臭气治理。
- 日本环境省在《恶臭对策手册》中指出，袋式活性炭过滤器适用于中小型污水处理设施，尤其适合间歇性排放场景。
- 欧洲环保署（EEA）则强调了活性炭再生技术的重要性，认为未来发展方向应是提高活性炭的再利用率，减少固废产生。
六、袋式活性炭过滤器在污水处理厂的实际应用案例分析
6.1 案例一：北京市某污水处理厂除臭改造工程
项目背景：该厂日处理污水量为10万吨，原采用喷淋塔+生物滤池组合除臭工艺，但冬季效果下降明显。
改造方案：新增袋式活性炭过滤器作为二级除臭设备，处理风量为20,000 m³/h。
实施效果：
| 指标 | 改造前 | 改造后 |
|---|---|---|
| H₂S浓度（mg/m³） | 0.5～1.2 | <0.05 |
| NH₃浓度（mg/m³） | 1.0～2.5 | <0.2 |
| 臭气浓度（OU） | >2000 | <200 |
| 运行费用（元/天） | 1200 | 1500（含活性炭更换） |
该项目表明，袋式活性炭过滤器可显著提升除臭效果，特别是在低温条件下表现优于传统生物法。
6.2 案例二：上海市浦东新区某泵站除臭工程
项目概况：小型污水泵站，位于居民区附近，原有设备噪音大、除臭效果差。
解决方案：采用模块化袋式活性炭过滤器，安装于屋顶通风口处，处理风量为5000 m³/h。
运行数据：
| 时间 | 臭气浓度（OU） | 用户满意度 |
|---|---|---|
| 投运前 | 1800 | 差 |
| 投运后1个月 | 120 | 良好 |
| 投运后6个月 | 150 | 良好 |
此案例显示，袋式活性炭过滤器在小型设施中同样具备良好的适用性和用户接受度。
七、活性炭类型与性能比较
7.1 常见活性炭种类
| 类型 | 原料 | 特点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 椰壳活性炭 | 椰子壳 | 微孔丰富，吸附能力强 | 高纯度气体净化 |
| 煤质活性炭 | 煤炭 | 成本低，强度高 | 工业废气处理 |
| 果壳活性炭 | 果核类植物 | 孔隙结构适中 | 中低浓度VOCs处理 |
| 分子筛活性炭 | 合成材料 | 可调孔径，选择性强 | 特殊气体分离 |
| 掺杂改性活性炭 | 添加金属/化学剂 | 提高对特定气体的选择性 | 如NH₃、SO₂等 |
7.2 活性炭性能指标对比
| 指标 | 椰壳活性炭 | 煤质活性炭 | 果壳活性炭 |
|---|---|---|---|
| 碘值（mg/g） | 1000～1200 | 800～1000 | 900～1100 |
| 亚甲基蓝吸附值（mg/g） | 200～250 | 150～200 | 180～230 |
| 强度（%） | ≥95 | ≥90 | ≥92 |
| 灰分（%） | ≤3 | ≤10 | ≤5 |
| 吸附速率 | 快 | 中 | 中偏快 |
八、袋式活性炭过滤器与其他除臭技术的对比分析
| 技术类型 | 原理 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|---|
| 生物滤池 | 微生物降解 | 无药剂添加，运行成本低 | 启动慢，受气候影响大 | 大中型污水处理厂 |
| 化学洗涤塔 | 酸碱中和反应 | 效果快，适用广 | 药剂消耗大，废水需处理 | 高浓度酸性气体 |
| UV光解 | 光催化氧化 | 无二次污染 | 设备投资高，处理效率不稳定 | 小型空间 |
| 等离子体 | 电离分解 | 处理效率高 | 成本高，技术尚不成熟 | 实验室阶段 |
| 袋式活性炭过滤器 | 物理吸附 | 安装灵活，操作简单 | 需定期更换活性炭 | 中小型设施、辅助处理 |
九、袋式活性炭过滤器的操作维护与管理建议
9.1 日常操作规范
- 定期巡检：每日检查压差计数值，判断是否接近更换阈值；
- 记录运行数据：包括处理风量、进出口浓度、更换周期等；
- 避免过湿运行：确保前置除湿装置正常运行；
- 防止堵塞：检查滤袋是否有粉尘堆积现象；
- 安全防护：佩戴防毒面具进行活性炭更换作业。
9.2 活性炭更换标准
| 判断依据 | 说明 |
|---|---|
| 压差升高至初始值的1.5倍以上 | 表示滤袋堵塞严重 |
| 出口气体浓度回升 | 表明吸附趋于饱和 |
| 运行时间超过6～12个月 | 保守估算更换周期 |
| 检测结果超标 | 如H₂S>0.1 mg/m³或NH₃>0.5 mg/m³ |
9.3 废旧活性炭处置
废旧活性炭属于危险废物（HW49），必须按照《国家危险废物名录》进行合规处理：
- 焚烧处理：高温下彻底分解吸附物；
- 填埋处理：需进行固化处理，防止渗漏；
- 再生利用：高温热解或化学清洗后重复使用（成本较高）；
- 专业回收：委托有资质单位统一处理。
十、结语（略）
参考文献
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刘志刚. 活性炭类型对污水处理厂除臭效率的影响[J]. 给水排水, 2020, 46(4): 72-76.
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李伟. 不同原料活性炭性能对比研究[J]. 环境科学与技术, 2019, 42(10): 134-140.
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European Environment Agency (EEA). Best Available Techniques for Waste Treatment [R]. Copenhagen: EEA, 2020.
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