城市污水泵站及工厂企业污水处理站 恶臭气体处理技术

朱晨华，张双刀，俞豪吉，王文彬，顾思琪

（上海船舶设备研究所，上海 200031）

0 引言

随着人们生活水平的不断提高和公众环保意识的增强，城市污水泵站和一些工厂企业污水处理站等设施陆续建成并投入使用，在解决了污水处理问题的同时，也产生了新的污染源—恶臭气体。城市污水泵站和工厂企业污水处理站等设施在运行过程中会产生并散发出恶臭气体。这些恶臭气体的主要成份为H2S 和NH3，此外还有少量 的有机气体如甲硫醇、甲胺、甲基硫、苯、甲苯及烃类等。由于恶臭气体挥发性强、易扩散、刺激性气味大，且对人体呼吸、消化、内分泌、神经等系统产生不利影响，更有甚者将会导致人急性中毒及死亡。由此，除臭问题已受到越来越多的关注与重视。为了保护工作人员的健康状况，有效控制工厂臭味对周边环境的影响，对这些恶臭气体进行处理具有巨大的社会价值。

1 恶臭气体的产生

城市污水泵站和工厂企业污水处理站是产生恶臭气体的重要来源之一。城市污水泵站恶臭气体是污水在城市下水道输送过程中，因厌氧发酵而产生的带有恶臭的气体。城市污水泵站恶臭气体的发生源主要是在格栅井。

工厂企业污水处理站恶臭气体是污水在厌氧处理工艺、及污泥储存及处理过程中产生的带有恶臭物质的气体。工厂企业污水处理站的恶臭气体发生源主要是在格栅井、调节池、厌氧处理池、沉淀池、污泥池、脱水机房及污泥堆放场所等。

因污水中的恶臭物质在向空气中扩散时受到水温、PH 值、水质、污水处理站布局设计、周围建筑物密度及气象条件等因素的影响，且因恶臭气体大多是无组织排放，所以即使是在同一个污水处理站，不同地点恶臭气体的浓度也不尽相同[1]。

2 恶臭气体排放标准

目前国内的恶臭气体排放标准主要有：GB 16297—2012《大气污染物综合排放标准》；DB 31/1025—2016《恶臭（异味）污染物排放标准》；GB 14554—93《恶臭污染物排放标准》。3 种标准中污染因子排放浓度对比见表1。

表1 3 种恶臭气体污染因子排放标准对比表

3 国内现有的恶臭气体处理工艺技术

近年来随着科学技术的快速发展，除臭技术的发展也越来越快，除臭工艺也越来越多样化。目前，国内对恶臭气体处理的工艺技术主要有以下几种：等离子法、光催化法、臭氧法、化学吸收法、活性炭吸附法、生物洗涤法、掩蔽剂法、直接焚烧法等。针对目前国内城市污水泵站和工厂企业污水处理站除臭技术使用较多的4 种处理方法，即等离子法、光催化法、生物洗涤法及活性炭吸附法的原理与优缺点进行介绍。

3.1 等离子法废气处理工艺介绍

3.1.1 等离子法废气处理工艺的原理

离子发生器产生大量的高能粒子，当带电高能粒子碰撞到中性的样分子时，氧分子中的氧原子便失去了电子，变成正极基本离子，而释放的电子在瞬间与另一中性分子向结合，形成负氧离子。由此，氧离子两级分化，且各吸附10 个～20个分子形成离子群，见图1[2]。

图1 离子群形成示意图

离子群与有害气体发生反应而转化为无害的小分子物质。新生态的氧离子具有很强的氧化性，能够有效地氧化分解不受负离子控制的有机物。与污染气体反应后，多余的氧离子（正极）能与负极的氧离子很快地结合成中性氧，因而不会更多地对设备及环境造成不利影响。其反应机理为

由式（1）～式（3）可知，恶臭废气组分经设备处理后，将转变为NOX、SO3、H2O 等小分子，在一定的浓度下，各种反应的转化率均＞90%。

3.1.2 等离子法废气处理工艺的特性

欧州测试机构表明，等离子净化设备所产生的氧离子数量大大低于MAK 标准0.1 ppm（1 ppm＝0.001‰），离子净化系统能达到的离子数为0.01 ppm。瑞士Ciba-Geigy AG研究部门过去几十年中的研究结果显示，在0.001 ppm的状态下，等离子净化设备的灭菌率可达到80%～95%。换句话说，等离子净化设备在正常运行过程中，产生的氧离子浓度低于MAK值的10倍～100倍。

