污水处理厂恶臭气体
治理介绍
王公望
帕克环保技术（上海）有限公司
二零零六年三月
随着国民经济的高速发展，人们对周围环境质量的要求也愈为关注，为控制恶臭物质对环境的影响，国家环境保护局于1993年就颁布了《中华人民共和国恶臭污染物质排放标准》（GB14554-93）。该标准规定了八种恶臭污染物的一次最大排放限值、复合恶臭物质的臭气浓度限值及无组织排放源的厂界浓度限制值。
就污水处理厂而言，由于在废水中含有硫、氮等有臭化合物，在处理过程中都会向大气逸散出有臭化合物，对周围环境产生了恶臭污染，影响了人们的生活质量。所以在建设污水处理厂的同时，有必要设置治臭设施，以满足国家环境保护局于2002年颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中规定的要求。
为了评价恶臭污染物和对恶臭污染物的防治措施，本文介绍了某些恶臭物质的敏阈值及其特性，恶臭污染物强度的评价标准，并对恶臭治理设施的设计作了较为详细的描述。
臭气通常是由于含硫、氮等化合物在其加热、分解、合成等工艺过程中产生出的臭气。低浓度臭气对人的主要危害是造成心理上的压力，因为这些难闻的气味会引起厌食、呼吸憋气、恶心、呕吐等现象。然而某些高浓度的臭气，如硫化氢则是剧毒的臭气，有生命危害。下表2-1所列的是废水治理设施中常见的臭气类型。
表2-1 恶臭物质臭阈及其特性
由于在废水中含有硫、氮等有臭化合物，所以在污水处理的流程范围内都可能存有散发臭气的场所。表3-1所列为常见的散发出臭气的源头。
表3-1 污水处理设施恶臭气体来源
表3-2、表3-3、表3-4所列。
表3-2 甲污水处理厂恶臭污染物监测结果
硫醇等。这些恶臭化合物对上呼吸道、眼有强烈的刺激作用，高浓度时能引起神经系统痉挛、瘫痪，乃至死亡，必须引起高度的重视。因此国家环境保护局于2002年颁布的《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）中对污水处理厂的废气排放最高允许浓度作了如下表3-5所列的限值。
表3-5 厂界（防护带边缘）废气排放最高允许浓度单位：
mg/m3
注：1. 位于《环境空气质量标准》（GB3095）中一类区的污水处理厂，执行一级标准。
2. 位于《环境空气质量标准》（GB3095）中二类区的污水处理厂，执行
二级标准。
3. 位于《环境空气质量标准》（GB3095）中三类区的污水处理厂，执行
三级标准。
根据《中华人民共和国恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）的规定，凡1994年6月1日起立项的新、扩、改建项目及其建成后投产的工业企业，对于无组织排放源的恶臭污染物厂界排放限值可执行表3-6二级、三级标准中相应的标准值。
表3-6 恶臭污染物厂界标准值
时所需的稀释倍数。
日本于1972年5月开始实施《恶臭防治法》，将臭气的强度分为6个等级，见下表3-7。
表3-7 恶臭强度的表示方法
α
X
lg(Mr
Y
22
k
+
4.
?
