生物一體化拼裝除臭設(shè)備在餐廚濕垃圾臭氣處理中的應(yīng)用

任元松，陳 馳，林 杰

（上海野馬環(huán)保設(shè)備工程有限公司，上海 200436）

我國(guó)垃圾處理以填埋為主，輔助以垃圾焚燒的方式，垃圾填埋場(chǎng)的建設(shè)需要占用大量土地，造成“垃圾圍城”的情況，而焚燒廠的建設(shè)往往又會(huì)引起周邊居民的反對(duì)。因此，實(shí)行垃圾分類，尤其是餐廚垃圾的分類工作成為解決這一系列問題的關(guān)鍵。垃圾經(jīng)過分類后，主要分為干垃圾和濕垃圾兩大類，其中濕垃圾在收運(yùn)和處置過程中會(huì)產(chǎn)生大量臭氣，不僅對(duì)大氣環(huán)境造成了破壞，同時(shí)對(duì)周邊居民的日常生活和工作也造成了嚴(yán)重影響，因此治理惡臭氣體已經(jīng)成為一個(gè)迫在眉睫的問題。

1 濕垃圾臭氣處理現(xiàn)狀分析

濕垃圾臭氣與污水處理、污泥堆肥產(chǎn)生的臭氣有很大不同，污染物的成分和濃度更加復(fù)雜，處理難度也隨之大幅度提升。張妍等[1]對(duì)3個(gè)餐廚垃圾處置項(xiàng)目的調(diào)研數(shù)據(jù)及分析結(jié)果表明，惡臭廢氣中典型的惡臭物質(zhì)為乙醇、檸檬烯、硫化氫、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫醚、乙醛、乙酸乙酯等，惡臭成分往往多達(dá)幾十甚至上百種，臭氣組分的復(fù)雜性使得處理工藝的選擇尤為關(guān)鍵。目前，傳統(tǒng)的除臭方法有很多，包括吸附法（活性炭）、吸收法（化學(xué)洗滌）、生物除臭法、光催化氧化法、低溫等離子法等[1]。臭氣中存在大量的粉塵及油脂，且成分較為復(fù)雜，生物法處理惡臭氣體效益高且環(huán)境友好[2]，濕垃圾堆肥臭氣通常選擇生物過濾的方式進(jìn)行處理。鑒于餐廚濕垃圾臭氣成分的復(fù)雜性和多樣性，玻璃鋼材質(zhì)具有質(zhì)輕、堅(jiān)硬、不導(dǎo)電、機(jī)械性能較高、耐腐蝕等特性[3]，能夠替代鋼材制造相關(guān)設(shè)備的機(jī)械零件。

末端除臭系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要綜合考慮設(shè)施的運(yùn)行情況、臭氣特點(diǎn)、除臭風(fēng)量、設(shè)備占地、能耗等因素，合理設(shè)計(jì)除臭工藝、處理風(fēng)量，通常使用一套或多套臭氣處理設(shè)備對(duì)臭氣進(jìn)行治理，單套設(shè)備風(fēng)量通常在1000～80000 m3/h之間，不同惡臭環(huán)境下的臭氣處理設(shè)備規(guī)格和尺寸也存在明顯差異。同時(shí)受限于場(chǎng)地及運(yùn)輸條件，經(jīng)常需要在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行設(shè)備加工工作，由于受到廠界環(huán)境及外部資源的約束，導(dǎo)致工作效率低、施工進(jìn)度慢，設(shè)備質(zhì)量往往不能得到有效保證。

基于以上問題，針對(duì)餐廚濕垃圾臭氣，開發(fā)一款一體化拼裝除臭設(shè)備，將系統(tǒng)分解成不同模塊，在工廠進(jìn)行模塊的預(yù)制工作后，在施工現(xiàn)場(chǎng)實(shí)現(xiàn)一體化設(shè)備的拼裝，為餐廚濕垃圾臭氣處理提供了新的思路。

