關于污水處理廠除臭技術幾種方法效果的比較

宋瑞霖

【摘 要】隨著城市污水處理廠的日漸增加，相應的問題相繼產生，其中就有污水處理廠的臭氣問題，城市污水處理廠在運行過程中產生的臭味大致有魚腥臭、氨臭、腐肉臭、腐蛋臭、腐甘藍臭、糞臭以及某些生產廢水的特殊臭味。城市污水處理廠的臭氣產生，主要形成主要是進水泵房，粗細格柵、厭氧處理過程以及污水處置過程中，目前在行業內通過臭氣的有效回收，進入臭氣處理系統，進行有效的臭氣脫除，就污城市污水處理廠運行過程中產生的臭氣，重點介紹了土壤脫臭、化學反應除臭、植物液脫臭、生物脫臭、離子脫臭以及具有前瞻性的脫臭技術的作用原理、工藝流程及設計參數，并給出了具體的工程實例。

【關鍵詞】污水處理廠；除臭；比較

【Abstract】With the growing of urban sewage treatment plant， the corresponding problems one after another， including sewage treatment plant of the odor problem， urban sewage treatment plants in the running process of stink roughly smelly fish fishy， ammonia， rotten eggs， rotten meat smells rotten cabbage， smelly， fecal odor， and some special odor production wastewater. Stench of municipal sewage treatment plant， the main formation mainly feed water pump room， thick grille， anaerobic treatment process and the process of sewage disposal， the effective recycling in the industry through the stench， into the gas processing system， for effective odor removal， is fouling produced in the process of urban sewage treatment plant operation odor， focus on soil deodorization， chemical reaction of deodorant， plant liquid deodorization， biological deodorization， ion deodorization and proactive role in deodorization technology principle， process flow and design parameters， and the specific engineering example is given.

【Key words】Sewage treatment plants； Deodorant； Compare

0 緒論

早期我國國民經濟基礎薄弱，投資不足，對臭氣脫除的認識也不足，因此城市污水廠的形成了以“以通為主，經濟節約”的設計理念，沒有考慮到臭氣脫除。而隨著國家經濟發展，我國處于全面發展建設階段，經濟開始步入持續、快速、健康發展的軌道，綜合實力日趨強盛，基礎設施建設受到了政府的重視，污水廠規劃、建設體系日趨完善。污水處理廠主要任務為提高廢水處理的能力、實現有效達標排放，設計理念也轉變為“安全、耐久、節約、和諧”，而污水廠總體設計也發生了根本性的轉變，強調的原則是“以人為本”，還要綜合考慮現場技術條件、經濟及環境效益等多方面因素，結合遠期區域發展，從而綜合確定污水處理工藝方案，也進一步的提到了臭氣對環境和人類生活的影響，在相關的標準中越來越嚴格，比如GB18918-2002《城鎮污水處理廠污染物排放標準》中的廢氣排放標準的提高。

污水處理廠之中臭氣處理的設計，在整個污水處理廠的設計及運營過程中起重要作用。合適的方案設計能夠確保污水廠周邊空氣環境的舒適性，提供人類生活中的互不干擾的優美環境。

本文將以某城市污水處理廠為例，分析復雜多樣的臭氣處理方式，對臭氣處理形式的選擇作論述，以體現污水處理廠設計中“安全、耐久、節約、和諧”的設計思想。

目前在我國污水處理廠中對臭味的處理方法有直接焚燒法、催化劑氧化法、酸堿洗凈法、臭氣氧化法、化學反應法、活性炭物理吸附法、生物脫臭法、土壤脫臭法等。下面詳細介紹幾種除臭法。

1 土壤脫臭

國外采用生物法處理臭氣的研究首先是由西德和美國開展的，最初的報道是在1923 年，Bach提出了用生物方法處理來自于污水處理廠的含H2S 臭氣的基本概念，而在20世紀50年代，Pomeroy在美國申請了用土壤床處理臭氣的專利，并在加利福尼亞應用了該技術。同時，在西德，紐倫堡市污水處理廠也采用了土壤床處理臭氣。在美國，20世紀60年代，Carlson和Leiser首先對生物過濾器去除H2S氣體作出了較為系統的研究，并將該技術運用在幾個污水處理廠。

