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摘要简要介绍了城市污水处理厂臭气的产生，较为全面地阐述了目前污水处理厂臭气处理技术的研究现状，探讨了物理法、化学法、生物法除臭的应用和特点，并分析了污水厂臭气处理技术的发展方向。该研究对于我国污水处理厂除臭技术的选择具有重要参考意义。
关键词污水处理厂；臭气；处理
中图分类号S181.3文献标识码A文章编号0517-6611（2014）14-04388-03
Research Progress on the Treatment of Odor in Municipal Wastewater Treatment Plants
DONG Xiaoqing et al（Shenzhen Institute of Information Technology， Shenzhen， Guangdong 518172）
AbstractThe generation of odor in municipal wastewater treatment plants was introduced. The research progress on the treatment of odor in municipal wastewater treatment plants was studied. Meanwhile， the application and characteristics of physical， chemical and biological methods in odor removal were discussed. Moreover， the development of deodorization technology in sewage industry was analyzed. The research will provide a reference for the selection of deodorization of sewage treatment plant in China.
Key wordsWastewater treatment plant； Odor； Treatment
随着城市化进程的加快和对水环境质量要求的提高，全国各地污水处理厂数目也逐年增加。然而，随着污水处理厂数量的增多，臭气处理成为各个水厂必须面临的问题。产生的臭气如果不妥善处理，不仅会给周边居民的生活带来影响，更严重的会导致居民产生抵触心理，从而可能会对污水处理厂的正常建设和运营造成影响。此外，现有已建成的污水处理厂臭气扰民事件也时有发生。因此，污水处理厂的臭气问题已成为当前我国污水处理领域需要解决的主要问题之一。
针对我国污水处理厂臭气面临的问题，笔者对国内外近年来臭气污染控制技术方面的研究进行了对比分析，以期为污水处理厂寻找高效率、低成本、无污染的除臭技术提供参考。
1 污水处理厂臭气的产生
臭气中的致臭物质主要有硫化氢及氨气等无机物、硫醇等含硫有机物、胺类、低脂肪酸、醛酮类以及卤代烃等有机物[1]。其中对人體健康危害较大的有氨气、硫化氢、硫醇类、二甲基硫、三甲胺、甲醛、苯乙烯、酚类等[2-3]。它们会对人体的神经系统、呼吸系统、循环系统等产生危害。除此之外，对于一些依靠房地产或旅游业发展的城市，臭气还会导致房价或游客数量下降，从而严重地影响其经济收益。城市污水处理厂的恶臭气体主要来自污水中各类化合物的生物降解过程。主要集中产生于进水区以及污泥处理区，除此之外，污水生化处理单元也产生部分臭气。
进水区的臭气一部分是污水在管路的长距离输送过程中产生的。主要由于随着污水在管道中停留时间的延长，污水中的溶解氧逐渐被消耗而产生厌氧环境，此时厌氧微生物会大量繁殖，使得污水中的硫酸盐被还原而产生硫化氢气体[4]，污水中的有机物被生物降解而产生氨气、胺类、硫醇、硫醚类等恶臭气体。另一部分是由于污水流经格栅时的水流扰动作用以及提升泵站的跌水现象，导致本来产生和溶解于污水中的硫化氢和氨气等恶臭气体大量逸出。除此之外，格栅拦截的较大漂浮物中也含有较多的有机物，栅渣的堆积会造成有机物的发酵而产生臭气。
污泥处理区也是恶臭气体产生的主要场所之一。一方面，污泥的成分很复杂，污水中的持久性有机物等有害物质会随着污泥下沉，致使污泥在自然堆放下散发出恶臭气体[5]。另一方面，目前污泥的处理方法主要是污泥浓缩和机械脱水，而在污泥的脱水过程中，会释放出大量的臭气。
污水处理区也会产生部分臭气，但是浓度比进水区和污泥处理区都低[6]。只有在流量过高或者曝气不足时，才会出现厌氧区域而致使污水中的微生物通过还原作用产生硫化氢、氨气、硫醇及甲烷等恶臭气体。假如污水处理采用的是厌氧工艺，那么产生恶臭气体则是不可避免的。
2 污水处理厂臭气的主要处理技术
针对污水处理厂所产生的臭气，一些国家规定，如果在城市污水厂300 m范围内存在居民住宅区，则该污水处理厂必须有除臭装置。目前，污水处理厂主要的臭气处理技术整体上可归纳为物理法、化学法以及生物法。
