生物濾池在污水處理廠除臭中的應用

林 冰，王永廣，黃 哲，劉 燁，劉金輝

(揚州大學 環境科學與工程學院，江蘇 揚州 225002)

生活污水和工業廢水中多種有機物的腐敗、污(廢)水本身所攜帶污染物質的氧化分解，造成污(廢)水在排放過程中產生明顯的臭味、異味[1]。工業廢水中含有的重金屬物質和腐蝕性有機物在有氧條件下，以有氧病原微生物作為催化氧化條件進行氧化反應，生成具有惡臭味的氣體；在厭氧條件下，厭氧病原微生物使有機物進行還原反應產生惡臭性氣體。其中，硫化物在厭氧條件下產生具有臭雞蛋味的硫化氫氣體最為典型[2]。在原子能電廠、核燃料加工廠等工藝生產中，其排放污水會攜帶不同性質的含有核素的排放氣體，即放射性氣體[3]。2019年，東京大學團隊研究了來自印度奧里薩邦海岸(Odisha coast, India)沙子和沙土樣本中的放射性氣體鈾和釷的環境地球化學行為，放射性物質會產生大面積土壤污染，破壞機體內大分子物質如脫氧核糖核酸、蛋白質、各類酶等[4]。

污水處理廠的曝氣沉砂池中沉渣有機成分的腐爛、生化反應池表面的浮渣堆積、污泥濃縮池中浮渣和污泥的腐化以及污泥堆場的CH4、H2S、SO2等氣體的逸出，都會產生臭氣[5]。其中，溫度過高所導致的水流紊動而產生的臭氣最為強烈。污水處理廠的一些處理單元中產生惡臭的根本原因是：污(廢)水在該處理單元中的氧轉移效率不足、水力負荷率太高、排水不暢而造成通氧能力降低，有機性污泥或浮渣處于局部的厭氧環境中[6]。

1 臭氣

1.1 臭氣的類型及其危害

我國的國家標準《惡臭污染物排放標準》(GB14554-93)中將惡臭污染物定義為：一切刺激嗅覺器官引起人們不愉快及損壞生活環境的氣體物質[7]。據有關資料介紹，臭氣可大致分成4類，具體分類見表1。

表1 臭氣類型及其危害Table 1 Types of odor and its hazards

一般地，污水處理廠的臭氣分布情況可以根據硫化氫濃度的多少來判斷[8]。在污水處理廠中最易產生硫化氫的處理單元是進水間前的回轉式機械粗格柵和細格柵，格柵的攪動作用極易導致硫化氫氣體揮發。硫化氫由廢水中含硫有機物分解而來，濃度不得超過10mg/m3[9]。當硫化氫氣體的濃度高于10 mg/m3時，不僅會對人的眼睛造成傷害，而且會造成支氣管暫時性萎縮和暫時性腦腫脹[10]。

1.2 臭氣排放標準

1994年1月15日，國家環保局批準實施了控制惡臭污染物的《惡臭污染物排放標準(GB14554-93)》，以此規定惡臭污染物及臭氣濃度等排放標準，并制定了《大氣污染物綜合排放標準(GB16297-1996)》以及有關污染源排放的補充說明[11]。《城鎮污水處理廠污染物排放標準(GB18918-2016)》將排放標準分為三級[11]，以日均值計的污染物排放濃度等標準，規定臭氣濃度(無量綱)一級標準為10，二級標準為20，三級標準為60，此外還具體規定了硫化氫、氨氮、甲烷等臭氣的排放標準[12]。

2 生物濾池除臭

2.1 生物濾池除臭機理

生物除臭過程包括以下三個部分：

(1)水溶滲透：惡臭物質與多孔濕潤的微生物膜濾層接觸，臭氣在濾池中發生液化，成為液相分子或離子[14]；

(2)生物吸收：污染物質多為含碳有機物或含氮有機物，液相污染成分可被微生物利用為自身所需的碳源或氮源、吸附并吸收后攝入細胞內。微生物胞外酶的溶解作用使大分子物質裂解，通過主動運輸、被動運輸或基團轉位三種方式吸收利用裂解而來的小分子物質[15]。

(3)生物氧化：微生物體內的污染物質通過一系列酶促反應與氧結合生成水和二氧化碳等無機物，此過程可用下式表示[16]：

2.2 生物濾池除臭設計

2.2.1 生物濾池填料選用

生物濾池內部必須充填具有很高有機成分的活性填料，為微生物生長提供有機養分形成生物膜[17]。混合填料以大塑料環作為骨架，環圈上均勻分布著醛化纖綸或維綸絲，醛化纖綸牢牢壓在環圈上，能有效提高氧的利用率，增大惡臭氣體和填料的接觸面積[18]。填料應該具有良好的表面性質以保持濾料的均一性，利于生物膜生長；具備一定的空隙率以保持濾料的透氣性，以防濾料被懸浮物填充和壓降升高造成短流[19]。

