餐廚垃圾處理中惡臭氣體特征及處理技術研究

張彥敏 魏薇 王玉臻 王寧杰 張小磊

摘要：垃圾分類以來，各地均有較為成熟的餐廚垃圾處理廠，主流工藝為厭氧發酵和好氧堆肥，兩種工藝都存在惡臭氣體產生的問題。合理選擇惡臭氣體處理工藝是實現高效除臭的關鍵，而臭氣成分是決定工藝選擇的核心。文章分析了直接影響臭氣成分的主要因素，對目前的物理、化學、生物等除臭工藝進行討論，井從除臭效果、投資成本、二次污染、運行操作以及地理位置對除臭工藝的選擇進行剖析，為餐廚垃圾處理廠惡臭氣體處理工藝選擇提供指導。

關鍵詞：餐廚垃圾；惡臭氣體；除臭；工藝

中圖分類號：X705 文獻標志碼：B

前言

自1996年以來，垃圾分類是優化垃圾處理模式、提高資源回收利用率、減輕垃圾處理負荷的重要手段，目前全國各城市小區均在不斷推行。餐廚垃圾是實施垃圾分類后產量增加較大的一類重要垃圾。2001年8月，上海市第一次明確餐廚垃圾的定義和處理管理辦法。然而目前餐廚垃圾收集、臨時存儲、運輸、處理過程中導致的惡臭問題是民眾投訴的焦點。餐廚垃圾在居民區收集和臨時存儲過程中，各小區通常利用芳香劑噴灑的掩蔽法解決臭氣問題，且由于量小、時間較短，因此．臭氣問題不顯著。餐廚垃圾運輸一般在夜間進行，而且運輸過程中密閉較好，因此，臭氣問題也相對容易解決。然而，餐廚垃圾處理作為最后一環由于總量大、過程持續時間長，惡臭問題十分嚴重。易偉雄（2019）等發現在餐廚垃圾處理過程中存在設施管理不足、廢氣半收半排、治污工作缺乏針對性等問題，導致惡臭氣體大量存在。

惡臭氣體大多是由硫化物、含氮化合物、烴類有機物和含氧有機物等的一種或幾種物質混合組成，不僅會對人體健康產生影響，而且對大氣環境造成了嚴重的威脅。目前中國對惡臭氣體排放已頒布一系列相關的標準文件，如《惡臭污染物排放標準》（GB 14554-93）、《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）、《大氣環境質量標準》（GB3095-2012）、《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297-1996）等，均對惡臭氣體排放有高標準的限制，因此，餐廚垃圾處理過程中臭氣治理直接關系到該行業的發展及周邊居民身體健康。

餐廚垃圾處理過程中產生臭氣的種類與餐廚垃圾的成分及餐廚垃圾處理工藝密切相關，本論文從這兩部分出發分析臭氣的產生問題，并對目前的除臭技術進行對比，提出適用于不同處理工藝產生臭氣的治理技術。

1惡臭氣體產生

餐廚垃圾主要來自于居民家庭和提供餐飲服務的場所，是剩余的食物殘渣、骨頭、蔬果皮、廢料等。其主要以有機成分為主，包括淀粉類、纖維類、油脂類蛋白質類，主要化學元素包括C、N、O、S、P、H、Cl等，具有易發腐、易致臭的特點。目前檢測到的餐廚垃圾處理過程中產生的臭氣多達幾十種甚至上百種，但主要包括硫化物、氮化物、烷烴、烯烴、芳香烴、鹵代烴、含氧烴。臭氣的成分主要由餐廚垃圾成分和處理工藝決定。

餐廚垃圾的成分波動通常比較大，與各地區的飲食習慣和餐飲發達程度有很大關系。餐廚垃圾目前的主要處理方式是厭氧消化和好氧消化／堆肥，兩個過程是通過利用不同類型的微生物對餐廚垃圾進行降解，從而將餐廚垃圾轉化為沼氣或者肥料。根據厭氧發酵的特點，餐廚垃圾厭氧發酵過程中主要是多糖、蛋白質、脂肪經過水解酸化、產酸、產甲烷三個階段被最終轉化為甲烷、二氧化碳、氨氣、氫氣等，同時揮發性有機酸（VFA）作為中間產物也會存在（如圖1所示）。同時，當餐廚垃圾中存在硫酸根時，在硫酸根還原菌的作用下還會產生硫化氫（H2S）。因此，餐廚垃圾厭氧發酵產生的致臭物質應該主要為氨氣和VFA，且根據具體成分不同可能會產生H2S。