2.1物理法物理法指在不改变恶臭物质本质的情况下，通过物理手段将臭味掩蔽、稀释或者转移的一种方法。常见的物理方法有稀释法、掩蔽法、水洗法和吸附法[7-9]。
2.1.1稀释法。稀释法主要是利用烟囱将恶臭气体排入大气或者使用没有臭味的空气对恶臭气体进行稀释来达到除臭的目的。稀释法费用低，但是容易受气象条件的影响，并且恶臭气体并没有真正去除，只是实现了恶臭污染的转移。一般情况下不提倡使用此方法除臭，该法适用于处理有组织排放的中低浓度臭气。
2.1.2掩蔽法。掩蔽法通过喷洒具有芳香气味或者令人愉快气味的掩蔽气体来掩盖臭味。掩蔽实质为将两种气体按一定比例混合，掩蔽气体的气味掩盖了恶臭气体的气味来达到降低臭味的目的。这种方法能够很快地消除臭味，并且灵活性比较大，然而因为恶臭气体的浓度以及气象条件是无法控制的，因此，实际上掩蔽法的除臭效率是不可靠的，所以该方法相对适用于需要立即消除臭味的紧急情况。 2.1.3 水洗法。水洗法主要是利用部分臭气易溶于水的特点，特别是硫化氢及氨气，将臭气通入喷淋塔后，恶臭气体与水接触而通过气液交换作用达到去除臭气的目的。水洗法的费用相对较低，但是臭气在水中的溶解度有限，会影响臭气的去除效果。此外，对于溶解度较低的臭气水洗法基本没有去除效果，因此水洗法单独使用的情况比较少，常作为其他工序的预处理方法使用。
2.1.4 吸附法。吸附法是指臭气通过具有吸附功能的吸附剂时，由气相转移至固相的除臭过程。其原理是臭气通过具有强吸附能力的物质时，臭气被吸附材料所捕捉而去除。目前常用的吸附剂主要有活性炭、活性白土、硅胶、离子交换树脂等。吸附法的设备简单，运行管理容易，其最大的优点就是净化效率很高，但是随着吸附的进行，在某个时刻会达到吸附平衡，即吸附剂的吸附量等于脱附量，此时，吸附剂就需要更换或者再生，然而吸附剂价格昂贵并且再生比较困难，这就在很大程度上限制了吸附法的使用。之外，吸附法对臭气的含尘量及湿度也有一定要求。因此，吸附法一般适用于高标准的臭气处理。
2.2化学法化学法主要利用化学介质与臭气发生化学反应，从而改变臭气的化学性质来达到除臭的目的。目前，常用的化学除臭方法有化学吸收法、化学氧化法和燃烧法等[7，10-11]。
2.2.1 化学吸收法。化学吸收法主要是利用NaOH、H2SO4等化学物质能够与硫化氢及氨气等无机类恶臭气体反应的性质来达到除臭的目的。通常情况下，化学吸收法采用多级吸收来完全去除硫化氢、氨气等臭气，即第一级除去氨气，选用酸液喷淋，第二级除去硫化氢，选用碱液喷淋。化学吸收法对硫化氢及氨气去除较为完全，但是对硫醇等其他有机恶臭气体去除效率很低，并且化学吸收法的运行费用较好，因此，化学吸收法的应用受到了一定程度的限制。化学吸收法在美国等发达国家应用较早，在我国也有部分污水处理厂应用化学吸收法处理恶臭气体，例如深圳市滨河污水处理厂采用的是两级化学吸收法除臭系统，处理后的气体能够满足相关气体一级标准[12]。
2.2.2 化学氧化法。化学氧化法是使用臭氧等强氧化剂将臭气氧化为无臭或低臭气体的方法。目前，使用比较广泛的是臭氧氧化法和催化氧化法。
臭氧拥有很强的氧化性，因此臭氧法能高效地去除污水处理厂的臭气。但是臭氧发生器的能耗较高，故臭氧法的处理费用也较高。此外，使用该法所残余的臭氧本身也会污染环境。催化氧化指采用催化剂加速恶臭气体的氧化速度。利用TiO2作为催化剂能够达到较好的臭气去除效果，目前利用较多的催化剂有TiO2、ZnO、ZnS和PbS等。此外，研究发现，在以半导体粒子作为催化剂的条件下，光催化技术能够直接在室温下利用空气中的氧气作为氧化剂将恶臭气体完全氧化成无害物质[13]。
2.2.3 燃烧法。燃烧法的实质是通过高温氧化作用将臭气氧化成二氧化碳和水的过程，燃烧法又分为直接燃烧和催化燃烧两种。直接燃烧即指将臭气直接作为燃料进行燃烧。因此，该法适用于可燃性臭气或者燃烧热值较高的臭气处理，否则需要大量的外加燃料而大幅度增加日常运行费用，并且燃烧还可能产生二次污染，所以燃烧法目前国内外已经较少应用。催化燃燒实际上即为催化氧化，即指在催化剂的作用下，臭气中的可燃组分被氧化分解成无臭成分。催化剂能够降低臭气的燃烧温度，并提高燃烧效率。但是，催化剂也存在着尚未解决的中毒、燃烧等问题，且设备也容易被腐蚀。
总体而言，由于大部分有机气体是可燃的，因此燃烧法更适用于处理有机废气。特别是在处理生产绝缘材料及印刷的过程中所排出的废气时应用较为广泛，但是在污水处理厂中使用的不多。