1.1 原理及特點

土壤法是利用土壤中的有機質及礦物質將臭氣吸附、濃縮到土壤中，然后利用土壤中的微生物將其降解的方法。在自然界中土壤是微生物生活最適宜的環境，它具有微生物生長繁殖所必須的一切營養物質和各種條件，故土壤有“微生物天然培養基”之稱。有人統計，在肥沃土壤中6英寸厚的表土層內，每英畝含細菌和真菌超過2噸。

土壤脫臭機理主要可分為物理吸附和生物分解兩類，水溶性惡臭氣體（如胺類、硫化氫、低級脂肪酸等）被土壤中的水分吸收去除，而非溶性臭氣則被土壤表面物理吸附繼而被土壤中微生物分解。土壤除臭法特點為：1）維護管理費用低，除臭效果與活性炭相當；2）占地多，處理占地為2.5-3.3m2/m3氣體；3）不適于多暴雨多雪地區，對于高溫、高濕和含水塵等氣體須進行預處理。

1.2 設計參數

設計土壤脫臭時選擇的土壤指標以腐殖土為好，亞粘土等紅土需摻入雞糞、垃圾和污泥肥料進行改良后使用，礦質土和粘土則不宜采用。土壤水分以40%-70%為宜。過于干燥的土壤需裝設水噴淋器。種植草坪的土壤表面保持傾斜，作為防降暴雨的措施。

一般來說，臭氣經收集后由風機送入擴散層，通過布氣管將臭氣均勻分布，然后臭氣再經過土壤降解層與土壤中的有機質及礦物質充分接觸以達到吸附的目的。再由微生物種群逐步降解吸附在土壤上的有機物。擴散層由粗、細石子及黃沙組成，可以使臭氣均勻分布，其厚度一般在40～50cm，土壤降解層由砂土混合組成，一般混合比例為：粘土1.2%，含有機質沃土15.3%，細砂土53.9%，粗砂29.6%，其厚度一般為50～100cm，而且土壤應保持適宜條件以維持微生物正常工作，一般來說，溫度在40.73～85.73華氏度，濕度在50%～70%，pH值在7～8左右。據報道在土壤中加入某些改良劑可以改進土質、提高去除率。有資料表明在土壤中混入3%的雞糞和2%珍珠巖石，透氣性能不變，而對甲硫醇的去除率可提高34%，對二甲基硫提高80%，二甲基二硫的去除率提高70%。

經國內外數家土壤脫臭床實踐，臭氣通過土壤速度為2-17mm/s，設計是一般選5mm/s有效土壤厚度為50cm，臭氣與土壤接觸時間為100s。

土壤法具有設備簡單，運行費用低，維護操作方便等優點。在目前實際的土壤床運行中，其采用的填料基本上都是混合填料，其需要的停留時間比生物濾池要長，因此其占地比較大，其適用于臭氣濃度低以及土地充裕的地方，產適于降暴雨、下大雪地區，盡管建設費用較低，但維護管理工作量較大。

2 化學反應法除臭

化學洗滌法是利用臭氣成分與化學藥液的主要成分間發生不可逆的化學反應生成新的無臭物質，達到脫臭目的。填充床濕式洗滌塔是最常用的化學洗滌器，有逆流循環式和錯流循環式。在逆流循環式填充塔中，惡臭氣體從洗滌塔底部進入，通過填料孔隙向上運行，與從塔頂部進入并噴淋到填料上的洗滌液接觸而被吸收，隨洗滌液降落到填充塔下部。為提高氣液接觸混合效果，提高傳質速率，通常在接觸塔裝填填料，并且需要調整洗滌液的pH值。對惡臭氣體的不同成分而言，最適宜的洗滌液pH值不同。在實際操作中應根據惡臭物質成分決定采用洗滌液的性質，如果H2S是主要成份，則采用堿性pH吸收液；如果氨是主要成份，則采用酸性吸收液：如果臭氣是復雜的混合物，則可能需要多級洗滌塔串聯，分別去除不同的惡臭物質。

通常，向洗液中添加化學藥劑來氧化吸收惡臭組分，因此，化學洗滌法也稱濕式吸收氧化法。臭氣成分不同，對應的化學藥劑也各異，只能采用兩級或三級或以上吸收系統，才可以廣泛地去除多種惡臭氣體，達到一定的去除效率，而且可以通過調節加藥量和溶液的循環流量來適應臭氣流量和濃度的變化。濕式吸收氧化法工藝簡單，技術成熟，占地面積小，在芬蘭、美國等發達國家已有多年的應用歷史。