2 生物法除臭原理

生物法的機(jī)理是：針對(duì)臭氣源的特征（主要成分等），篩選培養(yǎng)出特定的微生物菌群，而后將其固定于生物載體（填料）上，當(dāng)污染氣體經(jīng)過生物載體表面初期，可從污染氣體中獲得營(yíng)養(yǎng)源的那些微生物菌群，在適宜的溫度、濕度、pH值等條件下，將會(huì)得到快速生長(zhǎng)、繁殖，并在載體表面形成生物膜。臭氣進(jìn)入生物濾池后緩慢通過填料床，在此過程中，有機(jī)污染物直接溶解進(jìn)入生物膜或者被填料裸露的表面所吸附。污染物被固定于生物濾床后，經(jīng)微生物菌群捕獲，通過微生物的新陳代謝作用將其降解為無(wú)害的化合物，例如CO2和H2O等，從而去除污染物[2]。

生物除臭過程主要分為以下幾個(gè)階段：（1）氣液擴(kuò)散階段，臭氣中的化學(xué)物質(zhì)首先通過填料氣/液界面由氣相轉(zhuǎn)移到液相；（2）液固擴(kuò)散階段，臭氣中的污染物由液相擴(kuò)散到生物填料的生物膜；（3）生物氧化階段，生物填料表面形成的生物膜中的微生物把異味氣體分子氧化，同時(shí)生物膜會(huì)引起氮或磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)及氧氣的擴(kuò)散和吸收。

生物氧化處理污染物的轉(zhuǎn)化過程是以臭氣作為微生物的營(yíng)養(yǎng)源，通過微生物的吸收、代謝將其轉(zhuǎn)化為二氧化碳、水和有機(jī)酸等代謝產(chǎn)物，污染物中的含硫化合物、含氮化合物將被氧化分解成硫（硝）酸鹽和亞硫（硝）酸鹽，沉積在系統(tǒng)的濾液中，定期或定量進(jìn)行排放。這是一個(gè)物理、化學(xué)、物理化學(xué)以及生物化學(xué)反應(yīng)相互協(xié)調(diào)的過程。見圖1。

圖1 生物除臭過程

3 生物一體化拼裝除臭設(shè)備設(shè)計(jì)

傳統(tǒng)玻璃鋼設(shè)備在施工現(xiàn)場(chǎng)通常使用玻璃鋼模具手工成型，首先在模型上涂一層脫模劑，然后將配好的樹脂混合料用刮刀和刷子涂刷到模型上，再在其上鋪陳裁好的玻璃布或其它增強(qiáng)材料，用刮刀或毛刷使樹脂浸入玻璃布，排出氣泡，待樹脂增強(qiáng)材料后，再鋪放第二層增強(qiáng)材料，如此反復(fù)涂刷樹脂和鋪放增強(qiáng)材料，直至達(dá)到所需要的設(shè)計(jì)層數(shù)，然后進(jìn)行固化及修整。

由于加工材料使用樹脂及脫模劑等化學(xué)產(chǎn)品，加工現(xiàn)場(chǎng)會(huì)存在刺鼻的氣味，現(xiàn)場(chǎng)同時(shí)存在打磨切割工作造成的大量粉塵，危害人員健康并破壞周邊環(huán)境。人工進(jìn)行手糊對(duì)工人的加工技能要求較高，一時(shí)疏忽很容易造成不合格品的產(chǎn)生[3]。

結(jié)合現(xiàn)狀及存在的問題，工程需要設(shè)計(jì)一款生物一體化拼裝除臭設(shè)備，采用外部SMC模壓板片+內(nèi)部玻璃鋼防腐骨架的組合形式，同時(shí)使用工廠模塊化生產(chǎn)、施工現(xiàn)場(chǎng)組合拼裝的方式，解決現(xiàn)場(chǎng)施工存在的問題。

3.1 SMC模壓板片設(shè)計(jì)

模壓成型工藝是復(fù)合材料生產(chǎn)中常用的一種成型方法，它是將一定量的預(yù)混料或預(yù)浸料加入金屬對(duì)膜內(nèi)，經(jīng)加熱、加工固化成型的一種方法。玻璃鋼模壓成型工藝包括纖維料模壓法、碎布料模壓法、織物模壓法、層壓模壓法、纏繞模壓法、片狀塑料（SMC）模壓法等。由于SMC工藝具有機(jī)械化及自動(dòng)化程度高、生產(chǎn)效率高、對(duì)環(huán)境污染小等優(yōu)點(diǎn)，所以適用于規(guī)?；a(chǎn)和高尺寸精度產(chǎn)品的制造[4]。選用SMC模壓成型工藝進(jìn)行模塊化生產(chǎn)，可以有效提高生產(chǎn)效率。

