污水處理廠生物除臭技術的研究與應用

＊黃志杰

（福建北杭建設工程有限公司 福建 361000）

過去，污水處理廠、垃圾填埋場等會產(chǎn)生空氣污染和惡臭氣體的工廠都建在城市的郊區(qū)。隨著城鎮(zhèn)化進程的加快和對污染防治的重視，近年來大量污水處理廠興建，居民區(qū)與這些工廠的距離有所縮小，污水處理廠產(chǎn)生的惡臭氣體、異味污染等問題也日益嚴重。而且大部分污水處理廠都建在露天環(huán)境下，使得惡臭氣體污染不易得到控制，這不僅是一個生態(tài)問題，也是一個社會問題[1-2]。這些惡臭氣體不僅在嗅覺上讓人難以忍受，同時還會侵害人們的身體健康，所以控制臭氣污染、保護環(huán)境、維護污水處理廠周邊居民的身心健康是當前污水處理行業(yè)不可忽視的責任。過去十年，居民投訴大型工業(yè)和市政工廠附近地區(qū)中出現(xiàn)惡臭的數(shù)量有所增加。而且由于技術原因，污水處理廠的占地面積較大，從幾公頃到十幾公頃不等，因此通常被認為是排放惡臭氣體的主要來源。目前污水處理廠已經(jīng)采用多種措施解決惡臭污染，本文主要對現(xiàn)有的生物除臭技術進行總結歸納。

1.污水處理廠惡臭氣體及生物除臭原理

(1)污水處理廠惡臭氣體

污水處理廠是由很多相互關聯(lián)的技術系統(tǒng)組成，由于在處理污水的每個階段都有不同的工藝條件，所以在污水處理和污泥管理的每個階段都會產(chǎn)生各種類型的空氣污染物。污水處理廠中處理的污水本身就有惡臭氣體的釋放，污水處理過程中厭氧階段微生物代謝形成的惡臭物質(zhì)以及污水處理中化學試劑的使用都是污水處理廠中惡臭氣體的主要來源[3]。還有各種處理介質(zhì)、徑流水和雨水，與污水一起，都可能導致惡臭化合物前體的形成。污水處理廠中產(chǎn)生的惡臭氣體主要包括硫化氫（H2S）、氨氣（NH3）等無機化合物以及一些揮發(fā)性有機化合物（VOCs）[3]。這些污染物大多是污水中的物質(zhì)產(chǎn)生的，比如污水中的碳水化合物分解后會產(chǎn)生醇、揮發(fā)性脂肪酸和醛等；脂肪和蛋白質(zhì)分解后容易產(chǎn)生氨；蔬菜的腐爛過程可能會導致CO2和硫醇排放到大氣中；肉、油等的腐爛過程會導致乙胺、三甲胺和吲哚胺的排放[1]。惡臭氣體來源除了污水本身外，目前活性污泥法的廣泛應用也會導致大量惡臭氣體的產(chǎn)生，因為活性污泥法會使用到大量污泥，污泥就是微生物的懸浮物，主要是細菌和原生生物。在微生物存在的情況下，利用廢水中的有機化合物進行新陳代謝，將有機物氧化或者還原為有機或者無機衍生物。由于活性污泥具有很高的生物變異性，在污泥中發(fā)生的各種新陳代謝變化會導致形成種類繁多的二次污染物混合物，這些污染物會以污染空氣的形式從廢水中釋放出來[4]。這些惡臭氣體不僅污染環(huán)境，而且對人體危害巨大，嚴重者可致突變、致癌和致畸等[5]。

(2)生物除臭原理

生物除臭主要是通過微生物的新陳代謝作用將惡臭氣體的成分氧化降解轉(zhuǎn)化成其他物質(zhì)從而達到除臭的目的。惡臭氣體通過附著在反應器載體上的生物膜后，被生物膜中的微生物吸附、吸收、氧化降解；通常硫化物會被轉(zhuǎn)化成硫酸鹽，氮化物被轉(zhuǎn)化為硝酸鹽和氮氣，碳化物被分解為水和二氧化碳。微生物在降解惡臭氣體的同時還能利用其作為自身的營養(yǎng)物質(zhì)進行新陳代謝[6]。生物除臭是一種有效的技術，特別適用于從城市排放的氣味特別嚴重的氣體中去除硫化氫和氨[7]。

