城市污水廠不同功能區含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理技術選擇

劉建偉，陳欣玥，唐文邦，臧娜娜，馮文韜，魯晨，孫建斌

(1.北京建筑大學 北京市可持續城市排水系統構建與風險控制工程技術研究中心，北京 100044；2.北京建筑大學 環境與能源工程學院，北京 100044；3.中國礦業大學(北京) 化學與環境工程學院，北京 100083)

城市污水廠的格柵間、曝氣池和污泥脫水間等功能區均會產生不同組成和濃度的含惡臭和微生物氣溶膠氣體[1-3]。直接排放，會對人體健康和大氣環境造成不利影響[4-5]。由于污水廠不同功能區開放程度、氣體收集和控制要求以及設備安裝條件存在差異[6]，采用常規的單一收集-處理技術，很難實現城市污水廠全流程惡臭和微生物氣溶膠的污染控制。

某城市污水廠處理規模為25 000 m3/d，主體工藝采用“A/A/O+MBR”工藝。本文在分析該廠不同功能區含惡臭和微生物氣溶膠氣體產生特性基礎上，篩選適用于不同功能區的控制技術，并進行實際應用和驗證。

1 不同功能區惡臭物質和微生物氣溶膠產生特性

對該污水廠不同功能區產生的含惡臭和微生物氣溶膠氣體進行采樣和分析，各功能區產生的硫化氫、氨惡臭物質及異養細菌和真菌氣溶膠的濃度范圍和平均值見表1。

表1 城市污水廠不同功能區惡臭物質和微生物氣溶膠濃度Table 1 Concentrations of odor substances and microbial aerosols in different functional areas of municipal wastewater treatment plant

由表1可知，該污水廠不同功能區產生的惡臭物質濃度具有一定差異，其中厭氧/缺氧/好氧/MBR池產生的硫化氫和氨濃度最高。濃度相對較高的為儲泥池、污泥脫水間和沉砂池，而濃度相對較低的是粗格柵和細格柵。

不同功能區產生的異養細菌和真菌氣溶膠濃度也不同。其中，厭氧/缺氧/好氧/MBR池逸散的異養細菌和真菌濃度最高8.90×104～9.40×104CFU/m3和2.40×104～4.70×104CFU/m3，其次是儲泥池4.40×104～4.60×104CFU/m3和3.40×103～3.90×103CFU/m3、污泥脫水間4.00×104～4.30×104CFU/m3和3.10×103～4.30×103CFU/m3和沉砂池3.80×104～4.30×104CFU/m3和1.40×104～1.90×104CFU/m3，濃度最低的為粗格柵和細格柵。此結果與楊慶等研究結果類似[7]。這與不同功能區污水濃度、設施構型及氣體收集差異有關。在處理設施相對封閉的區域，如生化處理和污泥處理設施處，硫化氫、氨、異養細菌和真菌產生濃度較高[8-9]。對于分散和開放式區域，如粗格柵和細格柵處，硫化氫、氨、異養細菌和真菌濃度的產生濃度則相對較低[10-11]。

2 不同功能區的惡臭氣體和微生物氣溶膠處理技術選擇

對于城市污水廠產生的含惡臭和微生物氣溶膠氣體，常規處理技術主要包括生物過濾、生物滴濾、生物洗滌、活性炭吸附、化學吸收和霧化噴淋技術等。表2列出了處理技術的原理、特點和應用范圍。

表2 現有的城市污水廠含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理技術Table 2 Existing gas treatment technologies for odor and microbial aerosols in municipal wastewater treatment plant

由表2可知，生物處理技術(生物過濾、生物滴濾、生物洗滌)和霧化噴淋技術具有除臭效果好、運行費用低和操作便捷等優點，較適合于城市污水廠惡臭氣體的處理[12]。對于微生物氣溶膠處理，活性炭吸附等技術僅對于微生物氣溶膠有截留和阻隔作用，不能將其徹底去除。微生物氣溶膠中的病原微生物或致病微生物，可能會對污水廠工作人員健康造成危害[13]。而生物過濾、生物滴濾和霧化噴淋技術則可通過吸收、填料截留等作用，同時去除惡臭和微生物氣溶膠，因此在城市污水廠微生物氣溶膠處理中得到一定的應用[14]。

