郭学彬，常 江，赵 珊，鲁富蕾

（1. 北京城市排水集团有限责任公司科技研发中心，北京 100124；2. 北京北排科技有限公司，北京 100124；3. 北京市污水资源化工程技术研究中心，北京 100124；4. 天津市生态环境科学研究院，国家环境保护恶臭污染控制重点实验室，天津 300191）

随着我国经济快速发展及城市化进程的加快，全国污水处理厂的数量和处理规模逐渐增加。据住建部公布数据显示，截至2019 年底我国已建成城镇污水处理厂4 140 座，处理能力21 450 万m3/d，平均污水处理率95.18%。但污水处理过程中产生的恶臭气体不仅影响周边居民的身心健康，还对大气环境造成了严重污染[1]。国家生态环境部公布了2019 年度全国环保举报情况，大气污染占各类举报的50.8%，其中恶臭异味占大气举报的41.0%。污水处理厂恶臭物质的治理引起人们的广泛关注。

目前，污水处理厂恶臭气体治理技术主要有物理法、化学法和生物法[2-6]。物理法主要为活性炭吸附法，其原理是利用活性炭多孔结构，将恶臭气体吸附去除，其处理效率高，但后期吸附饱和的活性炭需要定期更换，运行成本大[7-9]。化学法主要有化学洗涤法，其原理为利用恶臭组分与化学药剂发生不可逆的化学反应，从而生成新的无臭物质以达到脱臭目的，但化学药剂作为危化品将逐步被管控，也会对环境造成二次污染[10]。生物法以其处理效率高、投资运行成本低和处理效果良好成为污水处理厂主要的除臭方法[11-12]，其原理为恶臭气体在通过生物填料时被附着在填料上的微生物吸附，然后吸收和消化降解为二氧化碳和其他无机物，如含硫恶臭污染物中的硫转化为环境中稳定的硫酸盐，含氮污染物中的氮转化为环境中稳定的硝酸盐或氮气[13-14]。生物除臭法关键在于微生物种类的选择，其微生物种类决定恶臭物质的生物降解程度，根据微生物菌种的生存条件选择合适的生物填料供其生长，培训出能高效除臭的微生物菌种，使得恶臭治理技术尤其是生物治理技术出现新的突破[15]。

北京某污水处理厂处理规模为20 万m3/d，污水处理手段采用氧化沟工艺。为减少污水厂内恶臭气体的排放，对厂内的进水区、曝气沉砂池、厌氧池、氧化沟和污泥区等构筑物都进行了封闭管理，使恶臭气体集中治理并达标排放[16]。该厂采用以生物除臭法为主的除臭技术，生物除臭系统主要由生物反应池体、生物滤床、营养液循环喷淋系统和参数控制系统等组成[17]，可在生物除臭系统启动时投加自主研发的除臭微生物菌剂，便于研究微生物种类在生物除臭中的影响[18]。本研究目的在于调查分析生物除臭系统运行过程中微生物群落的变化，并结合除臭效果筛选出更高效的除臭微生物菌种。通过给微生物提供不同的生存环境，培育出对不同恶臭组分具有针对性脱除的微生物菌群。

1 材料与方法

1.1 试验样品

在污水处理厂选定7 套除臭系统，将微生物载体填料放置于污水厂的除臭系统的生物箱内，分别设置在进水区、曝气沉砂池、厌氧池段、厌氧池Ⅱ段、氧化沟Ⅰ段、氧化沟Ⅱ段和污泥区，并将其编号为1～7#，该除臭系统采用生物段加洗涤段等工艺。试验样品分为炭质填料和海绵填料（塑料球内包海绵）2 种，其中炭质填料放置到编号5#、6#系统中的生物段和洗涤段，在7#系统中的生物段放置炭质填料，洗涤段放置海绵填料。在7 套除臭系统中，喷淋液采用系统自身循环水，其中1#～6#系统采用编号为1#～6#的液体样品，7#系统中的生物段循环水设为7#液体样品，7#系统中的洗涤段循环水设为8#液体样品。

