厨余湿垃圾堆肥恶臭气体治理技术

任思橙，史林华，任元松

（上海野马环保设备工程有限公司，上海 200436）

任何刺激到人们的嗅觉系统而引起不愉快，并且破坏周边空气环境的气体统称为恶臭气体。截至目前，人类嗅觉器官可以感受到的恶臭污染物有4 000多种，而不同类型的恶臭气体会含有不同的“发臭团”，从而使其呈现出不同的臭味[1]，通常，这些恶臭污染物具有处理难度大、嗅阈值低的特点。同时，恶臭造成的危害也是多样的，不仅从感官上会使人精神萎靡、身体不适、头晕、乏力，还会对人类的呼吸系统、消化系统、内分泌系统及神经系统造成不同程度的毒害[2]。其中，在厨余有机垃圾腐殖化过程中产生的恶臭污染物主要有：R-SH、H2S、NH3、C8H10、C6H4（CH3）2等。在这些恶臭气体中，芳香类的化合物具有致癌、致畸和致突变的作用[3]。所以，湿垃圾堆肥恶臭的治理不仅要从末端去除，更要从源头进行减排，并且保证资源充分回收与利用。因此，针对恶臭的治理越来越受到社会各界广泛的重视。

1 湿垃圾堆肥恶臭气体的来源与组成

目前，我国的垃圾收集方式正在从混合收集向分类收集转变，且处理工艺也有所差异。同时，随着我国居民环境保护意识的提升，厨余湿垃圾的分类处理及资源化利用，已在各地区大力推广[4]。一般情况下，湿垃圾是指居民在各种场所就餐等活动中产生的有机垃圾，主要包括剩菜、剩饭、果皮、碎骨等固体垃圾[5]。而在这些有机垃圾腐殖化过程中，会产生大量的恶臭气体，如H2S、NH3等，但这些垃圾资源也具有“危害性”与“资源性”的两面性[6]。

在湿垃圾堆肥过程中，如蛋白质这样的有机成分，会在好氧菌的作用下产生氨气等恶臭气体；但如果氧分不够，分解得不够彻底，在厌氧细菌的作用下就会产生硫化氢、二氧化硫等含硫化合物，硫醇类及胺类和酰胺类等含氮化合物。在相关研究中发现，在堆肥过程中不仅会产生水蒸气和二氧化碳，还会产生少量的NH3，CO，CH4，N2O，H2S，NOx和VOCs，所以进行系统化处理是十分必要的。张红玉[7]等人对厨余湿垃圾在堆肥过程中产生的恶臭气体组分进行了分析，发现主要的恶臭物质为RSH、H2S、NH3、C8H10、C6H4（CH3）2和C2H6S2。这些恶臭气体的产生及扩散不仅污染了堆肥厂的环境，还造成了大气污染，同时威胁着堆肥厂的操作员工以及其周边居民的身心健康。

而在堆肥过程中产生的氨气，会导致堆料中的氮元素含量降低，使腐熟的堆料农用价值变差，同时也会引起周边居民及厂内人员的多种不良生理反应。而且，湿垃圾中的含水量、C/N、pH值、温度、调理剂种类、外加碳源和工艺所采用的通风方式等因素，也会影响氮素在堆肥过程中的迁移和转换。因此，从处理工艺出发，从源头上减少恶臭气体的产生，也是当下研究的热点。

2 恶臭气体处理工艺

近年来，恶臭治理行业在国内兴起，出现了较多大规模的研究、工程及项目，其总体工艺分为物理、化学、生物三大类，下面主要分析应用于恶臭行业的处理工艺。

2.1 物理法

物理法的本质是污染物的转移及稀释，并没有从本质上去除污染物，只涉及相的转化，由此，稀释扩散、掩蔽和吸附是常见的物理法。

掩蔽法是指在臭气中加入各种更加强烈的芳香气体，以达到遮掩或改味的作用，但处理效果有所差异。而稀释法是将有臭味的气体通过排气筒排入空气中，或以无臭的空气稀释再进行排放，以此确保臭源附近的人们不会受到恶臭气体的危害。遮掩法与稀释法的优点为：简单易操作、投入成本较小。但也存在以下缺点：适用范围小，只能处理浓度较低的恶臭气体；本质上没有降解恶臭气体，依旧污染环境；处理效率低下。

