污水处理厂生物除臭技术的研究与应用

＊黄志杰

（福建北杭建设工程有限公司 福建 361000）

过去，污水处理厂、垃圾填埋场等会产生空气污染和恶臭气体的工厂都建在城市的郊区。随着城镇化进程的加快和对污染防治的重视，近年来大量污水处理厂兴建，居民区与这些工厂的距离有所缩小，污水处理厂产生的恶臭气体、异味污染等问题也日益严重。而且大部分污水处理厂都建在露天环境下，使得恶臭气体污染不易得到控制，这不仅是一个生态问题，也是一个社会问题[1-2]。这些恶臭气体不仅在嗅觉上让人难以忍受，同时还会侵害人们的身体健康，所以控制臭气污染、保护环境、维护污水处理厂周边居民的身心健康是当前污水处理行业不可忽视的责任。过去十年，居民投诉大型工业和市政工厂附近地区中出现恶臭的数量有所增加。而且由于技术原因，污水处理厂的占地面积较大，从几公顷到十几公顷不等，因此通常被认为是排放恶臭气体的主要来源。目前污水处理厂已经采用多种措施解决恶臭污染，本文主要对现有的生物除臭技术进行总结归纳。

1.污水处理厂恶臭气体及生物除臭原理

(1)污水处理厂恶臭气体

污水处理厂是由很多相互关联的技术系统组成，由于在处理污水的每个阶段都有不同的工艺条件，所以在污水处理和污泥管理的每个阶段都会产生各种类型的空气污染物。污水处理厂中处理的污水本身就有恶臭气体的释放，污水处理过程中厌氧阶段微生物代谢形成的恶臭物质以及污水处理中化学试剂的使用都是污水处理厂中恶臭气体的主要来源[3]。还有各种处理介质、径流水和雨水，与污水一起，都可能导致恶臭化合物前体的形成。污水处理厂中产生的恶臭气体主要包括硫化氢（H2S）、氨气（NH3）等无机化合物以及一些挥发性有机化合物（VOCs）[3]。这些污染物大多是污水中的物质产生的，比如污水中的碳水化合物分解后会产生醇、挥发性脂肪酸和醛等；脂肪和蛋白质分解后容易产生氨；蔬菜的腐烂过程可能会导致CO2和硫醇排放到大气中；肉、油等的腐烂过程会导致乙胺、三甲胺和吲哚胺的排放[1]。恶臭气体来源除了污水本身外，目前活性污泥法的广泛应用也会导致大量恶臭气体的产生，因为活性污泥法会使用到大量污泥，污泥就是微生物的悬浮物，主要是细菌和原生生物。在微生物存在的情况下，利用废水中的有机化合物进行新陈代谢，将有机物氧化或者还原为有机或者无机衍生物。由于活性污泥具有很高的生物变异性，在污泥中发生的各种新陈代谢变化会导致形成种类繁多的二次污染物混合物，这些污染物会以污染空气的形式从废水中释放出来[4]。这些恶臭气体不仅污染环境，而且对人体危害巨大，严重者可致突变、致癌和致畸等[5]。

(2)生物除臭原理

生物除臭主要是通过微生物的新陈代谢作用将恶臭气体的成分氧化降解转化成其他物质从而达到除臭的目的。恶臭气体通过附着在反应器载体上的生物膜后，被生物膜中的微生物吸附、吸收、氧化降解；通常硫化物会被转化成硫酸盐，氮化物被转化为硝酸盐和氮气，碳化物被分解为水和二氧化碳。微生物在降解恶臭气体的同时还能利用其作为自身的营养物质进行新陈代谢[6]。生物除臭是一种有效的技术，特别适用于从城市排放的气味特别严重的气体中去除硫化氢和氨[7]。