2.3生物法生物法是指首先在支持物质上培养微生物，然后利用其新陈代谢过程来降解臭气，进而达到除臭目的的一种方法。微生物降解臭气一般要经历以下3个步骤[14-15]：①恶臭气体首先与微生物载体接触并溶解于水中，完成由气相扩散到液相的过程，这个过程遵循亨利定律；②溶解于液相的恶臭气体向生物膜扩散继而被微生物所吸收，这个过程是通过恶臭气体的浓度差推动完成的；③在微生物代谢活动中，吸收的臭气被作为营养物质为微生物所利用、分解，最终通过生物化学反应转化为不同的无毒无害物质。生物除臭研究最早开始于1957年，当时的美国学者利用土壤中的微生物处理硫化氢气体并发明了专利[16]。从20世纪70年代开始，很多国家在生物除臭领域进行了更加深入且广泛的研究，其中荷兰和德国率先建立了具有较好处理效果的臭气治理系统[17]。在此之后，生物除臭法于20世纪80年代开始有了更为广泛的发展，并引起了日本、美国等其他发达国家的重视，开始应用于冶金、化工及污水处理厂等领域中[18]。我国在生物除臭方面的研究开始较晚，直至1993年才有昆明理工大学的学者开始使用微生物净化恶臭气体的研究。目前，哈尔滨工业大学、同济大学等高校对生物除臭法也进行了更多的研究，并取得了较好的成果。由于生物法有着运行管理简单、高效及处理成本相对较低等优点，近几年来生物法也成了国内外学者的研究重点[19-20]。目前生物除臭法主要分为三类：生物洗涤法、生物滤池法和生物滴滤法[21-22]。
2.3.1 生物洗涤法。生物洗涤法是一种采用活性污泥的方法，整个系统有吸收和生物降解两个过程。即先将臭气转移至液相中，使臭气同悬浮污泥充分混合后再送入反应器，通过活性污泥的生物降解作用达到除臭的目的。
生物洗涤法主要有曝气式生物除臭法和洗涤式生物除臭法两种。洗涤式生物除臭法主要是在吸收器中以液相喷淋的形式将臭气和活性污泥混合，而曝气式生物除臭法则提出将臭气以曝气的形式通入活性污泥中达到气相转移至液相的目的。曝气式生物除臭法最早是由日本学者在1974年提出，这个方法在污水处理厂中，只要增加配管和风机，将臭气抽送到曝气池内即可，相对比较简单[23]。
生物洗涤法的优点在于其操作控制弹性强，并且经驯化后的活性污泥对臭气有比较好的去除效果。但是其处理效果过于依赖臭气在水中的溶解度，且运行过程中还需要添加营养物质，因此运行费用相对较高。此外，还有可能发生污泥膨胀等现象，因此该法在污水处理厂除臭中的使用相对较少[7]。 2.3.2 生物滤池法。生物滤池法是指将臭气收集、输送到预洗池进行加湿除尘后，送入生物滤池，臭气通过生物滤池时被附着在填料上的微生物吸附后生物降解为CO2、H2O、SO42-、NO3-等无害物质，达到除臭的目的。填料作为微生物的附着物质，是生物滤池的核心，同时还为微生物提供良好的生长环境、营养成分，因此经常使用有机填料，例如果壳、干草、干树皮、木渣等[24]。微生物要保持较好的生物活性，所以生物滤池还需要保持良好的生长条件，例如适宜的pH、温度、湿度及氧气量等[25]。
生物滤池法的优点是运行容易，运行费用较少，能耗较低而且不需要外加营养物质。但是生物滤池占地面积较大而且前期投资成本较高，除此之外，随着生物量的增长可能会造成填料的堵塞而增加压降和营养物质的耗尽而需要定期更换。国外对生物滤池的研究起步较早，美国早在1953年就将以土壤为填料的生物滤池用于治理污水处理厂的臭气，之后在欧洲也有了更为广泛的应用，特别是用于处理含有硫化氢及氨气的恶臭气体[26-27]。目前我国对该法研究也相对广泛，有不少的污水处理厂工程实例。例如，无锡市城北污水处理厂、成都市沙河污水处理厂等[28-29]。
2.3.3 生物滴滤法。生物滴滤法与生物滤池法最主要的不同是填料，生物滴滤塔一般采用的是惰性填料，例如空心塑料球、活性炭、陶粒、沸石等，填料只提供载体作用，其微生物所需要的营养物质由喷淋液提供[30]。营养物质由塔顶均匀地喷洒在填料上，并由塔底流出循环使用，臭气由塔底进入，在滴滤塔中与湿润的生物膜接触发生生物降解而达到除臭目的。生物滴滤塔除了对pH、温度、湿度及氧气量等有一定要求外，还对营养液的喷淋量有要求，在一定范围内随着喷淋量的增加，臭气去除率也会增加。
生物滴滤法的优点是其填料寿命较长，如果运行管理合理，可以长时间运行，不需要更换填料。由于喷洒循环液的原因，pH也易于控制，特别是在处理含硫的酸性物质时，效率较高[31]。但是，需要有足够长的停留时间才能够将恶臭气体完全去除。生物滴滤法在欧美、日本等发达国家已普遍应用于治理污水处理厂的臭气处理[32-33]，国内也有越来越多的相关报道，并且也开始应用于实际工程中[34]。
安徽农业科学2014年3小结
传统的污水处理厂除臭工艺中，物理法处理臭气较难达标，化学吸收法是一种低投资高运行费用的臭气处理技术，生物法是一种高投资低运行费用的处理技术。传统的这些臭气处理方法都存在着一定的局限性，因此，需要找到一种综合环境效益、社会效益和经济效益的新处理工艺来解决臭气处理问题，使其高标准达标排放。以期改善污水处理厂工作人员及附近生活居民的环境质量，同时缓解污水处理厂被投诉的压力。
在美国等发达国家，生物法除臭技术由于其运行成本较低以及除臭效果较为稳定的特点，其应用较为广泛。就我国目前臭气处理现状而言，综合考虑经济因素和设备的占地面积，组合工艺的使用会更加的合适，组合工艺的研发能够进一步节约除臭成本，并且提高除臭效率。
参考文献
[1] BARBOSA V，DUFOL D，CALLAN J，et al.Hydrogen sulphide removal by activated sludge diffusion[J].Water Science & Technology，2004，50（4）：199-205.
