由于城市建設的不斷發(fā)展，可利用土地的不斷減少，導致城市污水處理廠的位置越來越靠近居民生活區(qū)。許多國家原來建在郊區(qū)的污水廠，隨著城市的膨脹現(xiàn)在卻位于市中心，因此污水處理過程中排放的惡臭氣體不可避免地影響了周圍居民的正常生活。惡臭對人的生理和心理都會產(chǎn)生影響。隨著人們生活水平的提高以及公眾對生活質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，對惡臭的治理日益得到重視。歐美、日本等國從70年代便開始研究脫臭技術(shù)，并用于工程實踐。1992年在土耳其召開的有關(guān)工農(nóng)業(yè)廢棄物管理問題的國際研討會上，專家們一致呼吁，必須堅決治理惡臭，保護人類的生活環(huán)境。

近十幾年來，脫臭技術(shù)，尤其是生物過濾除臭技術(shù)得到了迅速的發(fā)展，在德國和荷蘭的一些生產(chǎn)性實踐中，這一技術(shù)成功地處理了大量來自污水廠、公共區(qū)域的惡臭、VOC和有毒氣體排放物，去除率可超過90%。低廉的運行成本、低能耗、避免污染物轉(zhuǎn)移等特點使該項技術(shù)較其它廢氣處理技術(shù)更具優(yōu)勢。

1　污水處理廠的惡臭來源　　

城市污水處理廠的惡臭主要來源于污水處理構(gòu)筑物和污泥處理構(gòu)筑物，在污水處理階段，污水經(jīng)過長距離的管網(wǎng)運輸，進入泵站、粗格柵、細格柵等構(gòu)筑物，由于水流湍動劇烈，常會有帶氣味的氣體從污水中散逸。這些氣體含有H2S、NH3等，因此是惡臭源。當污水進入沉淀單元時，惡臭在初沉池的進水廊道、出水廊道等水流湍動處也會產(chǎn)生。由于初沉池的水流主體是相當平穩(wěn)的，僅有少量的惡臭排放，但污水處理廠經(jīng)常在低于設計流量下運行，污水在初沉池停留時間較長導致硫化物的產(chǎn)生而影響其它處理單元。生化處理單元的曝氣過程常常伴隨著惡臭問題，這一階段產(chǎn)生的惡臭強度雖然比前兩階段弱，但如果曝氣不足在流量過高時就會出現(xiàn)厭氧區(qū)而產(chǎn)生H2S、NH2、乙酸、硫醇等惡臭氣體。

在污泥處理階段，由于污泥中污染物濃度大，因此產(chǎn)生的惡臭強度也非常大。進行污泥濃縮、脫水處置時，使用壓濾和化學絮凝劑都可能引起湍動并釋放惡臭氣體，使用帶式壓濾機和重力壓濾機時尤為突出。如果最后進行污泥堆肥處置，在最初的1～5d中會釋放大量的無機硫化物、有機硫化物和氨等氣體。

2　生物過濾技術(shù)的應用

2.1　生物過濾技術(shù)應用的歷史發(fā)展

早在1923年的有關(guān)文獻中就提出用生物過濾處理惡臭氣體。到了50～60年代，西方一些發(fā)達國家開始將這一方法應用到實踐中。美國的Pomerroy在California安裝出一個成熟的土壤床裝置用于處理H2S氣體，并于1957年獲得了專利，這是最早的生物濾池的雛形。1959年原西德Nurembery的一個城市污水處理廠也安裝了土壤床，以去除來自污水干管的惡臭。隨后日本人用土壤脫臭法處理化工廠的臭氣，原惡臭氣體中NH3、H2S的濃度分別為0。04mmol/kg和0。00018mmol/kg，處理后均未檢出兩種惡臭物質(zhì)。在隨后的20年中，許多美國學者，如HinrichBohn進一步地研究了土壤脫臭的原理，并在生產(chǎn)實踐中推廣應用。

雖然土壤床能夠有效地去除一定類型的惡臭和揮發(fā)性有機物(VOC)，并且成本和運行費用低廉，但是它的應用卻因其生物降解容量較低，占地面積較大有所限制。近年來隨著研究的深入，逐漸開發(fā)出生物吸收裝置和生物過濾裝置。前者是將惡臭氣體與生物懸浮液(含有活性污泥)逆流通過吸收器，惡臭物質(zhì)被懸浮液中活性污泥吸收，凈化了氣體由頂端排出，其脫臭原理與活性污泥處理污水的原理相同。該裝置對于去除含氨、酚、乙醛等惡臭氣體效果較好，但處理含硫的惡臭物質(zhì)效果不明顯。生物過濾裝置即生物濾池，其內(nèi)部裝有固體填料，為微生物生長提供了巨大的表面積并附著了大量的生物膜，經(jīng)過加濕的惡臭氣體流經(jīng)生物膜并形成一層液膜，液膜吸附氣體中惡臭污染物，保證了微生物進行分解轉(zhuǎn)化。這種裝置基質(zhì)利用率高，抗沖擊負荷，處理含硫惡臭氣體如H2S的處理效果良好。目前各國都在研究開發(fā)新型反應器及填料，生物過濾除臭技術(shù)正在以較快的速度發(fā)展。

