廚余濕垃圾堆肥惡臭氣體治理技術(shù)

任思橙，史林華，任元松

（上海野馬環(huán)保設(shè)備工程有限公司，上海 200436）

任何刺激到人們的嗅覺系統(tǒng)而引起不愉快，并且破壞周邊空氣環(huán)境的氣體統(tǒng)稱為惡臭氣體。截至目前，人類嗅覺器官可以感受到的惡臭污染物有4 000多種，而不同類型的惡臭氣體會含有不同的“發(fā)臭團”，從而使其呈現(xiàn)出不同的臭味[1]，通常，這些惡臭污染物具有處理難度大、嗅閾值低的特點。同時，惡臭造成的危害也是多樣的，不僅從感官上會使人精神萎靡、身體不適、頭暈、乏力，還會對人類的呼吸系統(tǒng)、消化系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)及神經(jīng)系統(tǒng)造成不同程度的毒害[2]。其中，在廚余有機垃圾腐殖化過程中產(chǎn)生的惡臭污染物主要有：R-SH、H2S、NH3、C8H10、C6H4（CH3）2等。在這些惡臭氣體中，芳香類的化合物具有致癌、致畸和致突變的作用[3]。所以，濕垃圾堆肥惡臭的治理不僅要從末端去除，更要從源頭進行減排，并且保證資源充分回收與利用。因此，針對惡臭的治理越來越受到社會各界廣泛的重視。

1 濕垃圾堆肥惡臭氣體的來源與組成

目前，我國的垃圾收集方式正在從混合收集向分類收集轉(zhuǎn)變，且處理工藝也有所差異。同時，隨著我國居民環(huán)境保護意識的提升，廚余濕垃圾的分類處理及資源化利用，已在各地區(qū)大力推廣[4]。一般情況下，濕垃圾是指居民在各種場所就餐等活動中產(chǎn)生的有機垃圾，主要包括剩菜、剩飯、果皮、碎骨等固體垃圾[5]。而在這些有機垃圾腐殖化過程中，會產(chǎn)生大量的惡臭氣體，如H2S、NH3等，但這些垃圾資源也具有“危害性”與“資源性”的兩面性[6]。

在濕垃圾堆肥過程中，如蛋白質(zhì)這樣的有機成分，會在好氧菌的作用下產(chǎn)生氨氣等惡臭氣體；但如果氧分不夠，分解得不夠徹底，在厭氧細菌的作用下就會產(chǎn)生硫化氫、二氧化硫等含硫化合物，硫醇類及胺類和酰胺類等含氮化合物。在相關(guān)研究中發(fā)現(xiàn)，在堆肥過程中不僅會產(chǎn)生水蒸氣和二氧化碳，還會產(chǎn)生少量的NH3，CO，CH4，N2O，H2S，NOx和VOCs，所以進行系統(tǒng)化處理是十分必要的。張紅玉[7]等人對廚余濕垃圾在堆肥過程中產(chǎn)生的惡臭氣體組分進行了分析，發(fā)現(xiàn)主要的惡臭物質(zhì)為RSH、H2S、NH3、C8H10、C6H4（CH3）2和C2H6S2。這些惡臭氣體的產(chǎn)生及擴散不僅污染了堆肥廠的環(huán)境，還造成了大氣污染，同時威脅著堆肥廠的操作員工以及其周邊居民的身心健康。

而在堆肥過程中產(chǎn)生的氨氣，會導(dǎo)致堆料中的氮元素含量降低，使腐熟的堆料農(nóng)用價值變差，同時也會引起周邊居民及廠內(nèi)人員的多種不良生理反應(yīng)。而且，濕垃圾中的含水量、C/N、pH值、溫度、調(diào)理劑種類、外加碳源和工藝所采用的通風(fēng)方式等因素，也會影響氮素在堆肥過程中的遷移和轉(zhuǎn)換。因此，從處理工藝出發(fā)，從源頭上減少惡臭氣體的產(chǎn)生，也是當(dāng)下研究的熱點。

2 惡臭氣體處理工藝

近年來，惡臭治理行業(yè)在國內(nèi)興起，出現(xiàn)了較多大規(guī)模的研究、工程及項目，其總體工藝分為物理、化學(xué)、生物三大類，下面主要分析應(yīng)用于惡臭行業(yè)的處理工藝。

