馬文林，劉文其，郭麗平

(1.北京建筑大學(xué) 北京應(yīng)對氣候變化研究和人才培養(yǎng)基地，北京 100044；2.北京建筑大學(xué) 環(huán)境與能源工程學(xué)院，北京 100044)

隨著中國城市化進(jìn)程的不斷加快，城市污水處理廠的數(shù)量與規(guī)模也不斷增加。然而，在城市污水廠運(yùn)行過程中，會產(chǎn)生大量含惡臭物質(zhì)的氣體。城市污水廠惡臭氣體主要來源于格柵、沉砂池、曝氣池、二沉池、污泥濃縮池和污泥脫水間等設(shè)施[1-2]。城市污水處理廠惡臭氣體中包括的污染物質(zhì)主要為硫化氫、氨、硫醇類和硫醚類等，其大多具有易揮發(fā)、嗅閾值低等特點，如控制不當(dāng)會對大氣環(huán)境和人體健康造成嚴(yán)重危害[2]。因此，城市污水處理廠惡臭氣體污染的產(chǎn)生與控制已成為社會關(guān)注的熱點問題之一。

近年來，各種惡臭氣體處理技術(shù)包括吸附、吸收、等離子和生物處理等技術(shù)，在城市污水處理廠惡臭氣體處理中均得到了一定的應(yīng)用[3-4]。這些惡臭氣體處理技術(shù)的原理不同，而且有各自的優(yōu)缺點和應(yīng)用范圍。其中，生物處理技術(shù)，包括生物過濾、生物滴濾和生物洗滌等技術(shù)均在城市污水廠惡臭氣體的處理中得到較多的應(yīng)用。然而，由于城市污水處理廠不同處理設(shè)施產(chǎn)生的惡臭氣體組成復(fù)雜、性質(zhì)各異，且不同設(shè)施的空間特點存在較大差異[5]。針對城市污水廠不同設(shè)施的惡臭物質(zhì)，采用單一工藝很難取得較好的處理效果。因此，需要根據(jù)不同工藝設(shè)施及惡臭特點選擇適宜的除臭技術(shù)[6-7]。

本文在闡述城市污水處理廠不同工藝設(shè)施惡臭氣體產(chǎn)生特點及常規(guī)惡臭氣體處理基礎(chǔ)上，綜述了城市污水處理廠不同設(shè)施惡臭氣體處理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀及新技術(shù)的進(jìn)展。結(jié)果可以為城市污水處理廠惡臭污染控制及處理技術(shù)的選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 城市污水處理廠不同工藝設(shè)施惡臭氣體的產(chǎn)生

1.1 城市污水處理廠不同工藝設(shè)施惡臭氣體的產(chǎn)生環(huán)節(jié)

城市污水處理廠惡臭氣體的產(chǎn)生環(huán)節(jié)主要包括進(jìn)水區(qū)(泵站、格柵、調(diào)節(jié)池、初沉池和沉砂池等)、生物反應(yīng)區(qū)(厭氧池、缺氧池和好氧池)以及污泥處理區(qū)(污泥濃縮池、脫水間)等處理設(shè)施。

不同污水處理設(shè)施的惡臭氣體來源存在差異。其中，進(jìn)水泵站的惡臭氣體是由于其中的污水或污泥在厭氧微生物作用下產(chǎn)生的；格柵處的惡臭氣體是由于積累的柵渣發(fā)生生物降解而產(chǎn)生惡臭物質(zhì)，并隨著刮泥機(jī)的運(yùn)行發(fā)生逸散；而調(diào)節(jié)池、初沉池和沉砂池的惡臭氣體則是由于進(jìn)水中濃度相對較高的BOD5污染物，在缺氧條件下，產(chǎn)生還原性惡臭物質(zhì)，隨著沉淀過程揮發(fā)出來。生化反應(yīng)區(qū)為污水的生物反應(yīng)區(qū)，包括厭氧池、缺氧池和好氧池，其中，厭氧池和缺氧池內(nèi)因污水發(fā)生厭氧反應(yīng)，污水中的含硫、含氮物質(zhì)發(fā)生生物轉(zhuǎn)化，生成硫化氫、氨等惡臭氣體并逸散出來，而在污水好氧池，污水BOD5的不完全生物氧化伴隨著惡臭氣體的產(chǎn)生，曝氣和攪拌加劇惡臭氣體的產(chǎn)生及擴(kuò)散。對于污泥處理區(qū)的污泥處理單元，在污泥濃縮和污泥脫水過程，因污泥停留時間較長會造成缺氧或局部厭氧狀態(tài)，其中產(chǎn)生的惡臭物質(zhì)由于攪動或湍流作用引起產(chǎn)生和逸散。

