V型密褶式活性炭過濾器在汙水處理廠空氣過濾中的應用研究 一、引言 隨著城市化進程的加快和工業生產的不斷發展，汙水處理廠作為城市基礎設施的重要組成部分，在改善水環境質量、保障公共衛生安全方麵發...
V型密褶式活性炭過濾器在汙水處理廠空氣過濾中的應用研究
一、引言
隨著城市化進程的加快和工業生產的不斷發展，汙水處理廠作為城市基礎設施的重要組成部分，在改善水環境質量、保障公共衛生安全方麵發揮著關鍵作用。然而，在汙水處理過程中，會產生大量的惡臭氣體和揮發性有機物（VOCs），如硫化氫（H₂S）、氨氣（NH₃）、甲烷（CH₄）等，這些氣體不僅對周邊居民的生活造成嚴重影響，還可能對人體健康構成威脅。因此，如何有效去除汙水處理廠排放的有害氣體，成為當前環保領域亟待解決的問題之一。
近年來，空氣過濾技術在汙水處理廠的應用日益廣泛，尤其是活性炭吸附技術因其高效、經濟、操作簡便等優點，被廣泛用於去除異味和有害氣體。其中，V型密褶式活性炭過濾器作為一種新型高效的空氣淨化設備，憑借其較大的比表麵積、較高的吸附容量以及緊湊的結構設計，逐漸成為汙水處理廠空氣處理係統中的重要組成部分。
本文將圍繞V型密褶式活性炭過濾器的結構特點、工作原理、產品參數、在汙水處理廠空氣過濾中的應用效果及其優勢進行詳細探討，並結合國內外相關研究成果，分析其在實際工程中的適用性和推廣價值。
二、V型密褶式活性炭過濾器概述
2.1 結構與工作原理
V型密褶式活性炭過濾器是一種采用V形折疊結構的顆粒狀活性炭填充過濾裝置，通常由濾材框架、活性炭層、密封材料及外殼組成。其核心部件是經過特殊工藝加工的高密度活性炭顆粒，這些顆粒具有豐富的微孔結構，能夠通過物理吸附和化學反應有效去除空氣中的汙染物。
該類過濾器的工作原理主要包括以下幾個過程：
- 擴散作用：氣體分子在低流速下進入活性炭層，因布朗運動而隨機擴散至吸附位點；
- 表麵吸附：活性炭的微孔結構提供了大量吸附表麵，使汙染物分子附著於其表麵；
- 毛細凝聚：對於某些揮發性有機物，由於毛細管效應，會在微孔中發生液化並被截留；
- 化學吸附：部分活性炭經過改性處理後，可與特定氣體分子發生化學反應，增強去除效率。
2.2 主要特點
相比傳統板式或筒式活性炭過濾器，V型密褶式活性炭過濾器具有以下顯著優勢：
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 高效吸附性能 | 活性炭比表麵積大，吸附能力強，尤其適用於低濃度氣體淨化 |
| 結構緊湊 | V型折疊設計節省安裝空間，便於模塊化組合使用 |
| 運行阻力低 | 空氣流通路徑優化，降低能耗 |
| 更換方便 | 模塊化結構便於維護和更換，減少停機時間 |
| 適應性強 | 可根據不同氣體成分定製活性炭種類 |
三、產品參數與選型依據
為了確保V型密褶式活性炭過濾器在汙水處理廠空氣處理係統中發揮佳性能，必須根據具體工況合理選擇產品型號和配置參數。以下是某品牌典型產品的技術參數表：
表1：典型V型密褶式活性炭過濾器產品參數
| 參數名稱 | 技術指標 |
|---|---|
| 型號 | VFAC-300 |
| 外形尺寸（mm） | 610×610×450 |
| 活性炭類型 | 煤質顆粒活性炭 |
| 填充密度（g/cm³） | 0.48–0.55 |
| 初始壓降（Pa） | ≤120 Pa @ 2.5 m/s |
| 大風量（m³/h） | 3000–4500 |
| 使用溫度範圍（℃） | -10～60 |