=)
/
（3-1）
式中：Y——臭气强度（平均值）
X——恶臭的质量浓度，mg/m3
k、α——常数，见表3-8
Mr——恶臭污染物的相对分子质量
表3-8 k、α值
见表3-9。
表3-9 恶臭污染物质量浓度与臭气强度对照表
防止恶臭气体自废水处理设施中逸散至大气，可对相应的设备和构筑物采取密闭或加盖，并设集气罩通过收集系统将恶臭气导致处置或处理设施。
对于恶臭物质的治理，可以通过建立燃烧、吸附、吸收等除臭装置加以去除。另外也可用大量无臭的空气进行稀释，降低其臭气强度，然后通过烟囱高空扩散排放；如臭味强度不大的，可采用屏障隔离以阻止臭气直接弥散，或在一定范围内释放具有芳香味的物质以掩盖恶臭物质的臭味。
（一）燃烧法
恶臭气体几乎都是可燃物质，在空气中都有自燃点。在焚烧炉温为
800℃，停
留时间为秒时，废气中的恶臭成分和有害气体等可燃物质即可被分解成无臭的二氧化碳和水。
（二）洗涤吸收法
洗涤吸收法是利用吸收液的物理、化学特性去除废气中的恶臭成分的一种常用
方法。可根据不同类别的恶臭物质选择相应的吸收剂。吸收剂可以是水、碱、酸以及各种化学氧化剂。
水吸收，仅对水溶性恶臭物有效，兼有冷凝恶臭物质的效果，通常可作为一级
（预）处理。
碱液吸收，适用于酸性的恶臭物质。
酸液吸收，适用于碱性的恶臭物质。
氧化——吸收，通常使用的氧化剂有次氯酸钠、高锰酸钾、过氧化氢等氧化剂，加入至吸收液中吸收并氧化分解恶臭物质。出于安全和操作原因，
S在臭气中的浓度高时，也在废水处理设施洗涤应用中，不宜使用氯气。当H
2
使用氢氧化钠。
洗涤吸收法通过洗涤塔实施。洗涤塔的基本设计目标是为空气、水和药剂之间提供接触的机会，使恶臭物质得到氧化、吸收。
洗涤塔通常为湿式逆流填料塔和横流填料塔。分别示于图4-1和图4-2。洗涤液是循环使用的。如果在洗涤液中使用不同的化学吸收剂，可以消除多种组分的恶臭物质，除臭效果将会更好。
采用化学氧化剂时与臭气（主要为H 2S ）的典型反应如下： H 2S 与次氯酸钠反应
NaCl O H SO Na NaOH NaOCl S H 42242422++→++ (4)
1）
（）（4×）
O H NaCl S NaOCl S H 202++↓→+ ………………………………
（4-2）
（） （）
H 2S 与高锰酸钾反应
O H MnO KOH S KMnO S H 224222323+++→+ （PH 酸性） (4)
3）
（3×）（2×）
图4-1 逆流洗涤图4-2 横流洗涤
O H MnO KOH SO K KMnO S H 224242282383+++→+ （PH 碱性）
（3×）（8
×） …………… （4-4）
H 2S 与过氧化氢反应
O H S O H S H 202222+↓→+（PH<5） ……………………………
（4-5）
在式（4-1）的反应中，氧化1mg 硫化氢需次氯酸钠，若硫化氢以硫化物表示，则为。此外在式（4-1）的反应中还需消耗氢氧化钠（碱性），以补偿反应中消耗的碱度。在实际应用中，次氯酸钠消耗量为8~10mg 。在式（4-2）的反应中，每mg 硫化氢所需次氯酸钠量为。
当使用高锰酸钾时，根据化学计算式（4-3）和（4-4）每氧化1mg H 2S 分别需及 KMnO 4。式（4-3）和式（4-4）的反应产物视当地废水的化学性质而定，包括元素硫、硫酸盐、硫代硫酸盐、连二硫酸盐以及硫化锰等。
在式4-5的反应中，每氧化1mg H 2S 需1mg H 2O 2，实际需要量约为1~4mg 之间。
在臭气中其它气体浓度很小时，次氯酸钠洗涤塔可望去除的臭气效率见下表4-1。
表4-1 恶臭污染物质量浓度与臭气强度对照表
塔。
图4-3所示为三级洗涤塔除臭流程图，图中第一级为预处理阶段，用以提高PH 值，从而使部分臭气（如H 2S ）在第二、第三级中处理以前已减少。在三级处理中，第一级发生的反应可表示如下：
O H S Na NaOH S H 2222+→+ (4)
6）
为减少沉积造成的维护问题，最好使用低硬度（小于50mg/l 以CaCO 3计）的补充水。
（三）吸附法
吸附法除臭可分为物理吸附和生物吸附分解两种基本类型。 1. 活性炭吸附
物理吸附通常使用活性炭作为吸附剂。由于活性炭的吸附率与被吸附物质的组
