污水處理系統除臭技術應用進展

張玉生 程磊

（山東華城城建設計工程有限公司 山東濟南 250101）

0 引言

污水處理廠會產生惡臭氣體，這些惡臭氣體嚴重影響了居民的生活與健康。西方部分國家采取了一定的措施，對這些惡臭氣體的控制進行了立法。在我國，隨著城市的不斷發展，污水在處理過程產生的臭氣在空氣中逸散形成惡臭。國內外學者對這些問題十分關注。為了在實踐中更好地控制惡臭氣體，本文對國內外惡臭氣體控制技術的應用和發展進行了總結介紹。

1 惡臭的組成及來源［1］

污水處理廠中各處理單元均會產生臭氣，包括污水廠的泵站、沉砂池、格柵和后續的污泥脫水設施，在對污水的處理過程中會產生硫化氫（H2S）、氨氣（NH3）、硫醇和揮發性有機物等氣體。這些氣體容易在空氣中逸散，且對人體有一定的毒害作用。

（1）H2S：H2S 是污水在缺氧或者厭氧環境下，污水中的溶解氧很低，其中的硫酸鹽還原菌等厭氧菌會將污水中的硫酸鹽還原為溶解性的硫化物，這些溶解性硫化物逸散到空氣中產生硫化氫氣體，從而產生臭味。

（2）NH3：NH3在污水中含量較少，是由污水中的厭氧微生物對固體顆粒進行相應厭氧生化反應產生。

（3）硫醇：硫醇和其他含硫的氣態化合物很容易產生臭味，并且產生臭味的極限點很低。對于硫醇的控制成為污水處理廠惡臭控制的難點。

2 污水處理系統除臭技術應用

在污水處理工藝中，碳、氮和硫元素是惡臭物質的重要組成部分，其中有機化合物占大多數。這些物質容易發生反應，主要是氧化反應，原因是其帶有活性基團［2］。為了對臭氣進行控制，針對其產生惡臭的原因，采取相應的技術措施氧化其攜帶的活性基團。目前，污水處理系統中除臭技術主要有以下方法。

2.1 濕式洗滌器

由于H2S 易溶于堿性溶液，對于這些氣體的去除可通過濕式洗滌器實現，其中逆流循環式填充塔和薄霧型洗滌器在應用中最常見。除此之外，錯流循環式填充塔也被應用于臭氣控制且發揮了積極的作用。

目前，逆流循環式填充塔是使用最廣泛的濕式洗滌器，填料在中間起重要作用，滌氣液從塔頂部進入，順著填料自上而下滴流。臭氣自塔底進入后，通過填料孔隙與液相形成對流，這樣可以在表面形成湍流，加大了作用面積。作用后的滌氣液分為兩種“去向”：①為了防止懸浮固體和大顆粒物質造成填料的堵塞，并且保證回流液體的濃度，這部分的滌氣液往下流動，達到以上作用；②為了資源的循環利用，被使用過的部分滌氣液降落到塔底，以此達到回收利用的目的。

1980 年后，對于惡臭氣體的去除方面，薄霧型洗滌器也曾被廣泛應用。在污水處理廠的惡臭去除方面，錯流循環式填充塔尚未得到廣泛應用，但在脂肪提取與加工業產生的惡臭物質去除方面取得了不錯的效果。

3 種惡臭去除設備的比較見表1［3-5］。

表1 3 種濕式洗滌器的比較

對于氧化臭氣成分較低的氣體，主要用濕式洗滌器進行吸收處理，去除效率較高；濕式洗滌器也可以處理含量和濃度均較高的惡臭氣體。此外，使用濕式洗滌器的操作彈性較大，可以根據臭氣濃度和流量調節加藥量和循環流量。但是，濕式洗滌器存在投資費用高的缺點，在運行過程中消耗大量的水和化學試劑，腐蝕設備和管道，并且帶來二次污染的風險。

2.2 活性炭吸附系統

活性炭作為使用廣泛的吸附劑，在很早的時候就被應用于防毒面具。現在運用活性炭吸附系統吸附有害氣體，成為活性炭應用的一次新革命。污水處理廠的臭氣具有污染物質種類多、臭氣濃度低、臭氣源范圍廣等特點，所以對污水處理廠中臭氣的治理還不是很理想。活性炭的吸附發展過程不僅是時間上的發展，而且還是在技術上的發展［6］。牟桂芝等［3］利用活性炭吸附處理含有甲硫醇的氣體，發現活性炭對惡臭的吸附性能很好。