除厭氧發酵外，好氧處理也被用于餐廚垃圾的處理，餐廚垃圾在好氧菌的作用下被轉化為二氧化碳、水、氨氣。因此，原則上好氧堆肥產生的臭氣主要是氨氣，當餐廚垃圾中含有芹菜、紅薯等木質素豐富的物質，以及葡萄皮、葡萄籽等單寧物質比較豐富的物質時，也會產生臭氣多元酚、醌等。此外，當堆肥過程中，垃圾含水率過高、供氧不足時，會導致局部厭氧發酵，進而產生VFA和H2S臭氣物質。Wang等利用26%蔬菜、13%肉、60%淀粉類主食進行好氧堆肥研究發現，主要臭氣物質為氨氣、乙醇和VFA。針對實際進行好氧發酵的餐廚垃圾場處理廠臭氣監測也發現，主要致臭物質為硫化氫、氨氣、VFA，也含有致臭性較高的甲硫醚和甲硫醇。

事實上，利用相同的處理工藝，餐廚垃圾成分不同，產生的主要臭氣種類也不相同。Phan等也發現，厭氧發酵過程中，當所用餐廚垃圾成分不同時，產生的臭氣成分有很大差別，肉類厭氧產生的臭氣主要為揮發性有機化合物（VOCs），蔬菜厭氧幾乎不產生VOCs。

由此可見，餐廚垃圾處理過程中產生的臭氣成分是“一廠一況”的，無法簡單的根據餐廚垃圾成分或者餐廚垃圾處理工藝準確地對產生臭氣成分進行預測，只能進行大致臭氣成分的推測。臭氣成分的預估是除臭工藝設計的基礎，因此：

（1）臭氣處理工藝的選擇應首先考慮通過實驗研究獲得臭氣成分，進而確定除臭工藝的選擇；

（2）應盡量全面考慮，將可能產生的臭氣均考慮在設計范圍內，以應對處理過程中臭氣成分波動變化等。

2餐廚垃圾處理廠惡臭氣體治理技術

臭氣處理工藝主要可以分為三類：物理法、化學法、生物法。物理法主要是通過利用固體吸附劑進行吸附；化學法是通過利用化學藥劑對臭氣進行吸收或將其轉化為非臭氣物質；生物法是通過微生物的降解或轉化作用去除臭氣物質。目前物理吸附主要是利用活性炭或改性活性炭對臭氣進行吸附，相對廣泛，但成本高，且存在臭氣脫附的二次污染問題，因此，主要討論應用較多的化學法和生物法。

2.1化學法除臭

化學法主要包括化學吸收和氧化法。

餐廚垃圾處理過程中產生的惡臭氣體通常是酸性的或堿性的，因此可以通過中和反應將其去除。化學吸收法的主要機理是通過利用酸性或堿性化學藥劑與臭氣反應將臭氣轉化為無臭物質，進而除臭。主要包括水洗滌、酸洗、堿洗等方法。常用的化學藥劑有碳酸鈉、硫酸、鹽酸、氫氧化鈉等。天然植物液洗滌是在酸堿洗滌法基礎上發展的，只是所用洗滌液不同。化學吸收主要采用填料塔形式，內部設有填料層和噴淋層，以對流形式將臭氣捕捉到吸收液中，從而實現臭氣的分離及去除，化學吸收除臭的效果與臭氣成分有很大的關聯，藥劑選擇過程中需要進行相關匹配。

氧化法除臭中化學氧化除臭是利用強氧化劑如臭氧、高錳酸鉀、次氯酸鈉等將臭氣氧化為非臭氣物質的過程。氧化的過程可以在液相也可以在氣相中完成，除臭效果與臭氣在氧化系統內的停留時間高度相關。光催化氧化也不斷被報道用于臭氣處理，主要是通過利用紫外光產生活性粒子、羥基自由基等高活性基團，將臭氣物質斷鍵轉化為非臭氣物質實現除臭。單獨紫外還尚未被應用，目前主要是與臭氧聯合實現除臭。

