（环境工程专业论文）城市生活垃圾处理厂恶臭散发及其净化技术研究.pdf

摘要 摘要 城市生活垃圾的堆肥处理或生化预处理是城市垃圾资源化的有效途径。但 在堆肥或生化预处理过程中往往会产生并散发大量的恶臭物质，严重影响到了 周边环境质量。本研究针对上海美商生物高科技环保有限公司一次发酵垃圾分 选工段散发的恶臭气体，首先考查其分布规律，后在此基础上比较三种不同的 吸收介质对该气体的净化性能，采用生物洗涤与生物过滤方法进行了小试，并 开展了工业化规模的控制工艺和设施研究，最后对该工艺进行了技术经济分析。 研究结果表明： 一次发酵垃圾分选工段的恶臭物质散发量沿生产线流程呈下降趋势，最大 点在一道筛处，总挥发性有机物( 按异丁烯计) 的散发浓度可高达3 0 0 m g m 3 以 上，日平均值在8 0 1 7 6 m g m 3 。分选输送带上方的总挥发性有机物( 按异丁烯计) 浓度从首道分选筛到末道分选筛逐渐降低，约从6 6 7 m g m 3 降低到15 7 m g m 3 左 右。输送皮带上方的气流上升速度也是前高后低，平均约0 2 1 m s 。发酵后垃圾 在不同通风强度下的散发浓度情况表明：随着通风强度的增大，恶臭物质的散 发浓度呈下降趋势，但总排放量呈增大趋势并趋于一定值。对不同吸收介质的 对比实验结果表明，活性污泥是一种比较理想的吸收介质，在处理气量为 2 8 m 3 l l ，空塔气速为l m s 的情况下，其对总挥发性有机物的净化效率为4 6 2 ， 对臭气浓度的净化效率为5 4 5 。而利用美商自身产生的成熟堆肥和垃圾中分离 出的碎木混合得到的生物滤池填料具有较好的脱臭和流体力学性能，在气体流 量为1 2 m 3 l l ，空塔气速为o 0 4 m s 的工况条件下其对总挥发性有机物的净化效 率平均为8 5 8 。在小试研究基础上进行的工业化规模( 7 0 0 0 - 1 0 0 0 0 m 3 h ) 的冷 凝强化生物洗涤加生物过滤试验结果表明，对于一次垃圾分选线一道筛处的恶 臭气体通过处理后排气可达到我国g b l 4 5 5 4 9 3 中的排放要求，对恶臭浓度的去 除率在8 5 以上。 根据美商现有生产工艺和设施的情况进行的初步经济性分析结果表明，采 用开发的除臭工艺每处理1 0 0 0 m 3 气体总费用约1 8 元，折算处理每吨垃圾脱臭 费用约1 7 2 元。 关键词：恶臭气体散发吸收介质生物洗涤生物过滤工业化规模技术经济 分析 a b s t r a c t m i i i i , ii 鼍 a b s t r a c t c o m p o s to rb i o l o g i c a lp r e c o n d i t i o n i n gi se f f e c t i v ew a y sf o rt h er e c o v e ra n d r e s o u r c eo fm u n i c i p a ls o l i dw a s t e h o w e v e r ，l a r g ea m o u n to fo d o rg a s e si so f t e n r e l e a s e dd u r i n gt h ep r o c e s sa n dc a u s es e r i o u sn u i s a n c ep r o b l e mi nt h en e a r b ya r e a t h et a r g e tp o l l u t a n to ft h i sp a p e ri st h eo d o rg a s e sr e l e a s e df r o mt h ef i r s ts e p a r a t i o n s c r e e no ft h ef i r s tp h a s ef e r m e n t e dm u n i c i p a ls o l i dw a s t ei ns h a n g h a im e i s h a n g b i o l o g yh i t e c he n v i r o n m e n t a lp r o t e c i o nc o ，l t d t h eo d o rg a s e sr e l e a s e dr a t e a l o n gt h es c r e e np r o c e s sl i n ei si n v e s t i g a t e d ，t h r e ek i n d so fa b s o r b e n tf o ro d o rg a s s c r u b b i n gw e r ec o m p a r e d t h e n ，t h eb e n c hs c a l ee x p e r i m e n to fb i o f i l t e ri n t e g r a t e d w i t hs c r u b b i n gf o rt h ec o n t r o lo ft h eo d o rg a sw a sc o n d u c t e d ，a n df