活性炭除臭系統具有吸附不選擇性，吸附的有用物質可回收，具有負荷變化影響小、容易管理等優點。由于活性炭的吸附能力極易受到濕氣、灰塵等影響而下降，因此有必要添加其他附屬設備，如需要在系統管道上安裝除塵、除濕裝置，在吸附塔前面設置加熱器等。所以，活性炭吸附技術一般用于處理臭氣含量低且要求嚴格的廢氣，常用作其他除臭工藝后的處理單元。

2.3 水洗滌和藥劑吸收系統

臭氣中的主要污染物是水溶性的物質，被引風機收集后輸送至噴淋塔，通過氣液交換，使氣體中的臭味污染物轉移到液相，實現對惡臭的去除。水洗滌法操作簡單，成本較低，但是需要經常更換洗滌水，這是因為惡臭污染物在水中的溶解度較小。

藥劑吸收法去除惡臭氣體的原理是惡臭氣體與化學試劑進行化學反應，以此實現惡臭氣體的去除。藥劑吸收法比水洗滌法更能提高惡臭氣體的去除率。但是，由于氣體中污染物的不同，決定了需要的藥劑種類不同，這就要求對多種藥劑進行分級處理，增加了安裝運行費，而且容易造成二次污染，因此這種方法目前使用較少。深圳市濱河污水處理廠三期工程利用化學法進行除臭，排放的廢氣濃度達標，說明其在實際應用過程中除臭效果較好。

2.4 生物洗滌塔

西歐地區的部分國家通過生物洗滌來實現惡臭氣體的控制，主要適用于小型設備。生物洗滌塔屬于填料處理系統，除臭原理與用于廢水處理的活性污泥法原理相似。氣體從塔底進入，上升過程中與自塔頂進入的循環水接觸，氣體與液相接觸完成傳質過程，從而實現對惡臭氣體的吸收。循環液攜帶氣體污染物流入生物傳感系統，經過微生物的氧化分解過程，實現對污染物的去除。活性污泥懸浮液是生物洗滌塔中常用的循環液，處理完污染物后通過曝氣再生。

生物洗滌塔中的微生物處于液相并在液體中循環，因此洗滌塔中的微生物降解了其中的污染物。生物洗滌塔易于操作，并且易于控制和去除惡臭氣體。由于此系統分為兩個反應器，反應過程相對獨立，因此對于反應條件的控制十分方便。但是，這就意味著生物洗滌塔需要更多的設備和昂貴的運行成本，另外系統中的填料容易被活性污泥堵塞，這也限制了它在實際工程中的應用和推廣。此外，循環液的污泥濃度、溶解氧濃度、循環液的pH 值、營養物和化學藥劑等會影響生物洗滌塔吸收效果。

生物洗滌池主要是用于處理易溶于水的惡臭廢氣，適用于處理各種低負荷惡臭廢氣，且去除效果比較好。中國石油化工研究院蘭州化工研究中心，是國內第一個將生物洗滌法和生物滴濾法組合用于除臭的研究院，通過這種除臭技術對煉油污水廠內的惡臭氣體進行處理。其中H2S、NH3、VOCs 和甲硫醇等惡臭廢氣的去除效率分別達到99.2%、90.4%、99.8%和99.1%，處理后氣體都可以達標排放。但是，由于此法所需要的設備費用比較大，操作比較復雜，而且運行的過程中需額外地投加營養物質，所以在我國工業化應用當中受到了一定限制。

2.5 生物過濾池

生物過濾池是先前開發和使用的生物除臭技術之一。濾池中裝有表面生長生物群落的惰性過濾填料。除臭原理是氣體通過與生物過濾池中的活性填料層接觸，實現氣相和液相的接觸，從而使得惡臭氣體從氣相轉移到液相中，然后被液相中的微生物吸收并降解，處理后純凈的氣體從生物過濾器的頂部釋放。生物過濾池的優點是填料中的微生物和液體在同一反應器中，氣體和液體容易接觸且接觸面積大，效率更高，并且維護費用低。因為當有機物作為填充劑時，營養物質是充足的。但是它也存在濾料易堵塞的缺點，如果惡臭氣體體積較大，反應條件控制不當會導致生物量驟增并且堵塞濾料，對整個反應器的去除過程產生影響［7］。