1.2 城市污水處理廠產(chǎn)生的惡臭氣體組成

城市污水廠惡臭氣體主要來源于污水中原有的惡臭物質(zhì)的逸散以及污水處理過程中經(jīng)微生物代謝產(chǎn)生的惡臭物質(zhì)[8]。城市污水處理廠不同典型工藝設(shè)施惡臭氣體組成見表1。

表1 城市污水處理廠不同工藝設(shè)施惡臭氣體組成Table 1 Composition of odors in different process facilities of municipal sewage treatment plants

由表1可知，城市污水廠惡臭氣體主要包括含硫、氮、氧、烴類化合物和鹵素及其衍生物。其中，預(yù)處理、生物處理及污泥處理等處理設(shè)施產(chǎn)生的惡臭氣體組成不同。預(yù)處理單元包括格柵、沉砂池和初沉池。其中，格柵間氣體中惡臭物質(zhì)組成復(fù)雜，主要為H2S、甲硫醇和甲硫醚等含硫物質(zhì)和VOCs等。這是由于污水管網(wǎng)中為厭氧或缺氧環(huán)境，生成如含硫和VOCs等成分復(fù)雜的惡臭物質(zhì)。在格柵間劇烈紊流的作用下，污水中的惡臭物質(zhì)將釋放并逸散至大氣中。

污水經(jīng)機(jī)械處理后進(jìn)入生物處理單元，在微生物的存在下，通過將廢水中所含的有機(jī)化合物氧化或還原為這些化合物的有機(jī)或無機(jī)衍生物，產(chǎn)生多種代謝過程。生物處理設(shè)施產(chǎn)生的惡臭氣體主要由H2S和苯系物等物質(zhì)組成，組成相對復(fù)雜，這是由于污水生物處理設(shè)施中微生物通過各種新陳代謝生成的污染物生成新的惡臭污染物[15]。二沉池為活性污泥與污水相分離設(shè)施，經(jīng)過好氧生物處理設(shè)施后，二沉池中惡臭污染物種類減少。

在污泥濃縮池中硫化氫的濃度最高，VOCs的濃度次之，此外還包含少量氨，而在脫水中，產(chǎn)生的主要惡臭物質(zhì)為氨、小分子醛類和酸類等惡臭物質(zhì)。

綜上，城市污水處理廠產(chǎn)生的惡臭氣體總體特點是產(chǎn)生面廣，污水進(jìn)水區(qū)、生化反應(yīng)區(qū)和污泥處理區(qū)的各個處理工藝段都會產(chǎn)生惡臭氣體，但不同工藝設(shè)施產(chǎn)生的惡臭物質(zhì)組成不同。其中，產(chǎn)生的惡臭物質(zhì)組成最為復(fù)雜的兩個處理設(shè)施為預(yù)處理設(shè)施和污泥處理設(shè)施，是污水廠除臭的重點。而H2S和NH3為城市污水廠惡臭物質(zhì)的主要成分。

2 城市污水廠惡臭氣體處理技術(shù)

由于城市污水廠惡臭氣體產(chǎn)生復(fù)雜，其處理技術(shù)主要包括源頭控制技術(shù)和末端控制技術(shù)。針對城市污水處理廠不同設(shè)施惡臭氣體的產(chǎn)生量、組成和濃度特性，主要從采用源頭控制技術(shù)和末端控制技術(shù)兩個方面進(jìn)行惡臭污染的防治。

2.1 源頭控制技術(shù)

源頭控制是指在污水處理過程中惡臭氣體產(chǎn)生之前，采取各種措施控制惡臭氣體的產(chǎn)生，從源頭減少污水中致臭物質(zhì)的產(chǎn)生量。污水工藝和運(yùn)行參數(shù)優(yōu)化是常用的惡臭氣體源頭控制技術(shù)之一。通過優(yōu)化城市污水處理工藝和運(yùn)行參數(shù)，精確控制不同工藝段的溶解氧含量，減少污水處理過程惡臭氣體的產(chǎn)生和逸散。在污水處理過程中通過控制合理的通風(fēng)、曝氣量，防止厭氧情況出現(xiàn)，以及適當(dāng)提高污水pH值、使用殺菌化合物均為控制污水逸散硫化氫等惡臭氣體的措施。Zhang等的研究表明，將污水pH提升至9.0時，廢氣中H2S濃度較低，硫元素主要以HS-的形態(tài)存在于污水中，然而，當(dāng)繼續(xù)增加pH則會降低污水處理廠處理效率，且費用也將大幅增加[16]。

