城市污水厂不同功能区含恶臭和微生物气溶胶气体处理技术选择

刘建伟，陈欣玥，唐文邦，臧娜娜，冯文韬，鲁晨，孙建斌

(1.北京建筑大学 北京市可持续城市排水系统构建与风险控制工程技术研究中心，北京 100044；2.北京建筑大学 环境与能源工程学院，北京 100044；3.中国矿业大学(北京) 化学与环境工程学院，北京 100083)

城市污水厂的格栅间、曝气池和污泥脱水间等功能区均会产生不同组成和浓度的含恶臭和微生物气溶胶气体[1-3]。直接排放，会对人体健康和大气环境造成不利影响[4-5]。由于污水厂不同功能区开放程度、气体收集和控制要求以及设备安装条件存在差异[6]，采用常规的单一收集-处理技术，很难实现城市污水厂全流程恶臭和微生物气溶胶的污染控制。

某城市污水厂处理规模为25 000 m3/d，主体工艺采用“A/A/O+MBR”工艺。本文在分析该厂不同功能区含恶臭和微生物气溶胶气体产生特性基础上，筛选适用于不同功能区的控制技术，并进行实际应用和验证。

1 不同功能区恶臭物质和微生物气溶胶产生特性

对该污水厂不同功能区产生的含恶臭和微生物气溶胶气体进行采样和分析，各功能区产生的硫化氢、氨恶臭物质及异养细菌和真菌气溶胶的浓度范围和平均值见表1。

表1 城市污水厂不同功能区恶臭物质和微生物气溶胶浓度Table 1 Concentrations of odor substances and microbial aerosols in different functional areas of municipal wastewater treatment plant

由表1可知，该污水厂不同功能区产生的恶臭物质浓度具有一定差异，其中厌氧/缺氧/好氧/MBR池产生的硫化氢和氨浓度最高。浓度相对较高的为储泥池、污泥脱水间和沉砂池，而浓度相对较低的是粗格栅和细格栅。

不同功能区产生的异养细菌和真菌气溶胶浓度也不同。其中，厌氧/缺氧/好氧/MBR池逸散的异养细菌和真菌浓度最高8.90×104～9.40×104CFU/m3和2.40×104～4.70×104CFU/m3，其次是储泥池4.40×104～4.60×104CFU/m3和3.40×103～3.90×103CFU/m3、污泥脱水间4.00×104～4.30×104CFU/m3和3.10×103～4.30×103CFU/m3和沉砂池3.80×104～4.30×104CFU/m3和1.40×104～1.90×104CFU/m3，浓度最低的为粗格栅和细格栅。此结果与杨庆等研究结果类似[7]。这与不同功能区污水浓度、设施构型及气体收集差异有关。在处理设施相对封闭的区域，如生化处理和污泥处理设施处，硫化氢、氨、异养细菌和真菌产生浓度较高[8-9]。对于分散和开放式区域，如粗格栅和细格栅处，硫化氢、氨、异养细菌和真菌浓度的产生浓度则相对较低[10-11]。

2 不同功能区的恶臭气体和微生物气溶胶处理技术选择

对于城市污水厂产生的含恶臭和微生物气溶胶气体，常规处理技术主要包括生物过滤、生物滴滤、生物洗涤、活性炭吸附、化学吸收和雾化喷淋技术等。表2列出了处理技术的原理、特点和应用范围。

表2 现有的城市污水厂含恶臭和微生物气溶胶气体处理技术Table 2 Existing gas treatment technologies for odor and microbial aerosols in municipal wastewater treatment plant

由表2可知，生物处理技术(生物过滤、生物滴滤、生物洗涤)和雾化喷淋技术具有除臭效果好、运行费用低和操作便捷等优点，较适合于城市污水厂恶臭气体的处理[12]。对于微生物气溶胶处理，活性炭吸附等技术仅对于微生物气溶胶有截留和阻隔作用，不能将其彻底去除。微生物气溶胶中的病原微生物或致病微生物，可能会对污水厂工作人员健康造成危害[13]。而生物过滤、生物滴滤和雾化喷淋技术则可通过吸收、填料截留等作用，同时去除恶臭和微生物气溶胶，因此在城市污水厂微生物气溶胶处理中得到一定的应用[14]。