i n a lt h ef u l ls c a l e p i l o te x p e r i m e n to ft h ed e v e l o p e do d o rc o n t r o lp r o c e s sw a sc a r r i e do u t t h e c o s t - e f f e c t i v e n e s s a n a l y s i s o ft h ed e v e l o p e dp r o c e s sw a sp e r f o r m e db a s e do n s h a n g h a im e i s h a n g c o n d i t i o n t h er e s u l ti n d i c a t e dt h a t ： i nt h es e p a r a t i o ns e c t i o no ff i r s tp h a s ef e r m e n ts o l i dw a s t e s ，t h ee m i s s i o nr a t eo f o d o rg a s e si sd e c r e a s e da l o n gt h ep r o d u c t i o nl i n ea n dt h eh i g h e s te m i s s i o nr a t ep o i n t i st h ef i r s ts e p a r a t i o ns c r e e n , w h e r et h eo d o rg a sc o n c e n t r a t i o no ft o t a lv o l a t i l i t y o r g a n i cc o m p o u n d s ( m e a s u r e dw i t hi s o b u t e n e ) i sh i g h e rt h a n3 0 0 m g m js o m e t i m e s a n dt h em e a nv a l u ei s8 0 - 17 6 m g m 3i nd a i l ya v e r a g e t h ec o n c e n t r a t i o no ft o t a l v o l a t i l i t yo r g a n i c s ( m e a s u r e da si s o b u t e n e ) a b o v et h ec o n v e y o rb e l ti sd e c r e a s e di n d o w n t r e n df r o mt h ef i r s tt ot h el a s ts c r e e n ，t h er a n g ei sf r o m6 6 7 m g m 3t o15 7 m g m 3 t h er i s ev e l o c i t yo fo d o rg a s e sa b o v et h ec o n v e y o rb e l ti sv a r i e di nt h es a m ew a y , a n d t h em e a nv a l u ei sa b o u t0 21m s t h eo d o rg a sr e l e a s e dr a t eo ft h ef e r m e n ts o l i d w a s t ei si n c r e a s e d 、) l ，i t l lt h ei n c r e a s i n go fv e n t i l a t i o n , a n dt e n dt oal i m i t a t i o nv a l u e ， w h i l et h ec o n c e n t r a t i o no ft h eo d o rg a si sd e c r e a s e da n dt e n dt oal i m i t a t i o nv a l u et o o t h er e s u l to fc o m p a r i s o nt e s to ft h r e ed i f f e r e n ta b s o r b e n ti n d i c a t e dt h a t ：t h ea c t i v e s l u d g ei st h eb e s ta b s o r b e n t ，t h es c r u b b i n ge f f i c i e n c yo ft h a ta b s o r b e n tf o rt o t a l v o l a t i l i t yo r g a n i cc o m p o u n d si s4 6 2 w h e nt h es u p e r f i c i a lv e l o c i t yi slm s t h e b i o f i l t e rp a c k e dw i t ht h em i x t u r eo fm a t u r ec o m p o s tf r o mt h em e i s h a n ga n dt h e w o o d c h i pf r o mt h es o l i dw a s t es h o w e dg o o dp e r f o r m a n c eo nb o mo d o rr e m o v a l a b s t r a c t 量曼曼! ! 