廚余垃圾好氧堆肥臭氣的排放特征分析及其處理應用研究

史林華

（上海野馬環保設備工程有限公司，上海 200436）

好氧堆肥是利用微生物將有機廢棄物中的可降解物轉化為穩定腐殖質，以實現有機固體廢棄物的減量化、資源化、無害化[1]。在好氧堆肥發酵過程中，微生物通過分解作用將有機質轉化為CO2和腐殖質的同時會釋放大量惡臭氣體，因此，規模化的好氧堆肥工藝存在一定的二次污染風險。惡臭氣體是目前人們無法忍受的異味之一，而且散發速度很快，嚴重影響周圍環境和人體健康，因此必須進行處理。根據現有的研究，發酵堆肥產物在實驗過程中持續釋放氨氣、硫化物、苯系物和萜類物質，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農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生的惡臭污染物排放特征的進一步研究，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，并通過工程應用對其處理效果進行論證。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，根據《惡臭污染環境監測技術規范》（HJ 905-2017）[3]進行采樣，具體操作如下：（1）將各部件連接好；（2）系統漏氣檢查：在抽氣泵前加裝一個真空壓力表；（3）打開采樣氣體導管與采樣袋之間的閥門，啟動抽氣泵，抽取氣袋采樣箱成負壓，氣體進入采樣袋，采樣袋充滿氣體后，關閉采樣袋閥門；（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、環境溫度及大氣壓力。

1.2 臭氣檢測分析方法

料倉內部惡臭成分分析主要采用的是GC-MS聯用方法，該方法可檢測硫化氫、硫醇以及各類有機惡臭組分。氮素轉化是堆肥發酵過程的一個典型特征[4]，由于氨在發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農村生活垃圾資源化利用站作為分析對象。該站堆肥發酵工藝采用了多通道風場控制有機垃圾快速腐殖化技術。該工藝基于好氧堆肥技術，以溫濕度為指標，實現過程監控和智能自動控制，同時通過階段翻堆、通風曝氣和溫度保持等手段，控制垃圾的含水率和腐熟程度，實現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行數據分析，從而分析好氧堆肥臭氣的惡臭污染物排放特征。對于組成復雜的復合臭氣，根據各組分的濃度與嗅閾值的比例關系，可以評估不同物質的相對貢獻，并識別關鍵致臭因子[5]。閾稀釋倍數是指某物質的濃度除以該物質的嗅閾值所得結果。

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

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

從圖1可以看出，整個堆肥發酵過程中氨的濃度比較高，波動范圍也比較大。在堆肥發酵升溫的初期階段，氨濃度上升較快，隨后不規則波動，并在堆肥發酵的末期達到濃度最大值，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

根據現有研究，氨的嗅閾值為0.3 ppm[7]，其閾稀釋倍數的波動范圍為20～1000。據此，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24天的采樣分析（每間隔4天采樣一次），堆肥發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行分類，統計結果如表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種類組成

非氨類惡臭污染物的濃度變化規律如圖3所示。

圖3 非氨類惡臭污染物濃度變化規律

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。各類型污染物呈現一定規律性變化。臭氣中的含氧類化合物濃度隨著運行時間延長呈現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，采用閾稀釋倍數計算方法，計算出各組分的閾稀釋倍數較高的氣體，如表3所示。

表3 非氨類惡臭污染物的閾稀釋倍數占比

根據表4，在上述各類非氨類惡臭污染物中，主要貢獻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最高，對臭氣濃度貢獻率也最大。

2 處理工藝選擇與應用研究

2.1 特征污染物的理化性質分析

各特征污染物的理化性質如表4所示。

表4 特征污染物的理化性質一覽表

其中，氨、硫化氫、乙醛均為溶于水的成分，氨和硫化氫的沸點非常低；異丁醛沸點相對比較高，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 工藝選擇及設備設計

根據上述特征污染物的理化性質，在應用工程中，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”的組合除臭工藝進行處理。設計處理風量為2700 m3/h。風機布置在洗滌塔和生物濾池之間。洗滌塔的設計停留時間為2 s，生物濾池的設計停留時間為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為主導作用，大量的NH4+-N被微生物轉化為NO2--N和NO3--N[8]。因此，去除其中大部分的氨，可以防止硝化細菌對其它除臭微生物造成菌群壓倒性競爭優勢；（3）調溫、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惡臭污染物。（2）進一步去除其它污染物，提高臭氣的綜合去除效率。

2.4 應用效果分析

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。通過對設備進、出口的氨和甲硫醇做連續三次采樣，測試分析數據如表5所示：

表5 設備進、出口氨/甲硫醇濃度數據分析一覽表

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

3 結語

（1）廚余垃圾堆肥臭氣組分較為復雜，有氨、含硫化合物、含氧化合物、苯系物和烯烴類化合物。各類型污染物呈現一定規律性變化。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最高，對臭氣貢獻度最大。

（2）通過工程應用證明，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80%以上，對甲硫醇的平均去除效率達90%以上。此外，生物濾池的部分濾料采用了堆肥產物，不但降低了建設成本，還實現了就地取材，對技術應用的推廣具有重大意義。