地下污水处理厂的恶臭污染特征与技术需求分析

一、地下污水处理厂的产生背景与发展

随着我国城市化建设的迅速推进，城镇化率不断提高，国家对城市的发展要求也不断提高，有限的城市土地资源愈发珍贵。污水处理厂作为城市发展配套的重要市政基础设施，是城市发展的重要组成部分。由于传统的地上污水处理厂往往恶臭及噪声不可控、产生固体废弃物、在人口密集区选址困难且不易搬迁，会干扰民众生活、极大影响城市形象，也为稀缺的城市土地资源造成压力。随着我国地下建筑、城市地铁等各类地下空间建造技术的发展，地下污水处理厂的建设也日益受到人们关注。由于地下污水处理厂具有节约土地、环境友好和可资源利用的特点，日益成为未来污水处理厂的发展方向。

二、污水处理厂除臭的发展历程

在污水处理厂运营过程中最突出的问题之一就是臭气扰民问题。随着城市化进程的发展，很多污水处理厂周边出现了居住区。污水处理过程中产生的大量恶臭物质（硫化氢、氨气等），会影响周边居民生活体验，甚至危害人们的身体健康。近年来，污水处理厂周边由于臭气扰民的环境投诉居高不下，部分地区甚至出现了社会舆情。因此，污水处理厂对除臭的要求也逐渐重视。总的来说，污水处理厂除臭的发展历程主要包括地上敞开式除臭、加盖收集除臭和地下式封闭除臭三个阶段。

2.1 地上敞开式除臭

早期的地上污水处理厂在建设时未曾考虑恶臭污染及治理问题，故设施往往设计为敞开式。敞开式臭源具有面积较大且不易捕集的特点，当恶臭物质产生时，臭气唯一的处理方式为通风，大量的恶臭物质直接排放到周边环境中。尤其在夏季和秋季，气温偏高，污水水温高，微生物活性强，污水处理厂排出的臭气更多，严重影响到周边居民的生活。且臭气含有多种污染物，如硫化氢、氨气、甲硫醇等，有毒有害，未经处理便排放会破坏城市生态环境，并对人体健康造成巨大威胁。

2.2 加盖收集式除臭

由于污水处理厂的恶臭问题引起很大的投诉，在后续的污水处理厂设计和运营过程中，对于产生臭气的设施开始采用加盖的方式收集统一处理。早期的敞开式污水处理厂大多是在原有基础上直接加盖改造，新建的污水处理厂直接在设计建造时在系统中涵盖除臭系统。臭气加盖除臭系统需要考虑构筑物种类、气密性、管道尺寸排布等因素，加盖材料主要有玻璃钢、充气膜、混凝土等。加盖方式主要分为高盖（4~5 m）和低盖（＜1 m）两种，高盖主要适合于污泥浓缩池等设备，低盖主要适用于生物反应池等设备。但是随着时间推移，加盖收集设备系统老化，臭气仍然可能会有泄露风险，故处理方法逐渐转向封闭式除臭。

2.3 地下封闭式除臭

随着城市空间资源的紧张和地下空间技术的发展，污水处理厂也进入到地下封闭式除臭阶段，这种除臭方式能够有效解决对周边环境的臭气污染问题。目前，地下污水处理厂的建造形式分为全地下式和半地下式，全地下式分为单层地下式和双层地下式。全地下式污水处理厂构筑物与维护空间均在地下箱体中，景观效果好，臭气密封性好。半地下式污水处理厂维护空间在地上，构筑物在地下，但是维护高度受设备起吊高度影响。

近年来，我国多地开始建设了一批地下污水处理厂及其除臭配套工程，如表1所示。但从总体来说，目前国内地下式污水处理厂的数量占全国污水处理厂总数量的比例不到1%，但对于近期新建污水处理厂，地下污水处理厂呈现快速增长的态势。 

表1 部分地下式污水处理厂除臭工程项目

三、地下污水处理厂恶臭污染的特点

由于地下污水处理厂的空间有限，在构筑物布置方面，为了空间的最优管理，各工艺处理单体布置模式采用集中式布置，设备尺寸规划有序，管道铺设较为紧密，车间通道较为狭窄，一般只有出入口与地上联通，工作区域与地上隔绝，导致空气流通性较差。构筑物在运行过程中排出的恶臭物质无法自然扩散，只能大量积累在地下空间，不易挥发稀释。污水处理厂中各处理单元所产生的恶臭物质的组成和浓度不尽相同。在局部区域极易出现恶臭污染物浓度过高的状况，尤其是在预处理工段、生化处理区和污泥处理区。相比于地上污水处理厂，地下污水处理厂在各处理单元产生的恶臭污染物（以硫化氢和氨气为例）浓度明显要高出很多（见表2）。