城市污水厂含恶臭和微生物气溶胶气体处理工艺的选择应依据不同功能区恶臭和微生物气溶胶的产生特性，以及不同设施的结构构型的差异，选择合适的处理工艺。比如，对于易实现气体集中收集、相对封闭的区域，如沉砂池、厌氧/缺氧/好氧/MBR池、储泥池和污泥脱水间等设施，恶臭产生浓度相对较高、组成成分相对复杂，可选择采用一体式高效集成除臭技术进行处理。该技术集成吸收、生物降解和填料吸附作用，将液相生物吸收、填料层生物降解与吸附的优势结合，可高效、稳定、快速地处理含恶臭和微生物气溶胶气体[15]。对于恶臭和微生物气溶胶产生浓度相对较低、排放分散的开放式空间，包括粗格栅、细格栅等设施，气体收集难度大，宜选择雾化喷淋技术进行含恶臭和微生物气溶胶气体的处理。

3 城市污水厂典型功能区含恶臭和微生物气溶胶气体处理工程的设计与运行效果

3.1 含恶臭和微生物气溶胶气体的处理量

依据该城市污水厂不同功能区除臭空间容积和换气次数等参数，对沉砂池、厌氧/缺氧/好氧/MBR池、储泥池和污泥脱水间等适宜进行气体集中收集的设施产生的含恶臭和微生物气溶胶气体处理量进行计算，结果见表3。

表3 城市污水厂宜进行气体集中收集设施的含恶臭和微生物气溶胶气体处理量计算Table 3 Calculation of odor and microbial aerosol gas in centralized collection facilities of municipal wastewater treatment plant

3.2 含恶臭和微生物气溶胶气体处理工艺方案的确定

城市污水厂不同功能区产生的含恶臭和微生物气溶胶气体组成和浓度不同，而常规处理技术均有其各自的适用范围，因此，采用单一技术难以同时有效去除所有的恶臭和微生物气溶胶污染物[16]。基于气体产生特性、收集和处理工艺原理、投资和运行成本以及操作便利程度，对预处理区、生化处理区和污泥处理区三个不同功能区的含恶臭和微生物气溶胶气体的处理技术进行了选择和优化，结果见表4。

表4 城市污水厂不同功能区含恶臭和微生物气溶胶气体处理工艺选择Table 4 Selection of gas treatment processes for odor and microbial aerosol in different functional areas of municipal wastewater treatment plant

由表4可知，粗格栅和细格栅等预处理区域为相对开放空间，由于机械设备存在，不易全密闭。含恶臭和微生物气溶胶气体的主要逸散源为格栅和栅渣出渣处，且气体逸散浓度时空变化较大。由于格栅机械需要经常性的检视和操作，不适宜设置密闭罩进行气体收集[17]。因此，该区域设计采用高效雾化喷淋技术，利用雾化的植物提取液对恶臭和微生物气溶胶的吸收和吸附作用而使其去除。

生化处理区包括厌氧池、缺氧池、好氧池和MBR池等设施，各处理设施均为相对密闭区间。对各处理设施分别加罩密闭，并且在罩上设置一定数量的吸气口，利用风机作用将含恶臭和微生物气溶胶的气体收集至一体式高效集成除臭设备进行处理，达标后排放。

污泥处理区包括储泥池、污泥脱水间设施，该区域距离污水主体处理区域相对较远。由于污泥脱水机械的间歇运行特性，此处产生的硫化氢、氨和微生物气溶胶浓度和负荷均变化较大。对于此区域，单独设计气体收集和处理系统，采用高效雾化喷淋及一体式高效集成除臭结合的技术，通过局部分散点源的喷淋和整体设施的密闭收集处理协同作用，实现该区域含恶臭和微生物气溶胶气体的高效处理。

3.3 不同功能区的除臭系统设计

3.3.1 预处理区 该城市污水厂粗格栅和细格栅区含恶臭和微生物气溶胶气体的处理采用高效雾化喷淋技术，不设置气体密闭收集和输送系统。高效雾化喷淋除臭设备的设计和运行参数见表5。

