关于污水处理厂除臭技术几种方法效果的比较

宋瑞霖

【摘 要】随着城市污水处理厂的日渐增加，相应的问题相继产生，其中就有污水处理厂的臭气问题，城市污水处理厂在运行过程中产生的臭味大致有鱼腥臭、氨臭、腐肉臭、腐蛋臭、腐甘蓝臭、粪臭以及某些生产废水的特殊臭味。城市污水处理厂的臭气产生，主要形成主要是进水泵房，粗细格栅、厌氧处理过程以及污水处置过程中，目前在行业内通过臭气的有效回收，进入臭气处理系统，进行有效的臭气脱除，就污城市污水处理厂运行过程中产生的臭气，重点介绍了土壤脱臭、化学反应除臭、植物液脱臭、生物脱臭、离子脱臭以及具有前瞻性的脱臭技术的作用原理、工艺流程及设计参数，并给出了具体的工程实例。

【关键词】污水处理厂；除臭；比较

【Abstract】With the growing of urban sewage treatment plant， the corresponding problems one after another， including sewage treatment plant of the odor problem， urban sewage treatment plants in the running process of stink roughly smelly fish fishy， ammonia， rotten eggs， rotten meat smells rotten cabbage， smelly， fecal odor， and some special odor production wastewater. Stench of municipal sewage treatment plant， the main formation mainly feed water pump room， thick grille， anaerobic treatment process and the process of sewage disposal， the effective recycling in the industry through the stench， into the gas processing system， for effective odor removal， is fouling produced in the process of urban sewage treatment plant operation odor， focus on soil deodorization， chemical reaction of deodorant， plant liquid deodorization， biological deodorization， ion deodorization and proactive role in deodorization technology principle， process flow and design parameters， and the specific engineering example is given.

【Key words】Sewage treatment plants； Deodorant； Compare

0 绪论

早期我国国民经济基础薄弱，投资不足，对臭气脱除的认识也不足，因此城市污水厂的形成了以“以通为主，经济节约”的设计理念，没有考虑到臭气脱除。而随着国家经济发展，我国处于全面发展建设阶段，经济开始步入持续、快速、健康发展的轨道，综合实力日趋强盛，基础设施建设受到了政府的重视，污水厂规划、建设体系日趋完善。污水处理厂主要任务为提高废水处理的能力、实现有效达标排放，设计理念也转变为“安全、耐久、节约、和谐”，而污水厂总体设计也发生了根本性的转变，强调的原则是“以人为本”，还要综合考虑现场技术条件、经济及环境效益等多方面因素，结合远期区域发展，从而综合确定污水处理工艺方案，也进一步的提到了臭气对环境和人类生活的影响，在相关的标准中越来越严格，比如GB18918-2002《城镇污水处理厂污染物排放标准》中的废气排放标准的提高。

污水处理厂之中臭气处理的设计，在整个污水处理厂的设计及运营过程中起重要作用。合适的方案设计能够确保污水厂周边空气环境的舒适性，提供人类生活中的互不干扰的优美环境。

本文将以某城市污水处理厂为例，分析复杂多样的臭气处理方式，对臭气处理形式的选择作论述，以体现污水处理厂设计中“安全、耐久、节约、和谐”的设计思想。

目前在我国污水处理厂中对臭味的处理方法有直接焚烧法、催化剂氧化法、酸碱洗净法、臭气氧化法、化学反应法、活性炭物理吸附法、生物脱臭法、土壤脱臭法等。下面详细介绍几种除臭法。

1 土壤脱臭

国外采用生物法处理臭气的研究首先是由西德和美国开展的，最初的报道是在1923 年，Bach提出了用生物方法处理来自于污水处理厂的含H2S 臭气的基本概念，而在20世纪50年代，Pomeroy在美国申请了用土壤床处理臭气的专利，并在加利福尼亚应用了该技术。同时，在西德，纽伦堡市污水处理厂也采用了土壤床处理臭气。在美国，20世纪60年代，Carlson和Leiser首先对生物过滤器去除H2S气体作出了较为系统的研究，并将该技术运用在几个污水处理厂。