[2] ZARRA T，GIULIANI S，NADDEO V，et al.Control of odour emission in wastewater treatment plants by direct and undirected measurement of odour emission capacity[J].Water Science & Technology，2012，66（8）：1627-1633.
[3] 包景嶺，李伟芳，邹克华.浅议恶臭污染的健康风险研究[J].城市环境与城市生态，2012，25（4）：5-7.
[4] 李怀正，张璐璇，汤霞，等.城市排水管道中硫化氢产气原因及影响因素分析[J].环境科学与管理，2012，37（4）：95-97.
[5] 彭树恒，胡元明，岳文静.加强污泥处理处置的几点建议[J].中国工程咨询，2012（11）：49-50.
[6] LEBRERO R，BOUCHY L，STUETZ R，et al.Odor assessment and management in wastewater treatment plants：A review[J].Environmental Science and Technology，2011，41（10）：915-950.
[7] BURGESS J E，PARSONS S A，STUETZ R M.Developments in odour control and waste gas treatment biotechnology：a review[J].Biotechnology Advances，2001，19（1）：36-63.
[8] 沈东平，方卫，张甜甜.城市污水厂除臭技术的应用综述[J].微生物学通报，2009，36（6）：887-891.
[9] 尚小清，陈晓东.污水处理厂除臭技术浅析[J].应用化工，2010，39（2）：273-275.
[10] CHARRON I，FELIERS C，COUVERT A，et al.Use of hydrogen peroxide in scrubbing towers for odor removal in wastewater treatment plants[J].Water Science & Technology，2004，50（4）：267-274. [11] 盛金聪.除臭技术在我国城市污水处理厂中的应用[J].能源与环境，2007（6）：85-86.
[12] 徐维发.深圳市滨河污水处理厂三期工程除臭系统设计[J].中国给水排水，2007，23（18）：52-54.
[13] LAMBERT S，MCGRATH K.Can stored sludge cake be deodorised by chemical or biological treatment[J].Water Science and Technology，2000，41（6）：133-139.
[14] 刘国华.生物除臭技术研究进展[J].广东化工，2009，36（8）：102-103.
[15] 谢冰，史家樑.微生物法脱臭及其应用[J].上海环境科学，1997，16（3）：14-16.
[16] BRAUET H，VARNA G.Air pollution control equipment[M].Berlin：Springer Verlag，1981.
[17] LESON G，WINER A M.Biofiltration：an innovative air pollution control technology for VOC emissions[J].Journal of the Air & Waste Management Association，1991，41（8）：1045-1054.
[18] GROENESTIJIN J W，KRAAKMAN N J R.Recent developments in biological waste gas purification in Europe[J].Chemical Engineering Journal，2005，113（2）：85-91.
[19] KENNES C，VEIGA M C.Bioreactors for waste gas treatment[M].London：Kluwer Academic Publis，2001.
[20] RAMIREZ-LOPEZ E M，CORONA-HERNANDEZ J，AVELAR-GONZALEZ F J.Biofiltration of methanol in an organic biofilter using peanut shells as medium[J].Bioresource Technology，2010，101（1）：89-91.
[21] EDWARDS F G，NIRMALAKHANDAN N.Biological treatment of airstreams contaminated with vocs：An overview[J].Water Science and Technology，1996，34（3）：565-571.
[22] LIU J，MA W.Odor and VOCs treatment from wastewater treatment plant using a full-scale biofilter[C]//Business Management and Electronic Information （BMEI），2011 International Conference on.IEEE，2011：840-843.
[23] MORTON R，CABALLERO R.The biotrickling story：LA County Sanitation Districts' research pays off[J].Water Environment and Technology，1996，8（6）：39-45.
[24] YANG Y，ALLEN E R.Biofiltration control of hydrogen sulfide 1.Design and operational parameters[J].Air & Waste Manage，1994，44（7）：863-868.
[25] 韩力超，刘建广，罗培.生物滤池去除污水处理厂臭气的应用及展望[J].山东建筑大学学报，2011，26（4）：373-378.
[26] van GROENESTIJN J W，HESSELINK P G M.Biotechniques for air pollution control[J].Biodegradation，1993，4（4）：283-301.
[27] JIANG X，RONG Y，TAY J H.Simultaneous autotrophic biodegradation of H2S and NH3 in a biotrickling filter[J].Chemosphere，2009，75（10）：1350-1355.
[28] 蒋岚岚，梁汀，沈晓铃.无锡市城北污水处理厂扩建工程设计[J].中国给水排水，2007，23（4）：43-47.
[29] 马林伟，谢秩明.成都市沙河污水处理厂建设及设计特点[J].西南给排水，2006，28（5）：1-4.
[30] 陈子平，李建军，孙端方，等.生物滤池和滴滤池处理硫化氢的研究进展[J].安徽农学通报，2012，18（10）：218-220.
[31] ALONSO C，ZHU X，SUIDAN M T.Mathematical model for the biodegradation of VOCs in trickle bed biofilters[J].Water Science and Technology，1999，39（7）：139-146.
[32] ELIAS A，BARONA A，RIOS F J，et al.Application of biofiltration to the degradation of hydrogen sulfide in gas effluents[J].Biodegradation，2000，11（6）：423-427.
[33] MOHSENI M，ALLEN D G.Biofiltration of mixtures of hydrophilic and hydrophobic volatile organic compounds[J].Chemical Engineering Science，2000，55（9）：1545-1558.
