通风、翻堆和添加剂对垃圾生物干化和臭气排放的影响.pdf

通风、 翻堆和添加剂对垃圾生物 干化和臭气排放的影响 * 李春萍1蔡先明2秦侠2张红玉1 1． 北京建筑材料科学研究总院固废资源化利用与节能建材国家重点实验室， 北京 100041; 2． 北京工业大学， 北京 100124 摘要 采用自制的生物干化装置探索了通风、 翻堆及不同添加剂对垃圾生物干化和臭气排放的影响。通风量增加， 有 助于水分散失和 H2S 减排， 也利于生化反应的进行， 添加自制除臭剂和生物菌对 H2S 的排放有显著的抑制作用， 添加 自制除臭剂和桔秆对 NH3的排放有显著的抑制作用， 添加自制除臭剂可作为生物干化除臭剂的优选。翻堆工艺对干 化产品含水率有一定影响， 物料含水率随翻堆次数增加逐渐下降， 翻堆 2 次的干化产品含水率最终达到 25， 翻堆 3 次的含水率达到 22. 5， 翻堆 4 次的含水率达到 19. 1， 增加翻堆次数可显著降低物料含水率。 关键词 生活垃圾; 温度; 含水率; 硫化氢; 氨气 DOI 10. 13205/j． hjgc． 201403020 VENTILATION TUＲNING AND ADDITIVE EFFECTS ON MUNICIPAL SOLID WASTE MSWBIOLOGICAL DＲYING AND ODOＲ EMISSIONS Li Chunping1Cai Xianming2Qin Xia2Zhang Hongyu1 1. State Key Laboratory of Solid Waste Ｒeuse for Building Materials，Beijing Building Materials Academy of Science Ｒesearch， Beijing 100041，China; 2． Beijing University of Technology，Beijing 100124，China AbstractA series of biological drying and odor emissions experiments of municipal solid waste MSWwas made by using self- made biological drying device． The results showed thatVentilation increasing contributesd to the loss of water，reduction of H2S emission，and biochemical reactions． Additives of self- made deodorant and microorganism agent can significantly inhibit the emission of H2S and additives of self- made deodorant and straw can significantly inhibit the emission of NH3，thus， self- made deodorant can preferably be chosen as biodrying deodorant． Turning process has a certain impact on the biodrying product moisture content． Moisture content decreases with the increase of turning times． The moisture of final biodrying product reached 25 when turning twice，reached 22. 5 when turning 3 times，and reached 19. 1 when turning 4 times． Thus，increasing the turning times can significantly reduce moisture content． Keywordsmunicipal solid waste MSW ;temperature;moisture;H2S;NH3 * 国家重点基础研究发展计划 973 项目 2012CB724603 。 