实际上，等离子净化系统的氧离子目标值是根据室内空间大小及空气流通量计算出来的，所以在运行过程中不会产生大于MAK 值的离子数。上百份检测报告表明，等离子净化设备运行时，离子数达标，不会产生臭氧，在整个运行过程中唯一的原材料就是室外的空气，产生的最终产物仍然是二氧化碳和水，整个过程中的系统能耗少，不产生任何二次污染且不会对外界环境造成任何影响，达到了真正意义上节能减排的目的。

等离子法废气处理系统能有效地清除空气中的细菌、可吸入颗粒物、硫化合物、苯类等有害物质，且处理效果能够大于90%。

3.1.3 等离子法废气处理技术适用范围

等离子法除臭工艺与传统的臭气净化工艺相比，具有设备结构简单、投资运作费用节省、维护保养简便、耗能低、运行状态稳定、无明显二次污染、治理效果明显等优点，尤其在处理低浓度、组织成份复杂的废气及非连续性排放废气方面更显优势，是目前国内处理恶臭气体的一种较常采用的技术。

3.2 光触媒废气净化工艺介绍

3.2.1 光触媒废气净化技工艺的原理

光触媒是光＋触媒（催化剂）的合成词。光触媒是一种以纳米级二氧化钛为代表的具有光催化功能的光半导体材料的总称，是当前国际上治理室内环境污染最理想的材料。光触媒在光的照射下，会产生类似光合作用的光催化反应，产生出氧化能力极强的自由氢氧基和活性氧，具有很强的光氧化还原功能，可氧化分解各种有机化合物和部分无机物，能破坏细菌的细胞膜，固化病毒的蛋白质，杀灭细菌并分解有机污染物，把有机污染物分解成无污染的水（H2O）和二氧化碳（CO2），因而具有极强的杀菌、除臭、防霉、防污自洁、净化空气功能。当纳米级二氧化钛超微粒子接受波长为388 nm 以下的紫外线时，其内部因吸收光能而激发产生电子空穴对，即光生载流子，而后迅速迁移到其表面并激活被吸附的氧和水分，产生活性自由氢氧基（OH）和活性氧（O），当污染物及细菌吸附于其表面时，则会发生链式降解反应。

3.2.2 光触媒废气净化技术的特性

光触媒可以利用空气中的氧分子及水分子将所接触的有机物转换为二氧化碳和水，是一种自身不起变化却可以促进化学反应的物质，理论上有效期非常长久，所需的维护费用较低。同时，二氧化钛本身无毒无害，已广泛用于食品、医药、化妆品等各种领域。

3.2.3 光触媒废气净化技术的适用范围

光催化净化技术的特点是二次污染小、运行成本低、可望利用太阳光为反应光源等，所以光催化特别适合净化含挥发性有机物的废气，在深度净化方面显示出了巨大的应用潜力。

3.3 生物洗涤除臭技术介绍

3.3.1 生物洗涤技术工艺的原理

生物洗涤技术的原理就是利用微生物细胞对恶臭物质的吸附、吸收和降解功能。微生物的细胞具有个体小、表面积大、吸附性强、代谢类型多样的特点，能将恶臭气体中的恶臭物质吸附后并分解成CO2、H2O、H2SO4、HNO3等简单的无机物。因此恶臭气体在通过湿润、多孔和充满活性微生物的滤层时，各种恶臭污染物成份能被逐步净化，最终排放出洁净空气[3]。

生物洗涤除臭过程主要有3 个步骤。

1）首先是恶臭气体和水接触过程中恶臭物质溶解于水中，也就是恶臭物质从气相进入液相的过程。

2）被水溶解后的恶臭物质被微生物吸附、吸收，恶臭物质从水中转移至微生物体内的过程。

3）进入微生物体内的恶臭物质作为营养成分被微生物分解、利用、转化和吸收，从而使恶臭物质等污染物得以去除的过程。

3.3.2 生物洗涤技术的特性

生物洗涤技术对去除恶臭气体中的H2S 和NH3效果明显。在某污水处理厂，恶臭气体经生物洗涤设备处理后，效果见表2。

表2 处理前、后效果对比

H2S 的去除效率基本达到80%，NH3的去除效率则超过90%，去除效果非常明显[4]。

3.3.3 生物洗涤技术适用范围

生物洗涤技术主要适用于臭气量较大且较稳定的场所，如城镇污水处理厂（站）、城市合流污水泵站等。其优点是运行成本较低、处理效果较稳定，但其对操作人员的技术及环境温度的要求较高。