由于生物過濾池的效率相對較高，因此通常用于處理大氣量和濃度較低的惡臭氣味。然而，由于其面積大，需要定期更換填料，而且除臭過程也不容易控制，因此一段時間后會出現一些問題。上海石化股份有限公司使用生物濾池除臭，H2S的去除率為89%，NH3的去除率為98%，苯乙烯的去除率為99.88%，苯的去除率為99.94%。山東省某廢水處理廠使用兩級生物濾池，第一階段主要被真菌和嗜酸嗜熱菌吸收，第二階段主要被氨氧化菌、非嗜酸性硫桿菌、異形菌和硝酸鹽氧化菌吸收。對H2S 氣體、NH3和VOCS去除率分別達到95%、92.1%和94%。

在實際的產品設計中，載體填料的相對濕度需要保持在80%～95%，因此通常用于噴灑初級沉淀池中的出水以提供水分和養分。生物除臭的特點是易于維護，維護成本低。廢水處理、污泥處理和垃圾處理設施產生的惡臭氣體常用生物過濾方法控制，但是這種方法的實現和推廣需要大量的理論研究和實踐經驗，因此發展相對緩慢，并且生物過濾方法還存在生化反應過程停留時間較長的缺點。

2.6 生物滴濾塔

生物滴濾塔是一種將生物吸收和過濾聯合作用的生物除臭方法。生物滴濾塔內部結構是由一層或多層無機填料組成，完整的生物膜附著在填料表面，并且分為厭氧、兼性和好氧區域，去除效果好。循環液由塔頂的填料表面上下流動，然后在塔底釋放。滴濾池從塔底通入惡臭氣體，惡臭氣體在上升過程中與循環液接觸后溶解在水中，被堆積在填料表面的微生物吸收并進行氧化反應，處理后的氣體從塔頂釋放。

調節生物滴濾池中微生物的生長環境比較容易。例如，可以通過控制循環流體來調節溫度和pH。同時，由于循環水可以將微生物產生的有毒有害的代謝產物去除，微生物生長環境較好，從而可以實現較好的除臭效果。因此，生物滴濾塔是研究最多的生物除臭技術。

生物滴濾法是除臭技術的重要發展方向。寧波市垃圾處理中心使用生物滴濾塔處理高含量的惡臭氣體，例如H2S、CH4和NH3，設置相應的參數為：pH 為4.5～5.5，進氣量為600 mg/m3，處理效率達到80%以上。與生物濾池相比，生物滴濾池可以承受更大的污染負荷，并具有更好的緩沖能力。即使營養供應不足，該系統仍然可以達到良好的去除效果。高濃度的氮有效地提高了生物滴濾池的效率，不同的氮源在除臭效率方面也有所不同。

2.7 生物土壤過濾器

該設備由5 個組件組成：增濕系統、草坪灌溉系統、鼓風機系統、高密度聚乙烯管道空氣分配系統和活性土壤系統。該裝置的原理是，氣體首先通過生物土壤過濾器，然后H2S 在微生物代謝作用下被氧化為CO2和水。該系統的H2S 去除效率超過99%，并在杭州七格廢水處理廠應用，這是國內第一個設計的生物土壤除臭系統。該系統適用于大型廢水處理廠的惡臭氣體控制，凈化效率高，維護成本低，無二次污染。生物土壤過濾是將臭味通過生物土壤濾膜，經微生物代謝，將H2S 和NH3氧化成CO2和水，達到良好的去除效果，避免二次污染。

3 結論

在我國的廢水處理廠中，化學除臭方法的使用已有很長的歷史，并且有很多先例。但是，存在諸如二次污染物之類的各種因素、需要大量化學試劑或原材料、設備和管道嚴重腐蝕等問題。近年來，化學除臭法已逐漸被生物法所取代。與化學方法相比，生物方法投資少，廢氣處理過程中的污染少和無二次污染等優點。但生物系統運行一段時間后逐漸顯示出缺點，如能耗高、占地面積大、生物材料消耗和維護成本高，并且室內空氣質量沒有太大改善。因此，需要更多的理論研究和實踐經驗，在設計過程中，應根據實際情況選擇合適的除臭工藝系統。