曼! i ；i i 一 一ii i 量曼曼曼蔓曼! 曼! 曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼曼曼曼曼曼曼! ! ! 曼曼曼舅曼! 曼曼曼! 曼! 曼曼曼曼曼曼曼曼曼! 曼! 曼! 曼曼曼 e f f i c i e n c ya n dp r e s s u r ed r o p t h er e m o v a le f f i c i e n c yc a nr e a c h8 5 8 w i t ho 0 4 r n s s u p e r f i c i a lv e l o c i t y t h er e s u l t so f7 0 0 0 10 0 0 0 m 3 hf i e l de x p e r i m e n ti n d i c a t e dt h a t ： t h ed e v e l o p e dp r o c e s sa n df a c i l i t yh a sm o r et h a n8 5 r e m o v a le f f i c i e n c yf o rt h e o d o rg a s e sr e l e a s e df r o mt h ef i r s ts c r e e na n dt h ed i s c h a r g eg a s e sc a l lm e e tt h e d e m a n d so fg b14 5 5 4 9 3 t h ep r e l i m i n a r ye c o n o m i ca n a l y s i ss h o w nt h a t ：i ft h ed e v e l o p e do d o rr e m o v a l p r o c e s si sa p p l i e di ns h a n g h a im e i s h a n g ，t h eo d o rg a s e st r e a t m e n tc o s ti s 1 8y u a n p e rl0 0 0 m 3w h i c hw i l lb eai n c r e a s eo f17 2y u a ni n1t o ns o l i dw a s t e p r o c e s s i n g k e yw o r d s ：o d o r e m i s s i o na b s o r b e n t b i o s c r u b b i n g b i o f i l t e r f u l ls c a l ep i l o te x p e r i m e n t c o s t - e f f e c t i v e n e s sa n a l y s i s 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定， 同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名：钾，j 以 砧年乌月协日 经指导教师同意，本学位论文属于保密，在2年解密后适用 本授权书。 指导教师签名：叫 学位论文作者签名：匆u ，店 瑚年= ；月i 矿日乃刃年与月ge l 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行 研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 签名：南，卜以 砷年弓月，日 第一章引言 曼! l , - , !,pim!n 一 - 皇 第一章引言 1 1 城市生活垃圾处理厂恶臭及其影响 城市生活垃圾处理处置主要有卫生填埋、焚烧和堆肥三大技术。其中，堆 肥是一种有效的资源循环利用方法。垃圾堆肥化是将由多种不同组分构成的有 机物料堆聚在一起，以保存发酵过程中产生的热量，在温暖湿润、通风或厌氧 条件下，通过多种微生物共同作用，使得物料中有机物质发生生物化学转化的 过程。该过程的目的是实现生活垃圾的无害化，使城市生活垃圾中的有机物向 稳定的腐殖质转化，并使之成为可供农作物吸收利用的肥料。随着绿色浪潮和 生态农业的兴起，垃圾堆肥化比率正呈上升趋势【l 】。目前，为提高垃圾处理过程 的效率，针对我国部分地区城市生活垃圾含湿量大、厨余等有机质成分高、原 生垃圾不易分选的特点，一种新的方式为先对城市生活垃圾进行好氧或微好氧 发酵处理，然后再进行分选。该工艺方式有效地提高了垃圾分选、资源回收的 效率，该生化预处理过程与传统的好氧堆肥相似。 如上所述，城市生活垃圾的堆肥处理或生化预处理是城市垃圾资源化的有 效途径。