吳見平，靳紫恒，長英夫，張進(jìn)，江霞

（1四川大學(xué)建筑與環(huán)境學(xué)院，四川成都610065；2西原環(huán)保工程(上海)有限公司,上海201204；3四川省科學(xué)城天人環(huán)保有限公司,四川綿陽621054）

污水處理廠在實(shí)際運(yùn)營過程中會(huì)釋放大量的惡臭污染物到周圍空氣中形成惡臭氣體，尤其是在預(yù)處理工段、生化處理區(qū)和污泥處理車間[1-3]。惡臭氣體中的污染物對(duì)人體健康、經(jīng)濟(jì)建設(shè)活動(dòng)和環(huán)境質(zhì)量具有嚴(yán)重危害。首先，大部分惡臭污染物毒性閾值低或嗅覺閾值低，容易使人產(chǎn)生不舒適的感覺和中毒現(xiàn)象，從而不利于開展污水處理廠和其周圍的經(jīng)濟(jì)建設(shè)活動(dòng)[4]。其次，惡臭污染物排入到大氣中后，在光或大氣中一些顆粒物的作用下，與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，從而導(dǎo)致酸雨、灰霾和光化學(xué)煙霧等環(huán)境問題[4]。因此，在排放前降低污水處理廠的惡臭污染物濃度，使其不影響周圍環(huán)境和人體健康，是建設(shè)環(huán)保型污水處理廠的硬性要求，特別是運(yùn)營環(huán)境相對(duì)密閉的地下污水處理廠。

惡臭氣體凈化技術(shù)有很多種，按照去除機(jī)理可以分為生物法、吸附法、化學(xué)洗滌法和低溫等離子法等[4-5]。在這些技術(shù)中，生物法除臭技術(shù)不僅除臭效率高、成本低，而且基本上不產(chǎn)生二次污染。此外，污水處理廠中的惡臭氣體具有氣量大、惡臭污染物組分復(fù)雜和惡臭污染物濃度低的特點(diǎn)[3,6]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，降低運(yùn)營成本、減少環(huán)境影響和減少能耗物耗是污水處理廠發(fā)展的必然方向。因此，生物法除臭技術(shù)在污水處理廠中的應(yīng)用對(duì)污水處理廠的建設(shè)和升級(jí)改造具有重要意義。本文綜述了生物法除臭技術(shù)的種類和應(yīng)用現(xiàn)狀，并據(jù)此提出一些關(guān)于污水處理廠中生物法除臭技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展方向，從而為污水處理廠除臭工程的建設(shè)和升級(jí)改造提供選擇。

1 生物法除臭技術(shù)

生物法除臭技術(shù)除了微生物的生物降解作用以外，還需要吸附、吸收等作用使惡臭污染物進(jìn)入微生物細(xì)胞體內(nèi)被生物降解。常見的末端生物法除臭技術(shù)分為生物過濾法、生物洗滌法和活性污泥擴(kuò)散法[4,7]，其凈化惡臭污染物的過程如圖1所示。此外，也出現(xiàn)了一些源頭生物除臭技術(shù)。

1.1 生物過濾法

生物過濾法除臭技術(shù)的關(guān)鍵是生物過濾系統(tǒng)，生物過濾系統(tǒng)的核心是微生物/填料層[7]。其除臭機(jī)理為：①微生物附著在填料上形成生物膜，從而構(gòu)成微生物/填料復(fù)合材料；②惡臭氣體通過微生物/填料層時(shí)，惡臭污染物被微生物/填料復(fù)合材料吸附、吸收，然后吸附或吸收的惡臭污染物被微生物降解為基本無害的小分子物質(zhì)，從而使惡臭氣體轉(zhuǎn)變?yōu)闊o臭的氣體；③噴淋液通過微生物/填料層時(shí)，沖刷降解產(chǎn)物和脫落的生物膜，同時(shí)調(diào)節(jié)微生物/填料層的環(huán)境條件，使微生物/填料層保持穩(wěn)定的除臭效果。根據(jù)填料的類型、噴淋液的組成和噴淋方式可以將生物過濾法分為土壤生物法、生物濾池法和生物滴濾池法。

