餐廚垃圾處理中惡臭氣體特征及處理技術(shù)研究

張彥敏 魏薇 王玉臻 王寧杰 張小磊

摘要：垃圾分類以來，各地均有較為成熟的餐廚垃圾處理廠，主流工藝為厭氧發(fā)酵和好氧堆肥，兩種工藝都存在惡臭氣體產(chǎn)生的問題。合理選擇惡臭氣體處理工藝是實現(xiàn)高效除臭的關(guān)鍵，而臭氣成分是決定工藝選擇的核心。文章分析了直接影響臭氣成分的主要因素，對目前的物理、化學(xué)、生物等除臭工藝進行討論，井從除臭效果、投資成本、二次污染、運行操作以及地理位置對除臭工藝的選擇進行剖析，為餐廚垃圾處理廠惡臭氣體處理工藝選擇提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：餐廚垃圾；惡臭氣體；除臭；工藝

中圖分類號：X705 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

前言

自1996年以來，垃圾分類是優(yōu)化垃圾處理模式、提高資源回收利用率、減輕垃圾處理負(fù)荷的重要手段，目前全國各城市小區(qū)均在不斷推行。餐廚垃圾是實施垃圾分類后產(chǎn)量增加較大的一類重要垃圾。2001年8月，上海市第一次明確餐廚垃圾的定義和處理管理辦法。然而目前餐廚垃圾收集、臨時存儲、運輸、處理過程中導(dǎo)致的惡臭問題是民眾投訴的焦點。餐廚垃圾在居民區(qū)收集和臨時存儲過程中，各小區(qū)通常利用芳香劑噴灑的掩蔽法解決臭氣問題，且由于量小、時間較短，因此．臭氣問題不顯著。餐廚垃圾運輸一般在夜間進行，而且運輸過程中密閉較好，因此，臭氣問題也相對容易解決。然而，餐廚垃圾處理作為最后一環(huán)由于總量大、過程持續(xù)時間長，惡臭問題十分嚴(yán)重。易偉雄（2019）等發(fā)現(xiàn)在餐廚垃圾處理過程中存在設(shè)施管理不足、廢氣半收半排、治污工作缺乏針對性等問題，導(dǎo)致惡臭氣體大量存在。

惡臭氣體大多是由硫化物、含氮化合物、烴類有機物和含氧有機物等的一種或幾種物質(zhì)混合組成，不僅會對人體健康產(chǎn)生影響，而且對大氣環(huán)境造成了嚴(yán)重的威脅。目前中國對惡臭氣體排放已頒布一系列相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)文件，如《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554-93）、《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 18918-2002）、《大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》（GB3095-2012）、《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB16297-1996）等，均對惡臭氣體排放有高標(biāo)準(zhǔn)的限制，因此，餐廚垃圾處理過程中臭氣治理直接關(guān)系到該行業(yè)的發(fā)展及周邊居民身體健康。

餐廚垃圾處理過程中產(chǎn)生臭氣的種類與餐廚垃圾的成分及餐廚垃圾處理工藝密切相關(guān)，本論文從這兩部分出發(fā)分析臭氣的產(chǎn)生問題，并對目前的除臭技術(shù)進行對比，提出適用于不同處理工藝產(chǎn)生臭氣的治理技術(shù)。

1惡臭氣體產(chǎn)生

餐廚垃圾主要來自于居民家庭和提供餐飲服務(wù)的場所，是剩余的食物殘渣、骨頭、蔬果皮、廢料等。其主要以有機成分為主，包括淀粉類、纖維類、油脂類蛋白質(zhì)類，主要化學(xué)元素包括C、N、O、S、P、H、Cl等，具有易發(fā)腐、易致臭的特點。目前檢測到的餐廚垃圾處理過程中產(chǎn)生的臭氣多達(dá)幾十種甚至上百種，但主要包括硫化物、氮化物、烷烴、烯烴、芳香烴、鹵代烴、含氧烴。臭氣的成分主要由餐廚垃圾成分和處理工藝決定。

餐廚垃圾的成分波動通常比較大，與各地區(qū)的飲食習(xí)慣和餐飲發(fā)達(dá)程度有很大關(guān)系。餐廚垃圾目前的主要處理方式是厭氧消化和好氧消化／堆肥，兩個過程是通過利用不同類型的微生物對餐廚垃圾進行降解，從而將餐廚垃圾轉(zhuǎn)化為沼氣或者肥料。根據(jù)厭氧發(fā)酵的特點，餐廚垃圾厭氧發(fā)酵過程中主要是多糖、蛋白質(zhì)、脂肪經(jīng)過水解酸化、產(chǎn)酸、產(chǎn)甲烷三個階段被最終轉(zhuǎn)化為甲烷、二氧化碳、氨氣、氫氣等，同時揮發(fā)性有機酸（VFA）作為中間產(chǎn)物也會存在（如圖1所示）。同時，當(dāng)餐廚垃圾中存在硫酸根時，在硫酸根還原菌的作用下還會產(chǎn)生硫化氫（H2S）。因此，餐廚垃圾厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的致臭物質(zhì)應(yīng)該主要為氨氣和VFA，且根據(jù)具體成分不同可能會產(chǎn)生H2S。