惡臭氣體源頭控制技術(shù)還包括向污水中適當(dāng)投加適量的菌劑或藥劑，降低污水中的硫、氮等物質(zhì)的含量，抑制或減少含硫、含氮物質(zhì)向硫化氫或氨等惡臭物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，控制惡臭氣體的排放。比如，依據(jù)增加氧化還原電位的原理，通過向水中添加受體化合物的措施，如氧、硝酸鹽和鉬酸鹽，降低硫酸鹽還原菌(SRB)的活性[6]。但是，值得注意的是，添加的菌劑或藥劑不能對污水處理工藝運(yùn)行效果造成影響。

雖然源頭控制技術(shù)能夠在污水處理工藝源頭或前端扼制惡臭氣體的產(chǎn)生。使用外加電子供體和投入抑菌劑，使得污水中還原性離子得以很好的中和，從源頭直接消除惡臭氣體的產(chǎn)生。但是，總體來說，存在使用成本高、可能對污水處理效果有一定影響的缺點。因此尋求低成本、高效率、對污水處理微生物無害的新型外加藥劑或菌劑是源頭控制技術(shù)亟待發(fā)展的突破點。

2.2 末端控制技術(shù)

末端控制技術(shù)是針對污水處理過程已產(chǎn)生的惡臭氣體，對其進(jìn)行密閉、收集后采用除臭技術(shù)進(jìn)行處理。惡臭氣體末端控制技術(shù)主要包括物理、化學(xué)和生物技術(shù)。

其中，物理處理技術(shù)是通過物理手段，將惡臭氣體濃度稀釋、掩蔽或轉(zhuǎn)移的技術(shù)。常用的物理除臭技術(shù)包括稀釋擴(kuò)散和掩蔽等技術(shù)?？傮w上來說，物理技術(shù)并沒有真正去除惡臭氣體和改變惡臭氣體的本質(zhì)，因此在除臭效果和應(yīng)用范圍上有一定限制。同時，物理處理技術(shù)還存在著對于惡臭氣體處理治標(biāo)不治本、可能存在污染轉(zhuǎn)移及成本較高等問題。

化學(xué)處理技術(shù)是利用化學(xué)藥劑或化學(xué)方法將惡臭氣體組分轉(zhuǎn)變?yōu)榈统艉蜔o臭組分的技術(shù)。常用的化學(xué)除臭技術(shù)包括有化學(xué)吸收、化學(xué)氧化和等離子體等技術(shù)?；瘜W(xué)處理技術(shù)改變了惡臭氣體的本質(zhì)，能夠徹底降解惡臭物質(zhì)，但該技術(shù)存在著使用的除臭設(shè)備繁多且工藝復(fù)雜、處理能耗高等問題[17]。

生物處理技術(shù)是通過微生物的新陳代謝作用降解惡臭物質(zhì)，將惡臭物質(zhì)氧化、降解為低臭和無臭物質(zhì)的過程。在微生物的作用下，惡臭物質(zhì)從氣相通過氣液膜進(jìn)入液相，被微生物吸收，并轉(zhuǎn)化為簡單的無機(jī)物、水及細(xì)胞組成物質(zhì)。常用的生物除臭技術(shù)包括生物滴濾、生物過濾和生物洗滌技術(shù)等。由于生物處理技術(shù)具有反應(yīng)條件溫和、處理成本低、無二次污染物產(chǎn)生等優(yōu)點，在城市污水廠惡臭氣體處理中得到了廣泛的應(yīng)用。

圖1 生物過濾工藝流程Fig.1 Process facilities of biofiltration

生物濾池技術(shù)的特點是生物相和液相都不流動，而且只有一個反應(yīng)器，氣液接觸面積大、運(yùn)行和啟動容易、費用低。Gao等[19]研究表明生物濾池技術(shù)對城市污水處理廠中的H2S的去除效能在95%以上。此外，Liu等[20]還使用懸浮區(qū)和固定區(qū)組成的一體化生物濾池去除污水處理廠廢氣中H2S和NH3，結(jié)果顯示，反應(yīng)器穩(wěn)定運(yùn)行時，H2S和NH3濃度分別由1.6～38.6 mg/m3和0.1～0.67 mg/m3降至0～2.8 mg/m3和0～0.5 mg/m3。Rabbani等[21]的研究表明，在150 d的連續(xù)運(yùn)行過程中，生物濾池對污水處理廠廢氣中H2S和NH3的平均去除率分別為 91.96% 和100%。

