史林華

（上海野馬環(huán)保設(shè)備工程有限公司，上海 200436）

好氧堆肥是利用微生物將有機(jī)廢棄物中的可降解物轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定腐殖質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)有機(jī)固體廢棄物的減量化、資源化、無害化[1]。在好氧堆肥發(fā)酵過程中，微生物通過分解作用將有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為CO2和腐殖質(zhì)的同時會釋放大量惡臭氣體，因此，規(guī)模化的好氧堆肥工藝存在一定的二次污染風(fēng)險。惡臭氣體是目前人們無法忍受的異味之一，而且散發(fā)速度很快，嚴(yán)重影響周圍環(huán)境和人體健康，因此必須進(jìn)行處理。根據(jù)現(xiàn)有的研究，發(fā)酵堆肥產(chǎn)物在實(shí)驗(yàn)過程中持續(xù)釋放氨氣、硫化物、苯系物和萜類物質(zhì)，并以氨氣為主[2]。目前，對于廚余垃圾堆肥惡臭污染物排放特征的研究不多，本研究以長興縣林城鎮(zhèn)農(nóng)村生活垃圾資源化利用站作為分析研究對象，旨在通過對廚余垃圾好氧堆肥過程產(chǎn)生的惡臭污染物排放特征的進(jìn)一步研究，確定廚余垃圾好氧堆肥惡臭氣體中的特征污染物，有針對性地選擇合適的處理技術(shù)，并通過工程應(yīng)用對其處理效果進(jìn)行論證。研究對于廚余垃圾好氧堆肥惡臭治理具有一定參考意義。

1 惡臭污染物排放特征分析

1.1 氣體采樣

使用北京市勞工部的空氣取樣裝置（QC-1S），以堆肥料倉作為采樣點(diǎn)，根據(jù)《惡臭污染環(huán)境監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》（HJ 905-2017）[3]進(jìn)行采樣，具體操作如下：（1）將各部件連接好；（2）系統(tǒng)漏氣檢查：在抽氣泵前加裝一個真空壓力表；（3）打開采樣氣體導(dǎo)管與采樣袋之間的閥門，啟動抽氣泵，抽取氣袋采樣箱成負(fù)壓，氣體進(jìn)入采樣袋，采樣袋充滿氣體后，關(guān)閉采樣袋閥門；（4）采樣前按上述操作，用被測氣體沖洗采樣袋三次；（5）采樣結(jié)束，從氣袋采樣箱取出充滿樣氣的采樣袋；（6）必要時記錄采樣工況、環(huán)境溫度及大氣壓力。

1.2 臭氣檢測分析方法

料倉內(nèi)部惡臭成分分析主要采用的是GC-MS聯(lián)用方法，該方法可檢測硫化氫、硫醇以及各類有機(jī)惡臭組分。氮素轉(zhuǎn)化是堆肥發(fā)酵過程的一個典型特征[4]，由于氨在發(fā)酵過程中的排放濃度高、波動大，采用便攜式儀表（Drager X-am 5000）現(xiàn)場檢測記錄。

1.3 惡臭污染物排放特征分析

本研究選取長興縣林城鎮(zhèn)農(nóng)村生活垃圾資源化利用站作為分析對象。該站堆肥發(fā)酵工藝采用了多通道風(fēng)場控制有機(jī)垃圾快速腐殖化技術(shù)。該工藝基于好氧堆肥技術(shù)，以溫濕度為指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)過程監(jiān)控和智能自動控制，同時通過階段翻堆、通風(fēng)曝氣和溫度保持等手段，控制垃圾的含水率和腐熟程度，實(shí)現(xiàn)垃圾的快速腐熟成肥[1]。一個完整的好氧堆肥周期為25天左右。

通過對一個完整周期的堆肥過程進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，從而分析好氧堆肥臭氣的惡臭污染物排放特征。對于組成復(fù)雜的復(fù)合臭氣，根據(jù)各組分的濃度與嗅閾值的比例關(guān)系，可以評估不同物質(zhì)的相對貢獻(xiàn)，并識別關(guān)鍵致臭因子[5]。閾稀釋倍數(shù)是指某物質(zhì)的濃度除以該物質(zhì)的嗅閾值所得結(jié)果。

研究表明，某物質(zhì)的閾稀釋倍數(shù)越大，其對混合樣品氣味的貢獻(xiàn)就越大[6]，故而可以將貢獻(xiàn)較大的惡臭組分視作該臭氣的特征污染物或關(guān)鍵致臭因子。

本研究采用了兩種檢測分析方法用以測定氨和其它（非氨類）惡臭污染物的濃度及排放規(guī)律，以下分開說明。

1.3.1 氨濃度測定及排放特征分析

通過連續(xù)24天的采樣分析（每間隔1天采樣一次），堆肥發(fā)酵過程中氨濃度變化如圖1所示。

從圖1可以看出，整個堆肥發(fā)酵過程中氨的濃度比較高，波動范圍也比較大。在堆肥發(fā)酵升溫的初期階段，氨濃度上升較快，隨后不規(guī)則波動，并在堆肥發(fā)酵的末期達(dá)到濃度最大值，隨后在降溫階段逐步降低。

圖1 堆肥過程中氨氣的濃度變化曲線圖

根據(jù)現(xiàn)有研究，氨的嗅閾值為0.3 ppm[7]，其閾稀釋倍數(shù)的波動范圍為20～1000。據(jù)此，可將氨作為廚余垃圾好氧堆肥的特征污染物之一。