2.生物除臭的主要技术

(1)生物土壤法

生物土壤法主要是以活性土壤作为去除恶臭气体的载体，以水作为喷淋液体持续对土壤进行浇灌润湿，恶臭气体从下至上进入润湿的土壤滤层中，被活性土壤吸附、吸收，通过土壤中的微生物对恶臭气体组分进行氧化分解。其中的活性土壤滤层一般是天然的微生物/填料复合材料，能够为微生物提供营养物质并且吸附恶臭气体。陈敏等[8]采用活性滤料组合草腐土、珍珠岩、黑炭比例为15:4:1作为活性土壤层去除畜禽养殖臭气，发现对恶臭气体和温室气体释放物的去除率均大于95%。然而，活性土壤滤层除臭不易控制土壤湿度，土壤湿度大时易造成厌氧条件的形成，从而影响除臭效果和稳定性。

(2)生物过滤法

生物过滤法通常将恶臭气体加湿后，流过富含微生物的滤料（无机或有机载体），恶臭气体组分进入生物膜中，被微生物吸附、吸收，在微生物的代谢过程中作为能源和营养物质被降解，最终转化成无毒、无害、无味的简单物质[9]。早在二十世纪七八十年代就提出了利用生物过滤法的生物滤池反应器进行生物除臭[10]。

生物滤池一般由布水设备、滤床和排水系统组成。早期的生物滤池一般选用木屑、堆肥等易生物降解的有机物作为填料，以水为喷淋液。生物滤池的填充参数应确保气体和液体的高渗透性，应具有良好的缓冲能力，其表面形成的生物膜应尽可能具有生物多样性，使其能够保留和生物降解广泛的污染物。有机填料中的微生物可降解污染物，同时其本身就富含微生物生长和繁殖所需的营养物质，有利于生物膜的生成。于承泽等[11]利用不同腐熟阶段的垃圾发酵产物作为生物滤池填料，发现对氨气、硫化氢、甲苯、甲硫醇的平均去除率均在95%以上。研究发现，填料的选择和配比对生物滤池除臭效果有很大的影响，而混合填料能够克服单一填料寿命短、易堵塞等问题，在近年来被广泛的应用到生物滤池中[12-14]。路日明等[15]使用腐熟鸡粪堆肥与树皮以1:1（V/V）混合组成生物滤池填料，对氨的累积去除率达到93.73%。肖作义等[16]将树皮、活性炭和多孔空心球按6:2:1混合作为生物滤池的填料，对H2S和NH3的最大去除率可达到99.24%和97.53%。卢磊[17]选取陶粒和火山石作为生物滤池的填料，同时选取其实验室成膜能力较强的菌株进行接种，结果显示在一个月时间内对硫化氢和氨气的去除效果显著，平均去除能力在99%以上。由此可以看出，填料是影响生物滤池除臭效果的一个重要因素。

(3)生物滴滤法

生物滴滤法用到的反应器是生物滴滤池。生物滴滤法本质上也是通过反应器内填料上的微生物进行新陈代谢去除臭气，它与生物滤池不同的是填料的选择。生物滤池的填料不仅需要为微生物膜的形成提供载体，还需要为微生物提供营养物质；而生物滴滤法的填料只需要选择优质的难生物降解的材料，主要作用是可以为微生物提供适宜的生长环境，而不需要提供营养物质，微生物所需的营养来源于额外喷洒的可溶性无机营养液[18-20]。