其中，系统采用气液混合超声雾化喷头，将压缩空气和植物液分别输出至气、水管路，在超声雾化喷头中发生雾化。恶臭和微生物气溶胶与雾化的植物提取液发生吸收和吸附作用而去除。

表5 高效雾化喷淋设备的设计和运行参数Table 5 Design and operation parameters of high-efficiency atomizing spray equipment

3.3.2 生化处理区 对于厌氧池、缺氧池、好氧池和MBR池等生化处理区的各设施进行密闭收集后，采用一体式高效集成除臭工艺对含恶臭和微生物气溶胶气体进行处理，工艺流程见图1。

图1 一体式高效集成除臭工艺流程Fig.1 Integrated efficient integrated deodorization equipment process1.设备壳体；2.进气口；3.气体分布管；4.液相曝气反应区；5.气体分布板；6.活性填料生物反应区；7.喷淋泵；8.喷淋头；9.活性炭吸附区；10.出气口；11.排水口

一体式高效集成除臭设备的设计处理气量为10 000 m3/h。集成设备分为液相曝气反应区、活性填料生物反应区和活性炭吸附区三部分。含恶臭和微生物气溶胶气体通过负压风机收集后，分别进入三个反应区，其中易溶解组分在液相曝气区被吸收、降解，活性填料生物反应区内装填生物填料，恶臭气体和微生物气溶胶与其中的优势微生物接触、降解，未被降解的污染物进入活性炭吸附区，被活性炭吸附而去除。

一体式高效集成除臭设备的设计参数见表6。

一体式高效集成除臭设备主体结构由玻璃钢制成。液相曝气反应区、生物反应区和活性炭吸附区的气体停留时间分别为2.5，20，1.5 s。其中液相曝气反应区设置曝气，生物反应区填充活性聚氨酯填料，填料粒径为4～6 mm，活性炭吸附区填充颗粒活性炭。

表6 一体式高效集成除臭设备的设计参数Table 6 Design parameters of integrated high-efficiency deodorization equipment

3.3.3 污泥处理区 污泥处理区的储泥池和污泥脱水间单独采用一套系统，其中污泥脱水间排泥口处设置高效雾化喷淋设备，储泥池和污泥脱水间顶部设吸气口，含恶臭和微生物气溶胶气体通过风机收集后进入一体式高效集成除臭设备进行处理。集成除臭设备的设计处理气量为6 000 m3/h，设备主体由玻璃钢制成，外形为长方体形，总体积为 55 m3，有效体积为 40 m3。

3.4 城市污水厂全流程含恶臭和微生物气溶胶气体处理效果

迄今为止，该城市污水厂全流程含恶臭和微生物气溶胶气体处理系统已运行2 年以上，各功能区处理系统运行稳定、各项处理指标满足设计标准。分别对污水厂预处理区、生化处理区和污泥处理区等区域以及厂界硫化氢、氨、异养细菌和真菌气溶胶浓度进行了监测分析，结果表明，各功能区及厂界硫化氢和氨浓度均分别低于0.01 mg/m3和 0.18 mg/m3，符合《恶臭污染物排放标准》(GB 14554—1993)规定的恶臭污染物厂界标准中的新扩改建一级标准要求。各功能区及厂界的异养细菌和真菌气溶胶浓度均分别低于1.0×103CFU/m3和 3.0×102CFU/m3，达到波兰制定的《空气微生物气溶胶污染评价清洁标准》要求[18]。表明该城市污水厂全流程不同功能区的含恶臭和微生物气溶胶气体处理系统达到了预期的处理效果。

4 结论

针对城市污水厂预处理区、生化处理区和污泥处理区恶臭和微生物气溶胶的产生特性、设施的开放程度及气体收集难易程度，分别选择采用高效雾化喷淋技术、一体式高效集成除臭技术、高效雾化喷淋技术及一体式高效集成除臭结合的技术进行处理，不同功能区的含恶臭和微生物气溶胶气体均达到较好的处理效果。