*吳嘉豪 林榮俊 周財(cái)華 胡連秀 尹寧寧
(九江學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院 江西 332005)
隨著城市發(fā)展,我國(guó)污水處理廠的數(shù)量及處理能力也在不斷擴(kuò)增,根據(jù)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部《2021年城鄉(xiāng)建設(shè)統(tǒng)計(jì)年鑒》可知,截止2021年底,全國(guó)城鎮(zhèn)累計(jì)建成污水處理廠13462個(gè),處理能力2932.71萬(wàn)立方米/日,城鎮(zhèn)污水處理廠的惡臭污染問(wèn)題也逐漸引起重視。惡臭氣體不僅會(huì)對(duì)人體的健康產(chǎn)生影響,還會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生一定的危害,產(chǎn)生光化學(xué)煙霧和二次污染物[1-2]。
發(fā)達(dá)國(guó)家在20世紀(jì)50年代開(kāi)始初步探索惡臭氣體的污染治理與控制,日本、德國(guó)和美國(guó)效果最為顯著[3-4]。我國(guó)的研究雖起步晚,但陸續(xù)出臺(tái)了《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》《惡臭嗅覺(jué)實(shí)驗(yàn)室建設(shè)技術(shù)規(guī)范》及《惡臭污染環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)規(guī)范》等法規(guī)文件以控制惡臭氣體的排放和治理。目前針對(duì)惡臭氣體的常用處理方法有物理、化學(xué)及生物方法,微生物脫臭法應(yīng)用最為廣泛,因其具有設(shè)備簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低、處理效率高、環(huán)保等優(yōu)勢(shì)[5]。本文將主要從污水處理廠惡臭氣體來(lái)源組成、脫臭方法、微生物去除機(jī)理及處理工藝與應(yīng)用幾個(gè)方面進(jìn)行概述。
污水處理過(guò)程中惡臭氣體主要來(lái)源于2個(gè)方面:(1)從污水中直接揮發(fā)出來(lái)的臭氣;(2)在污水處理廠各構(gòu)筑物中微生物代謝過(guò)程中產(chǎn)生的惡臭物質(zhì),如生物處理池、污泥等[5-6]。
惡臭氣體種類繁多,成分復(fù)雜,影響范圍大,污水處理廠惡臭氣體可分為5類:含硫化合物(如硫化氫、二甲硫醚等)、含氮化合物(如氨氣NH3、酰胺等)、含氧有機(jī)物(如醇、有機(jī)酸等)、鹵素及衍生物(如氯氣、鹵代烴)、烴類(如烷烴、芳香烴等)[7]。
惡臭氣體主要的除臭處理方法有物理、化學(xué)和生物的方法。
物理除臭技術(shù)主要是通過(guò)吸附劑的吸附作用或掩蔽劑的掩蔽作用消除臭味影響,如常利用活性炭、硅藻等進(jìn)行吸附。物理除臭方法簡(jiǎn)單,適宜低濃度氣體處理,但成本高,且無(wú)法從根本上解決問(wèn)題[8]。
化學(xué)除臭技術(shù)是通過(guò)惡臭氣體與添加的化學(xué)物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng),從而達(dá)到除臭的目的。如常采用濕法化學(xué)吸收的方法除臭?;瘜W(xué)除臭效果較好,但成本較高、易產(chǎn)生二次污染[7]。
生物除臭是指利用自然界或人工馴化的微生物,從源頭抑制微生物產(chǎn)生或?qū)撼粑镔|(zhì)降解轉(zhuǎn)化。惡臭氣體的微生物降解過(guò)程主要分為3個(gè)階段:
(1)惡臭氣體吸附于生物膜表面;
(2)污染物經(jīng)擴(kuò)散被微生物捕獲并進(jìn)入細(xì)胞內(nèi);
(3)惡臭污染物被微生物代謝分解,達(dá)到除臭目的[9]。微生物除臭技術(shù)相對(duì)于物理和化學(xué)除臭技術(shù)具有運(yùn)行費(fèi)用低、設(shè)備簡(jiǎn)單、處理效率高、無(wú)二次污染等特點(diǎn),適宜低濃度惡臭氣體凈化,已經(jīng)成為惡臭治理技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展方向。
目前,微生物除臭的機(jī)理研究主要集中在氨氣、硫化氫和部分有機(jī)惡臭物質(zhì)[10]。
氨氣一般可通過(guò)微生物的作用最終轉(zhuǎn)化為氣態(tài)氮,由氨氧化細(xì)菌、亞硝酸細(xì)菌和反硝化細(xì)菌完成。具體的降解過(guò)程如下:
