0 前言

随着经济快速发展和人口的增长，大多数城市污水处理厂已经被城区包围或临近城区.由于多数污水处理厂基本采用敞开式处理构筑物露天运行，导致污水处理过程中产生的恶臭污染已经对周边环境造成了严重影响.如果对恶臭治理不当将给社会带来较大的负面影响，如：国内有关媒体报道的泉州、杏林等地的污水处理厂恶臭扰民事件；国外也有大量恶臭扰民的投诉.因此，研究出高效的恶臭治理方法将对世界的和谐发展有强大的促进作用.目前，国内外研究的恶臭治理方法多种多样，笔者结合国内外城市污水处理厂恶臭治理现状及治理方法优缺点，对今后的恶臭治理发展趋势进行了探讨.

1 城市污水处理厂恶臭产生及特点

城市污水处理厂主要在污水的输送和处理过程中，以及污泥的处理过程中均有恶臭气体产生.污水处理厂的恶臭污染源主要是进水泵房、沉砂池、曝气池、污泥脱水机房及污泥浓缩池等构筑物，其中以污泥处理系统为主要污染源^[1].引起发臭的物质主要包括：含硫化合物，如硫化氢、二氧化硫、硫醇、硫醚类等；含氮氧化物，如氨、胺类、吲哚类等；低脂肪酸，如乙酸、丙酸、异戊酸等^[2].这些发臭的物质刺激嗅觉器官引起人们不愉快、损害人身体健康，对金属材料、设备和管道有一定的腐蚀性.

2 国内外城市污水处理厂恶臭治理现状及治理方法优缺点

为了减轻臭气味对环境和居民生活的影响，现在的城市污水处理厂恶臭处理方法从原理上大致可以分为：物理法、化学法、生物法、等离子体法和联合法等.

2.1 物理法除臭

物理法除臭通常作为除臭处理工艺的前处理.物理除臭法主要有密封法、掩蔽法、稀释扩散法、设置绿化隔离带法.

城市污水厂的进水泵房、粗细格栅、污泥堆贮场都可采用密封罩来减少恶臭气体排放.亦可将恶臭气体高空排放或以干净的空气将其稀释，以保证在下风区和恶臭发生源附近工作和生活的人们不受恶臭干扰.由于一些大型处理池不宜封闭(如初沉池、二沉池、曝气池等)，因此张剑等^[3]利用植物提取液在南方某处理污水量为14万t/d的大型污水处理厂的氧化沟、二沉池、脱水机房、贮泥池中治理恶臭，结果表明：达到了较理想的处理效果.

物理法对于浓度低的恶臭治理比较有效.但物理法实质上改变不了恶臭物质的化学性质，只是用一种物质将它的臭味掩蔽和稀释，或者将恶臭由气相转移至液相或固相，不能从根本上消除恶臭物质.

2.2 化学法除臭

化学法除臭是利用化学药剂或化学方法与发臭物质产生反应，生成无臭物质从而达到脱臭目的.城市污水处理厂化学除恶臭主要方法有化学氧化法、化学洗涤法、催化型活性炭吸附法等^[4].

(1) 化学氧化法.化学氧化法是采用强氧化剂或利用催化剂与强氧化剂共同作用处理恶臭的方法.目前在城市污水厂恶臭治理过程中应用较多的为活性氧氧化法和光催化氧化法.

活性氧脱臭原理为：在常温常压下高压脉冲放电将空气中氧分子电离成臭氧(O₃)、原子氧(O)、羟基自由基(·OH)等活性氧，活性氧中的离子氧有极强的氧化能力，其氧化能力是氧气的上千倍，可以将氨、硫化氢、硫醇等污染物，以及恶臭异味等有机物迅速氧化，氧化所需时间只在百分之几秒，同样，活性氧的寿命只有数秒.龚梦锡等^[5]通过分析活性氧脱臭机理，设计了除臭工艺，在工程应用结果中表明：活性氧法对处理低浓度大气量具有操作简单、效率高和运行成本低的优点.

光催化氧化法原理：半导体催化剂由于其能带有不连续的，在价带(VB)和导体(CB)之间存在一个禁带，当用能量等于或大于禁带宽度的特定波长在紫外光照射半导体光催化剂时，其价带上的电子被激发，越过禁带进入导带，同时在价带上产生相应的空穴，即生成电子(E^-)—空穴(h^-)对.带价空穴是强氧化剂，大多数作用物的光催化降解都是直接或间接利用空穴的氧化能力.间接氧化时，光生空穴与二氧化钛表面吸附的H₂O和OH^-离子反应生成氧化能力极强的羟基自由基·OH，·OH对作用物几乎无选择性，使之氧化，最终分解为H₂O和CO₂.管曦等^[6]以城市污水厂泵站恶臭中常见的氨和硫化氢为研究对象，在高端紫外光除臭设备中使用负载型二氧化钛，通过泵站的应用来研究光催化技术对恶臭的降解效果，实验表明：纳米二氧化钛光催化剂的存在可促进光化学反应进行，使用光催化技术可大大加快反应速率.且氨和硫化氢经处理后的反应物为氮气和单质硫，即可消除恶臭对环境的影响，同时不会产生二次污染.