[34] 芮旭東，陈丹，龚文瑾.除臭工艺在城市污水处理厂中的应用和发展[J].中国给水排水，2012，28（6）：21-23.
关键词污水处理厂；臭气；处理
中图分类号S181.3文献标识码A文章编号0517-6611（2014）14-04388-03
Research Progress on the Treatment of Odor in Municipal Wastewater Treatment Plants
DONG Xiaoqing et al（Shenzhen Institute of Information Technology， Shenzhen， Guangdong 518172）
AbstractThe generation of odor in municipal wastewater treatment plants was introduced. The research progress on the treatment of odor in municipal wastewater treatment plants was studied. Meanwhile， the application and characteristics of physical， chemical and biological methods in odor removal were discussed. Moreover， the development of deodorization technology in sewage industry was analyzed. The research will provide a reference for the selection of deodorization of sewage treatment plant in China.
Key wordsWastewater treatment plant； Odor； Treatment
随着城市化进程的加快和对水环境质量要求的提高，全国各地污水处理厂数目也逐年增加。然而，随着污水处理厂数量的增多，臭气处理成为各个水厂必须面临的问题。产生的臭气如果不妥善处理，不仅会给周边居民的生活带来影响，更严重的会导致居民产生抵触心理，从而可能会对污水处理厂的正常建设和运营造成影响。此外，现有已建成的污水处理厂臭气扰民事件也时有发生。因此，污水处理厂的臭气问题已成为当前我国污水处理领域需要解决的主要问题之一。
针对我国污水处理厂臭气面临的问题，笔者对国内外近年来臭气污染控制技术方面的研究进行了对比分析，以期为污水处理厂寻找高效率、低成本、无污染的除臭技术提供参考。
1 污水处理厂臭气的产生
臭气中的致臭物质主要有硫化氢及氨气等无机物、硫醇等含硫有机物、胺类、低脂肪酸、醛酮类以及卤代烃等有机物[1]。其中对人體健康危害较大的有氨气、硫化氢、硫醇类、二甲基硫、三甲胺、甲醛、苯乙烯、酚类等[2-3]。它们会对人体的神经系统、呼吸系统、循环系统等产生危害。除此之外，对于一些依靠房地产或旅游业发展的城市，臭气还会导致房价或游客数量下降，从而严重地影响其经济收益。城市污水处理厂的恶臭气体主要来自污水中各类化合物的生物降解过程。主要集中产生于进水区以及污泥处理区，除此之外，污水生化处理单元也产生部分臭气。
进水区的臭气一部分是污水在管路的长距离输送过程中产生的。主要由于随着污水在管道中停留时间的延长，污水中的溶解氧逐渐被消耗而产生厌氧环境，此时厌氧微生物会大量繁殖，使得污水中的硫酸盐被还原而产生硫化氢气体[4]，污水中的有机物被生物降解而产生氨气、胺类、硫醇、硫醚类等恶臭气体。另一部分是由于污水流经格栅时的水流扰动作用以及提升泵站的跌水现象，导致本来产生和溶解于污水中的硫化氢和氨气等恶臭气体大量逸出。除此之外，格栅拦截的较大漂浮物中也含有较多的有机物，栅渣的堆积会造成有机物的发酵而产生臭气。
污泥处理区也是恶臭气体产生的主要场所之一。一方面，污泥的成分很复杂，污水中的持久性有机物等有害物质会随着污泥下沉，致使污泥在自然堆放下散发出恶臭气体[5]。另一方面，目前污泥的处理方法主要是污泥浓缩和机械脱水，而在污泥的脱水过程中，会释放出大量的臭气。
污水处理区也会产生部分臭气，但是浓度比进水区和污泥处理区都低[6]。只有在流量过高或者曝气不足时，才会出现厌氧区域而致使污水中的微生物通过还原作用产生硫化氢、氨气、硫醇及甲烷等恶臭气体。假如污水处理采用的是厌氧工艺，那么产生恶臭气体则是不可避免的。
2 污水处理厂臭气的主要处理技术
针对污水处理厂所产生的臭气，一些国家规定，如果在城市污水厂300 m范围内存在居民住宅区，则该污水处理厂必须有除臭装置。目前，污水处理厂主要的臭气处理技术整体上可归纳为物理法、化学法以及生物法。
2.1物理法物理法指在不改变恶臭物质本质的情况下，通过物理手段将臭味掩蔽、稀释或者转移的一种方法。常见的物理方法有稀释法、掩蔽法、水洗法和吸附法[7-9]。
