近几年, 随着地埋式污水处理厂的逐步兴起, 除臭系统对污水处理厂的运行愈发重要。地埋式污水处理厂一般将所有污水处理单元组团布置, 形成高度集中的混凝土箱体结构, 且所有处理单元均密封在地下或半地下, 其空间密闭性的特点使臭气 (恶臭气体) 在产生区域富集并且沿浓度梯度向四周缓慢扩散, 并无法通过自然通风迁移和稀释。故需要除臭工艺达到更好的处理效果。

恶臭是指一切能刺激人的嗅觉感官, 引起人们不愉快感觉, 损害生活环境及人体健康的气味[1]。

城市污水处理厂内臭气的来源主要分布在预处理区 (主要包括进水泵房、格栅、格栅问、沉砂池、污泥回流泵房) 、生化区 (主要包括厌氧池) 及污泥区 (主要包括污泥浓缩池、污泥储池、污泥脱水机、污泥脱水间) 等。

根据各工艺段产生的臭气浓度大小可初步分为高、中、低3个区域。其中, 高浓度的区域包括预处理区、污泥区;中浓度的区域为生化处理区的厌、缺氧区;其余区域为低浓度区域。

臭气的成分比较复杂, 常见恶臭成分主要有3类[2]:①含硫化合物, 包括H2S、甲硫醚、甲硫醇等;②含氮化合物, 包括NH3、吲哚、二甲胺等;③含碳、氢、氧化合物, 如低级醇、脂肪酸、醛等。通常是不同种类、不同浓度污染物的组合。国内外对污水处理厂臭气状况进行大量调查分析, 表明臭气中主要恶臭污染物为H2S、NH3[3,4]。其中, 含量最多、浓度最大的是NH3, 其次为H2S。天津市曾对污水处理厂的臭气进行过详细监测, 表明污水处理及其再生利用行业特征污染物质为硫化氢、甲硫醇、二甲二硫、苯、甲苯。污水处理过程中产生的臭气不仅严重污染环境, 危害人体健康, 而且对污水处理厂的金属材料、设备和管道具有强烈腐蚀性, 存在安全隐患。

除臭技术从最初的掩蔽法、水洗法、吸附法已经发展到了如今的燃烧法、催化氧化法、生物法、等离子体法等, 各种除臭工艺五花八门, 实际应用也各有所长。污水处理厂应用广泛的除臭工艺主要有全过程除臭工艺、除臭生物滤池工艺、离子除臭工艺、化学除臭工艺、强氧化除臭工艺、光解除臭工艺等。

从原理上, 全过程除臭工艺和生物除臭滤池工艺均采用生物处理的方法, 需要培养菌种, 并利用微生物的分解能力解决臭气的主要成分从而达到除臭的目的;化学除臭工艺采用中和、氧化等化学反应原理去除臭气中的主要成分;其他除臭工艺, 无论是采用离子除臭还是强氧化除臭或光解除臭等其原理均为采用各种形式氧化分解臭气组成成分并达到除臭目的。

从除臭形式上, 全过程除臭工艺直接在污水处理的生物处理工段培养微生物并将含有除臭菌种的污水回流至污水处理前端从而在达到全过程除臭的目的。其他除臭工艺流程均采用将含有臭气物质的流程单元采取全封闭措施并将臭气抽出并单独处理。

全过程除臭工艺是将含有组合微生物填料的培养箱安装于污水处理厂生物池内, 活性污泥混合液经过培养箱后除臭微生物培养箱内的生物填料对除臭微生物的生长、增殖产生诱导和促进作用, 增殖强化除臭微生物, 除臭微生物与水中的恶臭物质发生吸附、凝聚和生物转化降解等作用, 使得恶臭物质在水中得到去除。并通过将二沉池排出的带有除臭微生物的活性污泥回流至污水厂进水端, 实现污水厂恶臭的全过程控制。

该工艺具有以下显著特点:①从源头消除致臭物质, 减少臭气对设备设施的腐蚀;②无需加盖, 省去臭气收集、输送环节;③无需新建设施, 节省占地;④建设方式方便快捷, 尤其对于老厂改造, 无需停产, 即可建设;⑤投资和运行成本低。

目前, 该工艺已经在国内多个污水处理厂获得了广泛的应用并取得了良好的效果, 特别是对于空间紧张的地埋式污水处理厂, 该工艺免除了大量的臭气收集和排放管道的建设, 具有较大的优势。