但在堆肥或生化预处理过程及其后的预处理垃圾的分选过程中往往会 产生、散发大量的恶臭物质，进而影响周围的环境空气质量，引起公害。 恶臭物质通常不会导致严重的健康问题，但会对人们产生心理上的影响， 使人食欲不振、头昏脑胀、恶心、呕吐。硫化氢、硫醇、胺类、氨等可直接对 呼吸系统、内分泌系统、循环系统及神经系统产生危害，它具有大气污染和有 害气体污染的两重性。情况严重时，臭气还可使公众的自尊性受到伤害，使人 们对垃圾处理设施投资失去信心，导致市场衰退，土地失去出租价值，税收下 降，产值和销售额下降【3 1 。如美国明尼苏达州和佛罗里达州的生活垃圾堆肥厂因 产生恶臭被迫停产，当地政府和公众要求其设置恶臭的封闭、控制系统【2 】。 第一章引言 1 2 恶臭的产生及组分 1 2 1 恶臭的产生及散发 城市生活垃圾生化预处理( 或堆肥厂) 的恶臭状况主要由垃圾生化处理过 程中恶臭成分的生成量及其从垃圾向空气扩散传递的速率两方面所决定的。恶 臭气体成分在好氧和厌氧条件下均可产生，但主要的致臭物质来自于厌氧过程。 垃圾在堆放或堆肥过程中，在氧气充足时，垃圾中的有机成分如蛋白质等，在 好氧细菌的作用下产生刺激性气体n h 3 等；在氧气不足时，厌氧细菌将有机物分 解为不彻底的氧化产物如含硫的化合物，像h 2 s 、硫醇类等以及含氮的化合物如 胺类、酰胺类等。恶臭物质的产生过程如图1 1 所示【4 1 。不同垃圾组分和不同生 化处理条件对恶臭物质的发生量均影响很大。 好氧细菌 + 有机物 新细胞 新陈代谢废物 ( c 0 2 、h 2 0 、n h 3 ) 新细胞 新陈代谢废物 ( 硫化物、胺类化 合物、甲烷等) 图卜1 微生物分解有机物产生的臭吲町 垃圾中生成的恶臭物质在物料输送以及挪动过程中被大量散发到空气中形 成恶臭。这些过程包括：垃圾的运输，垃圾的预处理( 例如破碎和分选过程) 及堆、取过程。其中垃圾的翻堆和最终分选过程，恶臭的散发量最大。e i t z e r 研 究了美国八个生活垃圾堆肥厂，测量结果表明，几乎所有的v o c s 浓度最高值都 出现在倾卸台底部和堆肥预处理破碎处，而在原生垃圾处以及完全堆好的肥料 处v o c s 浓度则较低【6 1 。另外，在垃圾预处理过程中产生的渗滤水也是重要的恶 一2 一 第一章引言 臭气体散发源【5 1 。此外，环境条件例如温度、压力、空气相对湿度以及风速和风 向都会显著地影响恶臭散发的强度【7 1 。 表卜1 美国绿肥堆置中恶臭排放平均速率1 叼( ug m ? s ) 物质名称第一日第七日物质名称第一日第七日 挥发性脂肪酸丙酮0 5 0 6 4 6 甲酸 l l o 5 la c r e o l i nn dn d 乙酸 2 4 12 6 0丙醛4 6 40 3 3 丙酸 7 8o 3 3巴豆醛0 7 5 0 4 4 丁酸异丁酸 1 2 2 1 2 3m e k1 1 93 7 6 异戊酸 7 8 6n d 丁醛3 9 6 21 0 4 丁酸 1 7 13 4 8戊醛1 1 90 1 8 异己酸 2 3 。9n d 氮化合物 己酸 1 8 35 8 8氨0010 4 1 醛和酮硫化合物 甲醛0 3 50 6 31 3 种硫化合物d l 乙醛 7 5 9 83 7 5 臭气浓度7 3 3 7 3 0 0 9 1 2 2 恶臭的主要组分 在微生物将有机物作为营养物质加以利用的过程中，会产生一些带异昧的 气态代谢产物或中间产物，这些物质包括脂肪酸、胺、芳香化合物、无机硫、 有机硫，以及萜类物质和其它挥发性有机物【8 】。但是由于垃圾生化过程中垃圾的 种类、分解阶段以及操作条件的不同，产生的主要致臭物质组分有很大差别。 例如污泥、生活垃圾和庭院垃圾以及不同比例的混合堆肥均会有不同的主要恶 臭物质产生。l a w r e n c e 等人通过对美国蒙哥马利县一个污泥堆肥厂的研究，发现 其主要致臭物质为含硫的有机化合物，尤其以二甲基二硫醚为主【们。而城市生活 垃圾，产生臭气的主要成分为低级脂肪胺、硫化物和醛、酸等。e i t z e r 毛e 美国以 八个生活垃圾堆肥厂为研究点，测量了其周围空气中各种v o c s 的成分，结果表 明芳烃，尤其是甲苯和乙苯浓度最高。检测出的主要挥发性物质还有c f c s ( 氟 氯烃) 和d 柠檬油精【6 】。p e r o s e n f e l d 的研究表明绿色堆肥物质主要释放出有机 酸、酮类、萜烯类和醛。表1 1 为美国绿肥堆置中恶臭排放平均速率概况。可以 看出，虽然有不少研究者研究了垃圾堆肥厂恶臭物质成分【1 1 , 1 2 , 1 3 】，但由于目前分 析测试方法还不完善，加之垃圾成分非常复杂，至今还未探索出比较完整的恶 一3 一 第一章引言 臭物质成分列表。 1 3 恶臭防控技术进展 1 3 1 恶臭的防止技术现状 控制恶臭的首要方法是使垃圾生化过程充分高效地进行。实现这一目的需 要对垃圾的堆置结构、通气方式、外加物质等方面进行优化与控制【1 4 1 。在垃圾 生化处理过程中，可以减少恶臭产生的主要方法有： ( 1 ) 使垃圾的颗粒大小适中，既确保氧气能从外界渗入，防止厌氧环境的 形成，又保证垃圾堆内部达到最佳的温度。