表2 不同单元典型恶臭物质浓度对比

此外，地下污水处理厂中空气的温湿度大，环境闷热，随运行时间增加，设备、仪表、管路均易出现腐蚀情况，再加上部分除臭装置密封性较差，除臭闭环部分点位缺失，增加了恶臭物质逸散的风险。由于恶臭物质均具有刺激性气味，如硫化氢具有臭鸡蛋气味、氨气具有高刺激性臭味等，且大部分恶臭污染物毒性阈值和嗅阈值低，因此，地下污水处理厂恶劣的空气质量会极大损害工作人员的环境体验和身体健康。

四、恶臭污染相关的技术标准

对于城镇污水处理厂恶臭污染物控制，表3总结了现行的部分大气污染物排放标准及污水处理厂与除臭相关的标准。

表3 现行恶臭物质排放标准和污水处理厂（除臭）标准

目前，我国恶臭相关的标准体系还很不完善。当前执行的《恶臭污染物排放标准》（GB 14554-1993）发布已近30年，恶臭控制指标较少，仅有恶臭污染物排放标准和恶臭测定方法标准，尚未制定恶臭环境质量标准，这导致恶臭环境质量评估困难，恶臭环境管理缺乏约束力。我国恶臭监测方法标准、恶臭标准样品标准、行业标准（包括技术要求、规范、导则等）一系列法规、标准体系存在空白，还没有专门针对地下污水处理厂的恶臭排放标准，使用的仍然是地上污水处理厂的恶臭排放标准（GB 18918-2002）。

地下污水处理厂由于景观要求，其在地面以上的排放烟囱高度远远低于地上污水处理厂的排放烟囱高度；并且地下污水处理厂的排放口周边环境可能是公园、休闲区、绿化带等区域，环境要求更高。因此，对于地下污水处理厂的恶臭污染控制要求应与地上污水处理厂的要求有所区别。此外，由于地下空间有限，除臭设备的设计与运维较地上空间要求更高。目前仅有广东省地方标准《城镇地下污水处理设施通风与臭气处理技术标准》（DBJ/T 15-202-2020）对臭气控制技术的要求做出了规定，但对于具体的设计参数和相关除臭设备的运维指导仍然缺乏相关的标准参考。

另外，需要指出的是，当前恶臭污染物排放标准相对较低。虽然《恶臭污染物排放标准》（GB 14554-1993）对典型恶臭污染物的排放浓度做出了限制，但由于很多恶臭物质的嗅阈值很低，在实际的工作中，往往存在臭气“达标扰民”的现象：恶臭污染物排放均能满足相关限值要求，但仍然引起周边居民的环境投诉。在地下空间，由于空气流动性减弱，人对“达标臭气”的味道会更为敏感。

五、地下污水处理厂除臭的技术需求分析

地下污水处理厂具有空间有限、空气流动性差、恶臭物质浓度高、空气温湿度大等特点。因此，地下污水处理厂的恶臭污染控制面临的课题和技术需求包括：

5.1 适合地下空间的高效臭气收集和通风系统设计

地下污水处理厂在箱体通风及除臭系统设计方面具有特殊性。地下污水处理厂的处理设施由于集中排布且箱体较大，通风气流组织的设置受限制；同时，整个系统的通风量大，对通风系统布置提出了较大的挑战。同时，地下式污水处理厂各工艺处理单元内的设备、管线布置错综复杂，排放点位较多，通风、臭气收集管线需随时调整，工作量较大。应根据地下污水处理厂的地下空间特点和运行要求，有针对性的进行设计。

主要的设计内容包括排风系统、送风系统及臭气收集系统。在送排风系统设置方面，每部分的排风系统应单独设置；当不可避免的合并通风系统时，应考虑干湿气体的分离。在臭气收集系统方面，应确定需除臭的单体范围，核实除臭量；并根据各区域的气量分配，合理布置除臭装置的位置，确保进排风管道有足够的安装空间；除臭系统管路布置复杂，应合理匹配主支管除臭风量、管径及流速；应完善除臭点位，尽量避免臭气的集中放散源。