2.1 物理法

物理法的本質(zhì)是污染物的轉(zhuǎn)移及稀釋，并沒有從本質(zhì)上去除污染物，只涉及相的轉(zhuǎn)化，由此，稀釋擴散、掩蔽和吸附是常見的物理法。

掩蔽法是指在臭氣中加入各種更加強烈的芳香氣體，以達到遮掩或改味的作用，但處理效果有所差異。而稀釋法是將有臭味的氣體通過排氣筒排入空氣中，或以無臭的空氣稀釋再進行排放，以此確保臭源附近的人們不會受到惡臭氣體的危害。遮掩法與稀釋法的優(yōu)點為：簡單易操作、投入成本較小。但也存在以下缺點：適用范圍小，只能處理濃度較低的惡臭氣體；本質(zhì)上沒有降解惡臭氣體，依舊污染環(huán)境；處理效率低下。

吸附法主要是以活性炭、離子交換樹脂、沸石、硅膠、氧化金屬等吸附材料來吸附低濃度的惡臭氣體，因為活性炭具有較大的比表面積，所以是最為常用的吸附材料。目前，國內(nèi)外也針對活性炭的創(chuàng)新改良及聯(lián)用技術(shù)進行了研究，熊巖[8]在沈陽大辛垃圾焚燒發(fā)電項目的應(yīng)急除臭項目中，采用了活性炭吸附與光氧催化應(yīng)急除臭聯(lián)用技術(shù)，有效解決了單一活性炭的機動性差的缺點，同時也降低了成本。吸附法的優(yōu)點為：適用范圍廣、工藝成本較為經(jīng)濟、化學(xué)穩(wěn)定性好以及發(fā)揮作用時間短。但也存在不足之處：吸附量有限；只是轉(zhuǎn)移污染物，不能分解，可能會造成二次污染；后期人工及材料維護成本較高；所以比較適合用于應(yīng)急預(yù)案，不適用治理前端、高濃度及含水量高的臭氣，且對于堆肥惡臭氣體的適用性不是很高。

2.2 化學(xué)法

化學(xué)處理方法主要是指，使惡臭氣體在一定條件下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的方法，其中催化燃燒、化學(xué)氧化、化學(xué)吸收都屬于化學(xué)法。

催化燃燒是指有機物在催化劑的作用下，降低了反應(yīng)所需的活化能，從而能在更低的溫度和停留時間下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。在20世紀初，廣泛使用的工藝有亞鉛酸鈉脫臭法等除臭方法，隨后不斷發(fā)展。但在村鎮(zhèn)處理濕垃圾，其處理風(fēng)量較大，催化劑投資成本較高，目前還沒有成熟的技術(shù)針對堆肥產(chǎn)生的惡臭氣體進行催化燃燒。

化學(xué)氧化是指采用O3、KMnO4、NaClO、Cl2、ClO2、H2O2等氧化劑，來氧化分解惡臭氣體。其工藝簡單，技術(shù)成熟。而化學(xué)吸收是指采用有針對性地選擇吸收劑，如水和各種類型的酸堿液，并從目標氣體中選擇性地吸收目標污染物。朱菊華[9]在吸收硫化氫的工藝中采用Fe（SO4）3溶液，并在探究了反應(yīng)適宜條件的基礎(chǔ)上，采用空氣氧化法對再生Fe3+建立循環(huán)吸收再生體系。目前，化學(xué)氧化法是國內(nèi)堆肥項目中常用的工藝，但如何做到資源的循環(huán)利用還有待研究。此外，從去除效果的角度出發(fā)，研制出傳質(zhì)效率更高的反應(yīng)器是今后發(fā)展的方向。

2.3 生物法

生物法是利用微生物的代謝功能處理污染物，其工藝流程是，當(dāng)污染物通過生物處理裝置時，氣相中的惡臭因子溶于液相中且被生物所降解的過程。生物濾池、生物滴濾法、生物洗滌法都是常見的生物處理法。