土壤生物法是最早應(yīng)用于去除空氣中惡臭污染物的生物過濾技術(shù)，以活性土壤為主要填料，水為噴淋液[7]?；钚酝寥朗翘烊坏奈⑸?填料復(fù)合材料，其中富含有機(jī)質(zhì)、礦物質(zhì)和微生物。有機(jī)質(zhì)和礦物質(zhì)能為微生物提供營養(yǎng)物質(zhì)并且吸附惡臭污染物。采用不同類型的土壤與活性炭顆粒、堆肥等其他類型填料可組合構(gòu)成復(fù)合型土壤濾層。陳敏等[8]將草腐土、珍珠巖和黑炭按照體積比為15∶4∶1混合后，土壤生物過濾系統(tǒng)對(duì)養(yǎng)豬場中主要惡臭氣體污染物NH3和H2S的去除率高于95%。然而，由于活性土壤濾層空隙率低，微生物聚集體和降解產(chǎn)物難以被沖刷出活性土壤濾層，從而使活性土壤濾層易出現(xiàn)土壤結(jié)板、床層堵塞和氣流短路等問題。為了保證土壤生物過濾系統(tǒng)正常運(yùn)行，需要定期松土或更換活性土壤濾層。

圖1 末端生物法除臭技術(shù)的除臭過程

為了克服土壤生物法的缺點(diǎn)，在二十世紀(jì)七八十年代發(fā)展出了以土壤生物法為基礎(chǔ)的生物濾池法，反應(yīng)器為生物濾池[7]。早期的生物濾池以木屑、堆肥和廢棄生物質(zhì)等易生物降解的有機(jī)物為主要填料，以水為噴淋液。有機(jī)填料中的微生物可以用于去除惡臭污染物，并且其中富含微生物生長和繁殖所需的營養(yǎng)物質(zhì)，可以使微生物迅速地在這些有機(jī)填料表面形成生物膜，構(gòu)成微生物/填料復(fù)合材料。填料的類型和配比對(duì)生物濾池除臭效率影響很大，填料可以是一種物質(zhì)，也可以是幾種物質(zhì)組成的混合物，如木屑和堆肥混合物[9-13]。陸日明等[13]采用堆肥分別與樹皮、木片、泥炭等按照體積比1∶1混合作為生物濾池的填料，除臭結(jié)果表明，以堆肥和樹皮組成的混合填料的生物濾池具有更好的除臭效果，對(duì)NH3的去除率在90%以上。盡管木屑、堆肥和廢棄生物質(zhì)等有機(jī)填料容易獲得且成本低廉，但是這些填料在運(yùn)行過程中會(huì)逐漸被降解。生物濾池在運(yùn)行一段時(shí)間后，填料的尺寸由大變小，填料層發(fā)生板結(jié)和塌陷，從而導(dǎo)致生物濾池的床層壓降增加、運(yùn)行能耗增加、操作難控制和除臭效果不穩(wěn)定。因此，自從2012年后，生物濾池常使用火山巖、竹炭和活性炭等無機(jī)惰性填料?；鹕綆r的比表面積小、硬度大和強(qiáng)度大，通常布置在填料層的底層，起支撐作用。竹炭和活性炭等多孔碳基材料具有發(fā)達(dá)的比表面積和豐富的官能團(tuán)，對(duì)惡臭污染物具有較高的吸附能力，并且易于在其表面形成大比表面積的生物膜，從而提升生物濾池除臭的穩(wěn)定性和抗沖擊負(fù)荷能力。有時(shí)為了生物濾池開始運(yùn)營時(shí)的處理效率，常在活性炭等惰性無機(jī)填料中加入樹皮等廢棄生物質(zhì)填料，使微生物在惰性填料表面快速掛膜。