收稿日期 2013 －07 －08 0引言 城市生活垃圾已经成为困扰我国城市环境发展 的严峻问题之一 ［1- 2 ］。我国垃圾含水率一般在 50 以上， 大量的水分成为填埋、 焚烧、 堆肥等处理时渗滤 液的主要来源 ［3- 4 ］。因此， 在垃圾管理中， 重要的前处 理就是降低含水率。 生物干化是利用微生物高温好氧发酵过程中有 机物降解所产生的生物热能， 通过过程调控手段促进 水分蒸发， 从而实现快速去除水分的一种干化处理工 艺， 最早由美国康奈尔大学 Jewell 等人于 1984 年研 究牛粪生物干燥的操作参数时提出［5 ］。国内学者也 对此工艺进行了较多研究［6- 9 ］。生物干化的特点在于 不需外加热源， 干化所需能量来源于微生物的好氧发 酵活动， 属于物料本身的生物能， 因此是一种非常经 济、 节能、 环保的干化技术， 近年来成为研究热点。 本研究采用自制的生物干化装置， 重点研究不同 通风量、 翻堆次数及添加不同辅料对生活垃圾发酵温 度、 含水率及臭气挥发特性的影响， 从而为工业垃圾 38 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control 生物干化提供理论基础。 1实验部分 1. 1材料与方法 2012 年811 月， 采集不同时期北京垃圾转运站 的生活垃圾， 放入 4 个生物干化装置， 同时测定温度、 含水率、 H2S、 NH3指标。氨气 NH3 用硼酸溶液吸收 后， 采用 H2SO4滴定法测定; 干化过程中 H2S 采用沼 气分析仪测定; 干化温度由干化反应器温度传感器记 录， 电脑直接读取; 含水率采用减重法测定。 1. 2生物干化实验装置 本研究采用的生物干化实验装置示意图见图 1。 图 1生物干化实验装置示意 Fig．1Schematic diagram of biological drying device 装置为圆柱状， 体积为60 L， 分为内外两层， 内桶 直径 36 cm， 高 60 cm， 外桶直径 46 cm， 高 75 cm。为 保持干化过程中温度不散失， 外设置保温层， 保温层 厚度为 5 cm。自内桶底部起 10， 25， 40 cm 处各设置 1 个取样口， 取样口口径为 3 cm。罐顶设置温度探头 检测口和伸出桶外的不锈钢管导气口， 检测口口径 1 cm， 导气口口径 1. 5 cm。为保证微生物发酵过程 需要的氧气， 罐底部设置不锈钢管制成的进气口， 进 气口口径 1. 5 cm。罐底部还设置过滤渗滤液的筛 板， 筛板孔径 6 mm。设置在底部 5 cm 处， 筛板上部 为通气层， 通气层高度亦为 5 cm。为方便操作， 在自 发酵罐外桶顶部 20cm 处的侧面设置把手。生物干 化过程产生的 NH3由导气口接入带有密封塞的广口 瓶中， 采用硼酸吸收。 2结果与讨论 2. 1通风量对垃圾生物干化和臭气排放的影响 根据参考文献［ 10］ ， 将通风量设置为 0.1 L/ kg min 、 0.2 L/ kgmin 、 0.3 L/ kgmin 分别表示为 A1、 A2、 A3 ， 在连续通风的条件下， 不同通风量对垃圾生 物干化的温度、 含水率、 NH3及 H2S 的影响见图2。 通风是影响干化进程的关键因素， 其作用主要体 现在3 个方面 供氧、 散热和脱水， 适宜的通风率是水 图 2通风量对垃圾干化和臭气的影响 Fig． 2The effect of ventilation on MSW biological drying and odor emissions 48 环境工程 Environmental Engineering 分散失取得成功的重要保障 ［ 11 ］。通风率过低容易造 成堆体厌氧， 也不利于物料水分脱除; 而通风量过大将 导致热量散失， 不利于堆体的热量积累， 对无害化不 利， 同时也可导致 NH3的大量排放 ［ 12 ］。Li［ 13 ］等人的 研究发现通风对控制 H2S 的产生具有重要意义， 采用 较大的鼓风量 0. 50 L/ min kg 或 0. 75 L/ minkg 可显著减少有机物干化过程中臭味气体的释放。 从图 2 可以看出 不同通风量下， 垃圾干化过程 中堆体温度均呈现较快上升。A1、 A2 和 A3 均在干 化的第 3 天温度上升到 55 ℃， 并分别维持了 15， 10， 8 d， 完全满足生活垃圾运行管理规范 DB 11/ T 2722005 要求。