1.1 原理及特点

土壤法是利用土壤中的有机质及矿物质将臭气吸附、浓缩到土壤中，然后利用土壤中的微生物将其降解的方法。在自然界中土壤是微生物生活最适宜的环境，它具有微生物生长繁殖所必须的一切营养物质和各种条件，故土壤有“微生物天然培养基”之称。有人统计，在肥沃土壤中6英寸厚的表土层内，每英亩含细菌和真菌超过2吨。

土壤脱臭机理主要可分为物理吸附和生物分解两类，水溶性恶臭气体（如胺类、硫化氢、低级脂肪酸等）被土壤中的水分吸收去除，而非溶性臭气则被土壤表面物理吸附继而被土壤中微生物分解。土壤除臭法特点为：1）维护管理费用低，除臭效果与活性炭相当；2）占地多，处理占地为2.5-3.3m2/m3气体；3）不适于多暴雨多雪地区，对于高温、高湿和含水尘等气体须进行预处理。

1.2 设计参数

设计土壤脱臭时选择的土壤指标以腐殖土为好，亚粘土等红土需掺入鸡粪、垃圾和污泥肥料进行改良后使用，矿质土和粘土则不宜采用。土壤水分以40%-70%为宜。过于干燥的土壤需装设水喷淋器。种植草坪的土壤表面保持倾斜，作为防降暴雨的措施。

一般来说，臭气经收集后由风机送入扩散层，通过布气管将臭气均匀分布，然后臭气再经过土壤降解层与土壤中的有机质及矿物质充分接触以达到吸附的目的。再由微生物种群逐步降解吸附在土壤上的有机物。扩散层由粗、细石子及黄沙组成，可以使臭气均匀分布，其厚度一般在40～50cm，土壤降解层由砂土混合组成，一般混合比例为：粘土1.2%，含有机质沃土15.3%，细砂土53.9%，粗砂29.6%，其厚度一般为50～100cm，而且土壤应保持适宜条件以维持微生物正常工作，一般来说，温度在40.73～85.73华氏度，湿度在50%～70%，pH值在7～8左右。据报道在土壤中加入某些改良剂可以改进土质、提高去除率。有资料表明在土壤中混入3%的鸡粪和2%珍珠岩石，透气性能不变，而对甲硫醇的去除率可提高34%，对二甲基硫提高80%，二甲基二硫的去除率提高70%。

经国内外数家土壤脱臭床实践，臭气通过土壤速度为2-17mm/s，设计是一般选5mm/s有效土壤厚度为50cm，臭气与土壤接触时间为100s。

土壤法具有设备简单，运行费用低，维护操作方便等优点。在目前实际的土壤床运行中，其采用的填料基本上都是混合填料，其需要的停留时间比生物滤池要长，因此其占地比较大，其适用于臭气浓度低以及土地充裕的地方，产适于降暴雨、下大雪地区，尽管建设费用较低，但维护管理工作量较大。

2 化学反应法除臭

化学洗涤法是利用臭气成分与化学药液的主要成分间发生不可逆的化学反应生成新的无臭物质，达到脱臭目的。填充床湿式洗涤塔是最常用的化学洗涤器，有逆流循环式和错流循环式。在逆流循环式填充塔中，恶臭气体从洗涤塔底部进入，通过填料孔隙向上运行，与从塔顶部进入并喷淋到填料上的洗涤液接触而被吸收，随洗涤液降落到填充塔下部。为提高气液接触混合效果，提高传质速率，通常在接触塔装填填料，并且需要调整洗涤液的pH值。对恶臭气体的不同成分而言，最适宜的洗涤液pH值不同。在实际操作中应根据恶臭物质成分决定采用洗涤液的性质，如果H2S是主要成份，则采用碱性pH吸收液；如果氨是主要成份，则采用酸性吸收液：如果臭气是复杂的混合物，则可能需要多级洗涤塔串联，分别去除不同的恶臭物质。

通常，向洗液中添加化学药剂来氧化吸收恶臭组分，因此，化学洗涤法也称湿式吸收氧化法。臭气成分不同，对应的化学药剂也各异，只能采用两级或三级或以上吸收系统，才可以广泛地去除多种恶臭气体，达到一定的去除效率，而且可以通过调节加药量和溶液的循环流量来适应臭气流量和浓度的变化。湿式吸收氧化法工艺简单，技术成熟，占地面积小，在芬兰、美国等发达国家已有多年的应用历史。