2.生物除臭的主要技術

(1)生物土壤法

生物土壤法主要是以活性土壤作為去除惡臭氣體的載體，以水作為噴淋液體持續(xù)對土壤進行澆灌潤濕，惡臭氣體從下至上進入潤濕的土壤濾層中，被活性土壤吸附、吸收，通過土壤中的微生物對惡臭氣體組分進行氧化分解。其中的活性土壤濾層一般是天然的微生物/填料復合材料，能夠為微生物提供營養(yǎng)物質(zhì)并且吸附惡臭氣體。陳敏等[8]采用活性濾料組合草腐土、珍珠巖、黑炭比例為15:4:1作為活性土壤層去除畜禽養(yǎng)殖臭氣，發(fā)現(xiàn)對惡臭氣體和溫室氣體釋放物的去除率均大于95%。然而，活性土壤濾層除臭不易控制土壤濕度，土壤濕度大時易造成厭氧條件的形成，從而影響除臭效果和穩(wěn)定性。

(2)生物過濾法

生物過濾法通常將惡臭氣體加濕后，流過富含微生物的濾料（無機或有機載體），惡臭氣體組分進入生物膜中，被微生物吸附、吸收，在微生物的代謝過程中作為能源和營養(yǎng)物質(zhì)被降解，最終轉(zhuǎn)化成無毒、無害、無味的簡單物質(zhì)[9]。早在二十世紀七八十年代就提出了利用生物過濾法的生物濾池反應器進行生物除臭[10]。

生物濾池一般由布水設備、濾床和排水系統(tǒng)組成。早期的生物濾池一般選用木屑、堆肥等易生物降解的有機物作為填料，以水為噴淋液。生物濾池的填充參數(shù)應確保氣體和液體的高滲透性，應具有良好的緩沖能力，其表面形成的生物膜應盡可能具有生物多樣性，使其能夠保留和生物降解廣泛的污染物。有機填料中的微生物可降解污染物，同時其本身就富含微生物生長和繁殖所需的營養(yǎng)物質(zhì)，有利于生物膜的生成。于承澤等[11]利用不同腐熟階段的垃圾發(fā)酵產(chǎn)物作為生物濾池填料，發(fā)現(xiàn)對氨氣、硫化氫、甲苯、甲硫醇的平均去除率均在95%以上。研究發(fā)現(xiàn)，填料的選擇和配比對生物濾池除臭效果有很大的影響，而混合填料能夠克服單一填料壽命短、易堵塞等問題，在近年來被廣泛的應用到生物濾池中[12-14]。路日明等[15]使用腐熟雞糞堆肥與樹皮以1:1（V/V）混合組成生物濾池填料，對氨的累積去除率達到93.73%。肖作義等[16]將樹皮、活性炭和多孔空心球按6:2:1混合作為生物濾池的填料，對H2S和NH3的最大去除率可達到99.24%和97.53%。盧磊[17]選取陶粒和火山石作為生物濾池的填料，同時選取其實驗室成膜能力較強的菌株進行接種，結果顯示在一個月時間內(nèi)對硫化氫和氨氣的去除效果顯著，平均去除能力在99%以上。由此可以看出，填料是影響生物濾池除臭效果的一個重要因素。

(3)生物滴濾法

生物滴濾法用到的反應器是生物滴濾池。生物滴濾法本質(zhì)上也是通過反應器內(nèi)填料上的微生物進行新陳代謝去除臭氣，它與生物濾池不同的是填料的選擇。生物濾池的填料不僅需要為微生物膜的形成提供載體，還需要為微生物提供營養(yǎng)物質(zhì)；而生物滴濾法的填料只需要選擇優(yōu)質(zhì)的難生物降解的材料，主要作用是可以為微生物提供適宜的生長環(huán)境，而不需要提供營養(yǎng)物質(zhì)，微生物所需的營養(yǎng)來源于額外噴灑的可溶性無機營養(yǎng)液[18-20]。