但是，由于化學藥劑本身的氣味也在其中，從而額外的臭氣濃度會被添加到空氣之中；在處理規模上，超過一定的規模需要建多個洗滌塔，不適合將多個臭氣源集中處理；當設備周圍的溫度極高或極底時，須增加對設備作保溫的措施。

3 植物液脫臭

使用植物液作為空氣凈化劑已經逐漸得到應用，這種凈化法無毒、無害、無二次污染，使用安全、方便，對于無法加蓋密封的場合有一定的優越性。

植物液脫臭的機理主要有以下6個方面：

1）單寧和類黃酮分子中的酚羥基與異味分子中的氨基結合；

2）類黃酮分子中的基團與異味分子中的巰基、亞氨基發生中和反應；

3）氨基酸與異味分子的巰基、亞氨基發生中和反應；

4）有機酸與異味分子中的氨基發生中和反應；

5）糖類物質可以吸附并溶解異味分子；

6）單寧類物質可以同異味分子發生脂化或脂交換反應等復合作用。

由于以上機理，使得植物液具有廣譜性與高效性，可以廣泛用于多種場合的空氣凈化，如具有臭味的場合（垃圾中轉站、污泥碼頭、公廁等）、具有令人不愉快氣味的場地（卷煙廠、食品加工廠等）。

植物液脫臭設備簡單，但是處理效果不穩定，耐沖擊負荷能力弱，特別是在有風的天氣體現的尤其突出；植物液處理規模不宜過大；在運行方面植物液的消耗過大，從而導致運行費用的增加，且在中國目前還沒有能夠生產植物液的廠家，主要依賴于進口；植物液的主要成分是否對于人體有傷害有待于進一步研究。

4 生物脫臭

最高利用微生物處理惡臭的研究當屬于1957年Paneray的發明專利——“利用土壤微生物處理H2S廢氣”。70年代，發達國家開始在生物除臭領域開展廣泛的研究，其中在日本、德國取的成就最為顯著，其主要研究內容包括脫臭的原理和方法、脫臭裝置及操作工藝條件、能降解臭氣的微生物種群及其在填料表面形成生物膜的條件、生物吸收劑的成份等。80年代以來，已有微生物除臭裝置和設備開始用于冶金、石油、化工、畜牧業和污水處理廠，并取得了明顯的效果。我國微生物除臭研究起步較晚，20世紀80年代末和90年代初才開始相關的小試研究，目前仍停留在這一水平。

4.1 工作原理和填料選擇

4.1.1 生物脫臭原理

惡臭氣體在生物處理中的吸附凈化一般要經歷以下幾個步驟：1）廢氣中的有機污染物首先與水接觸并溶解（或混合）于水中，即由氣膜擴散進入液膜；2）溶解（或混合）于液膜中的有機物在濃度的差的推動下進一步擴散到生物膜內，進而被其中的微生物捕獲并吸收；3）進入微生物體內的有機污染物在其自身的代謝過程中作為能源和營養物質被分解，最終轉化為無害的小分子物質。微生物除臭是多種微生物的共同作用的結果，所以在微生物的選擇和訓養中有極其苛刻的條件。

臭氣物質在被微生物完成除臭過程中，為了是微生物保持高活性，必須為之創造一個良好的生存環境，比如：適宜的濕度、pH值、氧氣含量、溫度和營養成分等。實際生產設計要求載體填料相對濕度保持在80%-95%，所以需經常噴淋原水或初沉池出水以提供水分的營養。

4.1.2 填料選擇

生物脫臭的最主要部分是填料。一種好的載體填料必須滿足：容許生長的微生物種類豐富，為微生物棲息生長提供較大的比表面積，營養成分合理（N、P、K和微量元素），有好的吸水性，自身無異味，吸附性好，結構均勻，空隙率大。常用的填料有：塑料、半軟性塑料、干樹皮、干草、纖維性泥炭或其混合物。

脫臭填料的堆放高度取決于所要求的停留時間和表面負荷。工程上填料高度一般為1.0-1.2m。如果選擇的填料合適，工藝上能做到布氣均勻、排除氣流短路的話，最低可為0.5m。

