浅谈餐厨垃圾处理厂恶臭治理方法

近年来，随着我国各大城市餐饮业的快速发展，餐饮业已成为我国经济社会的重要组成部分，与此同时，有机废弃物产生量也连年递增。据统计，目前我国城市有机废弃物年产生量不低于6000万吨，由于此前相关处理措施不规范、处理能力不足等原因，有机废弃物已成为环境卫生和城市发展的"隐患"。为解决上述问题，避免餐厨垃圾回到餐桌，影响食品卫生安全，全国各地积极采取措施对餐厨垃圾进行无害化处理，但由于餐厨垃圾有机质含量高的特性，导致在运行过程中会产生大量恶臭气体,对环境造成二次污染。此外随着经济发展和人民生活水平的提高, 人们对工作和生活环境的要求也逐渐提高, 恶臭作为环境公害之一也越来越受到关注,国外早在50 年代末便进行了恶臭污染及其治理方法的研究,并积累了相当的理论和实践经验。在各种治理方法中, 生物脱臭法因其具有脱臭效率高、装置简单、处理成本低等优点而成为近10 年来的研究重点。以下简要介绍恶臭污染的特点和各种脱臭技术方法,并着重介绍生物脱臭法[ 1 ] 。

长沙雷邦环保科技有限公司https://www.lbome.cn/是以“垃圾”为主题的高新技术装备制造商，集技术研发、设备制造、工程设计、运营服务、投资建设于一体。为餐厨、果蔬、餐余、湿垃圾等提供整体解决方案及运营服务。
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1.餐厨垃圾处理厂气味的特征

在餐厨垃圾处理工艺过程中产生的气味物质主要由碳、氮和硫元素组成。只有少数的气味物质是无机化合物,例如: 氨(NH3 ) 、膦( PH3 )和硫化氢 (H2 S) ;大多数气味物质是有机物,比如低分子脂肪酸、胺类、醛类、酮类、醚类、卤代烃以及脂肪族的、芳香族的、杂环的氮或硫化物。值得注意的是,这些物质都带有活性基团,容易发生化学反应,特别是被氧化。当活性基团被氧化后,气味就消失,生物除臭工艺就是基于这一原理。几种主要臭气的成份见表1。

表1　主要臭气成份

化合物

典型分子式

特性

胺类　

CH3NH2 (CH3 ) 3N

鱼腥味

二　胺

NH2 (CH2 ) 4NH2NH2 (CH2 ) 5NH2

腐肉味

硫化氢

H2S

臭鸡蛋味

粪臭素

C8H5NHCH3

粪便味

氨

NH3

氨味

硫　醇

CH3 SHCH3 SSCH3

烂洋葱味

2.除臭措施与工艺

2.1　除臭措施

目前一般垃圾处理厂（包括餐厨垃圾处理厂）臭味常见的控制措施主要为: “闭、清、排、曝、净”五种。(1)闭:就是通过合理的方式将释放臭味的非封闭区域构造成封闭区域以改善工作环境的空气质量。( 2)清:即通过周密、有计划、持续地在长期运行中对可能导致的臭味来源通过清理和清洗或类似的方法消除臭味。比如及时清理切料台、操作车间、冲洗池壁等。(3)排:就是将带有臭味的空气收集后高空排放,这一方案是目前设计规范中所主要采取的措施。(4)曝:这一措施是最简单的方法。如果处理工艺不需要进行厌氧和缺氧工艺,操作人员向厌氧腐臭的构筑物补充足够的溶解氧,使得产生硫化氢等臭味气体的厌氧反应得到抑制进而控制臭味发生。 (5)净:就是将臭气收集进行净化处理,一般可以通过化学或生物的方法。下面将要介绍的除臭工艺主要从“净”方面进行论述[ 2 ] 。

2.2　除臭工艺

2.2.1水清洗和药液清洗

法水清洗是利用臭气中的某些物质能溶于水的特性,使臭气中氨气、硫化氢气体和水接触、溶解,达到脱臭的目的。药液清洗是利用臭气中的某些物质和药液产生中和反应的特性,如利用呈碱性的苛性钠和次氯酸钠溶液,去除臭气中硫化氢等酸性物质,利用盐酸等酸性溶液,去除臭气中的氨气等碱性物质。与活性炭吸附法相比较,它必须配备较多的附属设施,运行管理较为复杂,与药液不反应的臭气较难去除,效率较低。

2.2.2　活性炭吸附法

活性炭吸附法是利用活性炭能吸附臭气中致臭物质的特点,达到脱臭目的。为了有效地脱臭,通常利用各种不同性质的活性炭,在吸附塔内设置吸附酸性物质的活性炭,吸附碱性物质的活性炭和吸附中性物质的活性炭,臭气和各种活性炭接触后,排出吸附塔。该法与水清洗和药液清洗法相比较,具有较高的效率,但活性炭有一饱和期限,超过这一期限,就必须更换活性炭。这种方法常用于低浓度臭气和脱臭的后处理。