生物濾池技術(shù)的主要優(yōu)點是投資和運(yùn)行成本低，沒有二次產(chǎn)物。但是，生物濾池也有一定的缺點，如通入生物濾池中的氣體需要預(yù)先潤濕，否則會導(dǎo)致微生物干燥，使得惡臭氣體的去除效率降低，難控制pH；同時惡臭氣體中的一些成分在水中的溶解度不高，使得這些物質(zhì)的去除率不高，惡臭氣體的處理能力降低[22]。

2.2.2 生物滴濾技術(shù) 生物滴濾池填料上方噴淋循環(huán)液，在循環(huán)液中接種微生物除臭菌種，惡臭氣體進(jìn)入生物滴濾池通過含有生物膜的填料時，惡臭物質(zhì)溶于水，被循環(huán)液和填料表面微生物吸附、吸收和生物降解[23]。由于循環(huán)液的存在，生物滴濾池在一定程度上克服了生物濾池微生物易干燥的缺點。通過對循環(huán)液的調(diào)節(jié)，可以控制池內(nèi)濕度、pH 值和營養(yǎng)物質(zhì)供給。

生物滴濾池工藝流程見圖2。

圖2 生物滴濾工藝流程Fig.2 Process facilities of biotrickling filtration

生物滴濾池采用多孔、比表面積較大的惰性物質(zhì)作填料，氣液傳質(zhì)效果提高。生物滴濾池的優(yōu)點是只有一個反應(yīng)器，壓降低，填料不易堵塞，營養(yǎng)物和pH易于控制，微生物代謝產(chǎn)物也可以通過更換回流液體而去除，可承受比生物濾池較大的污染負(fù)荷，同時具有很大的緩沖能力，操作條件亦可靈活控制調(diào)節(jié)。因此，對于處理含鹵化物、硫化物和氨等會產(chǎn)生酸、堿代謝物的惡臭氣體，生物滴濾池更為有效。Lafita等[24]研究了生物滴濾池對污水處理廠惡臭氣體中H2S、硫醇及其他VOCs的去除效果，結(jié)果顯示，在近1年的監(jiān)測中，H2S的平均去除率高達(dá)99.5%，而硫醇及其它VOCs的去除率也達(dá)到了95%以上。Yu等[25]的研究表明，BF-BTF對于污水處理廠廢氣中H2S和NH3的去除率分別為76.9%和78.6%。

2.2.3 生物洗滌技術(shù) 生物洗滌是利用惡臭氣體與生物洗滌液在吸收塔內(nèi)進(jìn)行氣液接觸，經(jīng)傳質(zhì)溶解于生物洗滌液，在另外一個生物反應(yīng)器中進(jìn)行生物洗滌液處理的工藝。生物洗滌器由裝有填料的洗滌器和活性污泥生物反應(yīng)器組成，其對惡臭氣體的去除分為吸收和生物降解階段[26]，其工藝流程見圖3。惡臭氣體首先進(jìn)入洗滌器，被微生物和泥水混合物吸收，隨后液相進(jìn)入生物反應(yīng)器，惡臭物質(zhì)被微生物降解。

圖3 生物洗滌工藝流程Fig.3 Process facilities of biological washing

生物洗滌器的去除能力主要受到傳質(zhì)系數(shù)、氣液接觸面積和驅(qū)動力的影響，對水溶性較低的惡臭物質(zhì)，液相傳質(zhì)阻力相對較大，對于水溶性高的惡臭物質(zhì)，氣相和液相的傳質(zhì)阻力必須一并考慮。生物洗滌器中的液相是流動的，分別在兩個回路里循環(huán)。生物洗滌器的優(yōu)點是反應(yīng)條件易控制、壓降小，缺點是設(shè)備多、需外加營養(yǎng)、成本較高[27]。

由于生物洗滌工藝的循環(huán)洗滌液需采用活性污泥工藝進(jìn)行再生，該技術(shù)只適用于水溶性較好的惡臭氣體，吸收惡臭物質(zhì)后的混合液再進(jìn)行處理，經(jīng)處理后的吸收液再重復(fù)使用。而對于水溶性較差的惡臭氣體，生物洗滌技術(shù)則不適用。Hansen等[28]的研究顯示，生物洗滌器對污水處理廠廢氣中H2S的去除率可達(dá)99%以上，且受到環(huán)境及污染物濃度的影響較小。Friedrich等[29]使用串聯(lián)式沸石填料生物洗滌器去除污水處理廠中惡臭物質(zhì)，結(jié)果表明總體除臭效率達(dá)到100%。