分或化合物的性质有关，所以必须知道拟处理臭气的组分。为了持续地除臭，活性炭必须再生或定期更换。为延长活性炭的使用期，可采用二级处理系统，第一级为湿式洗涤塔，其后为活性炭吸附器。图4-4为活性炭吸附器示意。
2. 生物吸附降解
在好氧条件下，硫化氢及其它可溶于液体中的恶臭化合物，可直接导入活性污泥法曝气池或并入其工艺供气系统，利用曝气池内混合液中的微生物分解恶臭物质；另一种方法是将恶臭气体导入装有填料的生物滤池，恶臭气体通过滤床向上运动时，吸附和生物转化作用将同时发生。恶臭物质被湿润的表层生物膜和填料表面吸附，附着在填料介质上的微生物氧化被吸附的恶臭物质，臭气得以去除。对于生物滤池除臭效果而言，保持滤床内适宜的湿度在50%~65%之间和温度在15℃~45℃范围内乃是其操作运行的重要环境条件。由于常规生物滤池应用于除臭设施方面还存在着一些问题，诸如怎样将含有恶臭的气体传输到滤池中去，以及如何避免未处理的恶臭物质排到大气中去。目前多以堆肥生物滤池替代常规的生物滤池，但需要较大的表面积。
图4-3 三级除臭过程流
图4-4 活性炭吸附器
在选择和设计处理臭气的设施时，除了确定拟处理臭气的性质及其处理的气体流量外，还需确定臭气经处理后执行的排放标准，并根据当地的气象和大气的环境条件选择臭气治理设施的类型。
目前对于臭气治理设施多数采用化学洗涤塔或堆肥生物滤池两种方法。（一）化学洗涤塔
一般采用单级逆流式洗涤塔，其填料多数由塑料制作的鲍尔环、泰勒环……等
等。
表5-1显示的为化学洗涤塔典型的设计参数。
表5-1 化学洗涤塔典型设计参数
计一化学洗涤塔，拟用次氯酸钠作为洗涤剂，算出其化学药剂及水的用量：解：
1. 求出塔的直径
a. 假设气体在填料内的停留时间t = (s)
b. 所需填料体积
式中 ： Q —— 废气流量，m 3
/s
t —— 废气在填料中的停留时间，s α —— 填料孔隙率。
取α=
c. 洗涤塔直径 设填料厚度 洗涤塔直径 m h
V
D 137.34
.25
.1844=??=?=
ππ，取D = m
2. 求出温度为20℃，压力为1atm 时，1mol 气体所占的体积。 应用理想气体方程式： P
T
R V ?=
L/mol 式中：P —— 绝对压力，atm
V —— 1mol 气体占有的体积，L R —— 气体常数，R =
T —— 绝对温度，T = 273 + t 3. 根据步骤2算出每日必须处理的H 2S 量 将30ppmH 2S 浓度换算成g/m 3 H 2S 浓度 = mg/m 3 每日必须处理的H 2S 量： 4. 估算出次氯酸钠的剂量
根据反应式（4-1），次氯酸钠剂量为 mg NaOCl / mg H 2S 每日次氯酸钠剂量：
5. 求出为补偿反应中消耗的碱度而添加NaOH 剂量 根据反应式（4-1）为 mg NaOH / mg H 2S 每日氢氧化钠剂量：
d kg S H mg NaOH mg d S H kg NaOH /93.71/35.2/61.3022=????=
6. 求出洗涤塔用水量
取液气比为
()
()2
/
/
3
=
气流
洗涤液
s
m
S
L
洗涤液流量 = ? m3/60s = L/S = 60 m3/h
（二）除臭生物滤池
1. 生物滤池的组成
生物滤池通常由填料、布气及配水系统所组成。
（1）填料
用于生物滤池的材质有堆肥、泥炭及各种合成材料。
为保持堆肥或泥炭生物滤池填料的一定孔隙率，需向其中掺合诸如泡沫聚苯乙
烯团粒、木屑、树皮以及陶瓷和塑料材料的所谓膨胀介质。典型的堆肥生物滤池做法为：堆肥与膨胀介质的体积比 = 1:1。此外还要投加1meqCaCO
3
/g填料的中和剂。
作为生物滤池填料的最佳物理性质应为：PH值7~8之间；孔隙率40%~80%；有机物含量35%~55%。对于堆肥滤池而言，还必须定期向滤床添加堆肥，以补偿生物转换时造成的堆肥损失。
（2）布气设施
生物滤池的布气设施应具有集布气、排水作用于一体的功能，而且需要有一定
的蓄水容量。通常布气系统多采用穿孔管或预制的底部排水系统。下图5-1为生物滤池构造示意图。
水
配水系统
穿孔布气管
填料
臭气配水系统
填料
预制排水系统
（3）
配水系统
配水系统是为了保持生物滤池滤床中的适当湿度而设置的，过低和过高的湿度
均不利于生物的活动，前者会使滤床干枯；后者有可能导致产生厌氧条件。因为过高的湿度将会使空气流通量受到限制。滤床内最佳的湿度在50%~65%之间，可由下式确定： 湿度，
100%???