2.2.3臭氧氧化法

臭氧氧化法是利用臭氧强氧化剂,使臭气中的化学成份氧化,达到脱臭的目的。臭氧氧化法有气相和液相之分,由于臭氧发生的化学反应较慢,一般先通过药液清洗法,去除大部分致臭物质,然后再进行臭氧氧化。

2.2.4高压静电法

广州石油化工总厂在碱渣回收Na2 CO3的过程中采用高压静电除尘器, 提高Na2 CO3的回收率,同时降低外排废气中低浓度H2 S和硫醇的量, 减少了臭气的排放。高压静电除臭是由于臭味物质分子在高压静电场内, 被Tyndall效应直接作用下产生的氧化性极强的活性粒子或自由基氧化, 改变了本身的化学结构, 变成无特征发臭基因的物质。

2.2.5催化燃烧法

新研制的除臭用陶瓷催化器能使废气的有机溶剂、恶臭气体催化燃烧, 达到除臭净化功。该催化剂以董青石陶瓷为载体, 涂覆γ - Al2O3为第二载体, 浸渍活性组分Pt制成。它能使有机溶和恶臭气体的起燃温度降低, 且能无焰燃烧,生成无毒无味的CO2和H2O。

2.2.6填充式微生物脱臭法

生物脱臭法自1840 年由德国科学家发明以来,经不断开发、研究,已取得一定的成果。随着人们对脱臭必要性的逐步认识,在土壤脱臭法的基础上,逐渐研究了新型、高效的生物脱臭技术。由于多孔材质生物载体的开发,使填充式微生物脱臭法得到广泛应用,该法利用下述原理达到脱臭目的:臭气中的某些成份溶解于水;臭气中的某些成份能被微生物吸附;吸附后的臭气能被微生物分解。附着微生物载体的多年研究开发,有天然有机纤维、硅酸盐材料、多孔陶瓷制品、发酵后的谷糠、PVA 粒子、纤维状多孔塑料等。这些材料都具有下列特性: 表面积较大; 能保持较久的水分;压力损失较小;耐腐蚀性能好;吸附量较大;能保持丰富的微生物;不会产生副反应。

3.生物除臭的方法

根据微生物在除臭作用中的存在形式可将处理方法分为生物过滤法(固着态) 和生物吸收法 (悬浮态)。

3.1生物过滤法

其原理是使收集到的废气在适宜的条件下通过长满微生物的固体载体(填料) ,气味物质先被填料吸收,然后被填料上的微生物氧化分解,完成废气的除臭过程。固体载体上生长的微生物承担物质转换的任务,因为微生物生长需要足够的有机养分,所以固体载体必须具有较高的有机成分。要使微生物保持高的活性,还必须为之创造一个良好的生存条件,比如:适宜的湿度、pH 值、氧气含量、温度和营养成分等。同时,环境条件变化会影响微生物的生长繁殖,因此在试运行时或改变操作条件时要考虑生物过滤池会有一个适应期[ 3 ] 。

3.1.1生物滤池式脱臭法

该法的主要原理是恶臭气体经过去尘增湿或降温等预处理工艺后, 从滤床底部由下向上穿过由滤料组成的滤床, 恶臭物质由气相转移到水—微生物混合相, 通过固着于滤料上的微生物的代谢作用而被分解掉。生物滤池脱臭法目前研究得最多, 工艺最成熟,在实际中也是最常用的生物脱臭方法。日本大谷等人曾采用盐化维尼龙系卷毛纤维作为填充物,高度为1150 m ,空塔线速度为0132 m / s,空间速度为每小时667 km, 在H2 S浓度为105～130 mg·L条件下, 去除率为98% , 最大去除率为2 800 g/m3 ·d。该法的脱臭效率受滤料中的含水率、pH值、温度、布气的均匀性和自然条件等因素影响。常用的滤料有土壤、堆肥和泥炭等, 这样生物滤池脱臭法又可细分为土壤脱臭法、堆肥脱臭法和泥炭脱臭法等。生物滤池处理臭气时, 运行费用低, 处理效率很高, 尽管其占地面积很大, 填料也需要定期更换以及脱臭过程不易控制, 在实际中仍得到广泛地应用。在德国和荷兰已有500多座生物滤池投入应用, 它们中的大多数用于家禽和食品加工工业。近几年已逐渐用于化学工业产生的难降解恶臭物质的处理。采用该法处理H2 S气体、甲醛和氨、有机污染物、脂肪类碳氢化合物等都取得了显著的效果[ 4 ] 。