生物滴濾池法所用的反應(yīng)器為生物滴濾池，以聚丙烯環(huán)、聚氨酯、陶瓷顆粒和火山巖等難生物降解的惰性材料為填料，并且填料不為微生物提供營養(yǎng)物質(zhì)[14-16]。填料是影響生物滴濾池除臭效果的關(guān)鍵因素，其主要作用是為微生物提供適宜的生長環(huán)境，對(duì)于不同類型的惡臭氣體，填料的選擇也不同。通常比表面積大、持水性能和附著性能好、空隙率大、機(jī)械強(qiáng)度大和防腐能力強(qiáng)的填料有利于提高單位體積填料的生物量、沖刷降解產(chǎn)物和脫落生物膜以及避免填料層塌陷、床層堵塞、氣流短路等，從而可使生物滴濾池能長期穩(wěn)定地去除惡臭污染物，如合適規(guī)模的竹炭作為填料等[17]。單一填料一般難以實(shí)現(xiàn)上述所有要求，但是通過組合不同類型的填料可以滿足這些要求，例如負(fù)載粉末活性炭的海綿填料[18]。由于填料不能為微生物提供所需的營養(yǎng)物質(zhì)，生物滴濾池的噴淋液含微生物所需養(yǎng)分。此外，噴淋方式為短周期的間歇性噴淋或連續(xù)噴淋使除臭的反應(yīng)條件（pH、營養(yǎng)和溫度等）易控制和產(chǎn)物不易積累。最后，通過調(diào)節(jié)噴淋液的組成和噴淋速率，可以提高生物滴濾池除臭的效率[17]。Arellano等[19]報(bào)道了在噴淋液中添加NaOH保持其pH在10左右、空床停留時(shí)間為40s時(shí)，生物滴濾池對(duì)DMDS（二甲基二 硫醚，730mg/m3）和H2S（130mg/m3）的去除率接近100%。Mirmohammadi等[20]發(fā)現(xiàn)當(dāng)空床停留時(shí)間不變時(shí)，噴淋液的噴淋速率越大，對(duì)三乙胺的去除率越高。通常，營養(yǎng)液的噴淋流量與惡臭氣體的進(jìn)氣流量比值為1∶10左右[21]。西原環(huán)保工程有限公司在浙江某污水處理廠的除臭工程案例中，生物滴濾池的進(jìn)口H2S濃度在151.8～303.6mg/m3且波動(dòng)較大，調(diào)試初期采用間歇噴淋方式，H2S去除率為90%～95%；當(dāng)采用連續(xù)噴淋后，出口濃度低于1.5mg/m3，滿足設(shè)計(jì)要求。

隨著生物過濾技術(shù)的發(fā)展，生物濾池法和生物滴濾池法所用填料的差異逐漸變小，即通過調(diào)節(jié)噴淋液組成和噴淋方式可以使箱式生物過濾除臭裝置以生物濾池法或生物滴濾池法運(yùn)行。生物過濾法除臭時(shí)，惡臭氣體與噴淋液通常以逆流180°接觸[7-8,13,22]。西原環(huán)保工程有限公司在北京通州碧水地下污水處理廠的除臭工程中，采用以惡臭氣體與噴淋液逆流180°接觸和順流0°接觸的兩個(gè)生物滴濾池一體化除臭系統(tǒng)，其中一個(gè)生物滴濾池環(huán)境調(diào)整為弱酸性至中性，確保惡臭氣體中不易生物降解的甲硫醇的去除效果。然而，當(dāng)處理含較高濃度H2S的惡臭氣體時(shí)，H2S被部分生物氧化為單質(zhì)硫，單質(zhì)硫沉積在生物膜中難以被噴淋液沖刷帶走，積累的單質(zhì)硫和過剩的生物膜容易使生物滴濾池出現(xiàn)床層壓降增加、氣體壓力損失增大和除臭性能不穩(wěn)定等問題[23]。Jiang等[23-24]提出橫流式生物滴濾池脫除H2S和NH3，即床層的布水與布?xì)夥较虻膴A角為90°，與傳統(tǒng)逆流式生物滴濾池相比，床層的布?xì)夂筒妓鶆颍到猱a(chǎn)物和脫落生物膜更容易被沖洗出床層，床層壓降明顯減小，耐沖擊負(fù)荷能力增強(qiáng)，運(yùn)行穩(wěn)定性大大增加。張書景等[25]采用橫流式生物滴濾池脫除含甲苯廢氣時(shí)，也得出了相似的結(jié)論。在實(shí)際應(yīng)用中，為了解決傳統(tǒng)柱式反應(yīng)器布水和布?xì)獠痪鶆虻膯栴}，四川省科學(xué)城天人環(huán)保有限公司開發(fā)了一體化箱式生物過濾除臭裝置，在四川新都某污水處理廠實(shí)現(xiàn)了工業(yè)化應(yīng)用（8000m3/h）（圖2）。長期運(yùn)行結(jié)果顯示：箱式生物過濾除臭裝置運(yùn)行穩(wěn)定，排放的尾氣中H2S濃度低于0.06mg/m3，氨氣濃度低于1.5mg/m3，臭氣濃度小于20mg/m3，達(dá)到國家《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》GB 18918—2002中廢氣排放二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 箱式生物過濾除臭裝置的除臭流程