但是，由于化学药剂本身的气味也在其中，从而额外的臭气浓度会被添加到空气之中；在处理规模上，超过一定的规模需要建多个洗涤塔，不适合将多个臭气源集中处理；当设备周围的温度极高或极底时，须增加对设备作保温的措施。

3 植物液脱臭

使用植物液作为空气净化剂已经逐渐得到应用，这种净化法无毒、无害、无二次污染，使用安全、方便，对于无法加盖密封的场合有一定的优越性。

植物液脱臭的机理主要有以下6个方面：

1）单宁和类黄酮分子中的酚羟基与异味分子中的氨基结合；

2）类黄酮分子中的基团与异味分子中的巯基、亚氨基发生中和反应；

3）氨基酸与异味分子的巯基、亚氨基发生中和反应；

4）有机酸与异味分子中的氨基发生中和反应；

5）糖类物质可以吸附并溶解异味分子；

6）单宁类物质可以同异味分子发生脂化或脂交换反应等复合作用。

由于以上机理，使得植物液具有广谱性与高效性，可以广泛用于多种场合的空气净化，如具有臭味的场合（垃圾中转站、污泥码头、公厕等）、具有令人不愉快气味的场地（卷烟厂、食品加工厂等）。

植物液脱臭设备简单，但是处理效果不稳定，耐冲击负荷能力弱，特别是在有风的天气体现的尤其突出；植物液处理规模不宜过大；在运行方面植物液的消耗过大，从而导致运行费用的增加，且在中国目前还没有能够生产植物液的厂家，主要依赖于进口；植物液的主要成分是否对于人体有伤害有待于进一步研究。

4 生物脱臭

最高利用微生物处理恶臭的研究当属于1957年Paneray的发明专利——“利用土壤微生物处理H2S废气”。70年代，发达国家开始在生物除臭领域开展广泛的研究，其中在日本、德国取的成就最为显著，其主要研究内容包括脱臭的原理和方法、脱臭装置及操作工艺条件、能降解臭气的微生物种群及其在填料表面形成生物膜的条件、生物吸收剂的成份等。80年代以来，已有微生物除臭装置和设备开始用于冶金、石油、化工、畜牧业和污水处理厂，并取得了明显的效果。我国微生物除臭研究起步较晚，20世纪80年代末和90年代初才开始相关的小试研究，目前仍停留在这一水平。

4.1 工作原理和填料选择

4.1.1 生物脱臭原理

恶臭气体在生物处理中的吸附净化一般要经历以下几个步骤：1）废气中的有机污染物首先与水接触并溶解（或混合）于水中，即由气膜扩散进入液膜；2）溶解（或混合）于液膜中的有机物在浓度的差的推动下进一步扩散到生物膜内，进而被其中的微生物捕获并吸收；3）进入微生物体内的有机污染物在其自身的代谢过程中作为能源和营养物质被分解，最终转化为无害的小分子物质。微生物除臭是多种微生物的共同作用的结果，所以在微生物的选择和训养中有极其苛刻的条件。

臭气物质在被微生物完成除臭过程中，为了是微生物保持高活性，必须为之创造一个良好的生存环境，比如：适宜的湿度、pH值、氧气含量、温度和营养成分等。实际生产设计要求载体填料相对湿度保持在80%-95%，所以需经常喷淋原水或初沉池出水以提供水分的营养。

4.1.2 填料选择

生物脱臭的最主要部分是填料。一种好的载体填料必须满足：容许生长的微生物种类丰富，为微生物栖息生长提供较大的比表面积，营养成分合理（N、P、K和微量元素），有好的吸水性，自身无异味，吸附性好，结构均匀，空隙率大。常用的填料有：塑料、半软性塑料、干树皮、干草、纤维性泥炭或其混合物。

脱臭填料的堆放高度取决于所要求的停留时间和表面负荷。工程上填料高度一般为1.0-1.2m。如果选择的填料合适，工艺上能做到布气均匀、排除气流短路的话，最低可为0.5m。