SMC模壓板片均采用統(tǒng)一規(guī)格，板片尺寸1.5 m×1.5 m，板片厚度不低于6 mm，原材料選用乙烯基酯、不飽和間苯等材料，可根據(jù)污染物的種類及特性調(diào)配原材料的成分。SMC板片不同于傳統(tǒng)平板設(shè)計(jì)，它通過凹凸有致的造型設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了板片自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，同時(shí)與板片內(nèi)部骨架形成一道整體，進(jìn)一步增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。在滿足相同結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的情況下，可以適當(dāng)減少材料的使用量，在減少設(shè)備生產(chǎn)成本的同時(shí)也降低了設(shè)備的重量[4]。SMC板片預(yù)留不銹鋼螺栓孔，通過316L不銹鋼高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)在工廠預(yù)制加工，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行一體化拼裝的功能。見圖2。

圖2 SMC模壓板片

3.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

設(shè)備骨架采用耐腐蝕的玻璃鋼材質(zhì)在加工廠預(yù)制而成，骨架為尺寸50×50 mm到100×100 mm不等的玻璃鋼方管，厚度不小于6 mm，可根據(jù)設(shè)備的實(shí)際受力情況選擇合適的玻璃鋼方管作為除臭設(shè)備的支撐結(jié)構(gòu)。方管縱向與水平間距在1.0～1.5 m之間，形成縱橫交錯(cuò)的骨架結(jié)構(gòu)，在交接位置預(yù)留不銹鋼螺栓孔，該工序在加工廠預(yù)制完成，通過316L不銹鋼高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行連接，在適當(dāng)位置適當(dāng)添 加斜撐或剪刀撐，以增強(qiáng)設(shè)備結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。見圖3。

圖3 一體化設(shè)備骨架結(jié)構(gòu)

一體化拼裝設(shè)備內(nèi)部設(shè)有填料承托層，承托層采用38×38×25 mm玻璃鋼格柵板，承托層下部采用玻璃鋼方管進(jìn)行有效支撐。承托層距設(shè)備底部距離不小于1 m，用以保證一體化設(shè)備內(nèi)部循環(huán)液位及進(jìn)氣空間，同時(shí)方便人員進(jìn)行后期維護(hù)。設(shè)備底部沿長(zhǎng)度方向預(yù)留0.5%～1%坡度，以防止生物菌種脫落及填料掉落進(jìn)入底部循環(huán)水池，隨水流帶入水泵等機(jī)械設(shè)備內(nèi)部，造成設(shè)備損壞等故障。工程設(shè)計(jì)一般選擇樹皮、火山巖、陶粒、無(wú)機(jī)碳質(zhì)材料用作生物床層填料。作為生物菌種的有機(jī)載體，設(shè)備具有比表面積大、抗負(fù)載沖擊力強(qiáng)、質(zhì)量輕等一系列優(yōu)點(diǎn)。

3.3 一體化設(shè)備拼裝

SMC板片之間用密封條進(jìn)行密封，以起到密封及止水的作用。施工人員需對(duì)拼裝后的表面平整度、垂直度進(jìn)行檢查，清除表面的不規(guī)則毛刺，清洗表面污漬，表面干燥后刷涂玻璃鋼防腐樹脂，通過手工作業(yè)把玻璃鋼纖維織物和樹脂交替涂刷在設(shè)備表面，玻璃鋼纖維織物不應(yīng)少于3層，厚度不宜小于10 mm，使得內(nèi)部形成一道整體。通過在SMC板片之間添加密封墊以及內(nèi)部涂刷玻璃鋼防腐樹脂的雙重作用，可提高設(shè)備整體的嚴(yán)密性，防止氣體外泄及設(shè)備漏水等問題。見圖4。

圖4 一體化設(shè)備拼裝

一體化拼裝設(shè)備側(cè)面設(shè)置有檢修爬梯，方便進(jìn)入設(shè)備頂部空間。側(cè)面及頂面適當(dāng)位置均預(yù)留有檢修窗口，窗口尺寸600×600 mm，采用白色透明裝置，可以在外面直接觀察設(shè)備內(nèi)部運(yùn)行狀況，當(dāng)出現(xiàn)特殊情況及設(shè)備需要檢修時(shí)，工作人員可通過拆卸連接螺栓的方式進(jìn)入除臭設(shè)備內(nèi)部。

