餐厨垃圾处理站恶臭气体处理工程设计与运行

刘建伟，田洪钰，张波，高柳堂，陈雪威，徐嵩

(1.北京建筑大学 环境与能源工程学院，北京 100044；2.北京钧跃环境科技有限公司，北京 100083)

餐厨垃圾具有高有机成分、高油脂和高含水率等特点，在其处理过程中较易产生恶臭污染[1-4]。作为一种资源化效果较好的处理技术，好氧发酵技术在餐厨垃圾处理中应用较为广泛。然而，餐厨垃圾好氧发酵过程产生的恶臭气体成分较为复杂，其中硫化氢、氨和甲硫醇是我国《恶臭污染物排放标准》(GB 14553—93)中规定的限制排放的恶臭污染物[5-7]。生物过滤技术因具有处理效率高、无二次污染和运行费用低等优势，广泛应用于恶臭气体的处理[8-9]。然而，采用常规生物过滤技术处理餐厨垃圾恶臭气体，效果往往不佳，并可能存在各种物质之间的相互抑制[10-11]。

北京市通州区某餐厨垃圾处理站四周被居民楼环绕，距离其西南侧的居民小区仅有50 m。针对该餐厨垃圾处理站不同功能区恶臭气体的产生量和组成特点，本文采用组合式生物处理工艺除臭，分析工程运行效果以及投资、运行费用。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

恶臭气体，来源于餐厨垃圾处理站卸料区、预处理区、好氧发酵区和出料缓存区等功能区，其组成和浓度见表1；氢氧化钠、氯化钠、三氯化铁、浓硫酸、硫酸镉、磷酸二氢钾、磷酸氢二铵、硫酸镁、硫化钠、乙酸锌、乙酸钠、硫酸铁铵、酒石酸钾钠、氢氧化钾、碘化钾、二氯化汞等均为分析纯。

表1 不同功能区恶臭气体组成和浓度Table 1 Composition and concentration of odorous gases in different functional areas (mg/m3)

QC-2B型气体采样器；EL-104型电子天平；SPEKOL 2000紫外可见分光光度计；PHS-3C精密pH计；PCWJ-SF-20超纯水机。

1.2 除臭工艺流程

针对该餐厨垃圾处理站不同功能区恶臭气体的产生量和组成特点，本除臭工程采用组合式生物处理工艺，工艺流程见图1。

恶臭气体经过收集单元和输送单元进行收集与输送，经预处理单元进行降温和降尘后进入组合式生物除臭单元，在组合分区内不同微生物菌群的作用下发生生物降解而去除[8]。

图1 组合式除臭系统工艺流程图Fig.1 Schematic diagram of odor combined deodorization system

1.3 分析方法

硫化氢采用亚甲基蓝分光光度法测定，氨采用纳氏试剂分光光度法(GB)测定。pH值采用精密酸度计测定，填料湿含量的分析采用重量法测定。

2 组合式生物除臭系统设计

依据各区域除臭空间容积和换气次数以及有机组分好氧发酵工艺通风量，本工程卸料区、预处理区、好氧发酵区和出料缓存区产生的恶臭气体处理量见表2。

表2 除臭气量

总除臭气量为4 705 m3/h，考虑到漏风系数等因素，设计除臭风量为5 000 m3/h。考虑到车间内工作人员工作和人员进出，换气次数取较大值(15次/h)。组合式生物除臭工程的设计参数见表3。

表3 组合式生物除臭系统设计参数

该生物除臭系统包括收集单元、输送单元、预处理单元和组合式生物除臭单元，采用一体化处理设备，具有结构简单、占地面积小等优点。

2.1 收集单元

该系统针对餐厨垃圾卸料、预处理、好氧发酵和出料过程产生的恶臭气体进行收集。卸料区、预处理区、好氧发酵区和出料缓存区空间相对密封，选择在其上方设置吸风口，从源头收集恶臭气体并控制其逸散。

2.2 输送单元

经收集单元收集的恶臭气体在风机作用下，通过管道依次进入预处理单元和组合式生物除臭单元。本工程选择的风机为低噪声离心风机，考虑到收集过程的阻力损失、一定的风量余量和风阀调节的需要，所选风机为4-72-4A型离心风机，全压1 320～2 014 Pa，风量4 012～7 419 m3/h，功率5.5 kW，满足工程总除臭风量和压力的要求。

2.3 预处理单元

预处理单元设置在组合式生物除臭单元前端，即为生物预洗区，其作用是去除恶臭气体中粉尘，对气体进行降温，同时去除部分易溶解的恶臭成分，并将恶臭气体加湿，可降低恶臭气体负荷波动带来的影响。预处理单元采用悬浮曝气工艺，预处理单元内装填直径为5 cm的空心塑料小球填料，填料装填高度为40 cm，悬浮液接种高效微生物菌剂。预处理单元设计尺寸为300 mm×200 mm×50 mm。