2.1.1稀释法。稀释法主要是利用烟囱将恶臭气体排入大气或者使用没有臭味的空气对恶臭气体进行稀释来达到除臭的目的。稀释法费用低，但是容易受气象条件的影响，并且恶臭气体并没有真正去除，只是实现了恶臭污染的转移。一般情况下不提倡使用此方法除臭，该法适用于处理有组织排放的中低浓度臭气。
2.1.2掩蔽法。掩蔽法通过喷洒具有芳香气味或者令人愉快气味的掩蔽气体来掩盖臭味。掩蔽实质为将两种气体按一定比例混合，掩蔽气体的气味掩盖了恶臭气体的气味来达到降低臭味的目的。这种方法能够很快地消除臭味，并且灵活性比较大，然而因为恶臭气体的浓度以及气象条件是无法控制的，因此，实际上掩蔽法的除臭效率是不可靠的，所以该方法相对适用于需要立即消除臭味的紧急情况。 2.1.3 水洗法。水洗法主要是利用部分臭气易溶于水的特点，特别是硫化氢及氨气，将臭气通入喷淋塔后，恶臭气体与水接触而通过气液交换作用达到去除臭气的目的。水洗法的费用相对较低，但是臭气在水中的溶解度有限，会影响臭气的去除效果。此外，对于溶解度较低的臭气水洗法基本没有去除效果，因此水洗法单独使用的情况比较少，常作为其他工序的预处理方法使用。
2.1.4 吸附法。吸附法是指臭气通过具有吸附功能的吸附剂时，由气相转移至固相的除臭过程。其原理是臭气通过具有强吸附能力的物质时，臭气被吸附材料所捕捉而去除。目前常用的吸附剂主要有活性炭、活性白土、硅胶、离子交换树脂等。吸附法的设备简单，运行管理容易，其最大的优点就是净化效率很高，但是随着吸附的进行，在某个时刻会达到吸附平衡，即吸附剂的吸附量等于脱附量，此时，吸附剂就需要更换或者再生，然而吸附剂价格昂贵并且再生比较困难，这就在很大程度上限制了吸附法的使用。之外，吸附法对臭气的含尘量及湿度也有一定要求。因此，吸附法一般适用于高标准的臭气处理。
2.2化学法化学法主要利用化学介质与臭气发生化学反应，从而改变臭气的化学性质来达到除臭的目的。目前，常用的化学除臭方法有化学吸收法、化学氧化法和燃烧法等[7，10-11]。
2.2.1 化学吸收法。化学吸收法主要是利用NaOH、H2SO4等化学物质能够与硫化氢及氨气等无机类恶臭气体反应的性质来达到除臭的目的。通常情况下，化学吸收法采用多级吸收来完全去除硫化氢、氨气等臭气，即第一级除去氨气，选用酸液喷淋，第二级除去硫化氢，选用碱液喷淋。化学吸收法对硫化氢及氨气去除较为完全，但是对硫醇等其他有机恶臭气体去除效率很低，并且化学吸收法的运行费用较好，因此，化学吸收法的应用受到了一定程度的限制。化学吸收法在美国等发达国家应用较早，在我国也有部分污水处理厂应用化学吸收法处理恶臭气体，例如深圳市滨河污水处理厂采用的是两级化学吸收法除臭系统，处理后的气体能够满足相关气体一级标准[12]。
2.2.2 化学氧化法。化学氧化法是使用臭氧等强氧化剂将臭气氧化为无臭或低臭气体的方法。目前，使用比较广泛的是臭氧氧化法和催化氧化法。
臭氧拥有很强的氧化性，因此臭氧法能高效地去除污水处理厂的臭气。但是臭氧发生器的能耗较高，故臭氧法的处理费用也较高。此外，使用该法所残余的臭氧本身也会污染环境。催化氧化指采用催化剂加速恶臭气体的氧化速度。利用TiO2作为催化剂能够达到较好的臭气去除效果，目前利用较多的催化剂有TiO2、ZnO、ZnS和PbS等。此外，研究发现，在以半导体粒子作为催化剂的条件下，光催化技术能够直接在室温下利用空气中的氧气作为氧化剂将恶臭气体完全氧化成无害物质[13]。
2.2.3 燃烧法。燃烧法的实质是通过高温氧化作用将臭气氧化成二氧化碳和水的过程，燃烧法又分为直接燃烧和催化燃烧两种。直接燃烧即指将臭气直接作为燃料进行燃烧。因此，该法适用于可燃性臭气或者燃烧热值较高的臭气处理，否则需要大量的外加燃料而大幅度增加日常运行费用，并且燃烧还可能产生二次污染，所以燃烧法目前国内外已经较少应用。催化燃燒实际上即为催化氧化，即指在催化剂的作用下，臭气中的可燃组分被氧化分解成无臭成分。催化剂能够降低臭气的燃烧温度，并提高燃烧效率。但是，催化剂也存在着尚未解决的中毒、燃烧等问题，且设备也容易被腐蚀。
总体而言，由于大部分有机气体是可燃的，因此燃烧法更适用于处理有机废气。特别是在处理生产绝缘材料及印刷的过程中所排出的废气时应用较为广泛，但是在污水处理厂中使用的不多。
2.3生物法生物法是指首先在支持物质上培养微生物，然后利用其新陈代谢过程来降解臭气，进而达到除臭目的的一种方法。微生物降解臭气一般要经历以下3个步骤[14-15]：①恶臭气体首先与微生物载体接触并溶解于水中，完成由气相扩散到液相的过程，这个过程遵循亨利定律；②溶解于液相的恶臭气体向生物膜扩散继而被微生物所吸收，这个过程是通过恶臭气体的浓度差推动完成的；③在微生物代谢活动中，吸收的臭气被作为营养物质为微生物所利用、分解，最终通过生物化学反应转化为不同的无毒无害物质。生物除臭研究最早开始于1957年，当时的美国学者利用土壤中的微生物处理硫化氢气体并发明了专利[16]。从20世纪70年代开始，很多国家在生物除臭领域进行了更加深入且广泛的研究，其中荷兰和德国率先建立了具有较好处理效果的臭气治理系统[17]。在此之后，生物除臭法于20世纪80年代开始有了更为广泛的发展，并引起了日本、美国等其他发达国家的重视，开始应用于冶金、化工及污水处理厂等领域中[18]。我国在生物除臭方面的研究开始较晚，直至1993年才有昆明理工大学的学者开始使用微生物净化恶臭气体的研究。目前，哈尔滨工业大学、同济大学等高校对生物除臭法也进行了更多的研究，并取得了较好的成果。由于生物法有着运行管理简单、高效及处理成本相对较低等优点，近几年来生物法也成了国内外学者的研究重点[19-20]。目前生物除臭法主要分为三类：生物洗涤法、生物滤池法和生物滴滤法[21-22]。