南方某污水厂始建于1983年，总规模30万m3/d。开始时采用生物滤池除臭工艺进行了小规模的试点应用，再针对试点发现的问题联合有关机构进行了工艺调整和中试。由于污水处理厂污泥浓缩池产生臭气最严重，故选定污泥浓缩池做试点，探索生物滤池除臭的经验。在滤池运行的一年半时间里，恶臭物质H2S得到明显的去除，去除率为55%-85%。但出气浓度依然较大，S浓度基本都在0.10mg/m3以上（一级标准为0.03mg/m3），没有达到理想的除臭效果。

4.2 发展方向

目前，我国的生物脱臭还处于小试阶段，针对污水处理厂臭气的研究还较少，处理工艺、装置设计还不够完善。针对上述问题，作者认为有必要针对臭气成分研究标准化和系列化的小型一体化工艺，尤其应改进和开发新型填料。同时，应根据污水处理厂的实际情况，研制和开发能同时处理多种恶臭气体的工艺，并进一步明确工艺运行参数。

在生物脱臭中，微生物起关键性作用。因此，加快对脱臭微生物的生理特性、代谢动力学、适宜生态条件等方面的研究，并利用微生物遗传学、分子生物学手段改良和构建高效脱臭菌株，是提高工艺处理能力的有效途径。特别是污水处理厂臭气成分较多时，应进一步研究复合型高效脱臭微生物的获得与应用，而且需要在处理过程中，研究污泥培养驯化阶段、反应器启动阶段、反应器运行阶段等各时期微生物生理生态学规律。这些将有助于我们深人理解生物脱臭机理，指导工艺的设计与运行，并突破制约现有生物除臭技术发展的瓶颈因素。

国内亦有许多生物法治理臭气的研究报道，但应用研究和成型设备的研制还尚少。我国需加速研究成果的工业化步伐，综合考虑运行费用、运行可靠性、环境影响、空间需求等因素，尽快在有机气体污染严重的工厂，特别是污水处理厂建立处理系统。

综上述，生物法脱臭是一种传统工艺，在处理效果上也有很大的优势，但是，要达到稳定的可靠的处理效果，环境条件非常重要，尤其是流入的气体很容易使滤料干燥，所以必须要维持微生物生长的环境的湿度和温度，最理想的运行温度为30-40℃，供氧也是保证微生物得以在好氧环境下降解有机物质。同时，在微生物生存的环境中的pH值也是很重要的，应该保持在7左右。生物法的操作有了难度，也就对操作人员的水平也提出了较高要求。为了保证菌种的存活，必须连续运行，否则需投加或驯化菌种，并在需要时加入营养，以补充微生物的生长。

5 离子脱臭

工作原理

离子废气净化系统是一种刚刚兴起的高新技术，它能有效地去除空气中的细菌，可吸入颗粒物、硫化物等有害物质物质。离子废气净化系统利用高频高压静电的特殊脉冲放电方式（活性氧发射管每秒钟发射上千亿个高能离子），产生高密度的高能活性氧（介于氧分子和臭氧之间的一种过渡态氧），迅速与污染物分子碰撞，激活有机分子，并直接将其破坏；或者高能活性氧激活空气中的氧分子产生二次活性氧，与有机分子发生一系列链式反应，并利用自身反应产生的能量维系氧化反应，进一步氧化有机物质，生成二氧化碳和水以及其它小分子，而且可以在极短的时间内达到很高的处理效率。

由于上述过程是在常温下进行的，因此也称为“低温燃烧”过程，包括了许多种技术和作用，如过氧化氢、.OOH的催化作用和紫外线作用，这是一个极端复杂的物理过程，产生O2、O2-、O2+、·OH、·H02、·O、O等氧簇聚集体，由于具有极强的氧化能力，因此我们称其为“活性氧”。

