地埋式污水處理廠除臭工藝的選擇及探討

劉雪林，尹利軍，康金郁，劉世德，張曉風

(1.天津創業環保股份有限公司，天津 300381； 2.中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300070)

1 引言

近幾年，隨著地埋式污水處理廠的逐步興起，除臭系統對污水處理廠的運行愈發重要。地埋式污水處理廠一般將所有污水處理單元組團布置，形成高度集中的混凝土箱體結構，且所有處理單元均密封在地下或半地下，其空間密閉性的特點使臭氣(惡臭氣體)在產生區域富集并且沿濃度梯度向四周緩慢擴散，并無法通過自然通風遷移和稀釋。故需要除臭工藝達到更好的處理效果。

2 污水處理廠臭氣的來源及特點

2.1 惡臭的定義

惡臭是指一切能刺激人的嗅覺感官，引起人們不愉快感覺，損害生活環境及人體健康的氣味[1]。

2.2 臭氣的來源

城市污水處理廠內臭氣的來源主要分布在預處理區(主要包括進水泵房、格柵、格柵問、沉砂池、污泥回流泵房)、生化區(主要包括厭氧池)及污泥區(主要包括污泥濃縮池、污泥儲池、污泥脫水機、污泥脫水間)等。

根據各工藝段產生的臭氣濃度大小可初步分為高、中、低3個區域。其中，高濃度的區域包括預處理區、污泥區；中濃度的區域為生化處理區的厭、缺氧區；其余區域為低濃度區域。

2.3 臭氣的特點

臭氣的成分比較復雜，常見惡臭成分主要有3類[2]：①含硫化合物，包括H2S、甲硫醚、甲硫醇等；②含氮化合物，包括NH3、吲哚、二甲胺等；③含碳、氫、氧化合物，如低級醇、脂肪酸、醛等。通常是不同種類、不同濃度污染物的組合。國內外對污水處理廠臭氣狀況進行大量調查分析，表明臭氣中主要惡臭污染物為H2S、NH3[3,4]。其中，含量最多、濃度最大的是NH3，其次為H2S。天津市曾對污水處理廠的臭氣進行過詳細監測，表明污水處理及其再生利用行業特征污染物質為硫化氫、甲硫醇、二甲二硫、苯、甲苯。污水處理過程中產生的臭氣不僅嚴重污染環境，危害人體健康，而且對污水處理廠的金屬材料、設備和管道具有強烈腐蝕性，存在安全隱患。

3 污水處理廠除臭工藝

除臭技術從最初的掩蔽法、水洗法、吸附法已經發展到了如今的燃燒法、催化氧化法、生物法、等離子體法等，各種除臭工藝五花八門，實際應用也各有所長。污水處理廠應用廣泛的除臭工藝主要有全過程除臭工藝、除臭生物濾池工藝、離子除臭工藝、化學除臭工藝、強氧化除臭工藝、光解除臭工藝等。

從原理上，全過程除臭工藝和生物除臭濾池工藝均采用生物處理的方法，需要培養菌種，并利用微生物的分解能力解決臭氣的主要成分從而達到除臭的目的；化學除臭工藝采用中和、氧化等化學反應原理去除臭氣中的主要成分；其他除臭工藝，無論是采用離子除臭還是強氧化除臭或光解除臭等其原理均為采用各種形式氧化分解臭氣組成成分并達到除臭目的。

從除臭形式上，全過程除臭工藝直接在污水處理的生物處理工段培養微生物并將含有除臭菌種的污水回流至污水處理前端從而在達到全過程除臭的目的。其他除臭工藝流程均采用將含有臭氣物質的流程單元采取全封閉措施并將臭氣抽出并單獨處理。

4 各類除臭工藝的特點及應用

4.1 全過程除臭工藝

全過程除臭工藝是將含有組合微生物填料的培養箱安裝于污水處理廠生物池內，活性污泥混合液經過培養箱后除臭微生物培養箱內的生物填料對除臭微生物的生長、增殖產生誘導和促進作用，增殖強化除臭微生物，除臭微生物與水中的惡臭物質發生吸附、凝聚和生物轉化降解等作用，使得惡臭物質在水中得到去除。并通過將二沉池排出的帶有除臭微生物的活性污泥回流至污水廠進水端，實現污水廠惡臭的全過程控制。

該工藝具有以下顯著特點：①從源頭消除致臭物質，減少臭氣對設備設施的腐蝕；②無需加蓋，省去臭氣收集、輸送環節；③無需新建設施，節省占地；④建設方式方便快捷，尤其對于老廠改造，無需停產，即可建設；⑤投資和運行成本低。

