生物濾池在污水處理廠除臭中的應(yīng)用

林 冰，王永廣，黃 哲，劉 燁，劉金輝

(揚(yáng)州大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225002)

生活污水和工業(yè)廢水中多種有機(jī)物的腐敗、污(廢)水本身所攜帶污染物質(zhì)的氧化分解，造成污(廢)水在排放過(guò)程中產(chǎn)生明顯的臭味、異味[1]。工業(yè)廢水中含有的重金屬物質(zhì)和腐蝕性有機(jī)物在有氧條件下，以有氧病原微生物作為催化氧化條件進(jìn)行氧化反應(yīng)，生成具有惡臭味的氣體；在厭氧條件下，厭氧病原微生物使有機(jī)物進(jìn)行還原反應(yīng)產(chǎn)生惡臭性氣體。其中，硫化物在厭氧條件下產(chǎn)生具有臭雞蛋味的硫化氫氣體最為典型[2]。在原子能電廠、核燃料加工廠等工藝生產(chǎn)中，其排放污水會(huì)攜帶不同性質(zhì)的含有核素的排放氣體，即放射性氣體[3]。2019年，東京大學(xué)團(tuán)隊(duì)研究了來(lái)自印度奧里薩邦海岸(Odisha coast, India)沙子和沙土樣本中的放射性氣體鈾和釷的環(huán)境地球化學(xué)行為，放射性物質(zhì)會(huì)產(chǎn)生大面積土壤污染，破壞機(jī)體內(nèi)大分子物質(zhì)如脫氧核糖核酸、蛋白質(zhì)、各類酶等[4]。

污水處理廠的曝氣沉砂池中沉渣有機(jī)成分的腐爛、生化反應(yīng)池表面的浮渣堆積、污泥濃縮池中浮渣和污泥的腐化以及污泥堆場(chǎng)的CH4、H2S、SO2等氣體的逸出，都會(huì)產(chǎn)生臭氣[5]。其中，溫度過(guò)高所導(dǎo)致的水流紊動(dòng)而產(chǎn)生的臭氣最為強(qiáng)烈。污水處理廠的一些處理單元中產(chǎn)生惡臭的根本原因是：污(廢)水在該處理單元中的氧轉(zhuǎn)移效率不足、水力負(fù)荷率太高、排水不暢而造成通氧能力降低，有機(jī)性污泥或浮渣處于局部的厭氧環(huán)境中[6]。

1 臭氣

1.1 臭氣的類型及其危害

我國(guó)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB14554-93)中將惡臭污染物定義為：一切刺激嗅覺器官引起人們不愉快及損壞生活環(huán)境的氣體物質(zhì)[7]。據(jù)有關(guān)資料介紹，臭氣可大致分成4類，具體分類見表1。

表1 臭氣類型及其危害Table 1 Types of odor and its hazards

一般地，污水處理廠的臭氣分布情況可以根據(jù)硫化氫濃度的多少來(lái)判斷[8]。在污水處理廠中最易產(chǎn)生硫化氫的處理單元是進(jìn)水間前的回轉(zhuǎn)式機(jī)械粗格柵和細(xì)格柵，格柵的攪動(dòng)作用極易導(dǎo)致硫化氫氣體揮發(fā)。硫化氫由廢水中含硫有機(jī)物分解而來(lái)，濃度不得超過(guò)10mg/m3[9]。當(dāng)硫化氫氣體的濃度高于10 mg/m3時(shí)，不僅會(huì)對(duì)人的眼睛造成傷害，而且會(huì)造成支氣管暫時(shí)性萎縮和暫時(shí)性腦腫脹[10]。

1.2 臭氣排放標(biāo)準(zhǔn)