2.2.2 微生物類型及其降解物質

微生物的生存條件包括氧含量、pH值、溫度、濕度、營養成分等[20]。表2是去除惡臭的一些微生物類型：

表2 微生物類型及其降解物質Table 2 Types of microorganisms and their degrading substances

表2(續)

2.2.3 生物膜厚度控制

微生物吸收污染物質得到生長繁殖，生物膜無限增厚，在濾料表面產生不均勻生物膜。這種情況會堵塞濾料，導致底部排水不暢，通氧能力降低[24]。以下為控制生物膜厚度的兩種方法：

(1)控制濾料上有機營養物質。當生物膜不斷生長時，內層微生物缺乏外源營養物質，從而在濾料上吸收養分進行內源代謝，當濾料上的營養物質不足以滿足微生物生長需求時，微生物會失去黏性，從濾料上脫落，隨水流流出生物濾池[25]。

(2)控制污水處理廠水流速度。在較高的水力沖刷下，可加速表層生物膜老化，由于微生物生長迅速，生物膜不斷更新[26]。

2.2.4 菌種馴化設計

馴化微生物的一般步驟是接種培養、檢查培養液混濁度、取培養液進行一次傳代培養、二次至多次傳代培養、劃線分離即可得優勢菌株。近年來，國內外對于微生物馴化的處理一般從篩選培養條件入手。降解微生物的馴化方法一般有一次性加大高濃度化合物計量法或逐級加大高濃度化合物計量法[27]。我國向麗君等人通過兩種菌泥馴化實驗作出LAS標準直線，對比出逐級加大高濃度化合物計量法比一次性加大高濃度化合物計量法效果更明顯，但是操作步驟較為復雜[12,24]。

3 工程案例

地處山東濟南的西圩子壕中水站采用了先進的活性濾料生物濾池處理工藝技術。其處理工藝流程主體部分采用水解酸化池和活性濾料生物濾池，其中生物濾池采用的是活性濾料生物濾池DN池和活性濾料生物濾池C/N池。該池分2格C/N池，2格反硝化DN池，濾料高度取4.5 m；C/N池和DN池各2格，2格共 182.25 m3，BAF的水力負荷為 6.17 m/h。濾料的實際容積負荷為BOD容積負荷2.30 kgBOD/(m3·d)，氨氮容積負荷為0.71 kgNH3-N/(m3·d)，反硝化容積負荷為0.71 kgN3-N/(m3·d)[28]。該中水站整個工藝流程結構緊湊，有效運用了生物濾池運行簡單且高效除污的特點。

位于福建廈門的集美污水處理廠也高效運用了生物濾池除臭。該工程生物濾池設計尺寸為4.2 m×3.4 m×2.4 m，濾池填料設計高度為1.4 m，表面負荷為250 m3/(m2·h) ，濾池外表面由耐紫外線輻射的材料制成。此外，為保證濾池間的濕度，為微生物生長提供水分，該濾池頂部設有噴淋系統，配一臺流量為3.0 m3/h，揚程為400 kPa的噴淋水泵對生物濾池進行間歇噴淋，其防護等級為IP55，運行功率為0.8 kW。

哈爾濱文昌污水處理廠三期工程污水處理工藝擬采用生物濾池技術。該工程為了對集水井、格柵、曝氣沉砂池等處理單元進行臭氣有效的收集和輸送，共設置二座生物濾池進行除臭。其具體參數如下：1號生物除臭濾池負責去除文昌粗/細格柵間內的螺旋壓榨機以及出料口、粗/細格柵上柵渣腐敗等產生的臭氣，每小時處理臭氣量為3300 m3，該生物濾池除臭間的采用不銹鋼矩形管+陽光板作為封閉方式；2號生物除臭濾池負責去除曝氣沉砂池沉渣有機物腐敗而產生的臭氣，每小時處理臭氣量為12000 m3，該生物濾池除臭間也采用上述封閉方式[13]。

4 結語

生物濾池除臭技術對改善周邊環境，保障群眾生活質量，具有較為現實的社會效益。美國、德國等在生物濾池除臭方面的研究起步早，在石油化工、核電子等重工業污水處理方面的研究成果較為顯著。我國現有的生物濾池除臭技術仍具有技術不夠完善，除臭效率相對較低等缺陷，亟需大力開展技術原理和操作工藝等改造升級研究，以便為提高污水處理廠惡臭處理效率和惡臭防治提供技術支撐。