目前，該工藝已經在國內多個污水處理廠獲得了廣泛的應用并取得了良好的效果，特別是對于空間緊張的地埋式污水處理廠，該工藝免除了大量的臭氣收集和排放管道的建設，具有較大的優勢。

但工藝本身也有一定的缺點：①每年需要檢查微生物培養箱填料的使用情況，并根據實際情況每年補充復合微生物填料約10%～15%。運行增加一定的工程量。②大量的污泥回流(約占設計規模的5%)會增加工藝前端的運行負擔。

4.2 除臭生物濾池

除臭生物濾池工運行成本低、除臭效果好、無二次污染、維護簡便，是目前應用最廣泛的污水處理廠除臭工藝，在青島高新區污水處理廠工程、煙臺套子灣污水處理廠二期工程等地埋式污水處理廠工程中均具有良好的應用效果(表1)。

表1 某地埋式污水廠預處理段除臭生物濾池進出口惡臭污染物濃度監測

但除臭生物濾池工藝受微生物生長影響，當溫度較低時去除效果有一定下降(一般溫度不低于10 ℃)，故應用于寒冷地區時應置于室內。另外，當臭氣中帶有較多粉塵時，也會造成填料的堵塞。此外，該工藝需要消耗一定的再生水，一般污水廠一級A出水可滿足其用水要求，但當污水廠出水懸浮物較高時會對除臭生物濾池的噴淋系統造成一定的堵塞。工藝應用于地下污水處理廠噪音較大，需要采取相對應的降噪措施(圖1)。

圖1 除臭生物濾池應用于地下污水處理廠實景

4.3 離子除臭

離子除臭工藝采用離子設備將帶電高能顆粒碰撞到中性的氧分子，使氧分子中的氧原子失去了電子。變成正極基本離子，而釋放的電子在瞬間與另一中性分子結合，形成負氧離子。氧離子具有較強氧化性的化學特性，有效氧化分解空氣中的污染因子，去除異臭味。使閾值低的化合物分解成閾值高的物質，以降低惡臭濃度；

目前，離子除臭工藝的應用分為兩種形式：①將臭氣收集后直接進入離子除臭設備并通過氧離子氧化降解。②新鮮空氣經離子送風設備電解產生氧離子后送入需除臭的房間。利用離子送風凈化室內空氣(圖2)。

圖2 離子送風設備實景應用

離子除臭工藝操作簡單、使用周期長、低能耗、無二次污染、運行方式靈活。在國內污水處理廠中已經獲得了較多的應用。但由于等離子體易被空氣氧化，失去活性，停留時間為2～3s。故該工藝多應用于體積較小的部位的除臭或部分空氣質量較差的房間的空氣凈化。在地埋式污水處理廠中，離子除臭工藝常與生物除臭濾池等除臭工藝搭配使用并獲得較好的除臭效果。

4.4 化學除臭

化學除臭是利用臭氣與化學藥劑發生不可逆的化學反應，生成新的無臭物質，從而達到脫臭目的的一種除臭方法。該方法主要針對不同性質的臭氣使用相應的化學藥劑以提高藥劑的利用率，將藥液通過洗滌塔與惡臭氣體相接觸，從而發生反應，去除惡臭物質?；瘜W除臭多用于污泥、垃圾滲濾液項目，部分應用于污水廠臭氣較濃的區域。

化學除臭裝置的吸收劑包括酸性吸收劑、堿性吸收劑及有機吸收劑和氧化性吸收劑等。酸性吸收劑可去除氨和胺類等堿性惡臭氣體，堿性吸收劑適于去除硫化氫等酸性和有機惡臭氣體；有機吸收劑可作為有機溶劑溶解吸收苯類氣體，聚乙醇醚、冷甲醇等。氧化劑吸收劑主要采用次氯酸鈉、臭氧、過氧化氫等氧化劑可以氧化分解部分有機氣體(圖3)。

化學除臭工藝針對性強，特別是對于臭氣濃度較高的區域具有較好的除臭效果。目前，國內已有多座污水處理廠應用化學除臭工藝，但化學除臭劑一般具有一定的腐蝕性，應用于地下污水廠多作為預處理等區域的臭氣處理。

4.5 強氧催化除臭

強氧催化除臭技術原理是電解純水產生的強氧氣體(O2和O3的混合體)在催化劑和水分子高度紊態的情況下，產生羥基自由基。利用O3和羥基自由基的強氧化性，廢氣在強氧的作用下在氣相、液相和固體填料表面多相發生鏈式分解反應，將廢氣中污染物分子分解為H2O和CO2，凈化潔凈后排放。