2.3.1 生物洗涤法。生物洗涤法是一种采用活性污泥的方法，整个系统有吸收和生物降解两个过程。即先将臭气转移至液相中，使臭气同悬浮污泥充分混合后再送入反应器，通过活性污泥的生物降解作用达到除臭的目的。
生物洗涤法主要有曝气式生物除臭法和洗涤式生物除臭法两种。洗涤式生物除臭法主要是在吸收器中以液相喷淋的形式将臭气和活性污泥混合，而曝气式生物除臭法则提出将臭气以曝气的形式通入活性污泥中达到气相转移至液相的目的。曝气式生物除臭法最早是由日本学者在1974年提出，这个方法在污水处理厂中，只要增加配管和风机，将臭气抽送到曝气池内即可，相对比较简单[23]。
生物洗涤法的优点在于其操作控制弹性强，并且经驯化后的活性污泥对臭气有比较好的去除效果。但是其处理效果过于依赖臭气在水中的溶解度，且运行过程中还需要添加营养物质，因此运行费用相对较高。此外，还有可能发生污泥膨胀等现象，因此该法在污水处理厂除臭中的使用相对较少[7]。 2.3.2 生物滤池法。生物滤池法是指将臭气收集、输送到预洗池进行加湿除尘后，送入生物滤池，臭气通过生物滤池时被附着在填料上的微生物吸附后生物降解为CO2、H2O、SO42-、NO3-等无害物质，达到除臭的目的。填料作为微生物的附着物质，是生物滤池的核心，同时还为微生物提供良好的生长环境、营养成分，因此经常使用有机填料，例如果壳、干草、干树皮、木渣等[24]。微生物要保持较好的生物活性，所以生物滤池还需要保持良好的生长条件，例如适宜的pH、温度、湿度及氧气量等[25]。
生物滤池法的优点是运行容易，运行费用较少，能耗较低而且不需要外加营养物质。但是生物滤池占地面积较大而且前期投资成本较高，除此之外，随着生物量的增长可能会造成填料的堵塞而增加压降和营养物质的耗尽而需要定期更换。国外对生物滤池的研究起步较早，美国早在1953年就将以土壤为填料的生物滤池用于治理污水处理厂的臭气，之后在欧洲也有了更为广泛的应用，特别是用于处理含有硫化氢及氨气的恶臭气体[26-27]。目前我国对该法研究也相对广泛，有不少的污水处理厂工程实例。例如，无锡市城北污水处理厂、成都市沙河污水处理厂等[28-29]。
2.3.3 生物滴滤法。生物滴滤法与生物滤池法最主要的不同是填料，生物滴滤塔一般采用的是惰性填料，例如空心塑料球、活性炭、陶粒、沸石等，填料只提供载体作用，其微生物所需要的营养物质由喷淋液提供[30]。营养物质由塔顶均匀地喷洒在填料上，并由塔底流出循环使用，臭气由塔底进入，在滴滤塔中与湿润的生物膜接触发生生物降解而达到除臭目的。生物滴滤塔除了对pH、温度、湿度及氧气量等有一定要求外，还对营养液的喷淋量有要求，在一定范围内随着喷淋量的增加，臭气去除率也会增加。
生物滴滤法的优点是其填料寿命较长，如果运行管理合理，可以长时间运行，不需要更换填料。由于喷洒循环液的原因，pH也易于控制，特别是在处理含硫的酸性物质时，效率较高[31]。但是，需要有足够长的停留时间才能够将恶臭气体完全去除。生物滴滤法在欧美、日本等发达国家已普遍应用于治理污水处理厂的臭气处理[32-33]，国内也有越来越多的相关报道，并且也开始应用于实际工程中[34]。
安徽农业科学2014年3小结
传统的污水处理厂除臭工艺中，物理法处理臭气较难达标，化学吸收法是一种低投资高运行费用的臭气处理技术，生物法是一种高投资低运行费用的处理技术。传统的这些臭气处理方法都存在着一定的局限性，因此，需要找到一种综合环境效益、社会效益和经济效益的新处理工艺来解决臭气处理问题，使其高标准达标排放。以期改善污水处理厂工作人员及附近生活居民的环境质量，同时缓解污水处理厂被投诉的压力。
在美国等发达国家，生物法除臭技术由于其运行成本较低以及除臭效果较为稳定的特点，其应用较为广泛。就我国目前臭气处理现状而言，综合考虑经济因素和设备的占地面积，组合工艺的使用会更加的合适，组合工艺的研发能够进一步节约除臭成本，并且提高除臭效率。
参考文献
[1] BARBOSA V，DUFOL D，CALLAN J，et al.Hydrogen sulphide removal by activated sludge diffusion[J].Water Science & Technology，2004，50（4）：199-205.
[2] ZARRA T，GIULIANI S，NADDEO V，et al.Control of odour emission in wastewater treatment plants by direct and undirected measurement of odour emission capacity[J].Water Science & Technology，2012，66（8）：1627-1633.
