餐厨垃圾处理中恶臭气体特征及处理技术研究

张彦敏 魏薇 王玉臻 王宁杰 张小磊

摘要：垃圾分类以来，各地均有较为成熟的餐厨垃圾处理厂，主流工艺为厌氧发酵和好氧堆肥，两种工艺都存在恶臭气体产生的问题。合理选择恶臭气体处理工艺是实现高效除臭的关键，而臭气成分是决定工艺选择的核心。文章分析了直接影响臭气成分的主要因素，对目前的物理、化学、生物等除臭工艺进行讨论，井从除臭效果、投资成本、二次污染、运行操作以及地理位置对除臭工艺的选择进行剖析，为餐厨垃圾处理厂恶臭气体处理工艺选择提供指导。

关键词：餐厨垃圾；恶臭气体；除臭；工艺

中图分类号：X705 文献标志码：B

前言

自1996年以来，垃圾分类是优化垃圾处理模式、提高资源回收利用率、减轻垃圾处理负荷的重要手段，目前全国各城市小区均在不断推行。餐厨垃圾是实施垃圾分类后产量增加较大的一类重要垃圾。2001年8月，上海市第一次明确餐厨垃圾的定义和处理管理办法。然而目前餐厨垃圾收集、临时存储、运输、处理过程中导致的恶臭问题是民众投诉的焦点。餐厨垃圾在居民区收集和临时存储过程中，各小区通常利用芳香剂喷洒的掩蔽法解决臭气问题，且由于量小、时间较短，因此．臭气问题不显著。餐厨垃圾运输一般在夜间进行，而且运输过程中密闭较好，因此，臭气问题也相对容易解决。然而，餐厨垃圾处理作为最后一环由于总量大、过程持续时间长，恶臭问题十分严重。易伟雄（2019）等发现在餐厨垃圾处理过程中存在设施管理不足、废气半收半排、治污工作缺乏针对性等问题，导致恶臭气体大量存在。

恶臭气体大多是由硫化物、含氮化合物、烃类有机物和含氧有机物等的一种或几种物质混合组成，不仅会对人体健康产生影响，而且对大气环境造成了严重的威胁。目前中国对恶臭气体排放已颁布一系列相关的标准文件，如《恶臭污染物排放标准》（GB 14554-93）、《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB 18918-2002）、《大气环境质量标准》（GB3095-2012）、《大气污染物综合排放标准》（GB16297-1996）等，均对恶臭气体排放有高标准的限制，因此，餐厨垃圾处理过程中臭气治理直接关系到该行业的发展及周边居民身体健康。

餐厨垃圾处理过程中产生臭气的种类与餐厨垃圾的成分及餐厨垃圾处理工艺密切相关，本论文从这两部分出发分析臭气的产生问题，并对目前的除臭技术进行对比，提出适用于不同处理工艺产生臭气的治理技术。

1恶臭气体产生

餐厨垃圾主要来自于居民家庭和提供餐饮服务的场所，是剩余的食物残渣、骨头、蔬果皮、废料等。其主要以有机成分为主，包括淀粉类、纤维类、油脂类蛋白质类，主要化学元素包括C、N、O、S、P、H、Cl等，具有易发腐、易致臭的特点。目前检测到的餐厨垃圾处理过程中产生的臭气多达几十种甚至上百种，但主要包括硫化物、氮化物、烷烃、烯烃、芳香烃、卤代烃、含氧烃。臭气的成分主要由餐厨垃圾成分和处理工艺决定。

餐厨垃圾的成分波动通常比较大，与各地区的饮食习惯和餐饮发达程度有很大关系。餐厨垃圾目前的主要处理方式是厌氧消化和好氧消化／堆肥，两个过程是通过利用不同类型的微生物对餐厨垃圾进行降解，从而将餐厨垃圾转化为沼气或者肥料。根据厌氧发酵的特点，餐厨垃圾厌氧发酵过程中主要是多糖、蛋白质、脂肪经过水解酸化、产酸、产甲烷三个阶段被最终转化为甲烷、二氧化碳、氨气、氢气等，同时挥发性有机酸（VFA）作为中间产物也会存在（如图1所示）。同时，当餐厨垃圾中存在硫酸根时，在硫酸根还原菌的作用下还会产生硫化氢（H2S）。因此，餐厨垃圾厌氧发酵产生的致臭物质应该主要为氨气和VFA，且根据具体成分不同可能会产生H2S。