通過上述可知，生物過濾法除臭技術(shù)對(duì)污水處理廠中NH3和H2S等易生物降解的惡臭污染物的去除效果較好。然而，污水處理廠中的惡臭氣體中存在一些難生物降解的污染物，如氯代有機(jī)物等，生物過濾法對(duì)其去除效果通常較差[26]。Wang等[27]采用生物過濾法去除1000mg/m3的氯苯時(shí)，直接采用生物過濾法去除氯苯的去除率在40%左右，結(jié)合臭氧氧化法的去除率在70%以上?？梢?，對(duì)高濃度的難生物降解惡臭污染物，生物過濾法需要結(jié)合臭氧氧化和等離子法等物理化學(xué)法以實(shí)現(xiàn)達(dá)標(biāo)排放。

1.2 生物洗滌法

生物洗滌法利用來自生物曝氣池的吸收液（凈化后的水和污泥混合液）吸收惡臭氣體中的惡臭污染物，含惡臭污染物的吸收液進(jìn)入曝氣池，惡臭污染物被好氧活性污泥降解為CO2、H2O和SO2-4等。生物洗滌法對(duì)惡臭污染物的去除率取決于在吸收液對(duì)惡臭污染物的吸收效果[4]。李遠(yuǎn)嘯等[28]采用生物洗滌法去除VOCs廢氣（苯和甲醇的濃度均為3000mg/m3）時(shí)，發(fā)現(xiàn)對(duì)甲醇的去除率為97%，對(duì)苯的去除率為55%，而采用清水洗滌對(duì)甲苯的去除率只有15%左右。將惡臭氣體與吸收液逆流接觸、增加吸收液與惡臭氣體的流量比、減小吸收液滴直徑、向洗滌器加入填料和向吸收液添加生物表面活性劑、硅油和NaOH等化學(xué)試劑均可以促進(jìn)吸收液吸收惡臭污染物[28-31]。

1.3 活性污泥擴(kuò)散法

1.4 源頭生物除臭技術(shù)

圖3 活性污泥回流除臭系統(tǒng)