2.4 组合式生物除臭单元

组合式生物除臭单元基于所产生的恶臭气体组成复杂、浓度变化大等特征，在生物填料区内进行合理分区，分为真菌反应区和细菌反应区，由于真菌反应区和细菌反应区中控制不同的工艺条件，分别接种和附着生长真菌和细菌。恶臭气体首先进入组合式生物除臭单元底部的布气系统，均匀布气后，以升流式通过两个反应区的填料层，利用两反应区中填料层附着生长的真菌和细菌微生物进行生物降解，净化后的气体排放。

组合式生物除臭单元的真菌和细菌反应区分别填充通透性和传质效果较好的轻质聚氨酯和陶粒填料，为除臭微生物的生长和代谢提供载体。两个反应区的设计尺寸均为300 cm，填料填充高度为250 cm，有效填充体积为15 m3，填料支撑采用刚度和强度较好的玻璃钢格栅板。组合式生物除臭单元的顶部设置喷淋系统，定期喷淋营养液(喷淋频率为3次/周，每次喷淋时间为15 min)，营养液循环使用，以保持填料适度湿润，同时为微生物生长与代谢提供适宜环境。填料湿度和循环液酸碱度均通过自动监测和控制系统进行监测和控制，配备两台耐腐蚀喷淋泵，流量为6 m3/h，扬程为25 m，功率为1 kW。

3 工程运行效果

生物除臭工程于2017年6月建设，2017年8月开始启动，2017年9月达到稳定运行。

以两种主要恶臭物质氨和硫化氢为对象，考察了组合式生物除臭设备在140 d的运行时间内，氨和硫化氢的进、出气浓度及去除率，结果分别见图2和图3。

图2 氨进、出气浓度及去除率Fig.2 Inlet and outlet concentration and removal efficiency for ammonia

由图2可知，氨的进气浓度在5.6～45.7 mg/m3之间，在工程运行的前22 d，氨的去除率相对较低(70.1%～96.5%)，这主要是由于在挂膜初期，反应器内脱氮菌生长缓慢，并且没有适应环境，氨的去除主要是依靠填料上脱氮菌的吸附和生物降解作用及营养液的吸收作用[12-14]。随着脱氮微生物的大量繁殖，其微生物降解作用增强，氨的去除逐渐升高随后趋于稳定，到第50 d后，氨的去除率稳定在99%以上，出气浓度为0～0.22 mg/m3，达到北京市《大气污染物综合排放标准 》(DB 11/501—2017)规定的排放要求。

图3 硫化氢进、出气浓度及去除率Fig.3 Inlet and outlet concentration and removal efficiency for sulfide hydrogen

由图3可知，硫化氢的进气浓度在3.2～22.1 mg/m3之间，在工程运行前期(0～22 d)，硫化氢的去除率相对较低(47.8%～94.2%)，这主要是由于在挂膜初期，系统内脱硫菌生长缓慢，且暂无适应系统内的环境。随着生物降解作用的不断增强，硫化氢的去除逐渐升高并且趋于稳定，第50 d后，硫化氢的去除率大部分时间均保持在98%以上，出气浓度为0～0.19 mg/m3，达到北京市《大气污染物综合排放标准 》(DB 11/501—2017)规定的排放要求。

值得注意的是，在工程运行期间，氨和硫化氢进气浓度变化较大，但氨和硫化氢的去除效果并未因此受到明显影响，去除效率较为稳定。虽然氨氧化细菌和硫氧化细菌为两类生长、代谢条件和降解特性完全不同的微生物，但由于组合式生物除臭单元内进行了合理的分区，使两类微生物分别生长和分布于两类不同反应区，并发挥高效降解作用。硫化氢和氨的去除可能基于物理、化学和生物降解的协同作用，在一定浓度范围内，氨可作为氮源被脱硫菌所利用，同时由于氨的高水溶性，氨还可能会溶解于循环液中，并与其中的硫化氢等酸性物质发生中和反应而去除[15]。

4 工程投资和运行费用

该除臭工程的投资和运行费用见表4。

表4 工程投资和运行费用Table 4 Project investment and operating costs of the project

由表4可知，该除臭工程的总投资为63.21万元，包括设备工程、电气工程、土建工程及其他费用。运行费用包括电费、水费和维护费用，合计每年5.30万元，折合整体除臭工程的运行成本为0.001 21元/m3气体。可见本除臭工程投资和运行费用均较低，同时无需化学药剂的额外投加，无二次污染物产生，维护和运行管理方便。

5 结论

(1)北京市某餐厨垃圾处理站恶臭气体处理工程采用组合式生物除臭技术，包括气体收集、输送、预处理和组合式生物除臭单元，工程设计风量为 5 000 m3/h。

(2)该工程能够高效去除餐厨处理过程产生的恶臭气体。当氨和硫化氢进气浓度分别为5.6～45.7 mg/m3和3.2～22.1 mg/m3时，其去除效率分别达99%和98%，出气浓度分别为0～0.22 mg/m3和0～0.19 mg/m3，达到北京市《大气污染物综合排放标准 》(DB 11/501—2017)规定的排放浓度要求。

(3)该工程投资和运行费用较低，无需化学药剂的额外投加，而且无二次污染产生，工程维护和运行管理方便。