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目前,由于城市生活垃圾产量的快速增长及发展循环经济的迫切需求使得生物机械处理(BMT)逐渐将成为我国生活垃圾处理主要方向。但在BMT处理的生物发酵以及机械分选过程中会产生一定量的恶臭气体。对恶臭气体的控制成为BMT处理技术得以推广的一个限制因素。此外,由于国内垃圾组分及BMT处理工艺与国外存在差别,对国内生活垃圾BMT处理过程中释放气体成分进行分析显得很有必要。本课题主要针对上海美商城市生活垃圾厂一次发酵仓所产生的恶臭气体,现场搭建堆肥生物滤池进行净化。对垃圾发酵所产生恶臭气体成分分析,得出臭气中主要有机物;分析堆肥填料理化和微生物特征变化对滤池净化效率的影响;以及不同操作条件下生物滤池的净化效率分析。通过模拟发酵仓实验得出垃圾发酵释放氨气规律及与释放气温度间关系,滤池净化效果。
通过固相微萃取联合GC-MS技术对恶臭成分定性分析,结果显示恶臭气体中包含低分子醇类、甲苯、二甲苯、乙苯、柠檬酸、樟脑、桧烯、十二烷、十四烷、十七烷。定量结果显示为苯系物含量(乙苯、二甲苯、甲苯等)最高,接着为烷烃、烯烃、萜烯和硫化物。滤池对苯系物的净化效果特别明显,除丙基苯外,其余物质都能保持在净化效率90%以上;高分子烷烃如壬烷、癸烷的降解效果较差,尽管在发酵后期壬烷的去除效率接近90%,癸烷最高去除效率只有71%,而低分子烷烃如戊烷、己烷和庚烷降解效率均高于85%,辛烷的去除效率高于91%:对检测出的几种硫化物的去除效果也较高,多数都在99%以上;但对于萜烯污染物,滤池表现出较差的降解效率。
冷凝预处理可以将部分易溶于水的恶臭成分除去。发酵周期内冷凝液中COD指标有着逐渐降低的趋势,而氨态氮的变化则没有明显的趋势。在20m3/h的流量下,每天可去除3183.9 mg COD和1063.8 mg NH4+-N。TVOC浓度的变化影响到堆肥滤池对其的去除效率,在发酵初期TWOC浓度较高时,滤池的效率低;而在发酵后期浓度较低时,堆肥滤池的净化效率有所升高。随着停留时间的增加,滤池对TVOC的去除效率也随之增加,在65.0s的操作条件下,滤池的平均去除效率为72.5%,远远高于32.5s下的数值。从堆肥滤池的去除能力上看,随着滤池负荷的增加而增加,最大去除能力为17.2g/m 填料3h(以正己烷计)。堆肥填料中营养成分,包括有机质、总碳、总氮、总磷在实验研究中并没有出现大的变化,平均含量分别为208.2±30.3 g/kg干填料、206.3±14.4g/kg干填料、14.87±1.42g/kg干填料、5.3±0.4g/kg干填料。水溶性总氮、氨氮、硝态氮都有所增加,运行200天后分别增加了44.4%、56.2%、76.3%,原因是由于填料吸收或者吸附了恶臭气体中的含氮化合物。微生物生长繁殖将一部分水溶性磷转化为非水溶性磷导致其含量在运行200天后,减少了27.3%。滤池在运行过程中没有发生酸化现象,pH值在初期有个升高趋势,后保持在7.86周围,变化范围为7.38~8.08。此外堆肥滤池也没有发生填料的堵塞,压降变化范围为30~40mmH2O/m填料。
堆肥填料中微生物菌落变化比较明显,表现为细菌和霉菌呈现逐渐增加的趋势,放线菌和酵母菌呈现逐渐减少的趋势。表明微生物降解恶臭污染物所形成的生存环境不利于放线菌和酵母菌的生长繁殖,但却能促进了细菌和霉菌的生长繁殖,同时显示细菌和霉菌在对污染物的降解过程中起到了主要作用。
实验室模拟发酵结果表明,生活垃圾发酵释放氨气和TVOC的浓度变化规律较为相似,初期最大,随后逐渐减少,变化范围分别为10.2~62.0 mg/m3、2.8~14.7×10-6(v/v)。滤池对氨气具有良好的处理效果,去除率保持在90%以上;对TVOC的处理效率变化范围为51.6~82.1%。发酵气体最高温度出现在开始发酵的第47小时,随后逐渐降低。从变化规律可以得出温度变化与释放气体浓度之间不存在一定的相关性。