除厭氧發(fā)酵外，好氧處理也被用于餐廚垃圾的處理，餐廚垃圾在好氧菌的作用下被轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水、氨氣。因此，原則上好氧堆肥產(chǎn)生的臭氣主要是氨氣，當(dāng)餐廚垃圾中含有芹菜、紅薯等木質(zhì)素豐富的物質(zhì)，以及葡萄皮、葡萄籽等單寧物質(zhì)比較豐富的物質(zhì)時，也會產(chǎn)生臭氣多元酚、醌等。此外，當(dāng)堆肥過程中，垃圾含水率過高、供氧不足時，會導(dǎo)致局部厭氧發(fā)酵，進而產(chǎn)生VFA和H2S臭氣物質(zhì)。Wang等利用26%蔬菜、13%肉、60%淀粉類主食進行好氧堆肥研究發(fā)現(xiàn)，主要臭氣物質(zhì)為氨氣、乙醇和VFA。針對實際進行好氧發(fā)酵的餐廚垃圾場處理廠臭氣監(jiān)測也發(fā)現(xiàn)，主要致臭物質(zhì)為硫化氫、氨氣、VFA，也含有致臭性較高的甲硫醚和甲硫醇。

事實上，利用相同的處理工藝，餐廚垃圾成分不同，產(chǎn)生的主要臭氣種類也不相同。Phan等也發(fā)現(xiàn)，厭氧發(fā)酵過程中，當(dāng)所用餐廚垃圾成分不同時，產(chǎn)生的臭氣成分有很大差別，肉類厭氧產(chǎn)生的臭氣主要為揮發(fā)性有機化合物（VOCs），蔬菜厭氧幾乎不產(chǎn)生VOCs。

由此可見，餐廚垃圾處理過程中產(chǎn)生的臭氣成分是“一廠一況”的，無法簡單的根據(jù)餐廚垃圾成分或者餐廚垃圾處理工藝準(zhǔn)確地對產(chǎn)生臭氣成分進行預(yù)測，只能進行大致臭氣成分的推測。臭氣成分的預(yù)估是除臭工藝設(shè)計的基礎(chǔ)，因此：

（1）臭氣處理工藝的選擇應(yīng)首先考慮通過實驗研究獲得臭氣成分，進而確定除臭工藝的選擇；

（2）應(yīng)盡量全面考慮，將可能產(chǎn)生的臭氣均考慮在設(shè)計范圍內(nèi)，以應(yīng)對處理過程中臭氣成分波動變化等。

2餐廚垃圾處理廠惡臭氣體治理技術(shù)

臭氣處理工藝主要可以分為三類：物理法、化學(xué)法、生物法。物理法主要是通過利用固體吸附劑進行吸附；化學(xué)法是通過利用化學(xué)藥劑對臭氣進行吸收或?qū)⑵滢D(zhuǎn)化為非臭氣物質(zhì)；生物法是通過微生物的降解或轉(zhuǎn)化作用去除臭氣物質(zhì)。目前物理吸附主要是利用活性炭或改性活性炭對臭氣進行吸附，相對廣泛，但成本高，且存在臭氣脫附的二次污染問題，因此，主要討論應(yīng)用較多的化學(xué)法和生物法。

2.1化學(xué)法除臭

化學(xué)法主要包括化學(xué)吸收和氧化法。

餐廚垃圾處理過程中產(chǎn)生的惡臭氣體通常是酸性的或堿性的，因此可以通過中和反應(yīng)將其去除?；瘜W(xué)吸收法的主要機理是通過利用酸性或堿性化學(xué)藥劑與臭氣反應(yīng)將臭氣轉(zhuǎn)化為無臭物質(zhì)，進而除臭。主要包括水洗滌、酸洗、堿洗等方法。常用的化學(xué)藥劑有碳酸鈉、硫酸、鹽酸、氫氧化鈉等。天然植物液洗滌是在酸堿洗滌法基礎(chǔ)上發(fā)展的，只是所用洗滌液不同?；瘜W(xué)吸收主要采用填料塔形式，內(nèi)部設(shè)有填料層和噴淋層，以對流形式將臭氣捕捉到吸收液中，從而實現(xiàn)臭氣的分離及去除，化學(xué)吸收除臭的效果與臭氣成分有很大的關(guān)聯(lián)，藥劑選擇過程中需要進行相關(guān)匹配。

氧化法除臭中化學(xué)氧化除臭是利用強氧化劑如臭氧、高錳酸鉀、次氯酸鈉等將臭氣氧化為非臭氣物質(zhì)的過程。氧化的過程可以在液相也可以在氣相中完成，除臭效果與臭氣在氧化系統(tǒng)內(nèi)的停留時間高度相關(guān)。光催化氧化也不斷被報道用于臭氣處理，主要是通過利用紫外光產(chǎn)生活性粒子、羥基自由基等高活性基團，將臭氣物質(zhì)斷鍵轉(zhuǎn)化為非臭氣物質(zhì)實現(xiàn)除臭。單獨紫外還尚未被應(yīng)用，目前主要是與臭氧聯(lián)合實現(xiàn)除臭。