1994年1月15日，國(guó)家環(huán)保局批準(zhǔn)實(shí)施了控制惡臭污染物的《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB14554-93)》，以此規(guī)定惡臭污染物及臭氣濃度等排放標(biāo)準(zhǔn)，并制定了《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)(GB16297-1996)》以及有關(guān)污染源排放的補(bǔ)充說(shuō)明[11]?！冻擎?zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)(GB18918-2016)》將排放標(biāo)準(zhǔn)分為三級(jí)[11]，以日均值計(jì)的污染物排放濃度等標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定臭氣濃度(無(wú)量綱)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為10，二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為20，三級(jí)標(biāo)準(zhǔn)為60，此外還具體規(guī)定了硫化氫、氨氮、甲烷等臭氣的排放標(biāo)準(zhǔn)[12]。

2 生物濾池除臭

2.1 生物濾池除臭機(jī)理

生物除臭過(guò)程包括以下三個(gè)部分：

(1)水溶滲透：惡臭物質(zhì)與多孔濕潤(rùn)的微生物膜濾層接觸，臭氣在濾池中發(fā)生液化，成為液相分子或離子[14]；

(2)生物吸收：污染物質(zhì)多為含碳有機(jī)物或含氮有機(jī)物，液相污染成分可被微生物利用為自身所需的碳源或氮源、吸附并吸收后攝入細(xì)胞內(nèi)。微生物胞外酶的溶解作用使大分子物質(zhì)裂解，通過(guò)主動(dòng)運(yùn)輸、被動(dòng)運(yùn)輸或基團(tuán)轉(zhuǎn)位三種方式吸收利用裂解而來(lái)的小分子物質(zhì)[15]。

(3)生物氧化：微生物體內(nèi)的污染物質(zhì)通過(guò)一系列酶促反應(yīng)與氧結(jié)合生成水和二氧化碳等無(wú)機(jī)物，此過(guò)程可用下式表示[16]：

2.2 生物濾池除臭設(shè)計(jì)

2.2.1 生物濾池填料選用

生物濾池內(nèi)部必須充填具有很高有機(jī)成分的活性填料，為微生物生長(zhǎng)提供有機(jī)養(yǎng)分形成生物膜[17]。混合填料以大塑料環(huán)作為骨架，環(huán)圈上均勻分布著醛化纖綸或維綸絲，醛化纖綸牢牢壓在環(huán)圈上，能有效提高氧的利用率，增大惡臭氣體和填料的接觸面積[18]。填料應(yīng)該具有良好的表面性質(zhì)以保持濾料的均一性，利于生物膜生長(zhǎng)；具備一定的空隙率以保持濾料的透氣性，以防濾料被懸浮物填充和壓降升高造成短流[19]。

2.2.2 微生物類型及其降解物質(zhì)

微生物的生存條件包括氧含量、pH值、溫度、濕度、營(yíng)養(yǎng)成分等[20]。表2是去除惡臭的一些微生物類型：

表2 微生物類型及其降解物質(zhì)Table 2 Types of microorganisms and their degrading substances

表2(續(xù))

2.2.3 生物膜厚度控制

微生物吸收污染物質(zhì)得到生長(zhǎng)繁殖，生物膜無(wú)限增厚，在濾料表面產(chǎn)生不均勻生物膜。這種情況會(huì)堵塞濾料，導(dǎo)致底部排水不暢，通氧能力降低[24]。以下為控制生物膜厚度的兩種方法：

(1)控制濾料上有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)。當(dāng)生物膜不斷生長(zhǎng)時(shí)，內(nèi)層微生物缺乏外源營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而在濾料上吸收養(yǎng)分進(jìn)行內(nèi)源代謝，當(dāng)濾料上的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)不足以滿足微生物生長(zhǎng)需求時(shí)，微生物會(huì)失去黏性，從濾料上脫落，隨水流流出生物濾池[25]。

(2)控制污水處理廠水流速度。在較高的水力沖刷下，可加速表層生物膜老化，由于微生物生長(zhǎng)迅速，生物膜不斷更新[26]。

2.2.4 菌種馴化設(shè)計(jì)

