厨余垃圾好氧堆肥臭气的排放特征分析及其处理应用研究

2023-03-09史林华

皮革制作与环保科技 2023年1期

史林华

（上海野马环保设备工程有限公司，上海 200436）

好氧堆肥是利用微生物将有机废弃物中的可降解物转化为稳定腐殖质，以实现有机固体废弃物的减量化、资源化、无害化[1]。在好氧堆肥发酵过程中，微生物通过分解作用将有机质转化为CO2和腐殖质的同时会释放大量恶臭气体，因此，规模化的好氧堆肥工艺存在一定的二次污染风险。恶臭气体是目前人们无法忍受的异味之一，而且散发速度很快，严重影响周围环境和人体健康，因此必须进行处理。根据现有的研究，发酵堆肥产物在实验过程中持续释放氨气、硫化物、苯系物和萜类物质，并以氨气为主[2]。目前，对于厨余垃圾堆肥恶臭污染物排放特征的研究不多，本研究以长兴县林城镇农村生活垃圾资源化利用站作为分析研究对象，旨在通过对厨余垃圾好氧堆肥过程产生的恶臭污染物排放特征的进一步研究，确定厨余垃圾好氧堆肥恶臭气体中的特征污染物，有针对性地选择合适的处理技术，并通过工程应用对其处理效果进行论证。研究对于厨余垃圾好氧堆肥恶臭治理具有一定参考意义。

1 恶臭污染物排放特征分析

1.1 气体采样

使用北京市劳工部的空气取样装置（QC-1S），以堆肥料仓作为采样点，根据《恶臭污染环境监测技术规范》（HJ 905-2017）[3]进行采样，具体操作如下：（1）将各部件连接好；（2）系统漏气检查：在抽气泵前加装一个真空压力表；（3）打开采样气体导管与采样袋之间的阀门，启动抽气泵，抽取气袋采样箱成负压，气体进入采样袋，采样袋充满气体后，关闭采样袋阀门；（4）采样前按上述操作，用被测气体冲洗采样袋三次；（5）采样结束，从气袋采样箱取出充满样气的采样袋；（6）必要时记录采样工况、环境温度及大气压力。

1.2 臭气检测分析方法

料仓内部恶臭成分分析主要采用的是GC-MS联用方法，该方法可检测硫化氢、硫醇以及各类有机恶臭组分。氮素转化是堆肥发酵过程的一个典型特征[4]，由于氨在发酵过程中的排放浓度高、波动大，采用便携式仪表（Drager X-am 5000）现场检测记录。

1.3 恶臭污染物排放特征分析

本研究选取长兴县林城镇农村生活垃圾资源化利用站作为分析对象。该站堆肥发酵工艺采用了多通道风场控制有机垃圾快速腐殖化技术。该工艺基于好氧堆肥技术，以温湿度为指标，实现过程监控和智能自动控制，同时通过阶段翻堆、通风曝气和温度保持等手段，控制垃圾的含水率和腐熟程度，实现垃圾的快速腐熟成肥[1]。一个完整的好氧堆肥周期为25天左右。

通过对一个完整周期的堆肥过程进行数据分析，从而分析好氧堆肥臭气的恶臭污染物排放特征。对于组成复杂的复合臭气，根据各组分的浓度与嗅阈值的比例关系，可以评估不同物质的相对贡献，并识别关键致臭因子[5]。阈稀释倍数是指某物质的浓度除以该物质的嗅阈值所得结果。

研究表明，某物质的阈稀释倍数越大，其对混合样品气味的贡献就越大[6]，故而可以将贡献较大的恶臭组分视作该臭气的特征污染物或关键致臭因子。

本研究采用了两种检测分析方法用以测定氨和其它（非氨类）恶臭污染物的浓度及排放规律，以下分开说明。

1.3.1 氨浓度测定及排放特征分析

通过连续24天的采样分析（每间隔1天采样一次），堆肥发酵过程中氨浓度变化如图1所示。

从图1可以看出，整个堆肥发酵过程中氨的浓度比较高，波动范围也比较大。在堆肥发酵升温的初期阶段，氨浓度上升较快，随后不规则波动，并在堆肥发酵的末期达到浓度最大值，随后在降温阶段逐步降低。