对于通气式垃圾生化处理系统，垃 圾堆场的高度一般小于2 7 米。 ( 2 ) 给进料提供足够的通风，且规律性地翻堆。如果垃圾太湿或者通风条 件不适宜，就会在厌氧过程中产生恶臭气体。因此，要确保足够的氧气供应量， 为垃圾选择合理的通风率。通风量过低，会形成厌氧的环境，产生大量的恶臭 物质；通风量过高，尽管提高了供氧量，使得恶臭物质产生量减少，但由于风 量大，有利于已生成的恶臭物质向气相的传递，也可能导致恶臭物质的总散发 量增大。e l w e l l ，d a v i dl 等人采用持续和间歇鼓风的方法来控制猪粪和锯屑混合 堆肥过程恶臭气体的释放。堆肥过程在2 2 个2 0 5 l 的容器内进行，每个容器持续 或间断曝气。研究结果表明：通气量对恶臭组分的散发有很大的影响作用。氨 氮的释放和通气量有很好的线性关系，当通气量降低7 5 时，恶臭气体中氨氮 的浓度降低5 0 ，醋酸、丙酸、丁酸降低6 8 、6 8 和3 3 ，而异丁酸、异戊 酸和戊酸则分别增加了1 5 1 ，8 和1 8 。因此有可能通过降低通风量来减少恶 臭的排放 塔j 。c a n z a n o 等人对好氧堆肥反应器的3 种通风模式进行了研究，第一 种是底部进气，第二种是顶部抽气，第三种和第一种相同，但增a nt 进气量并 在釜顶设置了大型排气扇，从而保持釜内的微弱负压。中试表明第三种方式控 制臭气最有效【l6 1 。 ( 3 ) 尽量使垃圾疏松、干燥，也可掺入干燥的成品垃圾堆肥。t o mr i c h a r d 认为如果生活垃圾进入垃圾处理厂时已经厌氧并形成了恶臭，需将其尽快转为 好氧状态。通常采取的措施为掺入粗糙、干燥的枝权来增加进料的空隙使氧气 渗入。另外，也可根据原料混合程度的不同、以及垃圾堆场的空隙的情况来进 行不同频率的翻堆。 一4 一 第一章引言 表1 - 2 恶臭去除技术的物理、化学方法【1 9 】 ( 4 ) 围挡垃圾堆区以控制温度和湿度【2 】。 ( 5 ) 在肥料堆中掺入某些物质。童正明进行了向垃圾中加入除臭菌的实验。 在实验中采用的除臭菌对生活垃圾具有明显的除臭效果，可有效减少堆肥发酵 过程中产生的恶臭。在扬州市茅山多元化垃圾处理厂进行实地实验时获得了周 边居民的认可【l7 1 。另外，国外有研究表明，在堆肥初始物料中加入生物质灰和 碳，在改善堆肥产物质量的同时降低了恶臭的排放【1 8 】。 第覃引言 以上这些方法均为对垃圾生化处理过程的操作控制优化，另外，也有一些 简易直观的控制措施：封闭一部分的操作区，即封闭那些高浓度恶臭散发的区 域，例如混合和分选区，对排气进行处理；也可使用高压水对厂区进行定期清 洗来减少潜在恶臭的释放；也可在现场使用一些化学药剂来处理恶臭散发物1 5 】。 1 。3 2 恶臭的控制技术现状 国外早在上世纪初就已进行了恶臭污染及其治理方法的研究，并积累了相 当的经验，国内起步则比较晚。从目前的研究来看，恶臭治理的方法基本上是 采用物理、化学和生物手段，或是这几种方法的组合【1 9 】。物理、化学方法及其 特点详见表1 2 ，一般认为物化方法具有能耗高，投资大，易产生二次污染等缺 点，因此近年来臭气生物控制技术的发展和应用越来越多。生物技术是在2 0 世 纪5 0 年代土壤脱臭法的基础上发展起来的【2 0 1 ，它利用微生物的代谢降解作用， 把恶臭物质分解转化成c 0 2 、h 2 0 、n 2 、硫酸盐等无害或少害物质。常用的生 物脱臭工艺有生物过滤法、生物洗涤法、生物滴滤法和曝气式生物法。 ( 1 ) 生物过滤法 生物过滤法是最早被研究和使用的一种处理挥发性有机污染物和脱臭的生 物技术。1 9 2 3 年b a c h 就曾利用土壤过滤床去除污水处理厂散发的含硫化氢等恶 臭物质的气体【5 1 。目前生物过滤器已经在各类工业中被应用于处理恶臭物质和一 些气体污染物。堆肥工业扩大了对生物过滤器的使用范围，该技术的应用越来 越被重视。 由于生物过滤法具有投资低、效率高等优点，目前在国内外已被广泛推广， 大批的研究者从不同方面对其开展了研究。 在滤料方面，有人试验了一种新的生物滤料，在焦碳表面再覆盖一薄层堆 肥，结果表明很适宜降解恶臭物质。此种滤料不仅对恶臭物质有很好的降解作 用，而且容易获取【5 】op a r k ，k j 等人使用工业规模的陶瓷载体生物过滤器( 处理 能力接近1 5 0 m 3 m i n ) 进行现场实验，用于确定堆肥厂排气脱臭效果。实验条件 为：空间速度5 0 0 h r 1 ，空床停留时间为7 2 s ，线速度为0 2 m s 。恶臭气体中的恶 臭物为n h 3 和h 2 s 。微生物载体是一种多孔的陶瓷，由硅藻土和飞灰组成。过滤 器的启动较慢，但是运行一个月后的去除率升至9 5 以上。过滤器不需要额外提 供营养物质【2 1 1 。也有研究者专门评估了使用不同填料的生物过滤器对恶臭物质 的去除效率。试验选用丁酸作为代表性物质，控制污染气体浓度分别为2 5 和 一6 一 第一章引言 5 0 p p m v ，结果表明，无论使用堆肥填料还是堆肥珍珠岩填料，生物过滤器都能 有效地去除丁酸，去除率接近1 0 0 2 2 1 。