一般來說，生物過濾的過程是由棲息在生物過濾器的多孔填料床上的細菌或其他微生物分解氣體污染物。由于氣體流過填料，來自氣相的污染物擴散到被液體（通常是水）相包圍的生物膜中。液體可以通過滴濾床（流動液體）提供，也可以在進入生物濾池之前通過氣體加濕得到支持[21]。生物滴濾法的填料一般選擇粗糙度大、孔隙適中、潤濕性能良好、比表面積大、穩(wěn)定性強和耐腐蝕的物質(zhì)，一般選用惰性材料，如卵石、陶粒、聚丙烯小球等[22]。彭愛龍等[23]采用陶粒和木炭（體積比為2:1）混合填充生物滴濾塔，將馴化富集的硫化細菌以循環(huán)滴濾方式在填料上掛膜，得到啟動快、對低pH和高負荷H2S有良好去除效果的反應器。張鍵等[24]以聚丙烯為材質(zhì)的多面空心球作為生物滴濾塔的填料，將填料層分為一級填料層和二級填料層，同時進行噴淋，氣體從生物滴濾塔底部進入，分別通過一級填料層和二級填料層以實現(xiàn)反應器的快速穩(wěn)定啟動，最終對氨氣、硫化氫、乙硫醇混合氣體為模擬惡臭氣體的各組分去除率均不低于80%，且運行穩(wěn)定。萬俊杰等[25]以陶粒作為生物滴濾塔的填料，考察對單一惡臭氣體的降解性能，結果發(fā)現(xiàn)在9～10d內(nèi)可完成掛膜，并且對H2S和NH3的去除效率都達到94%以上。

(4)生物洗滌法

生物洗滌法又叫生物吸收法，反應器一般包含兩個組分：洗滌塔和曝氣池。惡臭氣體從洗滌塔底部進入，向上通過填料層，同時與從上而下噴淋的吸收液充分接觸；惡臭氣體經(jīng)過填料上的微生物分解凈化一部分，凈化后的氣體從洗滌塔上方排出；吸收液與惡臭氣體混合后的溶液進入到曝氣池中，經(jīng)曝氣池中的好氧微生物氧化分解為SO42-、CO2和H2O等[26]。生物洗滌法的投資費用較高，占地面積較大，難以處理高濃度難溶廢氣，而且還會產(chǎn)生剩余污泥，需要進行額外的處理，所以此方法被使用的比較少，但是會與其他工藝聯(lián)合使用達到更好的去除效果。韓忠明[27]采用了“堿洗+深度光催化氧化+生物洗滌”組合技術進行煤化工行業(yè)的惡臭氣體治理，治理后的臭氣滿足國家標準排放要求。齊國慶等[28]采用生物洗滌+生物滴濾組合工藝處理煉油污水廠惡臭氣體，治理后的臭氣濃度也達到了國家標準排放要求，工藝運行穩(wěn)定、處理效率高。王剛[29]采用“生物洗滌+生物滴濾”的復合生物法處理煉化污水廠惡臭氣體，對硫化氫和非甲烷總烴的處理效率都能達到94%以上。

3.生物法除臭在污水處理廠中的應用

近年來，生物法除臭已經(jīng)被廣泛應用在污水處理廠除臭工藝中。中油慶陽石化公司污水處理廠采用生物濾池作為除臭系統(tǒng)，其濾料主要由高效火山巖、腐殖樹皮、泥炭、腐殖木屑混合而成，可處理風量10000m3，使煉油污水中硫化氫、氨氣、硫醇等惡臭氣體達標排放，運行費用低，二次污染小[30]。某制藥廠污水處理廠采用生物過濾除臭降解其水解酸化單元產(chǎn)生的臭氣（主要是H2S），生物過濾器的填料選取生物活性樹皮及帶保護層的混合肥料層，惡臭氣體經(jīng)加濕后進入生物過濾器，與填料上的生物膜接觸并溶解，在微生物的吸收分解下被去除，穩(wěn)定運行后，H2S的去除率可達到99%以上，且處理效果穩(wěn)定[31]。廣東佛山溢達污水處理廠的主要除臭工藝是生物滴濾塔，污水處理廠內(nèi)各工序產(chǎn)生的臭氣經(jīng)收集后進入洗滌塔洗滌、加濕，然后再進入生物滴濾塔進行微生物過濾脫臭，生物滴濾塔內(nèi)選用樹皮、木屑等廉價易得的植物填料為微生物提供碳源，通過噴淋系統(tǒng)使填料維持一定的濕度以提供微生物適宜的生長環(huán)境，最終對NH3和H2S的去除率能達到90%以上[32]。

4.結語

生物除臭方法具有設備簡單、容易管理、除臭效率高和不易造成二次污染等優(yōu)點。我國的生物除臭技術起步較晚，所以仍需要更多的理論研究與實踐經(jīng)驗來完善生物除臭工藝。生物除臭技術中生物載體與微生物對除臭效率的影響較大，所以未來應該根據(jù)不同污水處理廠處理需要，開發(fā)穩(wěn)定性強、耐腐蝕的新型生物載體以及篩選除臭優(yōu)勢菌株，助力生物法除臭技術工業(yè)化的發(fā)展。