?
??+=填料质量水的质量水的质量 …………………………… （5-1）
2. 生物滤池设计
表5-2为生物滤池的典型设计参数。设计时应确定臭气在滤床中的停留时间、
表面负荷率以及主要组分的去除能力。
表5-2 生物填料滤池典型设计参数
图5-1 生物滤池构造示
（a ）穿孔管布气 （b ）底部预制排水系
般在
15~40s 之间；当H 2S 浓度在20mg/L 时，表面负荷率可为120 m 3
/m 2
h 。组分去除率由试验决定。
据介绍，臭气在生物滤池内的去除能力，在临界负荷率之前基本为1:1的线性关系。如图5-1所示的关系曲线。
也曾有过对堆肥滤池报导过1:1线性关系H 2S 的去除率其最大负荷可达130 g s/m 3h ，超过此值，负荷再增加，其去除率基本保持在130 g s/m 3h 的常数不变。由此可见，H 2S 通过堆肥滤池时很容易被除去。
= 100%
例5-2 废气流量3000 m 3/h ，废气中除其它臭气外，H 2S 含量为50ppm ，臭气温度20℃，试设计一堆肥生物滤池并求出为中和滤池中形成的酸所需缓冲化合物质的量。滤床孔隙率为40%。
解：
1. 求出所需滤池面积
按表5-2中的参数，取表面负荷率 SLR = 90 m 3/m 2h 滤池面积 23390
3000
m SLR Q A f ===
2. 由表5-2取滤床厚度为
3. 核算空床停留时间（EBRT ）
6.433000
1
.133=?=
=
Q V EBRT f (s) （＞30s 可用）
4. 核算实际停留时间（RT ）
4.173000
4
.01.133=??=
?=
Q
V RT f α (s)
5. 求出温度为20℃，压力为1atm 时，1mol 气体所占的体积
6. 求出每日必须处理的H 2S 量 a. 将50ppmH 2S 浓度换算成 g/m 3 H 2S 浓度 = 71?10-3 g/m 3
图5-1 相对于施加负荷的去除能力
质量负荷 /（g/m 3h ）→
去除能力 /（g /m 3h ）→
b. 每日必须处理的H
2
S量
H
2
S = 3000 m3/h?71?10-3 g/m3?24 h/d = 5112 g/d = kg/d
7. 求出S2-的质量负荷（Ms），以g S2-/h 计
8. 核算S2-的容积施加负荷（VLRm）
9. 求出缓冲化合物质的量
a. 求出每年施加的H
2
S质量（kg）
根据步骤6中计算所得，每年施加的H
2
S质量
H
2S /
kg a = d
kg/?365d= /
kg a
b. 求出所需缓冲化合物的质量
假设选用Ca(OH)
2
作为缓冲剂
按以上反应式，每kg H
2S约需 kg Ca(OH)
2
，若堆肥生物滤池使用期限为
2年，则8100kg的Ca(OH)
2
的当量需投入滤床，一般需投加~倍。缓冲剂是与堆肥和膨胀介质掺合在一起加入的。
1. 郭静、梁娟等：“污水处理厂恶臭污染物状况分析与评价”
中国给水排水 2002
2. 《中华人民共和国恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）
3. 《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）
4. 刘天齐主编：“石油化工环境保护手册”
烃加工出版 1990
5. 泰裕珩等译：“废水工程处理与回用” [美]梅特卡夫和埃迪公司第四版化学工业出版社 2004