[3] 包景嶺，李伟芳，邹克华.浅议恶臭污染的健康风险研究[J].城市环境与城市生态，2012，25（4）：5-7.
[4] 李怀正，张璐璇，汤霞，等.城市排水管道中硫化氢产气原因及影响因素分析[J].环境科学与管理，2012，37（4）：95-97.
[5] 彭树恒，胡元明，岳文静.加强污泥处理处置的几点建议[J].中国工程咨询，2012（11）：49-50.
[6] LEBRERO R，BOUCHY L，STUETZ R，et al.Odor assessment and management in wastewater treatment plants：A review[J].Environmental Science and Technology，2011，41（10）：915-950.
[7] BURGESS J E，PARSONS S A，STUETZ R M.Developments in odour control and waste gas treatment biotechnology：a review[J].Biotechnology Advances，2001，19（1）：36-63.
[8] 沈东平，方卫，张甜甜.城市污水厂除臭技术的应用综述[J].微生物学通报，2009，36（6）：887-891.
[9] 尚小清，陈晓东.污水处理厂除臭技术浅析[J].应用化工，2010，39（2）：273-275.
[10] CHARRON I，FELIERS C，COUVERT A，et al.Use of hydrogen peroxide in scrubbing towers for odor removal in wastewater treatment plants[J].Water Science & Technology，2004，50（4）：267-274. [11] 盛金聪.除臭技术在我国城市污水处理厂中的应用[J].能源与环境，2007（6）：85-86.
[12] 徐维发.深圳市滨河污水处理厂三期工程除臭系统设计[J].中国给水排水，2007，23（18）：52-54.
[13] LAMBERT S，MCGRATH K.Can stored sludge cake be deodorised by chemical or biological treatment[J].Water Science and Technology，2000，41（6）：133-139.
[14] 刘国华.生物除臭技术研究进展[J].广东化工，2009，36（8）：102-103.
[15] 谢冰，史家樑.微生物法脱臭及其应用[J].上海环境科学，1997，16（3）：14-16.
[16] BRAUET H，VARNA G.Air pollution control equipment[M].Berlin：Springer Verlag，1981.
[17] LESON G，WINER A M.Biofiltration：an innovative air pollution control technology for VOC emissions[J].Journal of the Air & Waste Management Association，1991，41（8）：1045-1054.
[18] GROENESTIJIN J W，KRAAKMAN N J R.Recent developments in biological waste gas purification in Europe[J].Chemical Engineering Journal，2005，113（2）：85-91.
[19] KENNES C，VEIGA M C.Bioreactors for waste gas treatment[M].London：Kluwer Academic Publis，2001.
[20] RAMIREZ-LOPEZ E M，CORONA-HERNANDEZ J，AVELAR-GONZALEZ F J.Biofiltration of methanol in an organic biofilter using peanut shells as medium[J].Bioresource Technology，2010，101（1）：89-91.
[21] EDWARDS F G，NIRMALAKHANDAN N.Biological treatment of airstreams contaminated with vocs：An overview[J].Water Science and Technology，1996，34（3）：565-571.
[22] LIU J，MA W.Odor and VOCs treatment from wastewater treatment plant using a full-scale biofilter[C]//Business Management and Electronic Information （BMEI），2011 International Conference on.IEEE，2011：840-843.
[23] MORTON R，CABALLERO R.The biotrickling story：LA County Sanitation Districts' research pays off[J].Water Environment and Technology，1996，8（6）：39-45.
[24] YANG Y，ALLEN E R.Biofiltration control of hydrogen sulfide 1.Design and operational parameters[J].Air & Waste Manage，1994，44（7）：863-868.
[25] 韩力超，刘建广，罗培.生物滤池去除污水处理厂臭气的应用及展望[J].山东建筑大学学报，2011，26（4）：373-378.
[26] van GROENESTIJN J W，HESSELINK P G M.Biotechniques for air pollution control[J].Biodegradation，1993，4（4）：283-301.
[27] JIANG X，RONG Y，TAY J H.Simultaneous autotrophic biodegradation of H2S and NH3 in a biotrickling filter[J].Chemosphere，2009，75（10）：1350-1355.
[28] 蒋岚岚，梁汀，沈晓铃.无锡市城北污水处理厂扩建工程设计[J].中国给水排水，2007，23（4）：43-47.
[29] 马林伟，谢秩明.成都市沙河污水处理厂建设及设计特点[J].西南给排水，2006，28（5）：1-4.
[30] 陈子平，李建军，孙端方，等.生物滤池和滴滤池处理硫化氢的研究进展[J].安徽农学通报，2012，18（10）：218-220.
[31] ALONSO C，ZHU X，SUIDAN M T.Mathematical model for the biodegradation of VOCs in trickle bed biofilters[J].Water Science and Technology，1999，39（7）：139-146.
[32] ELIAS A，BARONA A，RIOS F J，et al.Application of biofiltration to the degradation of hydrogen sulfide in gas effluents[J].Biodegradation，2000，11（6）：423-427.
[33] MOHSENI M，ALLEN D G.Biofiltration of mixtures of hydrophilic and hydrophobic volatile organic compounds[J].Chemical Engineering Science，2000，55（9）：1545-1558.
[34] 芮旭東，陈丹，龚文瑾.除臭工艺在城市污水处理厂中的应用和发展[J].中国给水排水，2012，28（6）：21-23.