生物過濾法是將預(yù)處理后的氣體自下而上通過填料層，而惡臭物質(zhì)由氣相-液相-微生物混合相，并經(jīng)過微生物的代謝作用達到降解的目的。生物過濾法的優(yōu)點為：運行成本較低、處理效率較高、接觸面積大等。目前，該技術(shù)在國內(nèi)外被廣泛推廣應(yīng)用，同時，相關(guān)技術(shù)人員也在不斷研究改進。

生物滴濾法的工作原理是介于生物過濾法和生物洗滌法之間。其除臭過程與生物濾池相似，但頂部的噴淋裝置為水箱中的循環(huán)水，且所用濾料為塑料多面球、竹炭、塑料鮑爾環(huán)等不易腐蝕的惰性材料，雖避免了處理過程中填料的腐蝕及塌陷，但卻造成生物滴濾塔的堵塞。在生物滴濾塔中，微生物附著在濾料上形成生物膜，捕捉液相及氣相中的惡臭因子，以到達去除臭氣的效果。生物滴濾法的優(yōu)點為：處理效率高、占地面積少。但缺點是：循環(huán)水噴口、管道、填料層易堵塞；生物菌種穩(wěn)定性差。

通常，生物洗滌法是由洗滌容器及一個可供微生物生長的反應(yīng)器構(gòu)成。在洗滌器內(nèi)，惡臭氣體自下向上進入洗滌塔，并使堆肥垃圾中的惡臭物質(zhì)和含微生物的混合循環(huán)液充分接觸，且在被吸收后而轉(zhuǎn)入液相，從而實現(xiàn)質(zhì)量傳遞過程；同時微生物循環(huán)混合液在進入活性污泥生物反應(yīng)器中消化吸收。該方法的優(yōu)點是：具有占地小、適用范圍大、壓降低、處理量大，生物穩(wěn)定性強及操作條件易于控制等。但缺點是：投資運行費用高、需不斷投加營養(yǎng)物、操作復(fù)雜、傳質(zhì)面積小，產(chǎn)生的污泥有待處理等缺點。

總體來看，生物法經(jīng)濟有效，運行過程綠色高效，可從根本上解決臭氣問題，而非簡單的污染物轉(zhuǎn)移，是值得推廣的一種惡臭處理方法。但在實際應(yīng)用中還存在很多問題：如怎樣選擇適合除臭優(yōu)勢菌種附著的生物填料，以及實際工況運作中填料堵塞等，這些問題還有待研究。

2.4 等離子體凈化法

等離子體去除惡臭的機理通常有兩種：一種是在高能電子的瞬間高能量作用下，打開惡臭污染物的化學(xué)鍵，使惡臭物質(zhì)分解成小分子或無臭分子；另一種是通過等離子產(chǎn)生大量的激發(fā)態(tài)粒子和氧自由基、羥基自由基使惡臭污染物氧化分解成無害產(chǎn)物。因此，在等離子處理惡臭氣體的過程中，要使硫化氫、氨氣等氣體分解成二氧化碳，硫酸根，硝酸根和水等無害產(chǎn)物。此外，因為惡臭氣體的嗅閾值較低，成分更復(fù)雜，所以應(yīng)用到堆肥領(lǐng)域其效果并不一定理想。同時，等離子針對大容量的臭氣進行治理，其在處理工藝方面還需進一步研究。

2.5 組合工藝

由于惡臭氣體有組分多，難處理等特點，有時單一工藝已不能很好地去除臭味，而組合工藝可將各種工藝的優(yōu)勢結(jié)合，但具體工藝及去除效果還需要實驗及工程驗證。曲天煜[10]針對煉化企業(yè)污水處理廠烴惡臭氣體排放量大、氣體中非甲烷總烴質(zhì)量高，且濃度波動大等特點，采用了生物-活性炭聯(lián)用技術(shù)，其運行效果穩(wěn)定，去除效率高。由此可以看出，惡臭治理在應(yīng)對多組分污染物時，只有正確選擇相匹配的組合工藝，并從經(jīng)濟、效果等方面進行綜合考慮，才能取得最好的處理效果。