微生物脫硫是指通過(guò)微生物自身的生長(zhǎng)代謝作用將惡臭氣體中的硫化物轉(zhuǎn)化為單質(zhì)硫或硫酸鹽,根據(jù)其營(yíng)養(yǎng)類型可分為異養(yǎng)型和自養(yǎng)型兩類硫氧化細(xì)菌。含硫惡臭氣體的生物降解途徑如下,Koch等[12]研究發(fā)現(xiàn)二甲硫醚可經(jīng)硫化氫,在硫氧化菌作用下最終變?yōu)槌闪蛩猁};Sch?fer等[13]發(fā)現(xiàn)二甲硫醚經(jīng)甲硫醚,在假單胞菌作用下最終變?yōu)榱蛩猁}。
常用的微生物治理技術(shù)主要有生物洗滌法、生物過(guò)濾法、生物滴濾法、生物菌劑4種方法。
生物洗滌法中微生物及其營(yíng)養(yǎng)物配料都存在于液體中,惡臭氣體通過(guò)底部進(jìn)入,被從頂部噴淋下的生物懸浮液接觸后轉(zhuǎn)移到液體中,從而被微生物降解。生物洗滌方法抗沖擊負(fù)荷強(qiáng),不易堵塞,易于控制。但對(duì)于疏水性的臭氣去除效果較差,需要處理剩余污泥。
生物濾池中惡臭氣體由底部進(jìn)入到具備吸附性過(guò)濾材料的濾池當(dāng)中,并被附著在過(guò)濾材料表面的微生物吸收代謝。生物濾池除臭效率較高,設(shè)備簡(jiǎn)單,但占地面積大,濾床容易堵塞,濾料需要定期更換[14]。
生物滴濾塔中惡臭氣體由塔底進(jìn)入生物滴濾塔,在上升的過(guò)程中被填料上附著的微生物代謝去除,凈化后的氣體由塔頂排出。生物滴濾塔除臭效果好,抗沖擊負(fù)荷強(qiáng),但需外加營(yíng)養(yǎng),運(yùn)行費(fèi)用相對(duì)較高,不適宜處理水溶性差的化合物。
將除臭微生物做成復(fù)合菌劑,然后投入產(chǎn)生惡臭的位置。復(fù)合菌劑可有多種微生物組成,應(yīng)用范圍廣,操作簡(jiǎn)單,一次性投入成本低,但高效復(fù)合菌劑較少。
目前在污水處理廠中,各構(gòu)筑物需密封加蓋,惡臭氣體經(jīng)管道收集再根據(jù)惡臭氣體的組分、濃度等情況選擇合適的除臭方式[15]。目前污水處理廠主要使用的生物除臭技術(shù)是生物過(guò)濾法和生物滴濾法[16]。
Chen等[17]利用生物滴濾器去除污泥中的H2S,當(dāng)空塔停留時(shí)間在10.9~38.9s,H2S進(jìn)口濃度為5~20ppmv時(shí),去除效率不低于99%。肖作義等[18]利用生物濾池進(jìn)行除臭實(shí)踐的結(jié)果表明,H2S和NH3的平均去除率分別為86.6%和76.5%,可達(dá)標(biāo)排放,且運(yùn)行穩(wěn)定。此外,還有一些新技術(shù)也在不斷被應(yīng)用,Liu等[19]的研究結(jié)果表明,污水處理廠的惡臭氣體通過(guò)兩段式(懸浮生物區(qū)和固定生物區(qū))綜合生物反應(yīng)器處理后達(dá)到較好的凈化效果,H2S和NH3的進(jìn)口負(fù)荷為1.6~38.6mg/m3和0.1~6.7mg/m3時(shí),出口負(fù)荷僅為0~2.8mg/m3和0~0.5mg/m3。然而污水處理廠的惡臭氣體組分會(huì)受到污水來(lái)源、廢水處理工藝流程及污水處理構(gòu)筑物等的影響,這也就對(duì)生物過(guò)濾器等臭氣異位處理工藝的性能提出了更高的要求[7]。
如果能將污水中的氮和硫元素從污水中脫出,就可從源頭上抑制惡臭氣體的排放,其中各種高效微生物的篩選始終是研究的熱點(diǎn)。王曉莉等[20]從餐廚廢棄物中篩選分離出兩株脫硫菌KW6和KSW8,KW6菌株在30℃培養(yǎng)條件下最高去除效率高達(dá)83.5%;KSW8在35℃培養(yǎng)溫度為下最高去除效率可達(dá)85.8%。劉雪純等[21]在豬場(chǎng)糞便污水中篩選出2株脫硫率較高的菌株JFF-2和JFF-3,脫硫率可達(dá)84.02%和86.12%。曾慶梅等人[22]從污水處理廠活性污泥、化肥廠土壤以及農(nóng)田土壤中混合物中分離得到一株高效異養(yǎng)型硝化細(xì)菌株命名為HN-S,以檸檬酸鈉為碳源時(shí),菌株接入后10d內(nèi)使氨氮含量由169.32mg/L降至0.48mg/L,降解率為99.7%。樊杰等人[23]從污水處理廠活性污泥中分離出一株能夠高效脫除氨氣的異養(yǎng)硝化細(xì)菌JN-4。其在以葡萄糖為碳源,好氧條件下以NH4+-N作為氮源,32h內(nèi)菌株JN-4對(duì)的總削減率達(dá)98.51%。
惡臭氣體消除是多種微生物共同作用的結(jié)果,單一功能菌株的效果較差,一般采用復(fù)合菌劑。如張笑迎[24]在某污水處理廠富集得到的異養(yǎng)硝化細(xì)菌群,氨氮(106mg/L)去除率可達(dá)97.56%;富集得到的厭氧反硝化細(xì)菌群,硝態(tài)氮(初始濃度278.23mg/L)去除率達(dá)99%。
微生物除臭技術(shù)不僅適用于污水處理廠惡臭氣體處理,同時(shí)也適用于垃圾填埋場(chǎng)等其他領(lǐng)域,應(yīng)用廣泛。但在微生物菌群關(guān)系、去除機(jī)理、代謝路徑等方面還有待進(jìn)一步明確。此外,高效脫臭復(fù)合菌株的篩選和復(fù)配等也需要深度挖掘。