一般来说，生物过滤的过程是由栖息在生物过滤器的多孔填料床上的细菌或其他微生物分解气体污染物。由于气体流过填料，来自气相的污染物扩散到被液体（通常是水）相包围的生物膜中。液体可以通过滴滤床（流动液体）提供，也可以在进入生物滤池之前通过气体加湿得到支持[21]。生物滴滤法的填料一般选择粗糙度大、孔隙适中、润湿性能良好、比表面积大、稳定性强和耐腐蚀的物质，一般选用惰性材料，如卵石、陶粒、聚丙烯小球等[22]。彭爱龙等[23]采用陶粒和木炭（体积比为2:1）混合填充生物滴滤塔，将驯化富集的硫化细菌以循环滴滤方式在填料上挂膜，得到启动快、对低pH和高负荷H2S有良好去除效果的反应器。张键等[24]以聚丙烯为材质的多面空心球作为生物滴滤塔的填料，将填料层分为一级填料层和二级填料层，同时进行喷淋，气体从生物滴滤塔底部进入，分别通过一级填料层和二级填料层以实现反应器的快速稳定启动，最终对氨气、硫化氢、乙硫醇混合气体为模拟恶臭气体的各组分去除率均不低于80%，且运行稳定。万俊杰等[25]以陶粒作为生物滴滤塔的填料，考察对单一恶臭气体的降解性能，结果发现在9～10d内可完成挂膜，并且对H2S和NH3的去除效率都达到94%以上。

(4)生物洗涤法

生物洗涤法又叫生物吸收法，反应器一般包含两个组分：洗涤塔和曝气池。恶臭气体从洗涤塔底部进入，向上通过填料层，同时与从上而下喷淋的吸收液充分接触；恶臭气体经过填料上的微生物分解净化一部分，净化后的气体从洗涤塔上方排出；吸收液与恶臭气体混合后的溶液进入到曝气池中，经曝气池中的好氧微生物氧化分解为SO42-、CO2和H2O等[26]。生物洗涤法的投资费用较高，占地面积较大，难以处理高浓度难溶废气，而且还会产生剩余污泥，需要进行额外的处理，所以此方法被使用的比较少，但是会与其他工艺联合使用达到更好的去除效果。韩忠明[27]采用了“碱洗+深度光催化氧化+生物洗涤”组合技术进行煤化工行业的恶臭气体治理，治理后的臭气满足国家标准排放要求。齐国庆等[28]采用生物洗涤+生物滴滤组合工艺处理炼油污水厂恶臭气体，治理后的臭气浓度也达到了国家标准排放要求，工艺运行稳定、处理效率高。王刚[29]采用“生物洗涤+生物滴滤”的复合生物法处理炼化污水厂恶臭气体，对硫化氢和非甲烷总烃的处理效率都能达到94%以上。

3.生物法除臭在污水处理厂中的应用

近年来，生物法除臭已经被广泛应用在污水处理厂除臭工艺中。中油庆阳石化公司污水处理厂采用生物滤池作为除臭系统，其滤料主要由高效火山岩、腐殖树皮、泥炭、腐殖木屑混合而成，可处理风量10000m3，使炼油污水中硫化氢、氨气、硫醇等恶臭气体达标排放，运行费用低，二次污染小[30]。某制药厂污水处理厂采用生物过滤除臭降解其水解酸化单元产生的臭气（主要是H2S），生物过滤器的填料选取生物活性树皮及带保护层的混合肥料层，恶臭气体经加湿后进入生物过滤器，与填料上的生物膜接触并溶解，在微生物的吸收分解下被去除，稳定运行后，H2S的去除率可达到99%以上，且处理效果稳定[31]。广东佛山溢达污水处理厂的主要除臭工艺是生物滴滤塔，污水处理厂内各工序产生的臭气经收集后进入洗涤塔洗涤、加湿，然后再进入生物滴滤塔进行微生物过滤脱臭，生物滴滤塔内选用树皮、木屑等廉价易得的植物填料为微生物提供碳源，通过喷淋系统使填料维持一定的湿度以提供微生物适宜的生长环境，最终对NH3和H2S的去除率能达到90%以上[32]。

4.结语

生物除臭方法具有设备简单、容易管理、除臭效率高和不易造成二次污染等优点。我国的生物除臭技术起步较晚，所以仍需要更多的理论研究与实践经验来完善生物除臭工艺。生物除臭技术中生物载体与微生物对除臭效率的影响较大，所以未来应该根据不同污水处理厂处理需要，开发稳定性强、耐腐蚀的新型生物载体以及筛选除臭优势菌株，助力生物法除臭技术工业化的发展。