城市污水廠含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理工藝的選擇應依據不同功能區惡臭和微生物氣溶膠的產生特性，以及不同設施的結構構型的差異，選擇合適的處理工藝。比如，對于易實現氣體集中收集、相對封閉的區域，如沉砂池、厭氧/缺氧/好氧/MBR池、儲泥池和污泥脫水間等設施，惡臭產生濃度相對較高、組成成分相對復雜，可選擇采用一體式高效集成除臭技術進行處理。該技術集成吸收、生物降解和填料吸附作用，將液相生物吸收、填料層生物降解與吸附的優勢結合，可高效、穩定、快速地處理含惡臭和微生物氣溶膠氣體[15]。對于惡臭和微生物氣溶膠產生濃度相對較低、排放分散的開放式空間，包括粗格柵、細格柵等設施，氣體收集難度大，宜選擇霧化噴淋技術進行含惡臭和微生物氣溶膠氣體的處理。

3 城市污水廠典型功能區含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理工程的設計與運行效果

3.1 含惡臭和微生物氣溶膠氣體的處理量

依據該城市污水廠不同功能區除臭空間容積和換氣次數等參數，對沉砂池、厭氧/缺氧/好氧/MBR池、儲泥池和污泥脫水間等適宜進行氣體集中收集的設施產生的含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理量進行計算，結果見表3。

表3 城市污水廠宜進行氣體集中收集設施的含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理量計算Table 3 Calculation of odor and microbial aerosol gas in centralized collection facilities of municipal wastewater treatment plant

3.2 含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理工藝方案的確定

城市污水廠不同功能區產生的含惡臭和微生物氣溶膠氣體組成和濃度不同，而常規處理技術均有其各自的適用范圍，因此，采用單一技術難以同時有效去除所有的惡臭和微生物氣溶膠污染物[16]。基于氣體產生特性、收集和處理工藝原理、投資和運行成本以及操作便利程度，對預處理區、生化處理區和污泥處理區三個不同功能區的含惡臭和微生物氣溶膠氣體的處理技術進行了選擇和優化，結果見表4。

表4 城市污水廠不同功能區含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理工藝選擇Table 4 Selection of gas treatment processes for odor and microbial aerosol in different functional areas of municipal wastewater treatment plant

由表4可知，粗格柵和細格柵等預處理區域為相對開放空間，由于機械設備存在，不易全密閉。含惡臭和微生物氣溶膠氣體的主要逸散源為格柵和柵渣出渣處，且氣體逸散濃度時空變化較大。由于格柵機械需要經常性的檢視和操作，不適宜設置密閉罩進行氣體收集[17]。因此，該區域設計采用高效霧化噴淋技術，利用霧化的植物提取液對惡臭和微生物氣溶膠的吸收和吸附作用而使其去除。

生化處理區包括厭氧池、缺氧池、好氧池和MBR池等設施，各處理設施均為相對密閉區間。對各處理設施分別加罩密閉，并且在罩上設置一定數量的吸氣口，利用風機作用將含惡臭和微生物氣溶膠的氣體收集至一體式高效集成除臭設備進行處理，達標后排放。

污泥處理區包括儲泥池、污泥脫水間設施，該區域距離污水主體處理區域相對較遠。由于污泥脫水機械的間歇運行特性，此處產生的硫化氫、氨和微生物氣溶膠濃度和負荷均變化較大。對于此區域，單獨設計氣體收集和處理系統，采用高效霧化噴淋及一體式高效集成除臭結合的技術，通過局部分散點源的噴淋和整體設施的密閉收集處理協同作用，實現該區域含惡臭和微生物氣溶膠氣體的高效處理。

3.3 不同功能區的除臭系統設計

3.3.1 預處理區 該城市污水廠粗格柵和細格柵區含惡臭和微生物氣溶膠氣體的處理采用高效霧化噴淋技術，不設置氣體密閉收集和輸送系統。高效霧化噴淋除臭設備的設計和運行參數見表5。