3 濕垃圾堆肥除臭系統(tǒng)設(shè)計

3.1 濕垃圾堆肥臭氣處理整體工藝選擇

在濕垃圾堆肥過程中，散發(fā)的臭味不僅會對周圍的環(huán)境造成污染，也會危害到處理站內(nèi)的工作人員。因此，在符合國家排放法規(guī)及相關(guān)標準的基礎(chǔ)上，建立一個系統(tǒng)的臭氣收集及處理設(shè)備對臭氣進行控制至關(guān)重要。在實際處理過程中，由于堆肥過程時間較長，產(chǎn)生的臭氣成分復(fù)雜，故不推薦使用單一工藝，可采用多種技術(shù)聯(lián)合除臭技術(shù)?？筛鶕?jù)濕垃圾堆肥惡臭氣體的來源及組成，并結(jié)合本次示范工程的規(guī)模、設(shè)計風(fēng)量（3 200 m3/h）及經(jīng)濟條件，堆肥料倉采用“霧化噴淋+正壓風(fēng)機”，末端采用“負壓管道收集臭氣+化學(xué)洗滌+生物降解”的組合臭氣處理工藝。臭氣在處理后，達到了《惡臭污染物排放標準》（GB 14554-1993）中的二級排放標準。

3.2 濕垃圾堆肥臭氣處理工藝流程

示范工程：前端卸料車間、堆肥料倉采用植物液噴淋，負壓收集進入除臭車間，經(jīng)處理后達標排放，其工藝流程如圖1所示。

圖1 工藝流程圖

3.3 收集原則及工藝原理

在濕垃圾堆肥過程中，首先，應(yīng)盡量避免無組織排放，且在堆肥料倉應(yīng)設(shè)置前端植物液噴淋系統(tǒng)，以保證操作區(qū)域的空氣質(zhì)量；其次，料倉及敞開的部分都需要保持負壓狀態(tài)，而能否有效收集臭氣，是保證工作環(huán)境及惡臭處理效果的關(guān)鍵因素；最后，通過管道收集至除臭車間進行集中處理，以達到環(huán)保排放的目標。

化學(xué)洗滌段：惡臭氣體在風(fēng)機的作用下進入化學(xué)洗滌塔，針對堆肥濕垃圾的特點，采用水洗（或弱酸）即可，以去除惡臭氣體中的可溶性污染物；經(jīng)過洗滌后，堆肥惡臭氣體中絕大部分的氨氣、H2S等易溶于水的惡臭污染物會得到有效去除，同時也提高了廢氣的可生化性。

生物降解段：當(dāng)惡臭氣體進入生物濾池后，利用微生物的生理代謝作用，將有臭味的物質(zhì)加以轉(zhuǎn)化，使目標污染物被有效分解去除，以達到惡臭治理目的。其除臭過程主要分為三個階段，第一階段為氣液擴散階段，即廢氣通過濾料層由氣相轉(zhuǎn)移到液相；第二階段為固液擴散階段，即水中溶解的惡臭物質(zhì)向微生物膜表面擴散；第三階段為生物氧化階段，即附著在填料上的生物膜捕捉來自氣相和液相中的污染物，并將其氧化分解，其降解原理如下：

去除有機碳化物：R－CH3→CO2＋H2O＋富營養(yǎng)物

去除有機硫化物：R－SH→SO42-＋富營養(yǎng)物

去除有機氮：R－NH2→NO3-＋富營養(yǎng)物

4 結(jié)語

目前，在各行各業(yè)中都有惡臭氣體產(chǎn)生，其組分復(fù)雜，嗅閾值極低，難處理，但國內(nèi)對于惡臭氣體的組分分析及針對性的處理研究有限。因此，在將來運用針對性強、資源化高、成本低、去除效果好的處理手段是惡臭治理的目標，同時廚余濕垃圾堆肥惡臭處理設(shè)備的優(yōu)化與改良也是惡臭氣體治理發(fā)展的重要方向。而現(xiàn)階段，由于我國惡臭治理行業(yè)起步較晚，所以成熟的處理工藝較少，且引進的處理工藝不僅成本高，維修也較為困難。因此，國內(nèi)非常需要研究一套因地制宜的系統(tǒng)處理方案，同時，還要針對不同行業(yè)、不同類型的惡臭氣體研發(fā)具有高效、靶向性的除臭組合工藝和集成裝備。