在国内，屈艳芬等人利用生物过滤法处 理城市污水厂臭气，进气中的h 2 s 和n h 3 浓度分别为1 9 删6 3 m g m - 3 和2 2 1 5 6 8 m g m 3 ，经生物滤池处理后，h 2 s 的去除率达8 0 以上，n h 3 达到一级排放标准 【2 3 】。m s c h l e g e l m i l c h 研究表明，筛分后的成品堆肥作为滤料对恶臭有很好的去 除效率，亦具有经济性。筛分成品堆肥与焦碳和堆肥的混合滤料相比，对恶臭 气体中物质的净化效率更耐扪。 对于温度、湿度和p h 等操作参数的影响，p a r k ，k j 等人考察了以堆肥材料 作为生物滤池滤料对牛粪和成品肥混合堆肥过程产生的恶臭气体处理效果。堆 肥的温度越高，恶臭气体中氨氮的浓度也越耐2 4 】。尽管湿度是一个影响生物过 滤器去除效率的重要因素，但在一些试验中，比推荐的湿度值低也不会严重影 响对丁酸的去除效率【2 2 】。有研究者通过研究得出了适宜操作参数范围，例如填 料的湿度适宜维持在4 0 , - 6 0 之间，温度应当保持在2 5 3 5 ，也有很多研究 表明3 5 是好氧微生物的最佳温度，而p h 值则应处于7 8 范围之间。 p a r k ，k j 发现，在气体流量为3 0l m i n 时，氨氮的去除率是8 0 5 ( 停留时 间5 6 5 s ) 和9 9 9 ( 停留时间1 1 3 s ) 。在流量为5 0 l r a i n 时，氨氮去除率为8 2 5 ( 停留时间3 3 9 s ) 和9 7 4 ( 停留时间6 7 8 s ) 。滤料中的c n 比会随着氨氮的吸 附量增多而减少【2 4 】。 另外也有一些对排气中细菌去除方面的研究，美国有工作者选择了七个堆 肥厂作为研究对象，操作条件和生物过滤器的设计方案不尽相同。研究结果表 明，对于a f u m i g a t u s 和嗜温性细菌，生物过滤法分别达到了9 0 和3 9 的去除率。 研究者认为，对于两类微生物去除率不同的现象是由于不同的空气动力学特性 影响了滤床的捕集效率而造成的。菌类的孢子颗粒物粒径较大，从2 1 到3 3 p m ， 因此能有效地被滤床捕集，而细菌则只有1 1 至t j 2 1 i _ t m 2 5 1 。 尽管生物过滤法有许多优点，但也存在不足之处，如占地面积大、填料酸 化或者随时间破碎需更新等问题。在实际应用中，可根据实际的气体情况，改 变常规的工艺设计方式。国外有研究者设计了两级组合式生物过滤器，第一级 被称为酸性气体过滤器，其填料为多孔碎石，用来去除臭气中的酸性气体，第 二级则为传统的敞开式生物过滤器，滤料为碎木块【2 6 1 。该系统可防止二级滤池 的酸化，较好地控制了因更换滤料而带来的成本高，操作复杂等问题。 ( 2 ) 生物洗涤法 一7 一 第一章引言 ! i i_ i i, i i l i i 曼曼曼量量鼍曼皇曼量量曼曼曼曼曼 生物洗涤装置通常由一个装有填料的洗涤器和一个具有活性污泥的生物反 应器构成。在洗涤器内，气液逆流接触，废气中的污染物通过与填料表面的液 体接触，被吸收而转入液相，从而实现质量传递过程。如果污染物的溶解性好， 则极易被吸收液吸收，然后带入生物反应器。在生物反应器内，污染物通过活 性污泥中微生物的氧化作用，最终被去除【2 7 1 ，这种技术适用于水溶性好的气体 口引。1 9 7 9 年日本一铸造厂首先采用此法处理含胺、酚和乙醛等污染物的气体， 效果很好。另据报道德国开发的二级洗涤脱臭装置不仅处理效果好而且运行费 用很低。【2 9 】 ( 3 ) 生物滴滤法 生物滴滤法被认为是介于生物过滤法和生物洗涤法之间的处理方式【2 7 1 。生 物滴滤器( 填充塔型脱臭法) 出现于2 0 世纪8 0 年代后期，它具有装置合理、高效和 占地面积少等优点【2 9 1 。它的结构与生物过滤器相似，不同之处在于其顶部设有 喷淋装置，而且生物滴滤器所用的滤料通常由非有机质的惰性材料构成，一般 不需要更换【3 0 1 。废气中污染物的吸收和生物降解同时发生在一个反应装置内。 滴滤池内填充填料，循环水喷洒在填料上，填料表面被微生物形成的生物膜所 覆盖。废气通过滴滤池时，废气中的污染物被通过气液传递到填料表面的生物 膜而被降解【2 7 】。使用的填料主要作为生物膜的载体，要求具有良好的布水布气 的性能，较高的空隙率，并且在高负荷情况下不容易发生堵塞现象。滴滤器内 的喷淋装置能够比较容易地控制滤料层内的湿度，而且喷淋液中往往还添加微 生物生长所需的营养物质( 如n 、p 和s 、k 、c a 、f e 等微量元素) 和p h 值缓冲剂 【3 0 】 o 由于生物滴滤塔内微生物数量大，惰性滤料也不会与处理气体发生反应，因 此不像生物滤池那样需要定期更换，加上其处理负荷较大，缓冲能力强，运行 费用低、压降低，因此是一种具有良好发展前途的生物净化设备，但需注意该 设备在很高的污染物负荷情况下，容易出现堵塞、短路现象。d e m m e r 使用生物 滴滤池处理氨气，去除率可达9 0 3 1 1 。杨虹等人利用生物滴滤器处理味精厂挥发 性恶臭废气，试验表明以沸石为填料的生物滴滤器能较好地处理成分复杂的挥 发性恶臭气体，在进气量 3 o m 3 h 、p h 值为7 0 8 0 、喷淋水量为2 o l h 、温度为 2 0 2 5 c 的条件下，系统除臭效果较好，能将臭气强度从4 5 级降至0 级【3 2 】。