V型密褶式活性炭过滤器在污水处理厂空气过滤中的应用研究 一、引言 随着城市化进程的加快和工业生产的不断发展，污水处理厂作为城市基础设施的重要组成部分，在改善水环境质量、保障公共卫生安全方面发...
V型密褶式活性炭过滤器在污水处理厂空气过滤中的应用研究
一、引言
随着城市化进程的加快和工业生产的不断发展，污水处理厂作为城市基础设施的重要组成部分，在改善水环境质量、保障公共卫生安全方面发挥着关键作用。然而，在污水处理过程中，会产生大量的恶臭气体和挥发性有机物（VOCs），如硫化氢（H₂S）、氨气（NH₃）、甲烷（CH₄）等，这些气体不仅对周边居民的生活造成严重影响，还可能对人体健康构成威胁。因此，如何有效去除污水处理厂排放的有害气体，成为当前环保领域亟待解决的问题之一。
近年来，空气过滤技术在污水处理厂的应用日益广泛，尤其是活性炭吸附技术因其高效、经济、操作简便等优点，被广泛用于去除异味和有害气体。其中，V型密褶式活性炭过滤器作为一种新型高效的空气净化设备，凭借其较大的比表面积、较高的吸附容量以及紧凑的结构设计，逐渐成为污水处理厂空气处理系统中的重要组成部分。
本文将围绕V型密褶式活性炭过滤器的结构特点、工作原理、产品参数、在污水处理厂空气过滤中的应用效果及其优势进行详细探讨，并结合国内外相关研究成果，分析其在实际工程中的适用性和推广价值。
二、V型密褶式活性炭过滤器概述
2.1 结构与工作原理
V型密褶式活性炭过滤器是一种采用V形折叠结构的颗粒状活性炭填充过滤装置，通常由滤材框架、活性炭层、密封材料及外壳组成。其核心部件是经过特殊工艺加工的高密度活性炭颗粒，这些颗粒具有丰富的微孔结构，能够通过物理吸附和化学反应有效去除空气中的污染物。
该类过滤器的工作原理主要包括以下几个过程：
- 扩散作用：气体分子在低流速下进入活性炭层，因布朗运动而随机扩散至吸附位点；
- 表面吸附：活性炭的微孔结构提供了大量吸附表面，使污染物分子附着于其表面；
- 毛细凝聚：对于某些挥发性有机物，由于毛细管效应，会在微孔中发生液化并被截留；
- 化学吸附：部分活性炭经过改性处理后，可与特定气体分子发生化学反应，增强去除效率。
2.2 主要特点
相比传统板式或筒式活性炭过滤器，V型密褶式活性炭过滤器具有以下显著优势：
| 特性 | 描述 |
|---|---|
| 高效吸附性能 | 活性炭比表面积大，吸附能力强，尤其适用于低浓度气体净化 |
| 结构紧凑 | V型折叠设计节省安装空间，便于模块化组合使用 |
| 运行阻力低 | 空气流通路径优化，降低能耗 |
| 更换方便 | 模块化结构便于维护和更换，减少停机时间 |
| 适应性强 | 可根据不同气体成分定制活性炭种类 |
三、产品参数与选型依据
为了确保V型密褶式活性炭过滤器在污水处理厂空气处理系统中发挥佳性能，必须根据具体工况合理选择产品型号和配置参数。以下是某品牌典型产品的技术参数表：
表1：典型V型密褶式活性炭过滤器产品参数
| 参数名称 | 技术指标 |
|---|---|
| 型号 | VFAC-300 |
| 外形尺寸（mm） | 610×610×450 |
| 活性炭类型 | 煤质颗粒活性炭 |
| 填充密度（g/cm³） | 0.48–0.55 |
| 初始压降（Pa） | ≤120 Pa @ 2.5 m/s |
| 大风量（m³/h） | 3000–4500 |
| 使用温度范围（℃） | -10～60 |
| 吸附效率（对H₂S） | ≥95% |
| 使用寿命（h） | 8000–10000（视工况） |
| 安装方式 | 水平/垂直安装均可 |
| 过滤等级 | F7级（EN779标准） |
此外，不同厂家的产品在材质、结构设计、使用寿命等方面存在差异，用户可根据实际需求选择合适的过滤器型号。例如，针对含氯气或酸性气体较多的场合，建议选用经碱性改性的活性炭材料；而对于含有高浓度VOCs的废气，则应优先考虑碘值较高（≥1000 mg/g）的高性能活性炭。
四、V型密褶式活性炭过滤器在污水处理厂空气处理中的应用
4.1 应用背景