(2) 化学洗涤法.化学洗涤法亦可称为化学吸收氧化法是利用臭气成分与化学药液的主要成分间发生不可逆的化学反应，生成新的无臭物质以达到脱臭目的的方法.臭气成分不同，其对应的化学药剂也各异.如：H₂S为主要恶臭成分，则采用碱性吸收液；氨为主要恶臭成分，则采用酸性吸收液.该工艺最适合于处理大气量、高浓度的恶臭气流，如污泥稳定、干化处理和焚烧过程所产生的恶臭等.

王黎虹等^[7]针对城市污水处理厂的主要恶臭气体采用逆流循环式填充塔，利用气体和液相的逆向流动，使两相充分接触实现其反应吸收，除去恶臭的主要成分气体氨气、硫化氢和甲硫醇，实验结果表明：硫化氢去除率98.32%，氨气去除率99.82%，甲硫醇去除率97.03%，处理后的气体均达到GB14554-1993排放标准.

(3) 催化型活性炭吸附法.催化型活性炭是一种新型的吸附剂，能较好地吸附臭味中的有机物和H₂S.其主要技术原理为：①催化型活性炭未被化学剂浸渍，与化学浸渍炭相比，具有较大的目标化合物吸附空间，故吸附有机物气体的能力明显增大; ②催化型活性炭是烟煤基带增强催化能力的粒状活性炭，促进氧化反应能力特别强，在吸附过程中，催化型活性炭将H₂S与氧都吸附在其表面上，发生氧化作用生成90%以上的H₂SO₄和少量的H₂SO₃和S；③催化型活性炭吸附臭味气体后，90%以上的生成物—H₂SO₄极易于吸附且易溶于水，基于这种特性，当催化型活性炭吸附饱和后，可通过水洗炭床，溶解生成物H₂SO₄并将其排出炭床而达到再生的目的，使炭床恢复吸附能力^[8].

自1994年以来，催化型活性炭除臭系统开始被广泛应用于美国的市政设施中，例如：Altoona废水处理厂、Aurora污水处理厂等.陈运进等^[9]以广州市某污水泵站产生的臭气为臭源，采用催化型活性炭除臭系统对其进行处理，采用三点比较式臭袋法测定，结果表明：催化型活性炭除臭系统对泵站的主要恶臭污染物H₂S和NH₃的平均去除率分别为97.9%和86.7%，对臭气浓度的平均去除率为87.4%.厂界的H₂S及NH₃浓度均可达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)的要求.

催化型活性炭床的优点是可反复水洗再生，可反复用于吸附，寿命长，操作简便，节省人力，处理效率高，占地面积小；缺点是对高浓度的恶臭气体除臭效果较差.

2.3 生物除臭法

生物脱臭法是指利用微生物降解恶臭物质，达到去除臭味的方法.其实质是：臭气成分首先同水接触并溶于水中，进一步扩散至生物膜，进而被其中的微生物捕捉并吸收；进入微生物体内的臭气成分在其自身的代谢过程中作为能源和营养物质被分解，经生物化学反应最终转化为无害的化合物.生物脱臭法主要包括：生物过滤法、生物吸收法、生物滴滤法等.

(1) 生物过滤法.生物过滤法是将恶臭吹进增湿器进行润湿，去除颗粒物并增加湿度，然后进入生物滤池/滤塔，润湿的臭气通过填料层时，被附着在填料表面的微生物吸附、吸收，废气物质在细胞内各类酶的催化作用下，在生物细胞内生理代谢分解成简单的、无害的代谢产物，如：CO₂、H₂O、S、SO₄^2-、SO₃^2-、NO₃^-等的方法.