1.3.2 非氨類惡臭污染物測定及排放特征分析

通過連續(xù)24天的采樣分析（每間隔4天采樣一次），堆肥發(fā)酵過程中非氨類惡臭污染物的濃度變化如表1所示。

表1 非氨類惡臭污染物濃度變化

將表1檢測到的惡臭氣體按照化合物種類進(jìn)行分類，統(tǒng)計結(jié)果如表2所示。

表2 非氨類惡臭污染物的種類分布

非氨類惡臭氣體分類如圖2所示。

圖2 非氨類惡臭氣體物質(zhì)種類組成

非氨類惡臭污染物的濃度變化規(guī)律如圖3所示。

圖3 非氨類惡臭污染物濃度變化規(guī)律

從上述圖表可以看出，非氨類惡臭污染物的臭氣組分較為復(fù)雜，有含硫化合物、含氧化合物、苯系物和烯烴類化合物。各類型污染物呈現(xiàn)一定規(guī)律性變化。臭氣中的含氧類化合物濃度隨著運(yùn)行時間延長呈現(xiàn)先下降再上升的趨勢；烴類、含硫類及烯烴類化合物濃度隨時間增加，前期變化較小，但在20日時濃度顯著上升。含氧化合物濃度最高，含硫化合物濃度最低。

同樣地，采用閾稀釋倍數(shù)計算方法，計算出各組分的閾稀釋倍數(shù)較高的氣體，如表3所示。

表3 非氨類惡臭污染物的閾稀釋倍數(shù)占比

根據(jù)表4，在上述各類非氨類惡臭污染物中，主要貢獻(xiàn)源為醛類以及含硫化合物（硫化氫，甲硫醇為主）。

綜上分析，臭氣中的主要特征污染物有氨、硫化氫、甲硫醇、異丁醛、乙醛。其中，氨的濃度最高，甲硫醇的閾稀釋倍數(shù)最高，對臭氣濃度貢獻(xiàn)率也最大。

2 處理工藝選擇與應(yīng)用研究

2.1 特征污染物的理化性質(zhì)分析

各特征污染物的理化性質(zhì)如表4所示。

表4 特征污染物的理化性質(zhì)一覽表

其中，氨、硫化氫、乙醛均為溶于水的成分，氨和硫化氫的沸點(diǎn)非常低；異丁醛沸點(diǎn)相對比較高，且微溶于水，在空氣中容易被氧化為異丁酸；甲硫醇不溶于水，且沸點(diǎn)相對比較低，僅為6 ℃，嗅閾值是所有特征污染物中最低的。

2.2 工藝選擇及設(shè)備設(shè)計

根據(jù)上述特征污染物的理化性質(zhì)，在應(yīng)用工程中，通過收集管道將各堆肥料倉的臭氣收集之后，采用“洗滌+生物濾池”的組合除臭工藝進(jìn)行處理。設(shè)計處理風(fēng)量為2700 m3/h。風(fēng)機(jī)布置在洗滌塔和生物濾池之間。洗滌塔的設(shè)計停留時間為2 s，生物濾池的設(shè)計停留時間為24 s。生物濾池的濾料采用了由樹皮、貝殼和堆肥產(chǎn)物組成的混合濾料，具有良好的保濕性、巨大的比表面積和相對較強(qiáng)的污染物吸附能力。

具體工藝流程如圖4所示。

圖4 示范基地臭氣處理工藝

2.3 工藝說明

選擇洗滌作為第一級處理工藝的作用：（1）去除好氧堆肥收集臭氣中的粉塵、個體較小的蚊蟲，防止長期運(yùn)行對后級生物濾池造成堵塞；（2）去除臭氣中的大部分易溶于水的組分，以氨和硫化氫為主，在生物法中，氨的處理主要以硝化反應(yīng)為主導(dǎo)作用，大量的NH4+-N被微生物轉(zhuǎn)化為NO2--N和NO3--N[8]。因此，去除其中大部分的氨，可以防止硝化細(xì)菌對其它除臭微生物造成菌群壓倒性競爭優(yōu)勢；（3）調(diào)溫、增濕。選擇生物濾池作為第二級處理工藝的作用：（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機(jī)惡臭污染物。（2）進(jìn)一步去除其它污染物，提高臭氣的綜合去除效率。

2.4 應(yīng)用效果分析

氨、甲硫醇作為兩種典型的特征污染物，其去除效率也代表著綜合處理效果。通過對設(shè)備進(jìn)、出口的氨和甲硫醇做連續(xù)三次采樣，測試分析數(shù)據(jù)如表5所示：

表5 設(shè)備進(jìn)、出口氨/甲硫醇濃度數(shù)據(jù)分析一覽表

從表5可知，氨的平均去除效率達(dá)80%以上，甲硫醇的平均去除效率達(dá)90%以上，均取得了良好的處理效果。

3 結(jié)語

（1）廚余垃圾堆肥臭氣組分較為復(fù)雜，有氨、含硫化合物、含氧化合物、苯系物和烯烴類化合物。各類型污染物呈現(xiàn)一定規(guī)律性變化。主要特征污染物有氨、硫化氫、甲硫醇、異丁醛、乙醛。其中，氨的濃度最高，甲硫醇的閾稀釋倍數(shù)最高，對臭氣貢獻(xiàn)度最大。

（2）通過工程應(yīng)用證明，采用“洗滌+生物濾池”的組合處理工藝，對廚余垃圾好氧堆肥臭氣可以取得良好的除臭效果。該組合工藝對氨的平均去除效率達(dá)80%以上，對甲硫醇的平均去除效率達(dá)90%以上。此外，生物濾池的部分濾料采用了堆肥產(chǎn)物，不但降低了建設(shè)成本，還實(shí)現(xiàn)了就地取材，對技術(shù)應(yīng)用的推廣具有重大意義。