1.2 采样方法

恶臭气体采样方法是在除臭系统的排气筒采样口处现场用气体采样器将排气筒中的臭气采集到事前配制好的硫化氢和氨气的吸收液中；臭气浓度采用臭气浓度玻璃采样瓶采集；最后将采集的气体样品送第三方进行检测。微生物群落的采样方法是从不同生物除臭系统的循环水箱中采集水样和除臭设备中采集微生物附着的生物填料样品，并将采集的水样和生物填料样品送第三方检测。采样频次为1 次/月。

1.3 检测方法

恶臭气体检测采用国标法，检测项目为硫化氢、氨和臭气浓度，见表1[19-21]。

表1 恶臭气体检测方法

2 结果与讨论

2.1 硫化氢变化规律

跟踪检测7 套生物除臭系统近一年的硫化氢进出口浓度和去除效率，见图1。

图1 可知，除臭系统进口H2S 浓度相差较大，可能是由于受到气温和水温的影响，导致污水中微生物活性不同，产生的臭气也不同。同时由于收集的恶臭气体来源不同，系统进口H2S 差距明显，污水区和污泥区H2S 浓度较高为0.03～10.45 mg/m3，生物池的年平均H2S 浓度为0.06 mg/m3，而曝气沉砂池可达10.45 mg/m3，这可能是由于污水向污水厂的流动过程中已开始产生H2S，而到曝气沉砂池时H2S 产生量较大，集中释放，导致H2S 浓度升高。H2S 在污水处理厂各处理单元浓度变化为曝气沉砂池>>进水区、厌缺氧池>污泥区>生物处理区。

图1 硫化氢去除效果

除臭系统去除效率与进口浓度有关，进水区和污泥区的去除效率可达90%以上，生物池的去除效率仅50%以上。综上，除臭系统在测试阶段运行基本正常，达到工程设计要求。经生物除臭系统处理后的出口H2S 均低于1.5 mg/m3，当排气筒高15 m时，满足北京市《大气污染物综合排放标准：DB11/501—2017》[22]要求。

2.2 氨气变化规律

跟踪检测7 套生物除臭系统近一年的氨气进出口浓度和去除效率，见图2。

图2 氨气去除效果

图2 可知，氨气相比于硫化氢浓度变化较小，除臭系统进口的氨气含量相差较小，夏秋季氨气进气浓度相对较高。总进水区氨气浓度明显高于其他位置，这可能是由于污水在管网中处于厌氧状态下，污水中的有机物被厌氧细菌分解、消化产生氨气，并在进水区得到集中释放，使氨气浓度升高。氨气在污水处理厂各处理单元浓度变化为进水区>污泥区>厌缺氧区、生物处理区。

由于除臭系统进口氨气浓度较低，去除效率不高，但出口浓度仍达标。综上，在测试阶段除臭系统运行基本正常，达到工程设计要求。经过生物除臭系统处理后出口氨气浓度值均远低于北京市《大气污染物综合排放标准：DB11/501—2017》要求。

2.3 臭气浓度变化规律

跟踪检测7 套生物除臭系统近一年的臭气浓度进出口浓度和去除效率，见图3。

图3 可知，夏秋季臭气浓度进口浓度相对较高，除臭系统进口的臭气浓度随季节变化明显，浓度相差7～36 倍。不同的除臭系统，臭气浓度差异较大。臭气浓度在污水处理厂各处理单元浓度变化为曝气沉砂池>>进水区、厌缺氧池、污泥区>生物处理区。

图3 臭气浓度去除效果

臭气浓度经除臭系统处理后，臭气浓度最高为101 处理效果良好。整体而言，在测试阶段中，除臭系统运行基本正常，达到了工程设计的要求。经过生物除臭系统处理后的出口臭气浓度值均远低于标准[22]的要求。