但工艺本身也有一定的缺点:①每年需要检查微生物培养箱填料的使用情况, 并根据实际情况每年补充复合微生物填料约10%～15%。运行增加一定的工程量。②大量的污泥回流 (约占设计规模的5%) 会增加工艺前端的运行负担。

除臭生物滤池的除臭过程是将各污染源的废气收集后集中送到生物滤池, 废气经加湿除垢后, 通过湿润、多孔和充满活性微生物填料层, 首先填料及生物膜对污染物进行吸附, 然后填料内外附着的专性微生对污染物进行吸收和降解, 将污染物质分解成CO2、H2O、SO2−442-、NO-3等无毒无害的简单无机物。

除臭生物滤池工运行成本低、除臭效果好、无二次污染、维护简便, 是目前应用最广泛的污水处理厂除臭工艺, 在青岛高新区污水处理厂工程、烟台套子湾污水处理厂二期工程等地埋式污水处理厂工程中均具有良好的应用效果 (表1) 。

但除臭生物滤池工艺受微生物生长影响, 当温度较低时去除效果有一定下降 (一般温度不低于10 ℃) , 故应用于寒冷地区时应置于室内。另外, 当臭气中带有较多粉尘时, 也会造成填料的堵塞。此外, 该工艺需要消耗一定的再生水, 一般污水厂一级A出水可满足其用水要求, 但当污水厂出水悬浮物较高时会对除臭生物滤池的喷淋系统造成一定的堵塞。工艺应用于地下污水处理厂噪音较大, 需要采取相对应的降噪措施 (图1) 。

离子除臭工艺采用离子设备将带电高能颗粒碰撞到中性的氧分子, 使氧分子中的氧原子失去了电子。变成正极基本离子, 而释放的电子在瞬间与另一中性分子结合, 形成负氧离子。氧离子具有较强氧化性的化学特性, 有效氧化分解空气中的污染因子, 去除异臭味。使阈值低的化合物分解成阈值高的物质, 以降低恶臭浓度;

目前, 离子除臭工艺的应用分为两种形式:①将臭气收集后直接进入离子除臭设备并通过氧离子氧化降解。②新鲜空气经离子送风设备电解产生氧离子后送入需除臭的房间。利用离子送风净化室内空气 (图2) 。

离子除臭工艺操作简单、使用周期长、低能耗、无二次污染、运行方式灵活。在国内污水处理厂中已经获得了较多的应用。但由于等离子体易被空气氧化, 失去活性, 停留时间为2～3s。故该工艺多应用于体积较小的部位的除臭或部分空气质量较差的房间的空气净化。在地埋式污水处理厂中, 离子除臭工艺常与生物除臭滤池等除臭工艺搭配使用并获得较好的除臭效果。

化学除臭是利用臭气与化学药剂发生不可逆的化学反应, 生成新的无臭物质, 从而达到脱臭目的的一种除臭方法。该方法主要针对不同性质的臭气使用相应的化学药剂以提高药剂的利用率, 将药液通过洗涤塔与恶臭气体相接触, 从而发生反应, 去除恶臭物质。化学除臭多用于污泥、垃圾渗滤液项目, 部分应用于污水厂臭气较浓的区域。

化学除臭装置的吸收剂包括酸性吸收剂、碱性吸收剂及有机吸收剂和氧化性吸收剂等。酸性吸收剂可去除氨和胺类等碱性恶臭气体, 碱性吸收剂适于去除硫化氢等酸性和有机恶臭气体;有机吸收剂可作为有机溶剂溶解吸收苯类气体, 聚乙醇醚、冷甲醇等。氧化剂吸收剂主要采用次氯酸钠、臭氧、过氧化氢等氧化剂可以氧化分解部分有机气体 (图3) 。

化学除臭工艺针对性强, 特别是对于臭气浓度较高的区域具有较好的除臭效果。目前, 国内已有多座污水处理厂应用化学除臭工艺, 但化学除臭剂一般具有一定的腐蚀性, 应用于地下污水厂多作为预处理等区域的臭气处理。

强氧催化除臭技术原理是电解纯水产生的强氧气体 (O2和O3的混合体) 在催化剂和水分子高度紊态的情况下, 产生羟基自由基。利用O3和羟基自由基的强氧化性, 废气在强氧的作用下在气相、液相和固体填料表面多相发生链式分解反应, 将废气中污染物分子分解为H2O和CO2, 净化洁净后排放。