许延营等^[10]在分析了生物过滤技术机理与影响因素的基础上，并以青岛市团岛污水处理厂恶臭治理为例，研究结果表明：恶臭治理后符合《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)二级(新扩建)标准的要求.李建军等^[11]利用生物过滤设备安装在广州市某生活污水厂曝气沉砂池，沉砂池表面全部封闭，设备参数：长8m，宽5.5m，高3m，填料高度1.2m，处理能力10000m³/h，空床停留时间19s，试验结果表明：沉砂池经过加盖密封后，污水持续产生的恶臭气体能够通过收集系统有效收集，并由生物过滤设备及时净化，从而使沉砂池空间无恶臭气体的积累，空气质量得到明显改善.Bram Sercu等^[12]分析了生物滤池中微生物群和处理恶臭物H₂S之间的关系，结果表明：H₂S的去除率下降是由污泥板结引起的.

生物滤池法的优点是简单，投资和运行费用少；对于大流量低浓度的含硫废气处理效率高；适宜处理质量浓度小于1000mg/m³的有机物；能耗低，设备少，不需外加营养物；对醛、有机酸、SO₂、NO_x、H₂S去除率可达99%；基本没有或只有少量的二次污染等.但生物滤池占地面积较大；基质浓度高时会导致生物量增长过快而堵塞填料，影响传质效果；滤床体积大，需要废气停留足够长的时间；更新填料较麻烦^[13].

(2) 生物吸收法.生物吸收法亦称生物洗涤法是利用生物洗涤器处理恶臭的方法.对恶臭气体的去除过程分为吸收和生物降解反应两个过程.恶臭首先进入洗涤器，与由生化反应器过来的活性污泥水混合物进行吸附、吸收，部分有机物在此被降解，液相中的大部分有机物进入生化反应器，通过悬浮活性污泥的代谢作用被降解掉，生化反应器出水进入二沉池进行泥水分离，上清液排出，污泥回流.

天津创业环保股份有限公司2004年申请了治理恶臭的生物洗涤系统专利，此项专利可用于多种场合的恶臭气体净化处理，如低浓度大气量下恶臭和挥发性有机废气的治理，尤其适用于城市污水处理厂及污水泵站的恶臭污染治理.李国文等^[14]以活性污泥为介质，探讨了洗涤塔对城市污水处理厂恶臭气体成分中的氯苯废气的处理效果，研究表明：生物洗涤塔对氯苯有较强的生物降解能力.

(3) 生物滴滤法.生物滴滤法是结合生物过滤法和生物吸收法的生物除臭技术，它是将恶臭气体经过或不经过预处理，吹入生物滴滤池.当湿润的废气通过附有生物膜的填料层时，气体中的恶臭物质溶于水，被循环液和附着在填料表面的微生物吸附、吸收，达到净化气体的目的.有水气顺流式和水气逆流式之分.

黄树杰、周炜煌等^[15-16]分别以H₂S臭气和NH₃和H₂S混合臭气为研究对象，通过浓度、pH、填料高度、循环液喷淋量、生物质积累情况等影响因素考察生物滴滤塔对H₂S和混合气体的脱臭效果，试验结果表明：该装置对硫化氢的去除效果较好，在温度25℃、气体通气量0.4m³/h、营养盐喷淋量8.0L/h、入口H₂S浓度712.80 ~948.80mg/m³、pH值6.0~7.0的情况下；混合气体，入口H₂S质量浓度712.80 ~948.80mg/m³、入口NH₃质量浓度422.20~795.40mg/m³、pH值7.0~8.0的情况下，去除效率都可达90%以上，运行过程中未出现生物质积累堵塞现象.陈继材^[17]对佛山市某污水泵站的臭气资料进行收集，将生物滴滤法与堆肥滤池法、土壤法进行比较，因生物滴滤池在运行环境、运行成本和尾气排放等方面均显示出了一定的优势，最终选用生物滴滤池工艺.运行数据表明：生物滴滤池对H₂S、NH₃和臭气的去除率分别为91.3%、91.6%和91.0%.Cox等^[18]采用生物滴滤池法同时处理含硫化氢与甲苯混合气体，实验表明：当硫化氢浓度(按体积计算)在0.017%、甲苯浓度为1.7g/m³，反应器内pH在中性与酸性条件下，去除甲苯流量为70g/h，硫化氢流量为20g/h时，去除效果较好.

生物滴滤法具有简单，设计灵活，投资和运行成本低，pH和温度易于控制，特别是处理卤代烃、含硫、含氮等通过微生物降解会产生酸性代谢产物及产能较大的污染物时，效率比较高，能有效处理质量浓度达500g/m³的H₂S气体等优点.但该法中恶臭的溶解是限速步骤，必须让气体有足够长的停留时间，因而需循环液不断流过滤床；若不能有效的控制循环液的用量及营养成分浓度，微生物过量累积会减少滤床的表面积和有效体积导致堵塞气流不畅，从而引起压降增大，降低去除效率，另一方面，有可能微生物膜生长不良，影响处理效果.