3.1.2　生物滴滤池式脱臭法

该方法的脱臭过程与生物滤池式脱臭法相近,只不过使用的滤料是诸如聚丙烯小球、陶瓷、木炭、塑料等不能提供营养物质的惰性材料。生物滴滤池中, 只有针对某些恶臭物质而降解的微生物附着在填料上, 而不会出现生物滤池中混合微生物群同时消耗滤料有机质的情况, 因而池内微生物数量大; 惰性滤料可以不用更换, 而且它造成的压力损失也较小; 同时生物滴滤池的操作条件极易控制,使得它成为目前生物脱臭研究中的重点。生物滴滤池可承受比生物滤池更大的污染负荷, 同时它还有很大的缓冲能力, 即使中断供给营养物质几天后, 系统仍保持很高的脱臭效率。由于该系统操作复杂, 使得其应用受到一定的限制。同济大学季学李等采用高负荷生物滴滤器(BTF) 作处理气态挥发性有机污染物(VOCS)甲苯废气的净化实验。生物滴滤器以纤维附着活性炭(ACOF)为载体材料, 以甲苯为唯一碳源驯化而得的微生物菌种挂膜。结果表明, 该BTF最大消除能力值可达到280 g/m3 ·h, 远大于已有文献的报道值(见表1)。在甲苯负荷小于280 g/m3 ·h, 停留时间1517秒的条件下, 表观气速230 m /h,可保持90% 以上的净化效率。闲置恢复实验表明,数小时的停运闲置使设备性能有所下降, 但在1～3 h内便能恢复; 20 d 以上的闲置对BTF性能影响较大,需2～3 d才能基本恢复,实验显示用ACOF挂膜的BTF具有净化效率高、缓冲能力较好等优点。这是由于该生物滴滤器内具有很高的生物膜量(最大为30130 kg/m3 , 良好的传质和降解性能,并具有较好的持水特性[ 5 ] 。

3.2生物吸收法

生物吸收法(也可称为生物洗涤法) 多采用活性污泥的方法, 先将恶臭成份转移到水中, 然后, 再进行受污染水的微生物处理。按气液接触方式分为两种形式: 洗涤式和曝气式。

3.2.1洗涤式生物活性污泥脱臭法

该法的主要原理是将恶臭气体和含悬浮泥浆的混合液充分接触, 在吸收器中把恶臭物质从恶臭气体中去除掉, 洗涤液再送到反应器中, 通过悬浮液生长的微生物代谢活动降解溶解的恶臭物质。这种方法可以处理大气量的臭气, 同时操作条件易于控制, 占地面积较小, 压力损失也较小, 实际中有较大的适用范围, 日本某铸造厂和德国某印刷厂采用该法处理恶臭气体都取得了很好的脱臭效果, 但这种方法设备费用大, 操作复杂而且需要投加营养物质, 因而其应用受到了一定的限制。

3.2.2曝气式活性污泥脱臭法

该脱臭方法是将恶臭物质以曝气形式分散到含活性污泥的混合液体中, 通过悬浮生长的微生物降解恶臭物质。这与废水的活性污泥法处理过程极为相似, 只是用恶臭气体代替空气注入活性污泥中, 所用设备通常是曝气罐, 风量为011～1 mm / s。该方法适用各种不同不超过极限负荷量的恶臭气体。效果很好, 其去除效率均可高达99152%以上。影响恶臭气体去除率的主要因素有曝气水深、曝气强度、污泥浓度、酸碱度以及营养物质的投放等。一般活性污泥浓度控制在5 000 ～10 000 mg/L 为宜, 臭气的送入速度以20 m3 /h以下为好; 营养盐的投加也很重要。这种方法是日本福山等人在80 年代初最先开发成功的, 现已应用于粪便处理场和污水处理场的臭气处理。町田等人从粪便处理现场取出活性污泥,然后把粒径为5～10 mm的木炭浸入其中, 将其作为吸附细菌的填充物, 填充高度为60 cm ,空间速度为每时100 km, 在硫化氢浓度为800 mg/L条件下进行实验, 最大去除速度是2 900 g/m 3 ·d,可见其速度非常高。其次是标准工厂中使用, 例如选用从尿处理厂的尿调整槽中排出的高浓度恶臭气体进行处理实验, 其硫化氢的负荷是1 000～1600 g/m 3 ·d, 结果几乎完全去除[ 6 ] 。

4.结　语

臭味的去除方法主要有化学法、物化法和生物法。由于引起恶臭的臭源物质种类不同, 应当采取的除臭方法也不同。对于臭源物质为H2 S、NH3等无机小分子的臭气, 其去除采用氧化法较为适应,而对于臭源物质是烃、醇、酚、酯等有机物的臭气,其去除采用催化氧化或生物法较为合适。另外, 可以将吸附法与化学法或生物法结合起来, 首先将臭源物质吸附于吸附剂表面, 再利用催化氧化使其分解或利于微生物作用使其转化为无害物质。在化学法除臭方面, 除臭氧和高铁酸盐之外的廉价氧化剂应继续开发和利用, 除纳米TiO2、Pt等之外的催化剂活性成分的研究有待进一步深入, 尤其是光催化方法中的廉价光催化剂有待开发。在物化除臭法中, 吸附剂改性有利于除臭效率的提高, 同时, 由于吸附剂再生要消耗能量, 则原料来源广、廉价且高吸附量的吸附剂将在除臭市场有较强的竞争力。在生物除臭法中, 可以借鉴吸附、过滤、吸收等物化方法设计工艺, 但采用生物法时首先应该考虑臭源物质的生物去除可能性和去除效率, 其次要做好微生物驯化工作,以更好的做好除臭工作。