5.2 适合地下空间气体特性的高效除臭技术

由于地下污水处理厂空间有限，不易维护，所以除臭技术的选择原则上应考虑占地少、运行相对简单稳定、效果显著及经济性高的方法。臭气处理技术可分为物理法、化学法和生物法。物理法包括吸附法、吸收法，该类方法建设成本较低，但是运行成本较高，且存在运行效果不稳定的问题（例如活性炭吸附高温湿度气体，极易饱和）；化学法包括燃烧法和洗涤法，去除效果较好，但操作流程复杂，成本较高；生物法包括生物滤池、生物滴滤、生物洗涤等，去除效率高，且具有投资运营费用低，维护简单，运行稳定，二次污染小、可处理含不同性质组分的混合气体等优点。

我国目前地下式污水处理厂实际工程应用的除臭技术以生物除臭技术为主。如以北京某再生水厂为例，臭气中的特征污染物为硫化氢与氨气，臭气处理工艺采用“生物滴滤-生物过滤”。预处理工艺段全部密封，从粗格栅开始，构筑物加盖密封通过风机收集送至生物除臭塔处理，除臭效果良好。但生物技术的空塔停留时间较长，导致设备占地面积较大。因此，在地下有限空间内，如何进一步提高传统生物技术的效率，减小设备的占地面积，是未来生物除臭技术的一个重要研究方向。此外，对于某些特殊污水（工业废水含有挥发性有机物），由于恶臭物质复杂，难以快速降解，仅采用单一生物技术无法达到排放要求，应根据产生的恶臭物质种类和浓度，采用生物与物化等不同技术的组合工艺以达到最佳的去除效果。因此，多种除臭技术的耦合，将成为未来地下污水处理厂高效除臭工艺的重要发展趋势。

5.3 除臭设备的小型化和智能化

因为地下空间的限制，在同等处理效果的情况下，设备尺寸要尽量更小，排列更为紧凑，这就对除臭设备的一体化和小型化提出了需求。

另外一点是设备的智能化需求。这种智能化体现在智能监控技术和智能控制技术两个方面。智能化监控技术主要依靠自动监测仪器和传感器，实现对除臭系统风量、风压、进出口气体恶臭物质浓度的实时监控，同时也包括对恶臭物质泄漏的报警功能；智能控制技术主要包括风机的自动变速以调节风量风压的动态变化，以及根据塔内湿度变化，自动启动喷淋系统等。在地下空间环境条件限制的背景下，智能化将大大提高除臭设备的运行效率，同时降低工作人员的劳动强度。因此，智能化技术在除臭设备中的应用值得未来持续关注。

5.4 除臭设备的长期稳定运维技术

由于地下污水处理厂空间狭窄，大型设备的进出较为困难，需要特殊的检修方式，所以设备维护的次数比地上污水处理厂要少，对设备的长期稳定运行的要求提高。如在臭气生物过滤塔中，生物量的过量堆积会造成填料堵塞，导致填料层压降上升、处理效果恶化等问题。但是频繁进出地下污水处理厂更换填料较为不便，因此，需要开发生物过滤塔长期稳定运维的技术，包括开发持久耐用的新型填料，研究填料层结构劣化规律及其优化技术，开发营养液缓释技术、研究填料层防堵塞技术和疏堵技术，开发生物量调控技术（防止生物量的过快积累）等。未来除臭设备长期稳定运维技术仍有探索空间。

六、结 语

随着社会和城市发展，地下污水处理厂能够顺应城市化发展进程，节省土地资源，解决地上污水处理厂产生的恶臭等问题。但是相比于地上污水处理厂，地下污水处理厂恶臭污染具有环境密闭、空气扩散性差、恶臭物质浓度高、污染物易积累等特点，这些特点对地下污水处理厂的恶臭污染控制提出来更高的要求。此文对地下污水处理厂恶臭相关标准和除臭技术需求进行了分析并提出了参考意见。可以展望，我国城镇化快速发展催生地下污水处理厂的需求更加迫切。在这个过程中，对于地下空间环境的控制与维持将是一个重要课题，值得未来持续关注。