2.4 等离子体法

等离子体法是目前较新的恶臭处理方法，国内外在这方面对恶臭的研究集中在非平衡等离子体或低温等离子体.

非平衡等离子体电离度不高，当恶臭的浓度也不高时，高能级电子间接作用于恶臭气体分子，发生电化学反应，生成无污染的小分子物质(e+O₂(N₂, H₂O)→2O (N, N*, OH)+恶臭气体分子→中性分子).当污染物浓度较高时，高能级电子直接作用于恶臭气体分子，发生电化学反应，生成各种碎片分子(e+恶臭气体分子→各种碎片分子).

低温等离子体除臭机理是通过高压放电，获得低温等离子体，即产生大量的高能电子，高能电子与气体分子(原子)发生非弹性碰撞，将能量转化为基态分子(原子)的内能，发生激发、离解、电离等一系列反应，使气体处于活化状态.当电子能量较低时，产生的活性自由基活化后的污染物分子经过等离子体定向链化学反应后被脱除；当电子的能量大于恶臭气体分子的化学键键能时，分子发生断裂而分解，同时高能电子激励产生·O、·OH、·N等自由基.由于·O和·OH具有很强的氧化性，最终可将恶臭气体转换为SO₂、NO_x、CO₂、H₂O^[19].

李战国等^[20]利用介质阻挡放电反应器处理恶臭气体，实验结果表明：在H₂S气体初始质量浓度为340mg/m³、放电功率为480W、放电时间为40min、气体流量为800mL/min的条件下，恶臭气体的去除率为60.1%.阮建军等^[21]利用Blumlein脉冲形成网络(BPFN)型窄脉冲高压电源，在线板式反应器内分别对城市污水处理厂恶臭废气进行了中试实验研究，并对降解机理进行了初步的探讨，结果表明：这些恶臭物能被有效处理.王建明等^[22]采用介质阻挡放电法处理恶臭气体，实验结果表明：8h后，H₂S的去除率为91.1%，NH₃的去除率为93.4%，恶臭气体去除率达93.6%.

2.5 联合法

由于城市污水处理厂恶臭成分复杂，且嗅觉阈值较低，对净化系统的要求极高，采用单一的处理方法虽然能取得一定的效果，但就感官无味的要求而言，恶臭的治理难度较大，因此采用多级净化的联合法将是处理城市污水处理厂恶臭行之有效的方法.目前采用的联合技术有洗涤—吸附法、生物—吸附法、吸收—氧化—吸附法、生物掩蔽剂法、等离子体—光催化法等.

如文献[3]中所述，张剑等在恶臭气体排放面积相对较小的地方，如节制闸，粗、中、细格栅，沉砂池等处，将其密闭起来，通过抽风机集中收集，经过生物滤池处理后，再有组织排放.通过选取监测因子H₂S和NH₃这两种典型的恶臭污染物，采用检知管对其质量浓度进行测定，还采用鼻嗅法粗略评估了恶臭源所散发臭气的强度.检测结果表明：将均匀布点喷洒植物提取液法和生物滤池法有机地结合在一起，在处理位于城市中心区的污水处理厂除臭方面，技术上可行、经济上合理，达到了预期的效果.

3 结论和展望

综上所述：①城市污水处理厂恶臭具有成分复杂、浓度变化大、污水处理厂规模不相统一的特点.采用单一的方法处理恶臭，物理法实质上改变不了恶臭物质的化学性质；化学法工艺复杂，二次污染后再生和后处理过程繁琐，能耗大，运行和维护费用高；生物法占地面积较大，填料堵塞时影响处理效果，更新填料较麻烦，操作参数难以控制；等离子法去除率不够高，能耗高，存在有害副产物产生(如O₃、NO_x、SO₂等)；而采用联合法治理城市污水处理厂恶臭，具有效率高、处理量大、运行可靠、针对不同特性的恶臭采用不同的联合方式灵活等优点；因此，联合法将是今后城市污水厂恶臭治理发展的主要方向；②目前国内城市污水处理厂恶臭治理的研究主要以生物法为主，有一定的治理效果，因此，可以考虑将以生物法为主的联合法；③城市污水处理厂氧化沟、二沉池、脱水机房、贮泥池恶臭可以考虑采用密闭技术，采用催化型活性炭—生物法联用技术处理应能达到理想效果；④我国污水处理厂的恶臭治理起步较国外晚，因此在选择恶臭处理工艺时，要充分借鉴国外先进技术经验，在自主创新的同时，要兼顾经济和社会效益的合理性，以达到经济、社会、环境效益相统一.