生物滤池在污水处理厂除臭中的应用

林 冰，王永广，黄 哲，刘 烨，刘金辉

(扬州大学 环境科学与工程学院，江苏 扬州 225002)

生活污水和工业废水中多种有机物的腐败、污(废)水本身所携带污染物质的氧化分解，造成污(废)水在排放过程中产生明显的臭味、异味[1]。工业废水中含有的重金属物质和腐蚀性有机物在有氧条件下，以有氧病原微生物作为催化氧化条件进行氧化反应，生成具有恶臭味的气体；在厌氧条件下，厌氧病原微生物使有机物进行还原反应产生恶臭性气体。其中，硫化物在厌氧条件下产生具有臭鸡蛋味的硫化氢气体最为典型[2]。在原子能电厂、核燃料加工厂等工艺生产中，其排放污水会携带不同性质的含有核素的排放气体，即放射性气体[3]。2019年，东京大学团队研究了来自印度奥里萨邦海岸(Odisha coast, India)沙子和沙土样本中的放射性气体铀和钍的环境地球化学行为，放射性物质会产生大面积土壤污染，破坏机体内大分子物质如脱氧核糖核酸、蛋白质、各类酶等[4]。

污水处理厂的曝气沉砂池中沉渣有机成分的腐烂、生化反应池表面的浮渣堆积、污泥浓缩池中浮渣和污泥的腐化以及污泥堆场的CH4、H2S、SO2等气体的逸出，都会产生臭气[5]。其中，温度过高所导致的水流紊动而产生的臭气最为强烈。污水处理厂的一些处理单元中产生恶臭的根本原因是：污(废)水在该处理单元中的氧转移效率不足、水力负荷率太高、排水不畅而造成通氧能力降低，有机性污泥或浮渣处于局部的厌氧环境中[6]。

1 臭气

1.1 臭气的类型及其危害

我国的国家标准《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)中将恶臭污染物定义为：一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快及损坏生活环境的气体物质[7]。据有关资料介绍，臭气可大致分成4类，具体分类见表1。

表1 臭气类型及其危害Table 1 Types of odor and its hazards

一般地，污水处理厂的臭气分布情况可以根据硫化氢浓度的多少来判断[8]。在污水处理厂中最易产生硫化氢的处理单元是进水间前的回转式机械粗格栅和细格栅，格栅的搅动作用极易导致硫化氢气体挥发。硫化氢由废水中含硫有机物分解而来，浓度不得超过10mg/m3[9]。当硫化氢气体的浓度高于10 mg/m3时，不仅会对人的眼睛造成伤害，而且会造成支气管暂时性萎缩和暂时性脑肿胀[10]。

1.2 臭气排放标准

1994年1月15日，国家环保局批准实施了控制恶臭污染物的《恶臭污染物排放标准(GB14554-93)》，以此规定恶臭污染物及臭气浓度等排放标准，并制定了《大气污染物综合排放标准(GB16297-1996)》以及有关污染源排放的补充说明[11]。《城镇污水处理厂污染物排放标准(GB18918-2016)》将排放标准分为三级[11]，以日均值计的污染物排放浓度等标准，规定臭气浓度(无量纲)一级标准为10，二级标准为20，三级标准为60，此外还具体规定了硫化氢、氨氮、甲烷等臭气的排放标准[12]。

2 生物滤池除臭

2.1 生物滤池除臭机理

生物除臭过程包括以下三个部分：

(1)水溶渗透：恶臭物质与多孔湿润的微生物膜滤层接触，臭气在滤池中发生液化，成为液相分子或离子[14]；

(2)生物吸收：污染物质多为含碳有机物或含氮有机物，液相污染成分可被微生物利用为自身所需的碳源或氮源、吸附并吸收后摄入细胞内。微生物胞外酶的溶解作用使大分子物质裂解，通过主动运输、被动运输或基团转位三种方式吸收利用裂解而来的小分子物质[15]。

(3)生物氧化：微生物体内的污染物质通过一系列酶促反应与氧结合生成水和二氧化碳等无机物，此过程可用下式表示[16]：

2.2 生物滤池除臭设计

2.2.1 生物滤池填料选用

生物滤池内部必须充填具有很高有机成分的活性填料，为微生物生长提供有机养分形成生物膜[17]。混合填料以大塑料环作为骨架，环圈上均匀分布着醛化纤纶或维纶丝，醛化纤纶牢牢压在环圈上，能有效提高氧的利用率，增大恶臭气体和填料的接触面积[18]。填料应该具有良好的表面性质以保持滤料的均一性，利于生物膜生长；具备一定的空隙率以保持滤料的透气性，以防滤料被悬浮物填充和压降升高造成短流[19]。