其中，系統采用氣液混合超聲霧化噴頭，將壓縮空氣和植物液分別輸出至氣、水管路，在超聲霧化噴頭中發生霧化。惡臭和微生物氣溶膠與霧化的植物提取液發生吸收和吸附作用而去除。

表5 高效霧化噴淋設備的設計和運行參數Table 5 Design and operation parameters of high-efficiency atomizing spray equipment

3.3.2 生化處理區 對于厭氧池、缺氧池、好氧池和MBR池等生化處理區的各設施進行密閉收集后，采用一體式高效集成除臭工藝對含惡臭和微生物氣溶膠氣體進行處理，工藝流程見圖1。

圖1 一體式高效集成除臭工藝流程Fig.1 Integrated efficient integrated deodorization equipment process1.設備殼體；2.進氣口；3.氣體分布管；4.液相曝氣反應區；5.氣體分布板；6.活性填料生物反應區；7.噴淋泵；8.噴淋頭；9.活性炭吸附區；10.出氣口；11.排水口

一體式高效集成除臭設備的設計處理氣量為10 000 m3/h。集成設備分為液相曝氣反應區、活性填料生物反應區和活性炭吸附區三部分。含惡臭和微生物氣溶膠氣體通過負壓風機收集后，分別進入三個反應區，其中易溶解組分在液相曝氣區被吸收、降解，活性填料生物反應區內裝填生物填料，惡臭氣體和微生物氣溶膠與其中的優勢微生物接觸、降解，未被降解的污染物進入活性炭吸附區，被活性炭吸附而去除。

一體式高效集成除臭設備的設計參數見表6。

一體式高效集成除臭設備主體結構由玻璃鋼制成。液相曝氣反應區、生物反應區和活性炭吸附區的氣體停留時間分別為2.5，20，1.5 s。其中液相曝氣反應區設置曝氣，生物反應區填充活性聚氨酯填料，填料粒徑為4～6 mm，活性炭吸附區填充顆?；钚蕴俊?/p>

表6 一體式高效集成除臭設備的設計參數Table 6 Design parameters of integrated high-efficiency deodorization equipment

3.3.3 污泥處理區 污泥處理區的儲泥池和污泥脫水間單獨采用一套系統，其中污泥脫水間排泥口處設置高效霧化噴淋設備，儲泥池和污泥脫水間頂部設吸氣口，含惡臭和微生物氣溶膠氣體通過風機收集后進入一體式高效集成除臭設備進行處理。集成除臭設備的設計處理氣量為6 000 m3/h，設備主體由玻璃鋼制成，外形為長方體形，總體積為 55 m3，有效體積為 40 m3。

3.4 城市污水廠全流程含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理效果

迄今為止，該城市污水廠全流程含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理系統已運行2 年以上，各功能區處理系統運行穩定、各項處理指標滿足設計標準。分別對污水廠預處理區、生化處理區和污泥處理區等區域以及廠界硫化氫、氨、異養細菌和真菌氣溶膠濃度進行了監測分析，結果表明，各功能區及廠界硫化氫和氨濃度均分別低于0.01 mg/m3和 0.18 mg/m3，符合《惡臭污染物排放標準》(GB 14554—1993)規定的惡臭污染物廠界標準中的新擴改建一級標準要求。各功能區及廠界的異養細菌和真菌氣溶膠濃度均分別低于1.0×103CFU/m3和 3.0×102CFU/m3，達到波蘭制定的《空氣微生物氣溶膠污染評價清潔標準》要求[18]。表明該城市污水廠全流程不同功能區的含惡臭和微生物氣溶膠氣體處理系統達到了預期的處理效果。

4 結論

針對城市污水廠預處理區、生化處理區和污泥處理區惡臭和微生物氣溶膠的產生特性、設施的開放程度及氣體收集難易程度，分別選擇采用高效霧化噴淋技術、一體式高效集成除臭技術、高效霧化噴淋技術及一體式高效集成除臭結合的技術進行處理，不同功能區的含惡臭和微生物氣溶膠氣體均達到較好的處理效果。