餐厨垃圾具有含水率高、含盐分高、有机成分多、容易腐败、有害成分少等特点[1], 在收集运输和处理过程中, 能迅速被微生物降解[2], 产生污染, 其中的氨、硫化氢等恶臭物质会使人食欲不振、头昏脑胀、恶心、呕吐, 直接对呼吸道、内分泌系统、循环系统及神经系统产生危害, 严重影响大众健康安全。

近年来, 国内外研究表明, 在餐厨垃圾资源化利用处理过程中产生的恶臭物质其成分主要有四大类:含硫化合物、含氮化合物、烃类化合物和含氧有机物。含硫化合物中的H2S是臭气物质的主要成分, 其次是卤代烃[3]。同时发现, 餐厨垃圾产生的恶臭只有少数的气味物质是氨和硫化氢等无机化合物, 大多数气味物质是有机物, 如低分子脂肪酸、胺类、醛类、酮类、醚类、卤代烃以及脂肪族、芳香族、杂环的氮或硫化物, 这些物质都带有活性基团, 容易发生化学反应。为改善工作环境条件, 减少环境污染, 有必要对餐厨垃圾处理车间产生的臭气进行净化处理。

本研究以江苏某餐厨垃圾处理工程为例, 介绍一种新型组合除臭工艺在餐厨垃圾异味控制的百富策略白菜网情况[4]。

该餐厨垃圾处理项目规模为200 t/d, 臭气处理量为35 000 m3/h。工程中处理及输送设备大都采用密闭设计, 臭气来源于预处理车间中的原料收集池、分选设备等环节, 将所有产生异味的空间上空都安装了微负压收集管网, 对各个环节产生的臭气进行集中处理。除臭系统选用化学洗涤和生物滤池相结合的工艺, 通过处理后尾气满足“恶臭污染物排放标准” (GB 14554-93) 中厂界废气排放 (二级新扩建) 排气筒恶臭污染物排放标准值。

除臭系统的工艺流程见图1。管网1中臭气通过引风机2输送至收集系统3, 依次进入酸洗涤塔4和碱洗涤塔5处理后再由离心风机6加压送至预洗池7, 臭气中部分水溶性物质被去除, 经化学处理后的臭气再进入生物滤池8, 在细菌的作用下, 臭气被转化为含二氧化碳、水和盐等无污染的气体通过排气筒9高空15 m排出。

(1) 化学洗涤原理:餐厨垃圾产生异味的空间气体被引入酸碱化学洗涤塔内部, 溶液循环装置将酸液和碱液分别雾化后喷洒在酸碱洗涤塔的填料表面, 在填料表面形成均匀的液体薄膜。当含有异味的空气穿过填料层时, 气体中的异味分子和微小粉尘就会被填料上的液体薄膜拦截、阻滞, 由气相转移到液相, 和液相中工作液的有效分子发生反应, 经过异味净化工作液的作用, 异味分子将被转化成无机盐类, 从而达到净化的目的。

(2) 生物滤池原理:在生物滤池阶段, 臭气通过湿润多孔和充满活性微生物的滤层, 利用微生物细胞对恶臭物质进行吸附、吸收和降解。微生物细胞具有个体小、表面积大、吸附性强、代谢类型多样的特点, 将恶臭物质吸附后分解成二氧化碳和水等物质。生物除臭过程主要以三个步骤进行: (1) 水溶渗透。滤料表面覆盖有水层, 臭气中的化学物质与滤料接触后在表层溶解, 并从气相转化为水相, 以利于滤料中的细菌作进一步的吸收和分解。滤料的多孔性使其具有超大的比表面积, 使气、水两相有更大的接触面积, 有效增大了气相化学物质在水相中的传送扩散速率, 高速的传送扩散意味着滤料可迅速将臭气浓度降至极低的水平; (2) 生物吸收。水溶液中的恶臭成分被微生物吸附、吸收, 恶臭成分从水中转移至微生物体内; (3) 生物氧化。滤料中的专性细菌以污染物为食, 把污染物转化为自身的营养物质, 使碳、氢、氧、氮、硫等元素从化合物的形式转化为游离态, 进入微生物的自身循环过程, 从而达到降解的目的。专性细菌等微生物又可实现自身的繁殖, 当作为食物的污染化合物与专性细菌的营养需要达到平衡, 而水分、温度、酸碱程度等条件均符合微生物所需时, 专性细菌的代谢繁殖将会达到平衡, 通过生物氧化来降解污染物, 最终的产物是含二氧化碳、水和盐等无污染的气体物质, 使污染物得以去除。

臭气收集系统包括各气体收集点的管网、文丘里喷射器、循环水泵等, 管网采用耐腐蚀的玻璃钢材料, 安装简单方便, 质地轻盈, 性价比合适, 主管道为外径Φ1 000 mm的管道。文丘里管为Φ1 000 mm×H 3 800mm, 文丘里管和管网采用相同的玻璃钢材质。动力源采用不锈钢316 L材质的离心式水泵, 流量25 m3/h, 扬程20 m, 电机功率2.2 kW。