2.2生物除臭

生物法處理臭氣主要包括生物濾池，生物滴濾塔，土壤床工藝等。是利用馴化后的微生物的代謝功能將吸附在填料上的臭氣降解轉(zhuǎn)化為非臭氣或弱臭氣物質(zhì)的過程。整個過程可分為四個階段，第一階段：臭氣進入到水相中；第二階段：在水相中擴散到生物膜；第三階段：被微生物捕獲；第四階段：被微生物降解。由此可見，臭氣的溶解、臭氣的擴散速度、微生物的種類、微生物降解臭氣物質(zhì)的速率是決定臭氣處理效果的關(guān)鍵。生物法除臭具有運行成本低和無二次污染的特點，但是存在對臭氣成分波動適用性差、運行維護復(fù)雜、處理時間長的問題。

2.3化學(xué)-生物聯(lián)合除臭

化學(xué)法與生物法聯(lián)合應(yīng)用可彌補利用單獨化學(xué)法和單獨生物法處理臭氣存在的弊端，適用性強且適用范圍廣。王婷（2021）等利用兩級堿洗+生物除臭箱可去除硫化氫、甲硫醇、硫化甲基、二硫化甲基及低級脂肪酸等臭氣物質(zhì)，其中硫化氫與氨氣去除率達(dá)99.8%和98.5%，達(dá)到《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554-93）二級排放要求。生物滴濾聯(lián)合紫外光催化實現(xiàn)了對硫化氫、氨、甲硫醇和甲硫醚致臭物質(zhì)的高效去除?？梢娀瘜W(xué)法與生物法組合除臭具有較好的應(yīng)用前景。

3除臭技術(shù)的適用性分析

如前所述，目前臭氣處理技術(shù)較多，選擇性也較多，但具體工藝的選擇是需要根據(jù)所要處理的臭氣的成分來決定。餐廚垃圾處理過程中，臭氣的主要成分為硫化物（硫化氫、甲硫醇、甲硫醚等）、氮化物（氨氮、二甲胺、二乙胺等）、烴類（苯、甲苯、二甲苯等）、含氧烴（乙醇、甲醛、VFA等）。針對不同的臭氣物質(zhì)，可采用不同的處理技術(shù)，具體比較見表1。

通過比較分析，化學(xué)法對各類臭氣物質(zhì)均有較好的效果，因此，在需要快速、高效去除臭氣物質(zhì)時可采用臭氧氧化、芬頓氧化法。由于此類化學(xué)氧化法成本高，可以考慮在化學(xué)氧化法前增設(shè)化學(xué)吸收將一部分臭氣物質(zhì)，如硫化氫、甲硫醇、VFA等去除，進而降低化學(xué)氧化法的負(fù)荷，從而降低成本。生物法對大多數(shù)臭氣物質(zhì)均有較好的處理效果，通過微生物代謝作用可以將氮化物、烴類、含氧烴等分解利用，實現(xiàn)除臭。生物濾池和生物滴濾池都是較成熟的工藝，但由于效率較化學(xué)氧化法低，通常占地較大，在場地寬松情況下生物法是首選。但由于對部分硫化物處理效果有限，因此建議與化學(xué)吸收或物理吸附結(jié)合使用，以期達(dá)到對臭氣的高效去除。

從地理位置來講，冬季北方溫度較低，不適用于生物繁殖生長，建議采用光催化氧化法等不受溫度影響的化學(xué)法去處理；而南方溫度一年四季較為穩(wěn)定，建議以生物法為主，結(jié)合化學(xué)法或其他方法進行處理，以減少投資成本。

4結(jié)語

垃圾分類為垃圾處理帶來極大便利，餐廚垃圾是其中一類產(chǎn)量較大的垃圾，其富含生物質(zhì)，通過厭氧發(fā)酵和好氧堆肥在達(dá)到垃圾處理的同時實現(xiàn)資源化，然而也存在一定的問題，餐廚垃圾處理過程中產(chǎn)生臭氣，已成為周邊居民投訴的焦點，同時影響城市的形象，高效快速的臭氣治理策略十分必要。目前臭氣治理技術(shù)較多，如何進行工藝選擇是難題。未來除臭工藝將以生物法為基礎(chǔ)，通過改變反應(yīng)器運行配置或組合其他工藝進行發(fā)展，同時光催化氧化法等停留在理論研究層面上的新型工藝將會實現(xiàn)低成本、高效率除臭效果。實際上，工藝選擇應(yīng)緊密結(jié)合臭氣成分，通過對臭氣成分分析，明確主要的致臭物質(zhì)種類，結(jié)合臭氣處理工藝的適用范圍、現(xiàn)場條件、實際需求等合理選擇工藝或工藝組合。