南方某污水廠始建于1983年，總規模30萬m3/d。開始時采用生物濾池除臭工藝進行了小規模的試點應用，再針對試點發現的問題聯合有關機構進行了工藝調整和中試。由于污水處理廠污泥濃縮池產生臭氣最嚴重，故選定污泥濃縮池做試點，探索生物濾池除臭的經驗。在濾池運行的一年半時間里，惡臭物質H2S得到明顯的去除，去除率為55%-85%。但出氣濃度依然較大，S濃度基本都在0.10mg/m3以上（一級標準為0.03mg/m3），沒有達到理想的除臭效果。

4.2 發展方向

目前，我國的生物脫臭還處于小試階段，針對污水處理廠臭氣的研究還較少，處理工藝、裝置設計還不夠完善。針對上述問題，作者認為有必要針對臭氣成分研究標準化和系列化的小型一體化工藝，尤其應改進和開發新型填料。同時，應根據污水處理廠的實際情況，研制和開發能同時處理多種惡臭氣體的工藝，并進一步明確工藝運行參數。

在生物脫臭中，微生物起關鍵性作用。因此，加快對脫臭微生物的生理特性、代謝動力學、適宜生態條件等方面的研究，并利用微生物遺傳學、分子生物學手段改良和構建高效脫臭菌株，是提高工藝處理能力的有效途徑。特別是污水處理廠臭氣成分較多時，應進一步研究復合型高效脫臭微生物的獲得與應用，而且需要在處理過程中，研究污泥培養馴化階段、反應器啟動階段、反應器運行階段等各時期微生物生理生態學規律。這些將有助于我們深人理解生物脫臭機理，指導工藝的設計與運行，并突破制約現有生物除臭技術發展的瓶頸因素。

國內亦有許多生物法治理臭氣的研究報道，但應用研究和成型設備的研制還尚少。我國需加速研究成果的工業化步伐，綜合考慮運行費用、運行可靠性、環境影響、空間需求等因素，盡快在有機氣體污染嚴重的工廠，特別是污水處理廠建立處理系統。

綜上述，生物法脫臭是一種傳統工藝，在處理效果上也有很大的優勢，但是，要達到穩定的可靠的處理效果，環境條件非常重要，尤其是流入的氣體很容易使濾料干燥，所以必須要維持微生物生長的環境的濕度和溫度，最理想的運行溫度為30-40℃，供氧也是保證微生物得以在好氧環境下降解有機物質。同時，在微生物生存的環境中的pH值也是很重要的，應該保持在7左右。生物法的操作有了難度，也就對操作人員的水平也提出了較高要求。為了保證菌種的存活，必須連續運行，否則需投加或馴化菌種，并在需要時加入營養，以補充微生物的生長。

5 離子脫臭

工作原理

離子廢氣凈化系統是一種剛剛興起的高新技術，它能有效地去除空氣中的細菌，可吸入顆粒物、硫化物等有害物質物質。離子廢氣凈化系統利用高頻高壓靜電的特殊脈沖放電方式（活性氧發射管每秒鐘發射上千億個高能離子），產生高密度的高能活性氧（介于氧分子和臭氧之間的一種過渡態氧），迅速與污染物分子碰撞，激活有機分子，并直接將其破壞；或者高能活性氧激活空氣中的氧分子產生二次活性氧，與有機分子發生一系列鏈式反應，并利用自身反應產生的能量維系氧化反應，進一步氧化有機物質，生成二氧化碳和水以及其它小分子，而且可以在極短的時間內達到很高的處理效率。

由于上述過程是在常溫下進行的，因此也稱為“低溫燃燒”過程，包括了許多種技術和作用，如過氧化氫、.OOH的催化作用和紫外線作用，這是一個極端復雜的物理過程，產生O2、O2-、O2+、·OH、·H02、·O、O等氧簇聚集體，由于具有極強的氧化能力，因此我們稱其為“活性氧”。

根據實驗結果，基本確定AOE設備處理各種惡臭組分的機理和主要產物。惡臭污染物中主要含有的氣相污染物有H2S、NH3、CH3SH、VOCs（揮發性有機化合物）等。活性氧去除上述污染物的主要途徑有兩條：一是，在高能電子的瞬時高能量作用下，打開某些有害氣體分子的化學鍵，使其直接分解成單質原子或無害分子；二是，在大量高能電子、離子、激發態粒子和氧自由基、氫氧自由基（自由基因帶有不成對電子而具有很強的活性）等作用下的氧化分解成無害產物。