馴化微生物的一般步驟是接種培養(yǎng)、檢查培養(yǎng)液混濁度、取培養(yǎng)液進(jìn)行一次傳代培養(yǎng)、二次至多次傳代培養(yǎng)、劃線分離即可得優(yōu)勢(shì)菌株。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于微生物馴化的處理一般從篩選培養(yǎng)條件入手。降解微生物的馴化方法一般有一次性加大高濃度化合物計(jì)量法或逐級(jí)加大高濃度化合物計(jì)量法[27]。我國(guó)向麗君等人通過(guò)兩種菌泥馴化實(shí)驗(yàn)作出LAS標(biāo)準(zhǔn)直線，對(duì)比出逐級(jí)加大高濃度化合物計(jì)量法比一次性加大高濃度化合物計(jì)量法效果更明顯，但是操作步驟較為復(fù)雜[12,24]。

3 工程案例

地處山東濟(jì)南的西圩子壕中水站采用了先進(jìn)的活性濾料生物濾池處理工藝技術(shù)。其處理工藝流程主體部分采用水解酸化池和活性濾料生物濾池，其中生物濾池采用的是活性濾料生物濾池DN池和活性濾料生物濾池C/N池。該池分2格C/N池，2格反硝化DN池，濾料高度取4.5 m；C/N池和DN池各2格，2格共 182.25 m3，BAF的水力負(fù)荷為 6.17 m/h。濾料的實(shí)際容積負(fù)荷為BOD容積負(fù)荷2.30 kgBOD/(m3·d)，氨氮容積負(fù)荷為0.71 kgNH3-N/(m3·d)，反硝化容積負(fù)荷為0.71 kgN3-N/(m3·d)[28]。該中水站整個(gè)工藝流程結(jié)構(gòu)緊湊，有效運(yùn)用了生物濾池運(yùn)行簡(jiǎn)單且高效除污的特點(diǎn)。

位于福建廈門的集美污水處理廠也高效運(yùn)用了生物濾池除臭。該工程生物濾池設(shè)計(jì)尺寸為4.2 m×3.4 m×2.4 m，濾池填料設(shè)計(jì)高度為1.4 m，表面負(fù)荷為250 m3/(m2·h) ，濾池外表面由耐紫外線輻射的材料制成。此外，為保證濾池間的濕度，為微生物生長(zhǎng)提供水分，該濾池頂部設(shè)有噴淋系統(tǒng)，配一臺(tái)流量為3.0 m3/h，揚(yáng)程為400 kPa的噴淋水泵對(duì)生物濾池進(jìn)行間歇噴淋，其防護(hù)等級(jí)為IP55，運(yùn)行功率為0.8 kW。

哈爾濱文昌污水處理廠三期工程污水處理工藝擬采用生物濾池技術(shù)。該工程為了對(duì)集水井、格柵、曝氣沉砂池等處理單元進(jìn)行臭氣有效的收集和輸送，共設(shè)置二座生物濾池進(jìn)行除臭。其具體參數(shù)如下：1號(hào)生物除臭濾池負(fù)責(zé)去除文昌粗/細(xì)格柵間內(nèi)的螺旋壓榨機(jī)以及出料口、粗/細(xì)格柵上柵渣腐敗等產(chǎn)生的臭氣，每小時(shí)處理臭氣量為3300 m3，該生物濾池除臭間的采用不銹鋼矩形管+陽(yáng)光板作為封閉方式；2號(hào)生物除臭濾池負(fù)責(zé)去除曝氣沉砂池沉渣有機(jī)物腐敗而產(chǎn)生的臭氣，每小時(shí)處理臭氣量為12000 m3，該生物濾池除臭間也采用上述封閉方式[13]。

4 結(jié)語(yǔ)

生物濾池除臭技術(shù)對(duì)改善周邊環(huán)境，保障群眾生活質(zhì)量，具有較為現(xiàn)實(shí)的社會(huì)效益。美國(guó)、德國(guó)等在生物濾池除臭方面的研究起步早，在石油化工、核電子等重工業(yè)污水處理方面的研究成果較為顯著。我國(guó)現(xiàn)有的生物濾池除臭技術(shù)仍具有技術(shù)不夠完善，除臭效率相對(duì)較低等缺陷，亟需大力開展技術(shù)原理和操作工藝等改造升級(jí)研究，以便為提高污水處理廠惡臭處理效率和惡臭防治提供技術(shù)支撐。