生活污泥发酵 (堆肥) 是一种有效的污泥减量化资源化途径。目前生活污泥发酵常采用高温好氧发酵工艺, 通过机械翻抛设备对物料进行翻堆。物料在好氧发酵过程中产生的致臭物质, 在翻堆过程伴随着水汽逸散到车间内, 将危害车间操作人员健康、腐蚀设备, 对项目周边的大气环境构成潜在威胁。

生活污泥成分复杂、泥质不稳定, 其发酵气体所含的致臭物也复杂多变。据统计, 污泥好氧发酵过程中可能释放的致臭物质及VOCs多达100多种, 其主要由挥发性无机物 (NH3、H2S、二硫化碳) 和部分挥发性有机物组成, 主要致臭成分为二甲基硫、二甲基二硫醚、NH3等[1]。

生活污泥好氧发酵致臭主要由于发酵料堆水分过高、翻堆不均匀或不及时、鼓风量不足导致局部厌氧, 以及大分子有机物降解过程的中间产物积累。在发酵臭气主要的致臭物中, 胺类主要来源于氨基酸脱羧作用, 而硫化物来自于含硫氨基酸的厌氧降解;挥发性脂肪酸、醛类及小部分碳氢化合物主要产生于好氧发酵高温期对有机物的不完全降解[1]。

生活污泥发酵过程产生的臭气具有产生量大、湿度高、浓度低、嗅阀值低的特点, 其主要恶臭物质通过特定的致臭基团对人体嗅觉细胞产生刺激, 使人产生感官上的不悦。在生产中, 发酵臭气通过物料翻抛及曝气供氧等工艺环节逸散到发酵车间内, 操作人员长期暴露于臭气中, 容易引起恶心、头痛、呼吸困难、头晕、眼睛刺痛、呼吸道不适等症状。当发酵臭气累积到一定浓度后, 可致人晕厥, 造成事故。同时, 发酵设备长期处于高湿及气体腐蚀的工况环境下, 容易老化生锈、发生电气短路, 严重影响生产安全。因而在进行污泥好氧发酵处理时, 须对发酵臭气进行有效的收集和处理。

生物滤池是一种经济、有效、易于运行维护的生物除臭工艺, 广泛百富策略白菜网于工业、市政、污水处理工程的恶臭治理。它通过滤料层将致臭污染物吸收, 并由滤料上微生物对污染物进行降解, 结构上主要由预洗池、滤料池、喷淋及循环系统以及配套的风机、管道系统组成。

生物滤池运行时, 待处理的臭气通过收集管道由风机送入预洗池, 预洗池中放置的惰性填料在水雾喷淋下, 其表面形成大面积水膜, 与臭气接触后可去除部分颗粒物及易溶于水的致臭物质;其后臭气以一定流速穿过负载有微生物的滤料层, 滤料层上部喷淋系统使滤料保持一定湿度, 致臭污染物在穿过滤料的过程中首先由气相扩散到液相中, 可溶于水的污染物通过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物吸收, 不溶于水的污染物则附着在滤料表面或微生物体外, 最终由微生物分泌的胞外酶分解;进入微生物细胞后, 致臭物质作为营养物及能量源被微生物所分解、利用, 最终使臭气消除[2]。

适宜的滤料含湿量有利于滤料与微生物之间的传质和微生物的代谢, 因而控制滤料含湿量是保障生物滤池持续高效运行的关键之一。对于易溶于水的致臭物质, 较高的滤料含湿量有利于污染物的去除。刘建伟等人研究发现[3], 滤料含湿量越高越利于氨的去除, 而滤料含湿量降低时, 氨去除率也随之降低, 当滤料含湿量降至43.6%时, 氨去除率降至80%以下;此外, 在滤料含湿量40%~60%时可保持较高的H2S去除率。而在正常运行的情况下, 生物滤池滤料含湿量通常需保持在40%~60%之间。

生物滤料是生物滤池最核心的组成部分, 主要可分为可降解和不可降解两类。良好的生物滤料应具有比表面积大、孔隙率高、质量轻、机械强度好、易于微生物附着生长、廉价、易取材等特点。

常用的可降解滤料主要为生物质滤料, 如树皮、木屑、花生壳、椰子纤维等, 其优点是有利于微生物的附着和增殖, 生物质本身能够为微生物提供碳源。但随着生物滤池的运行, 滤料有机质不断降解, 滤层的孔隙度和厚度将减小, 使滤料层比表面积减少、风阻增大, 影响生物滤池处理能力及处理效果。