强氧催化氧化除臭凭借较强的氧化性可达到很好的处理效果。对于目前污水处理厂除臭要求日渐提高的现状, 提供了较好的解决手段, 但强氧催化除臭电解水需要较大电耗, 运行费用较高。另外, 除臭过程中产生的多余臭氧容易对环境产生一定的二次污染。此外, 电解水的副产物为氢气, 具有一定的爆炸危险。不适用于防火要求较高的场合。故目前该除臭工艺应用于污水处理厂业绩相对较少 (表2) 。

光解除臭是通过两个途径实现的:①紫外线作用于空气中的氧气和水分子, 产生羟基自由基、活性氧等活性基团以及臭氧等强氧化性物质, 这些强氧化剂与恶臭物质发生氧化反应, 使恶臭物质转化为无害无臭的物质;②紫外线产生的能量高于恶臭物质分子间键能的携能光量子, 恶臭物质在携能光量子的轰击下, 分子键可能分解乃至断裂, 使其直接分解为单质原子或者无害的分子[5,6]。

光解除臭工艺占地小, 设备轻、操作灵活, 管理方便、运行成本低、光度可根据臭气浓度调节、除臭灭菌效果好。应用非常方便。但当臭气浓度较高时, 难以达到较好的除臭效果, 目前多与其他除臭工艺联合运用。

干式化学过滤除臭技术的除臭原理可以分成两个部分, 即物理吸附和化学反应。

干式化学过滤除臭技术原理中的物理吸附过程不同于常规的碳填料吸附过程。 常规的碳吸附只是单一物理吸附。而干式化学过滤的吸附只需将污染物质吸附在化学滤料内, 让污染物质与化学滤料内的化学分子能够充分接触反应。

干式化学过滤除臭技术的化学催化氧化反应基于物理吸附的基础上, 通过合成在滤料上的催化氧化剂对吸附的污染物发生一系列催化氧化反应, 从而达到去除污染物的目的。

干式滤料设备占地面积小、运行维护少, 设备操作灵活、无废气浓度限定, 适应所有高低浓度废气、无外部因素影响, 适合高低温度场所、动力设施少, 维护简单。

但滤料吸附饱和后需要更换, 操作较为复杂, 也会产生一定的二次污染。目前国内使用业绩相对较少。

目前, 国内各地埋式污水厂均对除臭工艺较为重视, 也采用了各式各样的除臭工艺。其中绝大部分地埋式污水厂均采用了除臭生物滤池工艺。同时随着除臭标准的日渐提高, 其余除臭工艺也获得了越来越多的应用。青岛高新区地下式污水处理厂采用了除臭生物滤池与离子除臭相结合的工艺;北京槐房污水处理厂采用了除臭生物滤池与化学除臭相结合的工艺;天津东郊污水处理厂及再生水厂采用了全过程除臭工艺、除臭生物滤池及与光解除臭工艺相结合的形式。上述项目均取得了较好的效果。

考虑到不同除臭工艺具有不同的针对性的去除污染物及应用环境。建议地埋式污水厂按照不同处理单元的臭气要求采取多种工艺联合的形式。

对于预处理单元和污泥处理单元, 臭气浓度非常高, 且臭气的主要成分为硫化氢和氨等, 建议该部分区域的除臭可采用化学除臭+生物除臭的联合处理。但化学除臭涉及酸碱等药剂的运输和在地下车间中的储存。由于地下车间空间较小, 储存使用较为不便。化学除臭工艺的采用需与车间的总体布置和污水厂的运行能力及当地对于化学药剂的管理措施等相结合。

对于其他单元的除臭, 臭气浓度相对较低, 且其主要成分为三甲胺、甲硫氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯等, 建议可采用除臭生物滤池工艺+氧化、光解或干式滤料除臭工艺。工艺不涉及化学药剂的使用, 且可达到较好的处理效果, 但过程中需慎重考虑氢气的去除及相关二次污染物的控制。

对臭气浓度较高且需要人员进出的区域建议以离子风工艺代替传统室内送风。以达到较好的室内环境效果。

在厂区用地有限或荷载要求较高的情况下, 建议采用全过程除臭工艺的形式。