2.2.2 微生物类型及其降解物质

微生物的生存条件包括氧含量、pH值、温度、湿度、营养成分等[20]。表2是去除恶臭的一些微生物类型：

表2 微生物类型及其降解物质Table 2 Types of microorganisms and their degrading substances

表2(续)

2.2.3 生物膜厚度控制

微生物吸收污染物质得到生长繁殖，生物膜无限增厚，在滤料表面产生不均匀生物膜。这种情况会堵塞滤料，导致底部排水不畅，通氧能力降低[24]。以下为控制生物膜厚度的两种方法：

(1)控制滤料上有机营养物质。当生物膜不断生长时，内层微生物缺乏外源营养物质，从而在滤料上吸收养分进行内源代谢，当滤料上的营养物质不足以满足微生物生长需求时，微生物会失去黏性，从滤料上脱落，随水流流出生物滤池[25]。

(2)控制污水处理厂水流速度。在较高的水力冲刷下，可加速表层生物膜老化，由于微生物生长迅速，生物膜不断更新[26]。

2.2.4 菌种驯化设计

驯化微生物的一般步骤是接种培养、检查培养液混浊度、取培养液进行一次传代培养、二次至多次传代培养、划线分离即可得优势菌株。近年来，国内外对于微生物驯化的处理一般从筛选培养条件入手。降解微生物的驯化方法一般有一次性加大高浓度化合物计量法或逐级加大高浓度化合物计量法[27]。我国向丽君等人通过两种菌泥驯化实验作出LAS标准直线，对比出逐级加大高浓度化合物计量法比一次性加大高浓度化合物计量法效果更明显，但是操作步骤较为复杂[12,24]。

3 工程案例

地处山东济南的西圩子壕中水站采用了先进的活性滤料生物滤池处理工艺技术。其处理工艺流程主体部分采用水解酸化池和活性滤料生物滤池，其中生物滤池采用的是活性滤料生物滤池DN池和活性滤料生物滤池C/N池。该池分2格C/N池，2格反硝化DN池，滤料高度取4.5 m；C/N池和DN池各2格，2格共 182.25 m3，BAF的水力负荷为 6.17 m/h。滤料的实际容积负荷为BOD容积负荷2.30 kgBOD/(m3·d)，氨氮容积负荷为0.71 kgNH3-N/(m3·d)，反硝化容积负荷为0.71 kgN3-N/(m3·d)[28]。该中水站整个工艺流程结构紧凑，有效运用了生物滤池运行简单且高效除污的特点。

位于福建厦门的集美污水处理厂也高效运用了生物滤池除臭。该工程生物滤池设计尺寸为4.2 m×3.4 m×2.4 m，滤池填料设计高度为1.4 m，表面负荷为250 m3/(m2·h) ，滤池外表面由耐紫外线辐射的材料制成。此外，为保证滤池间的湿度，为微生物生长提供水分，该滤池顶部设有喷淋系统，配一台流量为3.0 m3/h，扬程为400 kPa的喷淋水泵对生物滤池进行间歇喷淋，其防护等级为IP55，运行功率为0.8 kW。

哈尔滨文昌污水处理厂三期工程污水处理工艺拟采用生物滤池技术。该工程为了对集水井、格栅、曝气沉砂池等处理单元进行臭气有效的收集和输送，共设置二座生物滤池进行除臭。其具体参数如下：1号生物除臭滤池负责去除文昌粗/细格栅间内的螺旋压榨机以及出料口、粗/细格栅上栅渣腐败等产生的臭气，每小时处理臭气量为3300 m3，该生物滤池除臭间的采用不锈钢矩形管+阳光板作为封闭方式；2号生物除臭滤池负责去除曝气沉砂池沉渣有机物腐败而产生的臭气，每小时处理臭气量为12000 m3，该生物滤池除臭间也采用上述封闭方式[13]。

4 结语

生物滤池除臭技术对改善周边环境，保障群众生活质量，具有较为现实的社会效益。美国、德国等在生物滤池除臭方面的研究起步早，在石油化工、核电子等重工业污水处理方面的研究成果较为显著。我国现有的生物滤池除臭技术仍具有技术不够完善，除臭效率相对较低等缺陷，亟需大力开展技术原理和操作工艺等改造升级研究，以便为提高污水处理厂恶臭处理效率和恶臭防治提供技术支撑。