化学洗涤系统包括2台酸碱洗涤塔, 材质为玻璃钢, 底部带储液池, 洗涤塔的外形尺寸为Φ2 400×H7 100 mm, 储液池外形尺寸为L 6 500×W 5 400×H 1100 mm, 配备4台耐酸碱循环水泵, 水泵流量4.8 m3/h, 扬程18 m, 功率7.5 kW。储液箱的酸碱投加选用自动投加系统, 通过实时监测储液箱的pH值控制酸碱的投加量, 计量泵流量240 L/h, 压力0.7 MPa, 功率0.37 kW, 酸碱储槽选用1 m3的耐腐蚀储槽。

本项目选用2台玻璃钢风机, 互为备用, 风量为20 000 m3/h, 风压2 600 Pa, 电机功率30 kW。离心风机采用玻璃钢材质, 质轻而硬, 不导电, 性能稳定, 机械强度高, 耐腐蚀, 耐高温等性能。

预洗池结构为玻璃钢复合材料, 有效容积L 2.0 m×W 3.0 m×H 3.3 m, 平均流速0.41 m/s, 接触时间2.8s, 循环水泵流量18 m3/h, 扬程18 m, 功率2.2 kW。池顶面带有观察窗, 便于观察和检修。预洗池中装有填料, 水可循环使用。预洗池配有循环水泵和喷淋系统。循环喷淋系统主要用于去除气体中固体污染物, 调节空气的湿度和温度, 包括所有循环管道、喷嘴、接头、支撑件等。喷头所喷的水呈雾状, 能覆盖整个预洗池, 没有死角。

生物滤池结构也为玻璃钢复合材料, 侧面带有有机玻璃材质的观察窗, 便于观察和检修, 内部设填料支撑层、生物填料和喷淋系统。设备有效容积L 14.0×W3.0×H 3.3m, 平均流速0.13 m/s, 接触时间12.96 s, 散水频率2～24次/天, 延续时间5～15 min, 水量15%～30%。配2台循环水泵互为备有, 流量18 m3/h, 扬程18m, 功率2.2 kW。

生物滤池填料采用以天然植物骸体或火山岩为主的多种级配的有机和无机混合填料, 其通透性和结构稳定性良好, 具有吸附污染物和微生物生长的最佳环境, 有运行费用低, 维护简单等优势。混合填料不易腐烂, 具有良好的保湿性和透气性, 载体表面为亲水性。微生物适宜的环境pH值为6～8, 但微生物在分解致臭物质时会产生酸性物质, 运行时间一长, 往往导致滤池pH值下降, 出现酸化现象, 影响微生物的生长, 降低除臭效果。设计选用的填料中添加了少部分无机混合物, 这些物质可以提高填料的通透性、吸水性, 并起到防止板结、均衡营养、防止酸化等作用。

(1) 化学洗涤系统调试前确认工艺管线、电气仪表、电气设备、水泵和洗涤塔单机等清水运行合格, 酸碱箱分别按照要求配置好一定浓度的酸碱溶液, 启动循环泵, 通过塔内的喷淋装置向填料喷洒酸碱溶液, 启动进水泵, 通过负压收集系统将臭气从塔底部输送到酸碱塔内, 工作液由排水管道回到酸碱洗涤塔的溶液循环箱或进入废水处理系统, 在补充一定的新鲜工作液后循环使用, 从而在保证净化效果的同时尽可能降低运行费用。

(2) 化学洗涤净化后的气体经洗涤过滤设备内的脱水填料层, 除去空气中的水珠, 再由风机输送至预处池, 降低高浓度污染负荷的峰值, 且作为一个有效的缓冲器输送到生物滤池除臭系统。

(3) 微生物培养是生物滤池调试的核心工作。取100 L配置好的活性菌, 加入生物滤池的循环水箱, 通过喷淋系统将活性菌喷洒到填料表面。在调试阶段, 由于每天餐厨废弃物处理量相对较少, 对气源的浓度难以控制, 在气源难以满足微生物营养需求的情况下, 用葡萄糖和尿素配置营养液, 喷洒在填料表面, 供微生物营养需要, 连续5天在固定时间投加活性菌和营养液, 同时从底部送入臭气, 驯化活性菌生长, 将致臭污染物降解成二氧化碳和水。

项目于2016年12月通过当地环保部门验收, 经过18个月的稳定运行, 厂区异味达到标准。表1是2018年3月份各监测点的数据。由监测结果可以看出, 通过处理后尾气主要臭气成分均优于GB14554-93中厂界废气排放标准值。

(1) 化学和生物滤池组合工艺在除臭效果方面具有互补性, 为获得更好的除臭效果, 在工程建设投资和土地利用等方面可寻求最佳性价比。单纯化学法对臭气处理不彻底, 而生物法占地面积大, 耐负荷冲击能力差, 通过化学法降低臭气的浓度, 缩小生物法的滤床面积, 从而降低设备占地面积, 提高处理效果。

(2) 本工程餐厨垃圾处理过程中产生的臭气通过化学和生物除臭的组合工艺进行处理后, 尾气满足“恶臭污染物排放标准” (GB 14554-93) 中厂界废气排放标准值, 这种新型组合工艺在除臭效果的成功百富策略白菜网值得推广。