從上述反應來看，惡臭組分經過AOE設備處理后，將轉變為NOx、SO3、H2O等小分子，在一定的濃度下，各種反應的轉化率均在95%以上，而且惡臭濃度較低，因此產物的濃度極低，均能被周邊的大氣所接受。

離子凈化系統在歐洲主要應用于醫院、辦公室、公眾大廳等，近些年逐步開發應用于污水廠和污水提升泵的脫臭方面，在法國、英國、蘇格蘭、瑞典等國的應用實例很多。

通過過蘇州工業園區污水處理廠說明，離子廢氣凈化系統由于活性氧離子具有極強的氧化性，其與臭氣分子的反應時間較短，氣流流速較快，因此，其占地面積較小。

6 前景

比較現有污水廠惡臭控制技術，結合相應的污水廠除臭設備運行經驗可知，幾種脫臭方法比較各有特點，但是任何一種單一的脫臭技術都不能更有效的進行惡臭污染控制。隨著科技的進步，利用離子脫臭和光催過凈化空氣污染物技術將是以后及未來發展的主要方向。

低溫等離子體是由電子、離子、自由基和中性粒子組成的中性導電性流體，在空氣凈化過程中常常由氣體放電產生。等離子反應器中放電電極表面、器壁表面及涂層置放的催化劑都有可能對等離子體化學反應起催化作用，等離子體激發和催化劑活化聯合作用。低溫等離子體一光催化系統里，去除污染物過程既有等離子體化學反應過程又有光催化反應過程，兩者之間也可能存在協同作用。

在等離子產生過程中，待處理的污染物受高能電子轟擊可以直接被分解成單質或轉化為無害物質。另外，高能電子的轟擊使污染物電離、離解、激發，產生了大量等離子體。等離子體中的離子、電子、激發態原子、分子及自由基都是極活潑的反應性物種，使通常條件下難以進行或速度很慢的反應變得十分快速，它們再進一步與污染物分子、離子反應，從而使污染物得到降解，尤其有利于難降解污染物的處理。另外，由于活性離子和自由基氣體放電時一些高能激發粒子向下躍遷能產生紫外光線，當光子或電子的能量大于半導體禁帶寬度時，就會激發半導體內的電子從價帶躍遷至導帶，形成具有很強活性的電子一空穴對，并進一步誘導一系列氧化還原反應的進行。光生空穴具有很強的獲得電子能力，可與催化劑表面吸附的OH-和H2O發生反應生成經基自由基，從而進一步氧化污染物。由于等離子體放電光催化過程有大量等離子體、強活性電子沖擊、紫外線輻射等綜合因素的協同作用，因而可以更快速有效地分解空氣中有害物質和滅菌除臭。

7 結語

等離子體—光催化集成空氣凈化技術解決了光催化技術的瓶頸，同時也使等離子體技術進一步得到了延伸和發展。與傳統的氣體凈化技術相比，該技術具有工藝簡單、成本低、效率高、操作條件溫和，且二次污染少等優點，具有廣闊的應用前景。但總的來說，國內外有關這方面的研究報道不多，對其機理的認識還很膚淺。該技術在等離子體和光催化技術的有效結合上還存在很多問題，如反應器結構、光催化劑有效利用等離子體光源上、光催化劑載體的選擇上、電源以及放電材料等方面仍有待解決，如等離子體—光催化體系中等離子體光源的光催化作用尚不能得到充分的發揮。隨著等離子體技術和光催化技術的不斷深入和成熟，為兩者的結合提供了很好的契機。為了使等離子體—光催化技術盡早能在工業上得到更廣泛的推廣應用，作者認為在以后研究中可以朝以下方向努力：

1）開展等離子體—光催化作用機理研究；

2）研究低溫等離子體放電材料、放電參數，進而研究等離子體光源的特性；

3）改性光催化劑，構筑新型光催化劑材料，提高等離子體光源的利用率；

4）在等離子體反應器的基礎上研究新型等離子體光催化反應器，使得兩種技術得到充分發揮。

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[責任編輯：楊玉潔]