活性污泥回流法是指將生物處理池中的好氧活性污泥和二沉池中沉淀分離的污泥回流到污水處理廠入口污水中提高污水中的溶解氧、NO3-含量和除臭微生物的含量（圖3），有利于惡臭污染物在入口污水中被生物氧化為無臭或弱臭的物質(zhì)。此外，回流活性污泥對(duì)后續(xù)生物處理基本沒有影響，還可以降低入口污水中的硫化物含量，從而有助于避免后端生物處理池出現(xiàn)污泥絲狀膨脹現(xiàn)象[35]。然而，在運(yùn)用此技術(shù)時(shí)需要選擇合適的污泥回流比（回流污泥流量與入口污水流量的比值），避免初沉池的運(yùn)營負(fù)荷過載。美國德克薩斯休斯頓城中的兩個(gè)污水處理廠于1994年采用活性污泥回流法控制惡臭污染，污泥回流比為45%～50%，這兩個(gè)污水處理廠的惡臭污染問題得到明顯改善[39]。2010年，天津凱英科技發(fā)展股份有限公司提出全過程除臭工藝，即在生物處理池設(shè)置微生物培養(yǎng)箱以富集培養(yǎng)硫氧化菌和硝化菌等除臭微生物，使回流污泥中的除臭微生物含量增加和污泥回流比降低，污泥回流比為2%～10%。此外，微生物培養(yǎng)箱設(shè)置在生物處理池，還有助于降低生物處理池中的惡臭污染物濃度，從而實(shí)現(xiàn)污水處理全過程減排惡臭污染物。該工藝應(yīng)用在天津市紀(jì)莊子污水處理廠（450000t/d）控制惡臭污染，污泥回流比為2%～6%，運(yùn)行結(jié)果顯示，在各重點(diǎn)惡臭污染構(gòu)筑物的H2S濃度從0.1mg/m3降低至0.01mg/m3[40]。

圖4 氨氧化產(chǎn)物回流除臭系統(tǒng)

表1 生物法除臭技術(shù)比較

2 生物法除臭技術(shù)在污水處理廠中的應(yīng)用現(xiàn)狀

近年來，生物法除臭技術(shù)在國內(nèi)污水處理廠的一些應(yīng)用案例如表2所示。當(dāng)前生物法除臭技術(shù)在我國應(yīng)用現(xiàn)狀如下。

（1）當(dāng)采用土壤生物法、生物濾池法、生物滴濾池法和生物洗滌法等末端生物法除臭技術(shù)時(shí)，通常需要在污水處理段加蓋密閉，以便于惡臭氣體的收集和輸送，從而減少污水處理廠直接排入到大氣環(huán)境中的惡臭污染物。

（2）土壤生物法在早期修建的污水處理廠中應(yīng)用較廣泛，隨著城市用地需求增大，土壤生物法不再適宜大規(guī)模應(yīng)用，生物濾池法和生物滴濾池法成為當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的末端生物法除臭技術(shù)。

（3）當(dāng)單一的末端生物法除臭技術(shù)難以滿足排放要求時(shí)，常采用源頭減排法或等離子法、活性炭吸附法等末端物理化學(xué)除臭法相結(jié)合或多種末端生物法除臭技術(shù)結(jié)合的工藝作為除臭工藝，尤其是對(duì)于化工類污水處理車間或污水處理廠。

表2 近年來生物法除臭技術(shù)在國內(nèi)污水處理廠的一些應(yīng)用案例

（4）為了降低除臭成本和便于維護(hù)管理，通常根據(jù)污水處理廠構(gòu)筑物布局分區(qū)域加蓋密閉收集惡臭氣體和處理惡臭污染物。

（5）為了降低除臭成本和占地面積，結(jié)合源頭減排生物法除臭技術(shù)和末端生物法除臭技術(shù)開始在污水處理廠應(yīng)用。即針對(duì)污水處理系統(tǒng)以活性污泥回流法為基礎(chǔ)的全過程除臭工藝在新建污水處理廠或污水處理廠升級(jí)改造工程中應(yīng)用，對(duì)于污泥處理系統(tǒng)依舊采用末端生物法除臭技術(shù)控制惡臭污染。

3 展望

除臭工程作為污水處理廠的一部分，是未來污水處理廠必須配套的處理設(shè)施，并且追求占地面積、除臭成本、能量消耗以及污染物排放量更小化?；谏锓ǔ艏夹g(shù)在我國的應(yīng)用現(xiàn)狀特點(diǎn)，結(jié)合污水處理廠除臭工程的發(fā)展方向提出以下一些觀點(diǎn)。