吸附法主要是以活性炭、离子交换树脂、沸石、硅胶、氧化金属等吸附材料来吸附低浓度的恶臭气体，因为活性炭具有较大的比表面积，所以是最为常用的吸附材料。目前，国内外也针对活性炭的创新改良及联用技术进行了研究，熊岩[8]在沈阳大辛垃圾焚烧发电项目的应急除臭项目中，采用了活性炭吸附与光氧催化应急除臭联用技术，有效解决了单一活性炭的机动性差的缺点，同时也降低了成本。吸附法的优点为：适用范围广、工艺成本较为经济、化学稳定性好以及发挥作用时间短。但也存在不足之处：吸附量有限；只是转移污染物，不能分解，可能会造成二次污染；后期人工及材料维护成本较高；所以比较适合用于应急预案，不适用治理前端、高浓度及含水量高的臭气，且对于堆肥恶臭气体的适用性不是很高。

2.2 化学法

化学处理方法主要是指，使恶臭气体在一定条件下发生化学反应的方法，其中催化燃烧、化学氧化、化学吸收都属于化学法。

催化燃烧是指有机物在催化剂的作用下，降低了反应所需的活化能，从而能在更低的温度和停留时间下发生化学反应。在20世纪初，广泛使用的工艺有亚铅酸钠脱臭法等除臭方法，随后不断发展。但在村镇处理湿垃圾，其处理风量较大，催化剂投资成本较高，目前还没有成熟的技术针对堆肥产生的恶臭气体进行催化燃烧。

化学氧化是指采用O3、KMnO4、NaClO、Cl2、ClO2、H2O2等氧化剂，来氧化分解恶臭气体。其工艺简单，技术成熟。而化学吸收是指采用有针对性地选择吸收剂，如水和各种类型的酸碱液，并从目标气体中选择性地吸收目标污染物。朱菊华[9]在吸收硫化氢的工艺中采用Fe（SO4）3溶液，并在探究了反应适宜条件的基础上，采用空气氧化法对再生Fe3+建立循环吸收再生体系。目前，化学氧化法是国内堆肥项目中常用的工艺，但如何做到资源的循环利用还有待研究。此外，从去除效果的角度出发，研制出传质效率更高的反应器是今后发展的方向。

2.3 生物法

生物法是利用微生物的代谢功能处理污染物，其工艺流程是，当污染物通过生物处理装置时，气相中的恶臭因子溶于液相中且被生物所降解的过程。生物滤池、生物滴滤法、生物洗涤法都是常见的生物处理法。

生物过滤法是将预处理后的气体自下而上通过填料层，而恶臭物质由气相-液相-微生物混合相，并经过微生物的代谢作用达到降解的目的。生物过滤法的优点为：运行成本较低、处理效率较高、接触面积大等。目前，该技术在国内外被广泛推广应用，同时，相关技术人员也在不断研究改进。

生物滴滤法的工作原理是介于生物过滤法和生物洗涤法之间。其除臭过程与生物滤池相似，但顶部的喷淋装置为水箱中的循环水，且所用滤料为塑料多面球、竹炭、塑料鲍尔环等不易腐蚀的惰性材料，虽避免了处理过程中填料的腐蚀及塌陷，但却造成生物滴滤塔的堵塞。在生物滴滤塔中，微生物附着在滤料上形成生物膜，捕捉液相及气相中的恶臭因子，以到达去除臭气的效果。生物滴滤法的优点为：处理效率高、占地面积少。但缺点是：循环水喷口、管道、填料层易堵塞；生物菌种稳定性差。

通常，生物洗涤法是由洗涤容器及一个可供微生物生长的反应器构成。在洗涤器内，恶臭气体自下向上进入洗涤塔，并使堆肥垃圾中的恶臭物质和含微生物的混合循环液充分接触，且在被吸收后而转入液相，从而实现质量传递过程；同时微生物循环混合液在进入活性污泥生物反应器中消化吸收。该方法的优点是：具有占地小、适用范围大、压降低、处理量大，生物稳定性强及操作条件易于控制等。但缺点是：投资运行费用高、需不断投加营养物、操作复杂、传质面积小，产生的污泥有待处理等缺点。

总体来看，生物法经济有效，运行过程绿色高效，可从根本上解决臭气问题，而非简单的污染物转移，是值得推广的一种恶臭处理方法。但在实际应用中还存在很多问题：如怎样选择适合除臭优势菌种附着的生物填料，以及实际工况运作中填料堵塞等，这些问题还有待研究。