除厌氧发酵外，好氧处理也被用于餐厨垃圾的处理，餐厨垃圾在好氧菌的作用下被转化为二氧化碳、水、氨气。因此，原则上好氧堆肥产生的臭气主要是氨气，当餐厨垃圾中含有芹菜、红薯等木质素丰富的物质，以及葡萄皮、葡萄籽等单宁物质比较丰富的物质时，也会产生臭气多元酚、醌等。此外，当堆肥过程中，垃圾含水率过高、供氧不足时，会导致局部厌氧发酵，进而产生VFA和H2S臭气物质。Wang等利用26%蔬菜、13%肉、60%淀粉类主食进行好氧堆肥研究发现，主要臭气物质为氨气、乙醇和VFA。针对实际进行好氧发酵的餐厨垃圾场处理厂臭气监测也发现，主要致臭物质为硫化氢、氨气、VFA，也含有致臭性较高的甲硫醚和甲硫醇。

事实上，利用相同的处理工艺，餐厨垃圾成分不同，产生的主要臭气种类也不相同。Phan等也发现，厌氧发酵过程中，当所用餐厨垃圾成分不同时，产生的臭气成分有很大差别，肉类厌氧产生的臭气主要为挥发性有机化合物（VOCs），蔬菜厌氧几乎不产生VOCs。

由此可见，餐厨垃圾处理过程中产生的臭气成分是“一厂一况”的，无法简单的根据餐厨垃圾成分或者餐厨垃圾处理工艺准确地对产生臭气成分进行预测，只能进行大致臭气成分的推测。臭气成分的预估是除臭工艺设计的基础，因此：

（1）臭气处理工艺的选择应首先考虑通过实验研究获得臭气成分，进而确定除臭工艺的选择；

（2）应尽量全面考虑，将可能产生的臭气均考虑在设计范围内，以应对处理过程中臭气成分波动变化等。

2餐厨垃圾处理厂恶臭气体治理技术

臭气处理工艺主要可以分为三类：物理法、化学法、生物法。物理法主要是通過利用固体吸附剂进行吸附；化学法是通过利用化学药剂对臭气进行吸收或将其转化为非臭气物质；生物法是通过微生物的降解或转化作用去除臭气物质。目前物理吸附主要是利用活性炭或改性活性炭对臭气进行吸附，相对广泛，但成本高，且存在臭气脱附的二次污染问题，因此，主要讨论应用较多的化学法和生物法。

2.1化学法除臭

化学法主要包括化学吸收和氧化法。

餐厨垃圾处理过程中产生的恶臭气体通常是酸性的或碱性的，因此可以通过中和反应将其去除。化学吸收法的主要机理是通过利用酸性或碱性化学药剂与臭气反应将臭气转化为无臭物质，进而除臭。主要包括水洗涤、酸洗、碱洗等方法。常用的化学药剂有碳酸钠、硫酸、盐酸、氢氧化钠等。天然植物液洗涤是在酸碱洗涤法基础上发展的，只是所用洗涤液不同。化学吸收主要采用填料塔形式，内部设有填料层和喷淋层，以对流形式将臭气捕捉到吸收液中，从而实现臭气的分离及去除，化学吸收除臭的效果与臭气成分有很大的关联，药剂选择过程中需要进行相关匹配。

氧化法除臭中化学氧化除臭是利用强氧化剂如臭氧、高锰酸钾、次氯酸钠等将臭气氧化为非臭气物质的过程。氧化的过程可以在液相也可以在气相中完成，除臭效果与臭气在氧化系统内的停留时间高度相关。光催化氧化也不断被报道用于臭气处理，主要是通过利用紫外光产生活性粒子、羟基自由基等高活性基团，将臭气物质断键转化为非臭气物质实现除臭。单独紫外还尚未被应用，目前主要是与臭氧联合实现除臭。