綜上，生物技術(shù)具有運(yùn)行成本低、反應(yīng)條件溫和、沒有二次污染等優(yōu)點，也有一定的缺點，如反應(yīng)條件不好控制、占地面積大等。同時，由于一些惡臭氣體水溶性不高、生物降解性差等原因，常規(guī)生物技術(shù)對某些惡臭氣體的去除效率并不高，因此常規(guī)生物法更適于用于處理低濃度惡臭氣體[30]。此外，使用生物處理技術(shù)時，接種微生物和填料的選擇、反應(yīng)參數(shù)的確定都較為關(guān)鍵。

2.3 各種惡臭控制技術(shù)比較

對于物理、化學(xué)和生物惡臭氣體處理技術(shù)的對比見表2。

由表2可知，不同的惡臭氣體處理工藝對惡臭的處理效果、管理和運(yùn)行成本存在不同。不同工藝適用于不同組成和濃度特點的惡臭氣體處理，在確定除臭工藝時，需要結(jié)合具體情況，選擇適宜的除臭方法，達(dá)到高效除臭的目的。

表2 各種惡臭氣體處理技術(shù)比較Table 2 Comparison of various odors treatment technologies

3 城市污水處理廠不同設(shè)施除臭技術(shù)的選擇

表3為城市污水處理廠不同工藝段惡臭氣體的產(chǎn)生特點及處理技術(shù)的選擇。

表3 城市污水廠惡臭氣體處理技術(shù)選擇Table 3 Selection of odors treatment technology in municipal sewage treatment plant

按照氣體易于收集與不易收集兩部分進(jìn)行分類。對于氣體易于收集的環(huán)節(jié)，首先應(yīng)對構(gòu)筑物進(jìn)行加蓋處理。為防止由于臭氣的腐蝕作用破壞構(gòu)筑物，應(yīng)采用防腐材料并加強(qiáng)檢修。在粗格柵、細(xì)格柵等預(yù)處理區(qū)域、初次沉淀池、生化池、二次沉淀池以及污泥濃縮池等污泥處理環(huán)節(jié)都要進(jìn)行密封加蓋[31]。其中對于細(xì)格柵可采用局部加蓋處理以保護(hù)構(gòu)筑物中易被腐蝕的部分，此外對于提升泵房、污泥脫水間這些不易于全封閉的環(huán)節(jié)，可采用對提升泵房檢修口加蓋，對污泥脫水間壓濾機(jī)下平臺進(jìn)行加蓋的方法，使其保持半封閉狀態(tài)，再通過風(fēng)機(jī)進(jìn)行收集。

將臭氣集中收集后，可采用化學(xué)除臭、高能離子除臭以及生物除臭的多種方式進(jìn)行除臭。此外，組合除臭方式由于其能發(fā)揮不同除臭方式的優(yōu)勢，對構(gòu)筑物所產(chǎn)生的多種氣體實現(xiàn)最優(yōu)除臭而逐漸被大家所運(yùn)用。生物除臭方式可采用生物過濾、生物滴濾以及生物洗滌技術(shù)等多種方式，但單一技術(shù)的生物除臭對于臭氣成分復(fù)雜的污水處理廠處理效果有待進(jìn)一步提升，且盡管生物處理方法在生態(tài)和環(huán)境上都是友好的，但與化學(xué)方法相比，仍被認(rèn)為不足。在某些情況下即使除臭效率高達(dá)99%仍不能達(dá)到很好的效果。例如，通過處理使原本以10 mg/L的濃度存在的硫化氫減少到0.1 mg/L，但硫化氫濃度仍比通常的閾值高20倍(約0.05 mg/L)[32]。但單一的除臭方式很難對成分復(fù)雜的臭氣進(jìn)行有效的控制。

對于氣體不宜收集且臭氣濃度較低的環(huán)節(jié)，如生物處理的曝氣段等環(huán)節(jié)通常可采用植物液噴淋的方法。生物處理的曝氣段雖會產(chǎn)生大量臭氣，但臭氣的實際濃度偏低，若采用加蓋處理會影響其曝氣效果，也不利于后續(xù)巡查發(fā)現(xiàn)問題，故采用不加蓋處理[33]。植物液噴淋除臭的方法適用于不方便安裝臭氣收集系統(tǒng)的環(huán)節(jié)，且對于硫化氫、甲硫醇的處理效果較好，綠色環(huán)保無二次污染物的產(chǎn)生，維護(hù)費用低。