根据实验结果，基本确定AOE设备处理各种恶臭组分的机理和主要产物。恶臭污染物中主要含有的气相污染物有H2S、NH3、CH3SH、VOCs（挥发性有机化合物）等。活性氧去除上述污染物的主要途径有两条：一是，在高能电子的瞬时高能量作用下，打开某些有害气体分子的化学键，使其直接分解成单质原子或无害分子；二是，在大量高能电子、离子、激发态粒子和氧自由基、氢氧自由基（自由基因带有不成对电子而具有很强的活性）等作用下的氧化分解成无害产物。

从上述反应来看，恶臭组分经过AOE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在95%以上，而且恶臭浓度较低，因此产物的浓度极低，均能被周边的大气所接受。

离子净化系统在欧洲主要应用于医院、办公室、公众大厅等，近些年逐步开发应用于污水厂和污水提升泵的脱臭方面，在法国、英国、苏格兰、瑞典等国的应用实例很多。

通过过苏州工业园区污水处理厂说明，离子废气净化系统由于活性氧离子具有极强的氧化性，其与臭气分子的反应时间较短，气流流速较快，因此，其占地面积较小。

6 前景

比较现有污水厂恶臭控制技术，结合相应的污水厂除臭设备运行经验可知，几种脱臭方法比较各有特点，但是任何一种单一的脱臭技术都不能更有效的进行恶臭污染控制。随着科技的进步，利用离子脱臭和光催过净化空气污染物技术将是以后及未来发展的主要方向。

低温等离子体是由电子、离子、自由基和中性粒子组成的中性导电性流体，在空气净化过程中常常由气体放电产生。等离子反应器中放电电极表面、器壁表面及涂层置放的催化剂都有可能对等离子体化学反应起催化作用，等离子体激发和催化剂活化联合作用。低温等离子体一光催化系统里，去除污染物过程既有等离子体化学反应过程又有光催化反应过程，两者之间也可能存在协同作用。

在等离子产生过程中，待处理的污染物受高能电子轰击可以直接被分解成单质或转化为无害物质。另外，高能电子的轰击使污染物电离、离解、激发，产生了大量等离子体。等离子体中的离子、电子、激发态原子、分子及自由基都是极活泼的反应性物种，使通常条件下难以进行或速度很慢的反应变得十分快速，它们再进一步与污染物分子、离子反应，从而使污染物得到降解，尤其有利于难降解污染物的处理。另外，由于活性离子和自由基气体放电时一些高能激发粒子向下跃迁能产生紫外光线，当光子或电子的能量大于半导体禁带宽度时，就会激发半导体内的电子从价带跃迁至导带，形成具有很强活性的电子一空穴对，并进一步诱导一系列氧化还原反应的进行。光生空穴具有很强的获得电子能力，可与催化剂表面吸附的OH-和H2O发生反应生成经基自由基，从而进一步氧化污染物。由于等离子体放电光催化过程有大量等离子体、强活性电子冲击、紫外线辐射等综合因素的协同作用，因而可以更快速有效地分解空气中有害物质和灭菌除臭。

7 结语

等离子体—光催化集成空气净化技术解决了光催化技术的瓶颈，同时也使等离子体技术进一步得到了延伸和发展。与传统的气体净化技术相比，该技术具有工艺简单、成本低、效率高、操作条件温和，且二次污染少等优点，具有广阔的应用前景。但总的来说，国内外有关这方面的研究报道不多，对其机理的认识还很肤浅。该技术在等离子体和光催化技术的有效结合上还存在很多问题，如反应器结构、光催化剂有效利用等离子体光源上、光催化剂载体的选择上、电源以及放电材料等方面仍有待解决，如等离子体—光催化体系中等离子体光源的光催化作用尚不能得到充分的发挥。随着等离子体技术和光催化技术的不断深入和成熟，为两者的结合提供了很好的契机。为了使等离子体—光催化技术尽早能在工业上得到更广泛的推广应用，作者认为在以后研究中可以朝以下方向努力：

1）开展等离子体—光催化作用机理研究；

2）研究低温等离子体放电材料、放电参数，进而研究等离子体光源的特性；

3）改性光催化剂，构筑新型光催化剂材料，提高等离子体光源的利用率；

4）在等离子体反应器的基础上研究新型等离子体光催化反应器，使得两种技术得到充分发挥。

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[责任编辑：杨玉洁]