2.2生物除臭

生物法处理臭气主要包括生物滤池，生物滴滤塔，土壤床工艺等。是利用驯化后的微生物的代谢功能将吸附在填料上的臭气降解转化为非臭气或弱臭气物质的过程。整个过程可分为四个阶段，第一阶段：臭气进入到水相中；第二阶段：在水相中扩散到生物膜；第三阶段：被微生物捕获；第四阶段：被微生物降解。由此可见，臭气的溶解、臭气的扩散速度、微生物的种类、微生物降解臭气物质的速率是决定臭气处理效果的关键。生物法除臭具有运行成本低和无二次污染的特点，但是存在对臭气成分波动适用性差、运行维护复杂、处理时间长的问题。

2.3化学-生物联合除臭

化学法与生物法联合应用可弥补利用单独化学法和单独生物法处理臭气存在的弊端，适用性强且适用范围广。王婷（2021）等利用两级碱洗+生物除臭箱可去除硫化氢、甲硫醇、硫化甲基、二硫化甲基及低级脂肪酸等臭气物质，其中硫化氢与氨气去除率达99.8%和98.5%，达到《恶臭污染物排放标准》（GB 14554-93）二级排放要求。生物滴滤联合紫外光催化实现了对硫化氢、氨、甲硫醇和甲硫醚致臭物质的高效去除。可见化学法与生物法组合除臭具有较好的应用前景。

3除臭技术的适用性分析

如前所述，目前臭气处理技术较多，选择性也较多，但具体工艺的选择是需要根据所要处理的臭气的成分来决定。餐厨垃圾处理过程中，臭气的主要成分为硫化物（硫化氢、甲硫醇、甲硫醚等）、氮化物（氨氮、二甲胺、二乙胺等）、烃类（苯、甲苯、二甲苯等）、含氧烃（乙醇、甲醛、VFA等）。针对不同的臭气物质，可采用不同的处理技术，具体比较见表1。

通过比较分析，化学法对各类臭气物质均有较好的效果，因此，在需要快速、高效去除臭气物质时可采用臭氧氧化、芬顿氧化法。由于此类化学氧化法成本高，可以考虑在化学氧化法前增设化学吸收将一部分臭气物质，如硫化氢、甲硫醇、VFA等去除，进而降低化学氧化法的负荷，从而降低成本。生物法对大多数臭气物质均有较好的处理效果，通过微生物代谢作用可以将氮化物、烃类、含氧烃等分解利用，实现除臭。生物滤池和生物滴滤池都是较成熟的工艺，但由于效率较化学氧化法低，通常占地较大，在场地宽松情况下生物法是首选。但由于对部分硫化物处理效果有限，因此建议与化学吸收或物理吸附结合使用，以期达到对臭气的高效去除。

从地理位置来讲，冬季北方温度较低，不适用于生物繁殖生长，建议采用光催化氧化法等不受温度影响的化学法去处理；而南方温度一年四季较为稳定，建议以生物法为主，结合化学法或其他方法进行处理，以减少投资成本。

4结语

垃圾分类为垃圾处理带来极大便利，餐厨垃圾是其中一类产量较大的垃圾，其富含生物质，通过厌氧发酵和好氧堆肥在达到垃圾处理的同时实现资源化，然而也存在一定的问题，餐厨垃圾处理过程中产生臭气，已成为周边居民投诉的焦点，同时影响城市的形象，高效快速的臭气治理策略十分必要。目前臭气治理技术较多，如何进行工艺选择是难题。未来除臭工艺将以生物法为基础，通过改变反应器运行配置或组合其他工艺进行发展，同时光催化氧化法等停留在理论研究层面上的新型工艺将会实现低成本、高效率除臭效果。实际上，工艺选择应紧密结合臭气成分，通过对臭气成分分析，明确主要的致臭物质种类，结合臭气处理工艺的适用范围、现场条件、实际需求等合理选择工艺或工艺组合。