常用的不可降解滤料有火山岩、珍珠岩、活性碳、石英砂、橡胶颗粒、硅藻土等。其优点是滤料层结构稳定, 不易杜塞压实, 滤层阻力较小。但其孔隙度普遍小于可降解滤料, 运行中需要适当补充碳源以维持微生物生长增殖, 因而初始启动的调试时间较长, 运行维护成本相对较高。

为克服不同类型滤料的不足, 目前工程上常采用有机-无机复合滤料, 如火山岩+树皮、火山岩+木屑+石英砂等, 既可保证长期运行后滤层结构稳定、不压实, 又可为微生物提供一定碳源, 保证生物降解效果。

一般认为, 滤料层厚度增大, 可延长气体与滤料层的有效接触反应时间, 承载更大的生物量以加快污染物降解, 从而提高除臭效率。但过高的滤料层厚度将增加生物滤池阻力, 给系统造成更大能耗, 同时容易发生气流短路。一般工程上滤料层的厚度设为1.0~1.5 m。如果选择合适的填料, 做到布气均匀、排除气体短路的话, 最低高度可以为0.5 m[4]。

生物滤池停留时间可分为空床停留时间和有效停留时间。空床停留时间是指气体通过未加滤料的滤层空间所需的时间。有效停留时间则是指气体通过填充后的滤料层的时间。有效停留时间受滤料孔隙度、滤料密度、工作风压等因素的影响, 因而在工程上一般采用空床停留时间进行生物滤池设计。对于可溶于水的污染物, 如NH3、H2S等, 所需的空床停留时间较短;而去除VOCs所需的空床停留时间较长。提高空床停留时间, 有利于提高致臭污染物的去除率, 但同时也会增加生物滤池的体积。因而适宜的空床停留时间可有效控制生物滤池占地及建设成本。处理生活污泥发酵臭气的空床停留时间建议不小于25S。

为保持微生物的正常生长及新陈代谢, 生物滤池内环境的p H应维持在7.0~8.0之间。而滤料池中的喷淋液常采用循环使用方式, 由于微生物的降解产物或副产品呈酸性, 因而喷淋液在长时间循环后, 会出现p H下降的现象。若生物滤池管理不善, 将导致p H值调节滞后时间过长, 使微生物的新陈代谢能力受到影响从而使系统运行不良[5]。因而需对喷淋液的p H持续跟踪, 及时调节喷淋液p H或定期更换喷淋液。

以某污泥发酵项目为例, 该项目采用槽式好氧发酵系统, 发酵原料含水率约55%, 其臭气主要产生于物料翻抛作业过程。

设计通过管道收集该项目发酵车间臭气, 采用生物滤池进行末端除臭处理。项目臭气收集系统由风机、玻璃钢管道、阀门、吸气口组成;发酵车间主要物流进出口安装电动卷闸, 除出料及检修外, 卷闸常闭。

生物滤池系统采用玻璃钢预制件外壳, 由预洗池和滤料池组成。预洗池占地面积12.0 m×2.0 m, 内部填充PP多面空心球填料, 预洗池上部安装喷淋系统。滤料池占地面积12.0 m×12.0 m, 分上次两层滤料层, 采用火山岩+树皮滤料, 每层滤料上部安装喷淋系统;设计滤料空床停留时间为26 s, 滤料层厚度为1.1 m。

该项目发酵臭气经生物滤池除臭处理前后主要污染物浓度如下表1所示。

经过车间封闭、负压抽风、生物滤池除臭后, 项目生活污泥发酵臭气污染得到有效控制。

(1) 生物除臭滤池结构简单、运行稳定、易于维护、投资及运营成本低, 能够适应生活污泥发酵臭气处理量大、污染物浓度低、湿度高、致臭物质成分复杂的特点。同时, 采用生物质滤料的生物滤池在更换填料后, 有机质滤料还可作为污泥发酵的辅料, 做到资源的循环利用, 有效减少处理滤料造成的二次污染。

(2) 影响生物除臭滤池除臭效果的主要因素有滤料含湿量、滤料种类、滤料层厚度、空床停留时间、p H等。其中滤料的选用及工艺设计是生物滤池除臭工艺控制的关键。建议生物滤池采用有机+无机复合滤料, 滤料层厚度1.0~1.5 m, 空床停留时间不少于25 s。

(3) 生物滤池百富策略白菜网于生活污泥发酵项目除臭, 采用火山岩+树皮滤料, 空床停留时间26 s, 滤料层厚度1.1 m, 除臭效果良好。