綜上，由于城市污水廠不同處理工藝產(chǎn)生的惡臭氣體組成和濃度不同。在實際應(yīng)用中，在城市污水廠全流程不同工藝，需要選擇不同的惡臭處理技術(shù)。城市污水廠惡臭氣體的組成成分大多比較復(fù)雜，利用單一的除臭方法難以達(dá)到理想的效果，這時需要將各種處理技術(shù)進(jìn)行組合和集成應(yīng)用，綜合應(yīng)用多種技術(shù)，確保城市污水廠惡臭氣體的達(dá)標(biāo)排放。

4 城市污水廠惡臭氣體處理新工藝

如前所述，城市污水廠惡臭氣體產(chǎn)生生物法是有效處理惡臭氣體的常規(guī)方法，其具有效率高、投資和運(yùn)行費用低、維護(hù)管理方便和不產(chǎn)生二次產(chǎn)物等優(yōu)點。但常規(guī)生物法所使用的微生物為細(xì)菌，對成分復(fù)雜的惡臭氣體中的硫化氫和氨氣等親水性氣體的去除效果好，而對疏水性氣體的去除效果不佳[34]。因此常規(guī)生物法處理惡臭氣體的效果并不穩(wěn)定。同時，含硫惡臭氣體的主要產(chǎn)物為硫酸，降低pH值導(dǎo)致酸化，會降低細(xì)菌微生物的活性并腐蝕填料，降低常規(guī)生物法的去除效果?；谝陨喜蛔?，一些新的工藝被開發(fā)出來，以提高惡臭氣體的去除效果。

4.1 基于高效微生物菌種強(qiáng)化的生物除臭新技術(shù)

對于應(yīng)用于生物法處理惡臭氣體的工藝來說，微生物至關(guān)重要。對于微生物除臭菌種的研究是目前的研究熱點之一。重點是篩選和應(yīng)用處理惡臭氣體種類更多、對惡臭物質(zhì)降解能力更強(qiáng)的微生物菌株[35]。

在常規(guī)生物除臭濾池中，降解惡臭物質(zhì)的微生物多為異養(yǎng)細(xì)菌。異養(yǎng)細(xì)菌適合于在水中或潮濕的環(huán)境中生存。然而，針對水溶性差的惡臭物質(zhì)，異養(yǎng)細(xì)菌對其去除率低，異養(yǎng)細(xì)菌表面的水層會影響傳質(zhì)速率，導(dǎo)致處理效率降低。當(dāng)利用異養(yǎng)細(xì)菌生物濾池處理H2S、含硫有機(jī)氣體時，降解過程中會出現(xiàn)酸性積累而使pH降低，如果pH調(diào)節(jié)不當(dāng)、pH下降幅度大，會造成反應(yīng)器內(nèi)微生物數(shù)量下降，從而造成反應(yīng)器處理效率的降低。

真菌是典型的氣生型微生物，菌絲體較為發(fā)達(dá)，利用真菌的作用可以大大增強(qiáng)對疏水性有機(jī)物的傳質(zhì)和降解速率。真菌可以在相對惡劣的環(huán)境中生長。真菌較之異養(yǎng)細(xì)菌更適合于在酸性及相對濕度小的環(huán)境下生長。Groenestijn等[36]的實驗表明，真菌可以在pH為2.5，溫度為60～71 ℃，濕度較低的生物濾池中生長。此外，真菌菌絲在生物濾池中直接與流動氣體接觸，污染物質(zhì)可以直接傳輸進(jìn)入細(xì)胞表面，這有利于疏水性物質(zhì)的吸附。目前應(yīng)用真菌的生物反應(yīng)器用于處理城市污水廠惡臭氣體已經(jīng)得到實際應(yīng)用。Liu等[34]使用陶粒、堆肥、火山巖和聚氨酯作為填料的酸性真菌生物濾池用于去除疏水性的苯乙烯廢氣，結(jié)果顯示，四種真菌生物濾池對于低濃度苯乙烯的去除率均保持在99%以上，運(yùn)行效果較好。