2.4 同一点位、不同气体监测项目间对比

对污水处理厂除臭系统的同一点位、不同监测项目间的恶臭气体进行检测，对其进出口浓度及去除效率对比分析，见表2。

表2 可知，在进水区、污泥区和厌缺氧池的进口硫化氢比氨气高一个数量级，曝气沉砂池高2 个数量级；在生化池，进口硫化氢和氨气为同一数量级。监测周期内，出口气体浓度均较低，硫化氢去除效率均达到70%以上；氨气去除率整体效果不明显；臭气去除率均为70%以上。

表2 同一点位、不同监测项目间对比

除臭系统的正常运行对硫化氢和臭气有一定的处理效果；由于进口浓度较低，除臭系统对氨气去除效率较低，部分系统去除效率几乎无降低，可能是由于其进口浓度较小，处理效果不稳定造成。硫化氢与臭气浓度关系密切且有相似变化规律，可将硫化氢作为污水厂典型恶臭污染物的监控对象。

2.5 除臭系统微生物生存状况分析

6 ～10 月间，对除臭系统中pH 及填料上的微生物生长状况进行检测，其液体样品pH，见图4。

图4 液体样品pH 变化趋势

图4 可知，2#系统由于pH 较低，嗜酸性菌在LB培养基中难以培养。但1#系统的pH 与5～7#系统类似，菌群计数却明显低于5～7#系统。经现场沟通得知，可能是1#系统在运行过程中需经常往水箱中补水，稀释了液体样品中的菌群计数，导致1#系统菌落数较低。污水处理厂的典型恶臭气体是硫化氢，液体样品的pH 为偏酸性。用LB 培养基进行菌群计数，可以得到适合于中性环境生长的菌群数量，而嗜酸性菌在本项目中没有得到监测和统计。

经过对除臭系统中的循环液进行检测，液体样品微生物生长趋势，见图5。

图5 液体样品微生物生长趋势

图5 可知，液体样品的微生物总数随月份逐步增加，并在9 和10 月达到最大。其中5～7#除臭系统中的数量变化较大，1～4#除臭系统中的总数较少，这可能与臭气组分的影响或者pH 有关。

经过对除臭系统中微生物在填料固体上的生长情况进行检测，见图6。

图6 固体样品微生物生长趋势

图6 可知，系统整体细菌数从6～10 月随着温度的升高而提升，但上升的速度不同，由于5#、6#除臭系统处理的是生化池上的恶臭气体，处理气源的污染程度较低，菌剂增值也较慢，固体填料上的微生物菌群数大致固定在106量级上。而7#除臭系统处理的是污泥脱水机房的恶臭气体，处理气源的污染程度较高，菌剂增值较快，固体炭质填料上的微生物菌群数增殖了约20 倍，海绵上增殖了约37 倍。说明除臭微生物的生长与进气气源的性质密切相关，且在固体海绵填料比在炭质填料上生长的快。

对除臭系统固体-液体微生物进行检测，见图7。

图7 除臭系统固体-液体微生物生长趋势对比

图7 可知，在同一除臭系统中，固体填料上的微生物菌群数量大于循环液体，但6 和7 月不明显，5#、6#除臭系统也不明显。这可能是由于微生物系统的生长活性受温度影响较大，当有机物充足条件下，气体温度较高的8～10 月，大量微生物附着于填料上增殖更快。

3 结论

（1）在污水处理厂不同构筑物间，硫化氢的变化规律为曝气沉砂池>>进水区、厌缺氧池>污泥区>生物处理区；氨气的变化规律为进水区>污泥区>厌缺氧区、生物处理区；臭气浓度的变化规律为曝气沉砂池>>进水区、厌缺氧池、污泥区>生物处理区；经生物除臭系统处理后均达到了排放标准要求。（2）经生物除臭系统处理后，硫化氢出口浓度均低于1.5 mg/m3，并在进水区和污泥区去除效率可达90%以上；氨气的进口浓度较低，去除效率不高；臭气浓度经系统处理后浓度值最高为101，其去除效果良好。（3）在生物除臭系统运行时，pH 偏酸性；微生物菌群数在固体填料和液体中都有所增加，海绵填料承载微生物菌群的能力比炭质填料更为优异，且都比循环液体中的微生物菌群数量高。