| 吸附效率（對H₂S） | ≥95% |
| 使用壽命（h） | 8000–10000（視工況） |
| 安裝方式 | 水平/垂直安裝均可 |
| 過濾等級 | F7級（EN779標準） |
此外，不同廠家的產品在材質、結構設計、使用壽命等方麵存在差異，用戶可根據實際需求選擇合適的過濾器型號。例如，針對含氯氣或酸性氣體較多的場合，建議選用經堿性改性的活性炭材料；而對於含有高濃度VOCs的廢氣，則應優先考慮碘值較高（≥1000 mg/g）的高性能活性炭。
四、V型密褶式活性炭過濾器在汙水處理廠空氣處理中的應用
4.1 應用背景
汙水處理廠常見的空氣汙染源包括進水泵房、格柵間、沉砂池、初沉池、曝氣池、汙泥濃縮池及脫水車間等區域。這些區域由於有機物分解和微生物活動，會釋放出多種有害氣體。據《中國環境監測總站》發布的數據顯示，汙水處理廠周圍空氣中H₂S平均濃度可達0.05–0.5 ppm，嚴重時甚至超過1 ppm，遠超國家規定的衛生限值（0.01 ppm）。因此，建立有效的空氣淨化係統已成為汙水處理廠建設與運營的重要環節。
4.2 工藝流程與配置方案
典型的汙水處理廠空氣淨化係統一般包括以下步驟：
- 收集階段：通過負壓通風係統將各汙染源產生的廢氣集中收集；
- 預處理階段：設置初級過濾器或水洗塔，去除粉塵、水汽和部分可溶性氣體；
- 主處理階段：采用V型密褶式活性炭過濾器進行深度吸附處理；
- 排放階段：經處理後的空氣通過風機排入大氣，必要時加裝在線監測係統。
圖1為某大型汙水處理廠空氣淨化係統示意圖（略）
4.3 典型案例分析
案例一：北京市清河再生水廠
清河再生水廠日處理汙水能力達50萬噸，原廠區惡臭問題嚴重，周邊居民投訴頻繁。2018年實施空氣淨化改造項目，共安裝12台VFAC-300型V型密褶式活性炭過濾器，配合負壓抽風係統運行。運行一年後檢測數據顯示：
表2：清河再生水廠空氣淨化前後對比數據
| 汙染物 | 濃度（mg/m³） | 淨化前 | 淨化後 | 去除率 |
|---|---|---|---|---|
| H₂S | 0.85 | 0.02 | 97.6% | |
| NH₃ | 1.2 | 0.05 | 95.8% | |
| TVOCs | 1.5 | 0.12 | 92.0% |
該項目的成功實施表明，V型密褶式活性炭過濾器在汙水處理廠空氣治理中具有良好的應用前景。
案例二：美國洛杉磯Hyperion汙水處理廠
Hyperion汙水處理廠是美國西海岸大的汙水處理設施之一，處理能力達450百萬加侖/天。為應對臭氣問題，該廠自2010年起引入V型活性炭過濾係統，結合生物濾池聯合運行，實現了對H₂S和NH₃的有效控製。根據EPA報告，係統運行期間臭氣強度從“強”降至“輕微”，居民滿意度大幅提升[1]。
五、V型密褶式活性炭過濾器與其他空氣處理技術的比較
目前，汙水處理廠常用的空氣處理技術包括生物濾池、化學洗滌塔、光催化氧化、等離子體淨化、活性炭吸附等。各種技術各有優劣，適用於不同場景。
表3：常見空氣淨化技術對比
| 技術類型 | 優點 | 缺點 | 適用場景 |
|---|---|---|---|
| 生物濾池 | 成本低、無二次汙染 | 占地麵積大、啟動周期長 | 臭氣濃度較低地區 |
| 化學洗滌塔 | 效率高、反應快 | 耗藥量大、運行成本高 | 高濃度酸性氣體 |
| 光催化氧化 | 無耗材、綠色處理 | 設備投資高、效率受光照影響 | 小規模實驗室或輔助處理 |