嗜熱菌除臭技術(shù)。嗜熱菌是指那些能在45 ℃或45 ℃以上，pH值在3.0以下的環(huán)境中生長，能氧化亞鐵、元素硫、還原態(tài)無機(jī)硫化物和硫化礦物的耐熱嗜酸細(xì)菌和古菌。兼性嗜熱菌最適宜生長溫度在50～65 ℃，專性嗜熱菌最適宜生長溫度則在65～70 ℃。嗜熱細(xì)菌的抗熱能力是由機(jī)體內(nèi)的蛋白質(zhì)、核酸、機(jī)體所含脂肪酸類以及存在于胞內(nèi)的某些保護(hù)性因子所決定的。與污水廠脫硫除臭相關(guān)的嗜熱菌主要包括嗜酸硫桿菌屬和硫化桿菌屬。目前，國內(nèi)外一些學(xué)者對采用嗜熱微生物處理污水廠惡臭氣體進(jìn)行了研究。Feitkenhauer等[37]對一類典型的嗜熱菌Bacillussp.進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)這類菌可在高溫條件下降解有機(jī)污染物。Cho等[38]考察嗜熱菌對苯與甲苯混合氣體的處理性能時，從生物過濾塔(60 ℃)中分離出兩株優(yōu)勢菌，分別為Rubrobactersp.和Mycobacteriumsp.，均為嗜熱菌。Luvsanjamba等[39]將嗜熱菌接種于高溫滴濾塔中以聚二甲硅氧烷和聚偏氟乙烯為材料的膜上，考察其對二甲基硫醚的去除效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)反應(yīng)器溫度為52 ℃，進(jìn)氣負(fù)荷為64 g/(m3·h)，空塔停留時間為24 s時，二甲基硫醚的去除率高達(dá)84%，最大去除能力可達(dá)到 54 g/(m3·h)。以上研究表明，嗜熱菌廣泛存在于處理惡臭氣體的高溫生物反應(yīng)器中，并對含硫惡臭物質(zhì)等有較好的處理效果。

4.2 高效物化-生化組合技術(shù)

污水廠產(chǎn)生的惡臭氣體濃度時有變化，高負(fù)荷情況下生物法的去除效果并不理想。將物化技術(shù)與生物法組合使用可以有效應(yīng)對負(fù)荷變化以及復(fù)雜的惡臭氣體成分。目前已應(yīng)用的生化-物化組合除臭技術(shù)包括生物-吸附組合工藝、臭氧-生物組合工藝等。

生物-吸附組合工藝主要是應(yīng)用活性炭等吸附劑和生物法聯(lián)合處理惡臭氣體。惡臭氣體首先在生物反應(yīng)器內(nèi)被除去，而未被去除的惡臭氣體被活性炭吸附以達(dá)到更好的去除效果，組合工藝的主體為生物處理工藝，其后增加了吸附工藝，強(qiáng)化了整體工藝對惡臭氣體的處理效果及抗負(fù)荷變化的能力。Liu等[40]使用酸性生物濾池——中性生物濾池+活性染吸附集成除臭反應(yīng)器對污水處理廠惡臭氣體和微生物氣溶膠進(jìn)行同步處理，結(jié)果顯示，當(dāng)進(jìn)氣量為 5 760 m3/h 時，惡臭物質(zhì)、VOCs和微生物氣溶膠的去除率分別為98.5%，94.7%和86.4%，表現(xiàn)出了良好的去除效果。

臭氧-生物組合工藝是利用臭氧的消毒作用來減輕生物過濾器的堵塞，同時達(dá)到去除病原微生物的作用[41]。在生物過濾器的長期運(yùn)行過程中，過量生長的生物膜會在填料中積累，造成生物反應(yīng)器的堵塞，進(jìn)而降低生物過濾器去除惡臭氣體的去除能力。臭氧作為一種消毒劑，通常被運(yùn)用于水和空氣的消毒[42]。Wang等[43]的研究表明，在生物過濾器去除氯苯的過程中通入低濃度臭氧 (120 mg/m3)能顯著降低生物過濾器填料表面的生物膜厚度，且氯苯的去除效率增加了1倍，由此證實臭氧-生物組合工藝的可行性。而之后的研究顯示，臭氧濃度在200～600 mg/m3范圍內(nèi)能夠保證生物過濾器對惡臭氣體的長期穩(wěn)定去除能力，在107～160 d的運(yùn)行過程中，生物過濾器生物量積累速率明顯降低，且沒有出現(xiàn)明顯的堵塞，能夠維持惡臭氣體的高效去除[44]。目前，臭氧-生物組合工藝在VOCs的處理領(lǐng)域得到了一定的研究，但在處理污水廠惡臭氣體的研究則較為有限。

4.3 兩相生物除臭技術(shù)

常規(guī)生物過濾技術(shù)采用單一反應(yīng)器，填料中微生物類型少，對惡臭氣體的去除能力有限，在處理多組分惡臭氣體時，易出現(xiàn)濾池酸化等問題，難以將全部惡臭物質(zhì)高效去除。