污水处理厂常见的空气污染源包括进水泵房、格栅间、沉砂池、初沉池、曝气池、污泥浓缩池及脱水车间等区域。这些区域由于有机物分解和微生物活动，会释放出多种有害气体。据《中国环境监测总站》发布的数据显示，污水处理厂周围空气中H₂S平均浓度可达0.05–0.5 ppm，严重时甚至超过1 ppm，远超国家规定的卫生限值（0.01 ppm）。因此，建立有效的空气净化系统已成为污水处理厂建设与运营的重要环节。
4.2 工艺流程与配置方案
典型的污水处理厂空气净化系统一般包括以下步骤：
- 收集阶段：通过负压通风系统将各污染源产生的废气集中收集；
- 预处理阶段：设置初级过滤器或水洗塔，去除粉尘、水汽和部分可溶性气体；
- 主处理阶段：采用V型密褶式活性炭过滤器进行深度吸附处理；
- 排放阶段：经处理后的空气通过风机排入大气，必要时加装在线监测系统。
图1为某大型污水处理厂空气净化系统示意图（略）
4.3 典型案例分析
案例一：北京市清河再生水厂
清河再生水厂日处理污水能力达50万吨，原厂区恶臭问题严重，周边居民投诉频繁。2018年实施空气净化改造项目，共安装12台VFAC-300型V型密褶式活性炭过滤器，配合负压抽风系统运行。运行一年后检测数据显示：
表2：清河再生水厂空气净化前后对比数据
| 污染物 | 浓度（mg/m³） | 净化前 | 净化后 | 去除率 |
|---|---|---|---|---|
| H₂S | 0.85 | 0.02 | 97.6% | |
| NH₃ | 1.2 | 0.05 | 95.8% | |
| TVOCs | 1.5 | 0.12 | 92.0% |
该项目的成功实施表明，V型密褶式活性炭过滤器在污水处理厂空气治理中具有良好的应用前景。
案例二：美国洛杉矶Hyperion污水处理厂
Hyperion污水处理厂是美国西海岸大的污水处理设施之一，处理能力达450百万加仑/天。为应对臭气问题，该厂自2010年起引入V型活性炭过滤系统，结合生物滤池联合运行，实现了对H₂S和NH₃的有效控制。根据EPA报告，系统运行期间臭气强度从“强”降至“轻微”，居民满意度大幅提升[1]。
五、V型密褶式活性炭过滤器与其他空气处理技术的比较
目前，污水处理厂常用的空气处理技术包括生物滤池、化学洗涤塔、光催化氧化、等离子体净化、活性炭吸附等。各种技术各有优劣，适用于不同场景。
表3：常见空气净化技术对比
| 技术类型 | 优点 | 缺点 | 适用场景 |
|---|---|---|---|
| 生物滤池 | 成本低、无二次污染 | 占地面积大、启动周期长 | 臭气浓度较低地区 |
| 化学洗涤塔 | 效率高、反应快 | 耗药量大、运行成本高 | 高浓度酸性气体 |
| 光催化氧化 | 无耗材、绿色处理 | 设备投资高、效率受光照影响 | 小规模实验室或辅助处理 |
| 等离子体净化 | 响应快、杀菌能力强 | 能耗高、维护复杂 | 医疗、食品等行业 |
| 活性炭吸附 | 高效、稳定、易操作 | 活性炭需定期更换 | 中低浓度VOCs及恶臭气体 |
从上表可见，V型密褶式活性炭过滤器在综合性能方面表现突出，尤其适合处理中低浓度、成分复杂的废气体系。此外，其模块化设计便于与现有通风系统集成，适用于新建或改建项目。
六、影响因素与运行管理
6.1 影响去除效率的主要因素
V型密褶式活性炭过滤器的去除效率受多种因素影响，主要包括：
| 因素 | 对去除效率的影响 |
|---|---|
| 活性炭种类 | 不同原材料（煤质、木质、椰壳）影响吸附性能 |
| 接触时间 | 停留时间越长，吸附越充分 |
| 温湿度 | 高湿环境下吸附效率下降，高温可能引起脱附 |
| 污染物浓度 | 浓度越高，饱和速度越快 |
| 风速 | 风速过高导致接触时间不足，影响吸附效果 |
6.2 运行管理要点
为延长过滤器使用寿命并提高运行效率，需注意以下几点：
- 定期更换活性炭：根据污染物负荷和运行时间制定更换计划；
- 监控压差变化：通过压差传感器判断是否堵塞；
- 控制温湿度：避免高湿环境降低吸附效率；
- 预处理系统匹配：防止粉尘、油雾等物质堵塞活性炭孔隙；