2.4 等离子体净化法

等离子体去除恶臭的机理通常有两种：一种是在高能电子的瞬间高能量作用下，打开恶臭污染物的化学键，使恶臭物质分解成小分子或无臭分子；另一种是通过等离子产生大量的激发态粒子和氧自由基、羟基自由基使恶臭污染物氧化分解成无害产物。因此，在等离子处理恶臭气体的过程中，要使硫化氢、氨气等气体分解成二氧化碳，硫酸根，硝酸根和水等无害产物。此外，因为恶臭气体的嗅阈值较低，成分更复杂，所以应用到堆肥领域其效果并不一定理想。同时，等离子针对大容量的臭气进行治理，其在处理工艺方面还需进一步研究。

2.5 组合工艺

由于恶臭气体有组分多，难处理等特点，有时单一工艺已不能很好地去除臭味，而组合工艺可将各种工艺的优势结合，但具体工艺及去除效果还需要实验及工程验证。曲天煜[10]针对炼化企业污水处理厂烃恶臭气体排放量大、气体中非甲烷总烃质量高，且浓度波动大等特点，采用了生物-活性炭联用技术，其运行效果稳定，去除效率高。由此可以看出，恶臭治理在应对多组分污染物时，只有正确选择相匹配的组合工艺，并从经济、效果等方面进行综合考虑，才能取得最好的处理效果。

3 湿垃圾堆肥除臭系统设计

3.1 湿垃圾堆肥臭气处理整体工艺选择

在湿垃圾堆肥过程中，散发的臭味不仅会对周围的环境造成污染，也会危害到处理站内的工作人员。因此，在符合国家排放法规及相关标准的基础上，建立一个系统的臭气收集及处理设备对臭气进行控制至关重要。在实际处理过程中，由于堆肥过程时间较长，产生的臭气成分复杂，故不推荐使用单一工艺，可采用多种技术联合除臭技术。可根据湿垃圾堆肥恶臭气体的来源及组成，并结合本次示范工程的规模、设计风量（3 200 m³/h）及经济条件，堆肥料仓采用“雾化喷淋+正压风机”，末端采用“负压管道收集臭气+化学洗涤+生物降解”的组合臭气处理工艺。臭气在处理后，达到了《恶臭污染物排放标准》（GB 14554-1993）中的二级排放标准。

3.2 湿垃圾堆肥臭气处理工艺流程

示范工程：前端卸料车间、堆肥料仓采用植物液喷淋，负压收集进入除臭车间，经处理后达标排放，其工艺流程如图1所示。

图1 工艺流程图

3.3 收集原则及工艺原理

在湿垃圾堆肥过程中，首先，应尽量避免无组织排放，且在堆肥料仓应设置前端植物液喷淋系统，以保证操作区域的空气质量；其次，料仓及敞开的部分都需要保持负压状态，而能否有效收集臭气，是保证工作环境及恶臭处理效果的关键因素；最后，通过管道收集至除臭车间进行集中处理，以达到环保排放的目标。

化学洗涤段：恶臭气体在风机的作用下进入化学洗涤塔，针对堆肥湿垃圾的特点，采用水洗（或弱酸）即可，以去除恶臭气体中的可溶性污染物；经过洗涤后，堆肥恶臭气体中绝大部分的氨气、H2S等易溶于水的恶臭污染物会得到有效去除，同时也提高了废气的可生化性。

生物降解段：当恶臭气体进入生物滤池后，利用微生物的生理代谢作用，将有臭味的物质加以转化，使目标污染物被有效分解去除，以达到恶臭治理目的。其除臭过程主要分为三个阶段，第一阶段为气液扩散阶段，即废气通过滤料层由气相转移到液相；第二阶段为固液扩散阶段，即水中溶解的恶臭物质向微生物膜表面扩散；第三阶段为生物氧化阶段，即附着在填料上的生物膜捕捉来自气相和液相中的污染物，并将其氧化分解，其降解原理如下：

去除有机碳化物：R－CH3→CO2＋H2O＋富营养物

去除有机硫化物：R－SH→SO42-＋富营养物

去除有机氮：R－NH2→NO3-＋富营养物

4 结语

目前，在各行各业中都有恶臭气体产生，其组分复杂，嗅阈值极低，难处理，但国内对于恶臭气体的组分分析及针对性的处理研究有限。因此，在将来运用针对性强、资源化高、成本低、去除效果好的处理手段是恶臭治理的目标，同时厨余湿垃圾堆肥恶臭处理设备的优化与改良也是恶臭气体治理发展的重要方向。而现阶段，由于我国恶臭治理行业起步较晚，所以成熟的处理工艺较少，且引进的处理工艺不仅成本高，维修也较为困难。因此，国内非常需要研究一套因地制宜的系统处理方案，同时，还要针对不同行业、不同类型的恶臭气体研发具有高效、靶向性的除臭组合工艺和集成装备。