汪群 慧等人用生物滴滤塔处理药厂含醋酸丁酯、正丁醇和苯乙酸的挥发性混合废气， 实验运行结果表明，当醋酸丁酯、正丁醇和苯乙酸的最大进气污染物质量负荷 第一章引言 为2 2 9 5 9 ( m 3 h ) 、2 7 5 4g ( m 3 h ) 和4 2 5g ( m 3 h ) 时，其去除率分别为9 6 、9 5 和1 0 0 t 3 3 1 。 ( 4 ) 曝气式生物除臭法 该方法是单一使用液相介质来去除恶臭物质的生物法，它是1 9 7 4 年日本福 山等人率先提出的，与废水处理厂生物曝气类似，将臭气代替空气注入活性污 泥曝气池中进行脱臭，活性污泥经过三天左右时间的驯化后，其中的微生物即 可分解恶臭成分【3 4 1 。这种方法适用各种不同不超过极限负荷量的恶臭气体，可 以处理各种不同的恶臭成分( h 2 s 、胺类化合物、低级醇醛、低级脂肪酸等) 1 3 6 】， 其去除效率均可高达9 9 5 2 以上【3 5 】。其处理效率受活性污泥浓度、曝气强度、 溶解氧、营养盐的投加、p h 值等因素影响【3 6 1 。一般活性污泥浓度控制在 5 0 0 0 1 0 0 0 0m g l 为宜【 j 。 相对于固相介质恶臭处理系统，液相介质处理系统配置较少，但它们各有 其优缺点【2 们。液相介质处理系统中气液接触比较完全，曝气式脱臭法简单、可 借用污水处理设施，甚至无须新建脱臭装置，而且它避免了固相介质处理系统 严格的湿度控制要求，又不易发生气体短流的情况。但曝气法受到曝气强度的 影响，需控制气液比，单独用于除臭系统成本较高。 一 1 4 课题的来源及意义 上海是个国际性的大都市，随着经济建设和社会的发展，每天产生的生活 垃圾日益增加。在上海固体废弃物综合治理工作取得巨大成果的基础上，垃圾 收集、运输、处理、处置过程中恶臭问题日益突出，如何更加经济、有效地处 理与生活垃圾相关的恶臭成为上海市政部门面临的新问题。 垃圾生化处理是垃圾资源化的重要途径之一，与目前倡导的循环经济，建 立可持续发展的和谐社会的发展思路极其相符，也是未来城市垃圾处理处置的 最有发展潜力的方式之一。美商国际集团是专门致力于对城市生活垃圾进行分 类、资源回收和再利用，并采用生物高科技堆肥发酵工艺生产有机肥的综合性 大型环保企业，开创了中国内地超大型垃圾处理无害化、资源化、工业化的先 河，形成了良性循环的共生互动的生态产业链。但也由于超大规模，垃圾自身 发酵过程及其后的分选过程中散发出的恶臭，造成公害的影响也比较大，在一 定程度上妨碍了社会对垃圾资源化利用的认知，影响了其技术的迸一步推广应 一9 一 第一章引言 用，也成为制约城市生活垃圾生化处理资源化工作推广的瓶颈之一。从技术、 经济两方面综合考虑，目前国内现有技术很难直接用来解决该难题，因此非常 有必要针对城市生活垃圾生化处理过程的恶臭开展新型净化工艺和设备的研 究。上海市科学技术委员会站在推进循环经济发展和建设和谐社会的高度下达 了本课题的研究任务。 第二章研究内容与方法 第二章研究内容与方法 2 1 研究内容与路线 2 1 1 研究内容 本研究主要包括两方面，首先是了解分析垃圾生化处理一次分选过程中恶 臭气体的发生情况，并根据美商现有的生产工艺情况确定恶臭气体的收集方式； 在此基础上，研究确定合适的气体净化工艺，并建立设计规模1 0 0 0 0 m 3 h 的工业 化示范装置。 主要研究内容如下： ( 1 ) 评估分选线和生化过程的气体散发情况，研究恶臭气体主要成分，并 由此确定分选筛恶臭通风集气方式。 ( 2 ) 针对目前美商生产工艺中恶臭散发量最大的一次发酵垃圾头道分选筛 的排气，采用三种不同的吸收介质对该气进行处理，并比较其净化性能；使用 生物洗涤与生物过滤方法进行试验室小试( 处理风量2 0 5 0 m 3 h ) ，并比较不同生 物滤料的净化性能。 ( 3 ) 在小试基础上进行强化吸收和生物净化工艺集成的现场试验研究，开 发出经济有效的恶臭污染控制系统集成工艺和关键设备，并建立1 0 0 0 0 m 3 h 规模 的工业化示范装置。具体包括该工艺的确定、设计、制作安装、运行及性能考 察。 ( 4 ) 以美商现有的生产情况为依据进行初步的技术经济分析。 2 1 2 研究技术路线 通过对垃圾生化处理厂散发恶臭气体的分析，探究其散发规律( 包括一次 生产线恶臭散发规律和可能致臭的物质的分析) 。通过小试确定各致臭物质的 贡献率。最后进行现场试验研究，开发出相关的控制系统和设备。具体研究路 线见图2 1 。 第二章研究内容与方法 目前现场恶臭散发情况测定( 包括g c m s 气体 一次发酵后垃圾恶臭散发 成分定性分析，t v o c s 等定量) 包括滚动筛不 规律研究包括部分组分 开动和开动两种情景。采样点：一次垃圾滚动 的散发潜势分析( 小试) 分选筛排气，车间内部，厂区环境 ii 针对主要恶臭成分的强化吸收共冷凝小试研究，包括强化吸收方式和吸收液的筛选 图2 - 1研究技术路线 一1 2 一 第二章研究内容与方法 2 2 试验方法和设备 2 2 1 试验技术指标 试验规模：小试为2 0 5 0 m 3 h 气量；现场工业化试验为1 0 0 0 0 m 3 h 规模设计气 量。 