兩相生物除臭技術(shù)，是將傳統(tǒng)生物濾池工藝內(nèi)部進(jìn)行合理分相，每相控制不同的運(yùn)行條件，每相生長嗜酸性細(xì)菌、真菌和中性菌等不同類型的高效微生物，分別處理不同類型的惡臭物質(zhì)，利用兩相微生物的協(xié)同作用將全部惡臭物質(zhì)有效去除。反應(yīng)器能將嗜酸性細(xì)菌、真菌和中性菌分開，避免不同種類微生物的競爭性抑制作用，可使不同類型的微生物分別在兩個生物反應(yīng)區(qū)內(nèi)生長，同時去除氣體中產(chǎn)酸、堿性物質(zhì)、親水性和疏水性型惡臭物質(zhì)[45]。

Chung等[46]開發(fā)了兩相生物濾池用于處理含高濃度H2S和NH3的廢氣。濾池第一相接種硫桿菌，在低pH下運(yùn)行，填充惰性、小顆粒、多孔的石頭填料，用以去除硫化氫氣體，第二相是傳統(tǒng)開放生物濾池，填充碎木塊填料，主要去除有機(jī)惡臭物質(zhì)。第一相使用的是惰性填料，第二相避免酸化腐蝕，兩相生物濾池具有較長的使用壽命。He等[47]利用兩相生物濾池處理含硫化氫和甲硫醇惡臭氣體，兩相pH分別控制在2～3和6～8，而且分別接種硫化氫和甲硫醇降解菌，硫化氫和甲硫醇均高效去除，最大去除率分別為6 500 g/(m3·d)和4 g/(m3·d)。

4.4 膜生物反應(yīng)器處理技術(shù)

膜生物反應(yīng)器處理惡臭氣體是將膜分離技術(shù)和生物降解作用相結(jié)合的一項新工藝。其原理是根據(jù)混合氣體中各組分在壓力的推動下透過膜的傳遞速率不同，從而達(dá)到分離目的。對不同結(jié)構(gòu)的膜，氣體通過膜的傳遞擴(kuò)散方式不同，因而分離機(jī)理也各異。

惡臭氣體處理膜生物反應(yīng)器分為浸沒式膜生物反應(yīng)器和分體式膜生物反應(yīng)器兩種[48]。在浸沒式膜生物反應(yīng)器中，膜的兩側(cè)分別為氣相和液相。氣體在膜的一側(cè)流動，微生物在膜的另一表面黏附形成生物膜，生物膜的一側(cè)是營養(yǎng)液。氣體中的各種組分透過膜的速度不相同，能夠透過膜的物質(zhì)穿過膜到達(dá)長有生物膜的一側(cè)，與微生物接觸，被微生物降解，不能透過膜的物質(zhì)隨氣體排出[49]。膜材料能夠為氣相組分(或揮發(fā)性組分)擴(kuò)散和氧的傳遞提供較大的氣固界面，氣體與微生物的接觸面積通常大于生物濾池或生物滴濾器的氣體與微生物的接觸面積。分體式膜反應(yīng)器是在生物反應(yīng)器后增加氣體膜分離裝置，利用氣體分離膜的選擇性，有效地將臭氣中生物降解慢的物質(zhì)分離并回流至生物反應(yīng)器內(nèi)，使該物質(zhì)在生物反應(yīng)器內(nèi)保持一定的停留時間而被降解，提高惡臭物質(zhì)的凈化效果[50]。分體式膜生物反應(yīng)器可以提高污染物的去除效率，適應(yīng)污染物負(fù)荷的突然變化，并減小生物反應(yīng)器的體積。

5 結(jié)論

(1)城市污水廠全流程惡臭氣體的組成、濃度和產(chǎn)生特點存在差異。其中，格柵間等預(yù)處理設(shè)施和污泥濃縮池等污泥處理設(shè)施產(chǎn)生的惡臭氣體成分最為復(fù)雜；H2S和NH3是城市污水廠惡臭氣體的主要成分。

(2)城市污水廠全流程不同工藝設(shè)施，需要選擇不同的惡臭處理技術(shù)。對于氣體易收集的設(shè)施，宜進(jìn)行集中收集后，分別采用成本低且無二次污染的技術(shù)處理。對于氣體不宜收集的設(shè)施，宜采用噴淋技術(shù)等分散式處理技術(shù)對惡臭氣體進(jìn)行處理。

(3)城市污水處理廠惡臭污染的控制應(yīng)考慮污水處理廠全流程，包括分別采用源頭控制和末端控制技術(shù)。針對常規(guī)的單一除臭技術(shù)對于污水處理廠全流程惡臭氣體處理技術(shù)的不足，在實際應(yīng)用中，需考慮除臭效果、運(yùn)行穩(wěn)定性和運(yùn)行成本等因素，綜合選擇不同的單一、組合或新型除臭技術(shù)進(jìn)行惡臭氣體處理。