2.2　生物脫臭理論研究進展

在應用的同時，理論的研究也不斷發(fā)展，當前比較公認的是Ottengraf的生物膜-雙膜理論。按照Ottengraf的模型，生物濾池的模型分成了微觀動力學和宏觀動力學兩過程。他的宏觀基本模型是固體顆粒濾床，顆粒表面被一層具有生物活性的水膜包裹，即所謂的“生物膜”，生物膜的概念經(jīng)常用來解釋水系中的降解過程。氣體中的污染物分子(底物)經(jīng)過濾池時，通過相界面轉(zhuǎn)移擴散到膜內(nèi)，供給膜內(nèi)微生物氧氣和營養(yǎng)物質(zhì)。每一種污染物質(zhì)的氣相和液相濃度在相界面總是平衡的，并且遵循亨利定律。另外，還假設在生物膜內(nèi)發(fā)生生物降解的微觀動力學遵循米-門公式；氣體以活塞流方式流過濾池，一個初步的，生物膜-雙膜模型如圖1所示。
如果氣體是單組分，當該物質(zhì)氣相濃度Cg高于其臨界濃度Ccrit(圖1曲線1)時，Ottengraf假設生物膜內(nèi)分解反應遵循零級反應，即分解速率與底物濃度無關(guān)，則應用上述方法會得到下面的結(jié)果:該物質(zhì)在膜內(nèi)達到飽和，污染物的去除只受到膜內(nèi)生物活性的限制。

在這種情況下，該模型預測了濾床中污染物濃度會線性減少。而當Cg低于Ccrit(圖1曲線2)時，分解速率與底物濃度呈線形關(guān)系，生物膜中的擴散活動將會成為污染物去除的限制，生物膜不再飽和，去除速率隨氣體中污染物濃度的降低而下降。

該模型的有效性可由許多實驗得到驗證。如在去除甲醇、苯類等揮發(fā)性有機物時，其氣相濃度較高時去除率與濃度無關(guān)，只與濾池的高度呈線性關(guān)系，當濃度低于Ccrit時，由于受到擴散的限制，去除速率隨濃度的下降而下降。

Ottengraf的模型描述了生物過濾的基本工藝，并提出了處理單元素氣體時生物濾池的設計參數(shù)。然而，對于多組份氣體，由于數(shù)學上的復雜性和氣體中各成分相互影響，限制了該模型的應用，而排放源排放的氣體通常含有許多成分，因此，用較小的濾池進行了小規(guī)模的生產(chǎn)性試驗，通�？梢垣@得正式生產(chǎn)時的濾池結(jié)構(gòu)尺寸。

2.3　生物濾池的設計和運行參數(shù)

2.3.1　惡臭排放量

各處理構(gòu)筑物產(chǎn)生的惡臭，其排放量和濃度各不相同，其具體的計算也有所不同。一種方法是利用水表面所散逸的水蒸氣速率來計算；另一種方法是在惡臭排放源的下風向按一定格局采樣，通過測量采樣點的風速和樣品中目標污染物濃度，可繪制污染物濃度和風速曲線，根據(jù)該曲線可計算出惡臭排放量。

2.3.2　生物濾池內(nèi)的pH值

生物濾池中的大部分微生物在接近中性的環(huán)境下生物活性較高，惡臭的去除率也較高。因此對于堆肥濾池pH在7～8之間適宜細菌和放線菌生長。在一些情況下，處理含有H2S氣體時會產(chǎn)生酸性副產(chǎn)品，如H2SO4，如果長時間保持較高的H2S負荷則會堆積大量的酸性物質(zhì)，導致pH的下降破壞現(xiàn)有的菌種，如果未及時排除還會降低濾池的降解能力，在這種情況下，應添加化學緩沖劑如石灰等。具體參見http://www.northcarolinalenders.com更多相關(guān)技術(shù)文檔。

2.3.3　濾料的濕度

維持濾料的最佳濕度對于生物濾池來說是主要的運行要求。水分不僅對于微生物的生長和新陳代謝是必不可少的，而且有助于濾料保持緩沖能力。不適宜的濕度會導致濾料緊密，氣體處理不完全，形成厭氧區(qū)而釋放有氣味的物質(zhì)。一般情況下，土壤濾池水分在10%～25%，堆肥濾池水分在20%～50%。

2.3.4　惡臭氣體停留時間

由于濾料種類和所處理氣體的不同，則反應器內(nèi)的吸收/吸附速率和生物降解速率不同，停留時間也就有所不同。Hellmer推薦堆肥濾池的氣體停留時間不少于30s，土壤濾池則需要更長些。

2.3.5　濾料壓降

濾料在使用過程中不斷被壓實，孔隙度降低，氣體通過濾料的阻力不斷增大，壓降和能耗也隨之加大。圖2所示為兩種濾料在表面負荷作用下的壓降。在大部分濾池中，整個濾床的壓降可由監(jiān)測器連續(xù)測定以便更換濾料。生物濾池的壓力損失一般為400～2000Pa。

4　設計實例

以下為三個國外城市污水處理廠應用生物過濾技術(shù)除臭的實例(見表1)。

5　結(jié)　語

為了改善環(huán)境質(zhì)量和人民生活質(zhì)量，應在建設污水處理廠的同時進行惡臭氣體及其揮發(fā)性有機物的治理。生物過濾技術(shù)應用于處理污水處理廠散逸的惡臭，具有投資省、操作管理簡單、運行費用低、安全可靠等優(yōu)點。應該盡快在我國進行應用。同時，應進一步研究反應過程生物化學反應機理，并進行擴大規(guī)模的試驗，確定各種工藝進行的參數(shù)，以實現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)。