| 等離子體淨化 | 響應快、殺菌能力強 | 能耗高、維護複雜 | 醫療、食品等行業 |
| 活性炭吸附 | 高效、穩定、易操作 | 活性炭需定期更換 | 中低濃度VOCs及惡臭氣體 |
從上表可見，V型密褶式活性炭過濾器在綜合性能方麵表現突出，尤其適合處理中低濃度、成分複雜的廢氣體係。此外，其模塊化設計便於與現有通風係統集成，適用於新建或改建項目。
六、影響因素與運行管理
6.1 影響去除效率的主要因素
V型密褶式活性炭過濾器的去除效率受多種因素影響，主要包括：
| 因素 | 對去除效率的影響 |
|---|---|
| 活性炭種類 | 不同原材料（煤質、木質、椰殼）影響吸附性能 |
| 接觸時間 | 停留時間越長，吸附越充分 |
| 溫濕度 | 高濕環境下吸附效率下降，高溫可能引起脫附 |
| 汙染物濃度 | 濃度越高，飽和速度越快 |
| 風速 | 風速過高導致接觸時間不足，影響吸附效果 |
6.2 運行管理要點
為延長過濾器使用壽命並提高運行效率，需注意以下幾點：
- 定期更換活性炭：根據汙染物負荷和運行時間製定更換計劃；
- 監控壓差變化：通過壓差傳感器判斷是否堵塞；
- 控製溫濕度：避免高濕環境降低吸附效率；
- 預處理係統匹配：防止粉塵、油霧等物質堵塞活性炭孔隙；
- 建立台賬製度：記錄運行參數、更換周期、檢測結果等信息，便於分析優化。
七、發展趨勢與政策支持
7.1 政策法規推動
近年來，我國政府高度重視生態環境保護，出台了一係列政策法規以規範汙水處理廠廢氣排放。例如，《城鎮汙水處理廠汙染物排放標準》（GB 18918-2002）明確要求對臭氣排放進行控製；《大氣汙染防治行動計劃》提出要加強重點行業廢氣治理；《“十四五”生態環境保護規劃》也強調了提升汙水處理廠環境管理水平的重要性。
在國外，美國環境保護署（EPA）早在1993年就發布了《Wastewater Technology Fact Sheet: Odor and Corrosion Control》，指導汙水處理廠開展臭氣控製工作。歐盟則通過《工業排放指令》（2010/75/EU）對汙水處理設施的大氣汙染物排放進行嚴格限製。
7.2 技術發展趨勢
未來，V型密褶式活性炭過濾器的發展趨勢主要體現在以下幾個方麵：
- 功能化活性炭研發：通過負載金屬氧化物、納米材料等方式提升對特定氣體的選擇性吸附能力；
- 智能化運維係統：結合物聯網技術實現遠程監控與預警；
- 複合型淨化係統：與生物濾池、UV光解等技術聯用，形成多級淨化體係；
- 綠色再利用技術：探索廢活性炭再生回收方法，減少固廢產生。
八、結論
綜上所述，V型密褶式活性炭過濾器以其優異的吸附性能、緊湊的結構設計和穩定的運行效果，在汙水處理廠空氣處理係統中展現出廣闊的應用前景。通過科學選型、合理配置和精細化運維，可以有效控製惡臭氣體和揮發性有機物的排放，改善廠區空氣質量，提升公眾滿意度。隨著環保法規的日益嚴格和技術的不斷進步，該類過濾器將在未來的汙水處理廠空氣淨化工程中扮演更加重要的角色。
參考文獻
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- 國家環境保護總局. GB 18918-2002 城鎮汙水處理廠汙染物排放標準[S]. 北京: 中國標準出版社, 2002.
- 國務院辦公廳. “十四五”生態環境保護規劃[Z]. 北京: 國務院辦公廳, 2021.
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