（1）分區(qū)治理當(dāng)污水處理廠氣量較大時(shí)，根據(jù)污水處理廠的構(gòu)筑物布置和構(gòu)筑物周圍惡臭氣體的特點(diǎn)分區(qū)域選擇除臭工藝治理污水處理廠的惡臭污染。污水處理廠除臭總體上可分為預(yù)處理區(qū)域、生物處理區(qū)域和污泥處理區(qū)域。對(duì)于預(yù)處理區(qū)域和污泥處理區(qū)域，惡臭污染物濃度較高且難處理，采用“等離子法+生物滴濾池法”等組合工藝。此外，預(yù)處理區(qū)域和污泥處理區(qū)域根據(jù)構(gòu)筑物的惡臭氣體中惡臭污染物濃度和工人工作頻率進(jìn)一步細(xì)分，將離子法等前端預(yù)處理工藝設(shè)備放置在惡臭污染物濃度高和工人工作頻率高的構(gòu)筑物中。對(duì)于生物處理區(qū)域，惡臭污染物濃度較低，采用生物滴濾池法等單級(jí)工藝。分區(qū)治理可以使所有除臭單元發(fā)揮其最大有效運(yùn)行負(fù)荷，減少多余的處理單元，從而降低除臭能耗、除臭反應(yīng)器占地面積和除臭成本。

（2）首尾結(jié)合將源頭減排工藝和末端治理工藝結(jié)合，即全過程除臭工藝和生物滴濾池法等末端生物法除臭技術(shù)同時(shí)應(yīng)用于污水處理廠。全過程除臭工藝降低入口污水中的惡臭污染物濃度，使其在預(yù)處理段由于鼓泡等機(jī)械力的作用而直接排入到空氣中的惡臭污染物量顯著降低，從而降低惡臭氣體的收集和輸送成本、末端處理氣量和處理負(fù)荷。生物滴濾池法等末端生物法除臭技術(shù)可以進(jìn)一步降低污水處理廠附近環(huán)境中的惡臭氣體污染物濃度，使污水處理廠中的惡臭污染對(duì)環(huán)境的影響最小化。

（3）密閉處理將更多分離性能好的密閉型化工分離裝置用于污水處理廠的分離過程中，替代敞開式分離功能的構(gòu)筑物。例如，密閉式沸騰床分離器和形狀聚結(jié)器替代曝氣沉砂池，密閉式旋流分離器和沸騰床分離器替代污泥濃縮池，分離過程中的惡臭氣體可直接通過分離裝置與風(fēng)管連接進(jìn)入末端惡臭氣體生物法處理裝置，從而減少加蓋工程量，降低除臭成本。

（4）工藝組合末端治理工藝依舊以生物滴濾池法和生物濾池法為主，但是需要通過改進(jìn)填料、布?xì)狻⒉妓较虻脑O(shè)計(jì)和噴淋液的組成/方式等提高生物法除臭反應(yīng)器的去除能力、運(yùn)行穩(wěn)定性和抗沖擊負(fù)荷能力。當(dāng)惡臭氣體中惡臭污染物具有難降解有機(jī)物濃度高的特點(diǎn)時(shí)，可采用如臭氧氧化、等離子法等技術(shù)預(yù)處理惡臭污染物，使其變得更容易被生物降解。

（5）生物氣溶膠控制生物滴濾池法和生物濾池法除臭過程中會(huì)排放生物氣溶膠，生物氣溶膠中的微生物來源于濾床中填料上的微生物，可能含有多種致病微生物，能夠?qū)θ梭w的呼吸道和肺部造成傷害。然而，現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)中沒有關(guān)于污水處理廠控制微生物排放到環(huán)境中的指標(biāo)與限值。因此，在使用生物滴濾池法和生物濾池法除臭技術(shù)時(shí)，在出氣口安裝滅菌裝置控制生物氣溶膠可能是未來污水處理廠升級(jí)改造或新建的要求之一。