技术指标：排放气体的臭气浓度符合国家标准g b l 4 5 5 4 9 3 中的恶臭污染物 排放标准值，按最低排气简要求排放气体恶臭浓度小于2 0 0 0 0 u 。 2 。2 2 试验原理 考虑到垃圾生化过程恶臭的散发点和散发量均较大，因此，从经济性的角 度出发优先考虑采用生物法为基本工艺。考虑到垃圾分选过程中的水量和挥发 性物质及恶臭物质散发量均较大，同时浓度波动也很大，本课题采用的恶臭控 制技术为两种生物处理法的串联，分别为喷射鼓泡接触式活性污泥洗涤法和生 物过滤法。无论何种生物处理法，其基本原理均为利用微生物的生命活动将废 气中的污染物转化为二氧化碳、水和细胞物质等。这与废水生物处理工艺相似， 所不同的是：气态污染物首先要经历由气相转移到液相或固相表面液膜中的传 质过程，然后才能在液相或固相表面被微生物吸收降解。一般将上述处理工艺 过程分为三个阶段：( 1 ) 污染物由气相转移到液相或固相：( 2 ) 进入液相或固 相中的污染物被微生物吸收；( 3 ) 进入微生物体内的有机物在代谢过程中作为 能源及营养物质被分解，从而转化为无害的无机物质。由以上三个阶段可看出， 气态污染物的生物净化过程是人类对自然过程的强化与工程控制，其过程的速 度取决于：( 1 ) 气相向液固相的传质速率( 这与污染物的理化性质和反应器的 结构等因素有关) ；( 2 ) 能起降解作用的活性生物质的量；( 3 ) 生物降解速率( 与 污染物的种类、生物生长的环境条件、抑制作用等有关) 【3 0 】。在此三个决定因 素中，气相向液固相的传质速率是整个生物处理系统的关键。废气中的污染物 可分为疏水性和亲水性两类物质，疏水性物质不溶于水，而亲水性物质在水中 的溶解度也相差很大。根据亨利定律计算： p = c f 日 气相视为理想气体： p = g r t 因此： 第二章研究内容与方法 l , 一! 一i i 曼曼曼皇曼量皇皇曼皇皇曼鲁曼鼍舅皇曼鼍曼量曼皇曼曼曼曼曼曼曼皇曼曼皇舅舅 h = k r c t ) r t = p c r t 式中g ：某污染物在液相中的浓度( m o l m 3 ) ；c 。：某污染物在气相中的 浓度( m o l m 3 ) ；p ：某污染物在气相中的分压( p a ) ；：亨利系数( p am 3 t 0 0 1 ) ； 尻：用某污染物在气相中的浓度与液相中的浓度之比表示的分配系数， ( p c = c r c , ) ；r ：气体常数( 8 3 1 4 p am 3 ( m o l k ) ) ；t ：温度( k ) 。 由此可知，在一定的温度、压力下，当乙，较小，即某污染物在液相中浓度 较低时，亨利系数日较高；当l ，较大，即某污染物在液相中的浓度较高时，亨 利系数日较低。在实际中，通常用无量纲的月c 代替日判断气体的溶解度大小。 资料表明，当分配系数较低( 成0 0 1 ) ，易溶于水的污染物质适于用生物洗涤 塔处理；分配系数较高( p cz1 ) ，难溶于水的污染物质适于用生物滤池处理； 溶解性介于两者之间的污染物质( 0 0 1 尾 1 ) 则可用生物滴滤池处理。而当 污染物质的分配系数大于1 0 ，极难溶于水时，由于其界面传质速率低而不适于 用生物方法处理【3 8 】。 2 2 3 现场试验工艺流程 由于垃圾组分复杂，散发的恶臭物质变化较大且不易测定，污染物质的分 配系数分布范围较广，同时恶臭气体含水率高且污染负荷较大，选择单一的方 法难以达到理想的稳定处理效果，针对这种情况，课题的现场试验采用分别适 合分配系数较低和较高物质的两种生物法组合的处理模式，即强化冷凝吸收喷 射鼓泡接触式活性污泥处理法与生物过滤法相结合。小试部分则分别检验了两 种处理工艺的单一运行效果及串联运行效果。 试验以美商生活垃圾处理厂一次分选头道筛的恶臭气体作为处理气源。污 染气体进入试验系统后，首先在冷却段实现预吸收，接着进入喷射鼓泡洗涤段， 被分为若干气流进入喷射鼓泡管内，各路气流喷射进入活性污泥中，形成一定 厚度的细微泡沫层，排气与活性污泥在此泡沫层接触，完成了生物洗涤过程。 被洗涤吸收后的排气经脱水装置除沫后由风机输送至生物过滤设备中，气体中 洗涤后残留的恶臭类物质在此设备中被微生物捕集降解，经生物滤池处理后的 气体排入环境大气。 另外，在喷射鼓泡洗涤设备内吸收了污染物的活性污泥经溢流挡板流入溢 流槽中，并在重力作用下，流入位于洗涤设备下方的再生池中，通过微生物作 用得到降解净化，恢复吸收能力后循环回喷射鼓泡洗涤设备，进行新一轮的吸 第二章研究内容与方法 收。工艺流程情况如图2 2 所示。 1 冷却段2 喷射鼓泡吸收段3 脱水装置 4 再生池5 回流水泵6 主风机7 生物过滤器 图2 - 2 现场试验工艺流程图 2 2 4 试验设备与仪器 表2 - 1 小试中所用的主要设备 一1 5 一 第二章研究内容与方法 表2 - 2 现场试验中所用的主要设备 2 2 5 分析方法与仪器 试验过程涉及的分析测试项目包括：温湿度、总挥发性有机物浓度、臭气 浓度、气体中挥发性脂肪酸的浓度以及