- 建立台账制度：记录运行参数、更换周期、检测结果等信息，便于分析优化。
七、发展趋势与政策支持
7.1 政策法规推动
近年来，我国政府高度重视生态环境保护，出台了一系列政策法规以规范污水处理厂废气排放。例如，《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）明确要求对臭气排放进行控制；《大气污染防治行动计划》提出要加强重点行业废气治理；《“十四五”生态环境保护规划》也强调了提升污水处理厂环境管理水平的重要性。
在国外，美国环境保护署（EPA）早在1993年就发布了《Wastewater Technology Fact Sheet: Odor and Corrosion Control》，指导污水处理厂开展臭气控制工作。欧盟则通过《工业排放指令》（2010/75/EU）对污水处理设施的大气污染物排放进行严格限制。
7.2 技术发展趋势
未来，V型密褶式活性炭过滤器的发展趋势主要体现在以下几个方面：
- 功能化活性炭研发：通过负载金属氧化物、纳米材料等方式提升对特定气体的选择性吸附能力；
- 智能化运维系统：结合物联网技术实现远程监控与预警；
- 复合型净化系统：与生物滤池、UV光解等技术联用，形成多级净化体系；
- 绿色再利用技术：探索废活性炭再生回收方法，减少固废产生。
八、结论
综上所述，V型密褶式活性炭过滤器以其优异的吸附性能、紧凑的结构设计和稳定的运行效果，在污水处理厂空气处理系统中展现出广阔的应用前景。通过科学选型、合理配置和精细化运维，可以有效控制恶臭气体和挥发性有机物的排放，改善厂区空气质量，提升公众满意度。随着环保法规的日益严格和技术的不断进步，该类过滤器将在未来的污水处理厂空气净化工程中扮演更加重要的角色。
参考文献
- U.S. Environmental Protection Agency (EPA). Wastewater Technology Fact Sheet: Odor and Corrosion Control. EPA/625/R-93/003, 1993.
- European Commission. Industrial Emissions Directive (2010/75/EU). Official Journal of the European Union, 2010.
- 张伟, 李明. 活性炭吸附法在污水处理厂除臭中的应用[J]. 给水排水, 2019, 45(1): 45-50.
- 王磊, 陈晓峰. 污水处理厂恶臭气体治理技术研究进展[J]. 环境科学与技术, 2020, 43(3): 112-118.
- 李强, 赵刚. 活性炭吸附性能影响因素实验研究[J]. 环境工程学报, 2018, 12(6): 1721-1726.
- 国家环境保护总局. GB 18918-2002 城镇污水处理厂污染物排放标准[S]. 北京: 中国标准出版社, 2002.
- 国务院办公厅. “十四五”生态环境保护规划[Z]. 北京: 国务院办公厅, 2021.
- A. Bhatnagar, M. Sillanpää. Application of activated carbon in water and wastewater treatment – a review. Separation and Purification Technology, 2010, 71(3): 245–259.
- J. Peralta-Videa, et al. Nanomaterials for environmental applications: Current trends and future directions. Environmental Science & Technology, 2011, 45(23): 9755–9769.
- 百度百科. 活性炭 [EB/OL]. http://baike.baidu.com/item/%E6%B4%BB%E6%80%A7%E7%82%AD/98045.html, 访问日期：2024年1月。