圖3 化學除臭設備應用

強氧催化氧化除臭憑借較強的氧化性可達到很好的處理效果。對于目前污水處理廠除臭要求日漸提高的現狀，提供了較好的解決手段，但強氧催化除臭電解水需要較大電耗，運行費用較高。另外，除臭過程中產生的多余臭氧容易對環境產生一定的二次污染。此外，電解水的副產物為氫氣，具有一定的爆炸危險。不適用于防火要求較高的場合。故目前該除臭工藝應用于污水處理廠業績相對較少(表2)。

表2 某污水處理廠強催化除臭檢測

4.6 光解除臭

光解除臭是通過兩個途徑實現的：①紫外線作用于空氣中的氧氣和水分子，產生羥基自由基、活性氧等活性基團以及臭氧等強氧化性物質，這些強氧化劑與惡臭物質發生氧化反應，使惡臭物質轉化為無害無臭的物質；②紫外線產生的能量高于惡臭物質分子間鍵能的攜能光量子，惡臭物質在攜能光量子的轟擊下，分子鍵可能分解乃至斷裂，使其直接分解為單質原子或者無害的分子[5,6]。

光解除臭工藝占地小，設備輕、操作靈活，管理方便、運行成本低、光度可根據臭氣濃度調節、除臭滅菌效果好。應用非常方便。但當臭氣濃度較高時，難以達到較好的除臭效果，目前多與其他除臭工藝聯合運用。

4.7 干式濾料

干式化學過濾除臭技術的除臭原理可以分成兩個部分，即物理吸附和化學反應。

(1)物理吸附。干式化學過濾除臭技術原理中的物理吸附過程不同于常規的碳填料吸附過程。 常規的碳吸附只是單一物理吸附。而干式化學過濾的吸附只需將污染物質吸附在化學濾料內，讓污染物質與化學濾料內的化學分子能夠充分接觸反應。

(2)化學催化氧化反應。干式化學過濾除臭技術的化學催化氧化反應基于物理吸附的基礎上，通過合成在濾料上的催化氧化劑對吸附的污染物發生一系列催化氧化反應，從而達到去除污染物的目的。

干式濾料設備占地面積小、運行維護少，設備操作靈活、無廢氣濃度限定，適應所有高低濃度廢氣、無外部因素影響，適合高低溫度場所、動力設施少，維護簡單。

但濾料吸附飽和后需要更換，操作較為復雜，也會產生一定的二次污染。目前國內使用業績相對較少。

5 地下污水廠除臭工藝的選擇

目前，國內各地埋式污水廠均對除臭工藝較為重視，也采用了各式各樣的除臭工藝。其中絕大部分地埋式污水廠均采用了除臭生物濾池工藝。同時隨著除臭標準的日漸提高，其余除臭工藝也獲得了越來越多的應用。青島高新區地下式污水處理廠采用了除臭生物濾池與離子除臭相結合的工藝；北京槐房污水處理廠采用了除臭生物濾池與化學除臭相結合的工藝；天津東郊污水處理廠及再生水廠采用了全過程除臭工藝、除臭生物濾池及與光解除臭工藝相結合的形式。上述項目均取得了較好的效果。

考慮到不同除臭工藝具有不同的針對性的去除污染物及應用環境。建議地埋式污水廠按照不同處理單元的臭氣要求采取多種工藝聯合的形式。

對于預處理單元和污泥處理單元，臭氣濃度非常高，且臭氣的主要成分為硫化氫和氨等，建議該部分區域的除臭可采用化學除臭+生物除臭的聯合處理。但化學除臭涉及酸堿等藥劑的運輸和在地下車間中的儲存。由于地下車間空間較小，儲存使用較為不便。化學除臭工藝的采用需與車間的總體布置和污水廠的運行能力及當地對于化學藥劑的管理措施等相結合。

對于其他單元的除臭，臭氣濃度相對較低，且其主要成分為三甲胺、甲硫氫、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯等，建議可采用除臭生物濾池工藝+氧化、光解或干式濾料除臭工藝。工藝不涉及化學藥劑的使用，且可達到較好的處理效果，但過程中需慎重考慮氫氣的去除及相關二次污染物的控制。

對臭氣濃度較高且需要人員進出的區域建議以離子風工藝代替傳統室內送風。以達到較好的室內環境效果。

在廠區用地有限或荷載要求較高的情況下，建議采用全過程除臭工藝的形式。