2.2生物除臭

生物法處理臭氣主要包括生物濾池，生物滴濾塔，土壤床工藝等。是利用馴化后的微生物的代謝功能將吸附在填料上的臭氣降解轉化為非臭氣或弱臭氣物質的過程。整個過程可分為四個階段，第一階段：臭氣進入到水相中；第二階段：在水相中擴散到生物膜；第三階段：被微生物捕獲；第四階段：被微生物降解。由此可見，臭氣的溶解、臭氣的擴散速度、微生物的種類、微生物降解臭氣物質的速率是決定臭氣處理效果的關鍵。生物法除臭具有運行成本低和無二次污染的特點，但是存在對臭氣成分波動適用性差、運行維護復雜、處理時間長的問題。

2.3化學-生物聯合除臭

化學法與生物法聯合應用可彌補利用單獨化學法和單獨生物法處理臭氣存在的弊端，適用性強且適用范圍廣。王婷（2021）等利用兩級堿洗+生物除臭箱可去除硫化氫、甲硫醇、硫化甲基、二硫化甲基及低級脂肪酸等臭氣物質，其中硫化氫與氨氣去除率達99.8%和98.5%，達到《惡臭污染物排放標準》（GB 14554-93）二級排放要求。生物滴濾聯合紫外光催化實現了對硫化氫、氨、甲硫醇和甲硫醚致臭物質的高效去除。可見化學法與生物法組合除臭具有較好的應用前景。

3除臭技術的適用性分析

如前所述，目前臭氣處理技術較多，選擇性也較多，但具體工藝的選擇是需要根據所要處理的臭氣的成分來決定。餐廚垃圾處理過程中，臭氣的主要成分為硫化物（硫化氫、甲硫醇、甲硫醚等）、氮化物（氨氮、二甲胺、二乙胺等）、烴類（苯、甲苯、二甲苯等）、含氧烴（乙醇、甲醛、VFA等）。針對不同的臭氣物質，可采用不同的處理技術，具體比較見表1。

通過比較分析，化學法對各類臭氣物質均有較好的效果，因此，在需要快速、高效去除臭氣物質時可采用臭氧氧化、芬頓氧化法。由于此類化學氧化法成本高，可以考慮在化學氧化法前增設化學吸收將一部分臭氣物質，如硫化氫、甲硫醇、VFA等去除，進而降低化學氧化法的負荷，從而降低成本。生物法對大多數臭氣物質均有較好的處理效果，通過微生物代謝作用可以將氮化物、烴類、含氧烴等分解利用，實現除臭。生物濾池和生物滴濾池都是較成熟的工藝，但由于效率較化學氧化法低，通常占地較大，在場地寬松情況下生物法是首選。但由于對部分硫化物處理效果有限，因此建議與化學吸收或物理吸附結合使用，以期達到對臭氣的高效去除。

從地理位置來講，冬季北方溫度較低，不適用于生物繁殖生長，建議采用光催化氧化法等不受溫度影響的化學法去處理；而南方溫度一年四季較為穩定，建議以生物法為主，結合化學法或其他方法進行處理，以減少投資成本。

4結語

垃圾分類為垃圾處理帶來極大便利，餐廚垃圾是其中一類產量較大的垃圾，其富含生物質，通過厭氧發酵和好氧堆肥在達到垃圾處理的同時實現資源化，然而也存在一定的問題，餐廚垃圾處理過程中產生臭氣，已成為周邊居民投訴的焦點，同時影響城市的形象，高效快速的臭氣治理策略十分必要。目前臭氣治理技術較多，如何進行工藝選擇是難題。未來除臭工藝將以生物法為基礎，通過改變反應器運行配置或組合其他工藝進行發展，同時光催化氧化法等停留在理論研究層面上的新型工藝將會實現低成本、高效率除臭效果。實際上，工藝選擇應緊密結合臭氣成分，通過對臭氣成分分析，明確主要的致臭物質種類，結合臭氣處理工藝的適用范圍、現場條件、實際需求等合理選擇工藝或工藝組合。