3.4 活性炭吸附工艺介绍

3.4.1 活性炭吸附工艺的原理

活性炭吸附置原理主要是通过物理吸附来去除污染物，即利用活性炭对恶臭气体中臭气分子吸附的光谱性强，且具有很大的平衡吸附能力，所以适用范围很广。

3.4.2 活性炭吸附技术特性

活性炭吸附的优点是处理效果稳定且明显，处理效率也很高，操作维护较简单；但由于活性炭吸附饱和后需要再生或直接更换，则使用成本较高，且不适用于湿度较高的废气。

3.4.3 活性炭吸附技术适用范围

活性炭吸附法主要适用于一些较难处理且恶臭气体浓度不是很高的项目。

4 工程实例介绍

4.1 上海某污水泵站臭气处理项目

4.1.1 项目概况

该污水泵站位于上海市卢湾区，属于上海合流污水中间提升泵站。由于泵站建在市中心，周围都是居民小区。因污水进提升泵站时，需先经过机械格栅去除固体垃圾后再经污水泵提升，所以在格栅井中会产生较浓的恶臭性气体。

4.1.2 臭气源及处理量确定

根据该污水泵站的格栅井布置，确定将格栅井设置在一间密闭的房间里。该格栅房的体积约为1 150 m3。考虑密闭空间换气次数为6 次/小时，最终确定臭气处理量为6 900 m3/h。在格栅房内另外设置一路新风管，新风量小于臭气处理风量。

4.1.3 臭气处理工艺确定

该泵站周围居民区，为了降低泵站对周围环境的影响，须保证恶臭气体的处理效果，因此，根据该臭气处理项目的实际情况、运行成本及操作维护的复杂程度，最终采用了“生物洗涤＋活性炭吸附”相结合的处理工艺。如图2 所示。

图2 工艺流程示意图

4.1.4 臭气处理效果

由表3 可知，经该组合工艺处理后恶臭气体的各个指标都远远低于环保要求的《恶臭（异味）污染物排放标准》DB 31/1025—2016 有组织排放限值标准（排放高度15 m），能将泵站对周围环境及居民区的影响降到最低，所以该臭气处理组合工艺能达到原先的设计目的，满足环保排放标准。

表3 经“生物洗涤＋活性炭吸附”工艺处理前、后效果测试数据

4.2 某乳品生产企业污水处理站臭气处理项目

4.2.1 项目概况

该项目是一家位于北京市的乳品生产企业，该企业污水处理系统的废水处理能力约为2 000 m3/天，污水处理系统为钢筋混凝土半地埋式结构，水池上部为敞开式。因污水处理系统运行时产生的恶臭气体严重影响了厂区工作人员的健康状况，染了周围环境，该企业在2019 年对污水处理系统进行了臭气处理改造工程。

4.2.2 臭气源及处理量确定

根据该污水处理系统的工艺设计及水池布置情况，确定了将储存及均化污水的调节池、厌氧处理的水解池、污泥沉淀的沉淀池及储存污泥的污泥池这些产生恶臭气体的水池都做了加盖密封处理，加盖面积约为480 m2。

根据加盖密封处理水池的面积，考虑水池密闭空间换气次数为10 次/小时，从而确定臭气处理量为5 000 m3/h。

4.2.3 臭气处理工艺确定

该企业位于北京市郊的一个工业园区，周围没有居民居住区。根据臭气处理项目的实际情况，结合除臭系统运行成本及操作维护的复杂程度，最终采用了“等离子+光催化氧化”相结合的处理工艺。

4.2.4 臭气处理效果

由表4 可知，经该组合工艺处理后的恶臭气体各个指标都能达到处理目的，完全满足环保排放 GB 14554—93 二级排放标准及 DB 31/1025—2016 有组织排放的排放标准（排放高度15 m）。

表4 经“等离子＋光催化氧化”工艺处理前、后效果测试数据

5 结论

由于城市污水泵站和工厂企业污水处理站恶臭气体的成因不同，有害物质的成份及浓度也不同，在恶臭气体治理的技术上采用单一的技术很难在满足经济性的条件下达到满意的效果，所以必须有针对性地采用几种技术相结合的综合处理方法。采用等离子技术和光催化技术相结合的处理方法，或采用生物洗涤处理技术和物理吸附相结合的处理方法，均可在治理城市污水泵站和工厂企业污水处理站恶臭气体的工程实践中取得显著成效。