3.4 氣流組織設(shè)計(jì)

一體化拼裝設(shè)備采用兩相逆流式結(jié)構(gòu)，臭氣從塔體下方進(jìn)氣口沿切向流入，設(shè)備進(jìn)出口相應(yīng)位置預(yù)留有風(fēng)管接口，風(fēng)管通過法蘭方式與設(shè)備進(jìn)行連接，塔體進(jìn)出口設(shè)備設(shè)置均流導(dǎo)向裝置，氣體可以均勻進(jìn)入填料床層內(nèi)進(jìn)行反應(yīng)。臭氣過流截面風(fēng)速不高于0.15 m/s，停留時(shí)間在20～40 s之間，液氣比不低于1 L/m3。設(shè)備出口設(shè)置除霧裝置，可以防止設(shè)備內(nèi)循環(huán)水被氣流帶出進(jìn)入管道，減少水資源的浪費(fèi)。風(fēng)管材質(zhì)選用玻璃鋼或304不銹鋼，設(shè)備進(jìn)出口設(shè)置壓差變送器，工作人員可以通過觀察壓力變化情況判斷生物床層是否存在阻塞現(xiàn)象，當(dāng)系統(tǒng)壓差超過設(shè)定值時(shí)，可以進(jìn)入設(shè)備內(nèi)部檢查填料是否存在堵塞現(xiàn)象，及時(shí)對(duì)異常情況進(jìn)行處理。

3.5 噴淋加濕系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)置有2臺(tái)生物加濕泵（一用一備），噴淋管道采用PVC-U材質(zhì)。一體化拼裝設(shè)備內(nèi)的循環(huán)水首先經(jīng)過Y型過濾器去除水中的雜質(zhì)后進(jìn)入生物加濕泵，兩臺(tái)加濕泵交替使用，每24 h切換一次，當(dāng)其中一臺(tái)出現(xiàn)故障后可以迅速切換到另一臺(tái)繼續(xù)工作，避免系統(tǒng)因噴淋泵故障而出現(xiàn)無(wú)法使用的情況。設(shè)備底部配有磁翻板液位傳感器，液位傳感器連接進(jìn)水電動(dòng)閥，當(dāng)循環(huán)水箱液位低于設(shè)定值時(shí)，進(jìn)水電磁閥打開補(bǔ)水；當(dāng)循環(huán)水箱液位達(dá)到設(shè)定值時(shí)，進(jìn)水電磁閥關(guān)閉，該設(shè)置可以避免系統(tǒng)無(wú)液工作。同時(shí)配有循環(huán)水箱排污出口，由電動(dòng)閥控制，系統(tǒng)工作一段時(shí)間后，洗滌液會(huì)形成一定比例的殘液，此時(shí)排污電動(dòng)閥會(huì)根據(jù)控制系統(tǒng)的指令打開排出殘液，該設(shè)置可以確保洗滌液始終處于有效狀態(tài)，排污電動(dòng)閥的自動(dòng)開啟間隔可由pH儀或時(shí)間控制。整個(gè)系統(tǒng)可自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需值守。

4 結(jié)語(yǔ)

一體化拼裝設(shè)備在餐廚垃圾臭氣處理中具有非常廣泛的應(yīng)用前景，設(shè)計(jì)上使用工廠模塊化生產(chǎn)+現(xiàn)場(chǎng)一體化設(shè)備拼裝模式，在工廠實(shí)現(xiàn)了大多數(shù)加工環(huán)節(jié)，可以對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行嚴(yán)格把控，大幅度減少現(xiàn)場(chǎng)施工任務(wù)，不僅加快了工作進(jìn)度，同時(shí)減少了對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的破壞及對(duì)工作人員和周圍居民的干擾。同時(shí)，模塊化生產(chǎn)的工作模式，標(biāo)志著企業(yè)向標(biāo)準(zhǔn)化、規(guī)?；a(chǎn)方向轉(zhuǎn)型，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率，節(jié)約了生產(chǎn)與加工成本，提高了企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)能力。