图1 堆肥过程中氨气的浓度变化曲线图

根据现有研究，氨的嗅阈值为0.3 ppm[7]，其阈稀释倍数的波动范围为20～1000。据此，可将氨作为厨余垃圾好氧堆肥的特征污染物之一。

1.3.2 非氨类恶臭污染物测定及排放特征分析

通过连续24天的采样分析（每间隔4天采样一次），堆肥发酵过程中非氨类恶臭污染物的浓度变化如表1所示。

表1 非氨类恶臭污染物浓度变化

将表1检测到的恶臭气体按照化合物种类进行分类，统计结果如表2所示。

表2 非氨类恶臭污染物的种类分布

非氨类恶臭气体分类如图2所示。

图2 非氨类恶臭气体物质种类组成

非氨类恶臭污染物的浓度变化规律如图3所示。

图3 非氨类恶臭污染物浓度变化规律

从上述图表可以看出，非氨类恶臭污染物的臭气组分较为复杂，有含硫化合物、含氧化合物、苯系物和烯烃类化合物。各类型污染物呈现一定规律性变化。臭气中的含氧类化合物浓度随着运行时间延长呈现先下降再上升的趋势；烃类、含硫类及烯烃类化合物浓度随时间增加，前期变化较小，但在20日时浓度显著上升。含氧化合物浓度最高，含硫化合物浓度最低。

同样地，采用阈稀释倍数计算方法，计算出各组分的阈稀释倍数较高的气体，如表3所示。

表3 非氨类恶臭污染物的阈稀释倍数占比

根据表4，在上述各类非氨类恶臭污染物中，主要贡献源为醛类以及含硫化合物（硫化氢，甲硫醇为主）。

综上分析，臭气中的主要特征污染物有氨、硫化氢、甲硫醇、异丁醛、乙醛。其中，氨的浓度最高，甲硫醇的阈稀释倍数最高，对臭气浓度贡献率也最大。

2 处理工艺选择与应用研究

2.1 特征污染物的理化性质分析

各特征污染物的理化性质如表4所示。

表4 特征污染物的理化性质一览表

其中，氨、硫化氢、乙醛均为溶于水的成分，氨和硫化氢的沸点非常低；异丁醛沸点相对比较高，且微溶于水，在空气中容易被氧化为异丁酸；甲硫醇不溶于水，且沸点相对比较低，仅为6 ℃，嗅阈值是所有特征污染物中最低的。

2.2 工艺选择及设备设计

根据上述特征污染物的理化性质，在应用工程中，通过收集管道将各堆肥料仓的臭气收集之后，采用“洗涤+生物滤池”的组合除臭工艺进行处理。设计处理风量为2700 m3/h。风机布置在洗涤塔和生物滤池之间。洗涤塔的设计停留时间为2 s，生物滤池的设计停留时间为24 s。生物滤池的滤料采用了由树皮、贝壳和堆肥产物组成的混合滤料，具有良好的保湿性、巨大的比表面积和相对较强的污染物吸附能力。

具体工艺流程如图4所示。

图4 示范基地臭气处理工艺

2.3 工艺说明

选择洗涤作为第一级处理工艺的作用：（1）去除好氧堆肥收集臭气中的粉尘、个体较小的蚊虫，防止长期运行对后级生物滤池造成堵塞；（2）去除臭气中的大部分易溶于水的组分，以氨和硫化氢为主，在生物法中，氨的处理主要以硝化反应为主导作用，大量的NH4+-N被微生物转化为NO2--N和NO3--N[8]。因此，去除其中大部分的氨，可以防止硝化细菌对其它除臭微生物造成菌群压倒性竞争优势；（3）调温、增湿。选择生物滤池作为第二级处理工艺的作用：（1）利用生物膜的吸附作用，捕集并降解不溶于水的甲硫醇和其它有机恶臭污染物。（2）进一步去除其它污染物，提高臭气的综合去除效率。