结合含水率和臭气排放的结果 可知 通风量增加， 有助于水分散失和 H2S 减排， 也 利于生化反应的进行， 但过高的通风量不仅不利于有 机物的分解转化， 而且浪费能源。因此， 生产中应适 度通风为宜。 2. 2添加剂对垃圾生物干化和臭气排放的影响 在垃圾中添加自制除臭剂、 秸秆及生物菌等 3 种 不同添加剂， 对照记为 T1， 其他处理依次为 T2、 T3、 T4， 保持通风量为 0. 2 L/ kg min ， 在连续通风的条 件下， 不同添加剂对垃圾生物干化的温度、 含水率、 NH3及 H2S 的影响见图 3。 图 3添加剂对垃圾干化和臭气的影响 Fig． 3The effect of additive on MSW biological drying and odor emissions 由图3 可以看出 在生物干化的第7 天至第15 天， 温度持续升高， 达到 55 ℃以上， 并在此温度下持续了 7 d， 说明有机物进行快速分解的同时释放出大量热能， 从而使得干化堆体的温度快速升高。总体来看， 4 种干 化处理经过高温发酵都达到了无害化的温度要求 DB 11/T 2722005 生活垃圾堆肥厂运行管理规范 。 在干化过程中两种臭气浓度均先上升后下降， 在 干化高温期臭气浓度达到最大， 随着干化进程， 臭气 浓度不断降低。从变化周期来看， 在干化初期含量均 很小 0 ～ 2 d ， 当干化达到高温期后＞ 55 ℃， 7 ～ 9 d ， 恶臭物质的浓度也相应达到最大， 随着干化温 度的回落， 臭气浓度也相应降低。 添加剂 T2 和 T4 对 H2S 排放有显著的抑制作 用， 添加剂 T2 和 T3 对 NH3排放有显著的抑制作用。 因此， 添加剂 T2 对臭气排放的抑制作用较为突出， 可 作为生物干化的优选。 2. 3翻堆对垃圾生物干化和臭气排放的影响 将通风量设置为 0. 2 L/ kgmin ， 增加翻堆工 艺， 翻堆次数设置为 1 次/7 d、 1 次/10 d、 1 次/14 d 表示为 B1、 B2、 B3 ， 在连续通风的条件下， 不同翻 堆次数对垃圾生物干化的温度及含水率的影响见 图 4。 58 大 气 污 染 防 治 Air Pollution Control 图 4翻堆对垃圾干化的影响 Fig． 4Effect of turning on MSW biological drying 由图 4 可以看出 物料含水率随翻堆次数增加逐 渐下降， 翻堆 2 次的干化产品含水率最终为 25， 翻 堆 3 次的含水率为 22. 5， 翻堆 4 次的含水率为 19. 1。由此可见， 翻堆工艺对干化产品含水率有一 定影响， 增加翻堆次数可显著降低物料含水率。 3结论 1 不同通风量下， 垃圾干化过程中堆体温度均 呈现较快上升。A1、 A2 和 A3 均在第 3 天温度上升 到 55 ℃， 并分别维持了 15， 10， 8 d。通风量增加， 有 助于水分散失和 H2S 减排， 也利于生化反应的进行， 但过高的通风量不仅不利于有机物的分解转化， 而且 浪费能源。 2 添加不同的添加剂后， 在生物干化的第7 天至 第 15 天， 温度持续升高， 达到 55 ℃以上， 并在此温度 下持续了7 d。在干化过程中的两种臭气浓度均呈先 上升后下降的趋势， 在干化初期含量均很小 0 ～ 2 d ， 当干化达到高温期后＞ 55 ℃， 7 ～ 9 d ， 恶臭 物质的浓度也相应达到最大， 随着干化温度的回落， 臭气浓度也相应降低。添加剂 T2 和 T4 对 H2S 排放 有显著的抑制作用， 添加剂 T2 和 T3 对 NH3排放有 显著的抑制作用。 3 物料含水率随翻堆次数增加逐渐下降， 翻堆 2 次的干化产品含水率最终达到 25， 翻堆 3 次的含 水率达到 22. 5， 翻堆 4 次的含水率达到 19. 1。 参考文献 ［1］Diaz L F，Savage G M， Eggerth L L． Alternatives for the treatment and disposal of healthcare wastes in developing countries ［J］． Waste Management， 2005， 25 6 626- 637． ［2］赵由才． 实用环境工程手册 固体废物污染控制与资源化［M］． 北京化学工业出版社， 2002． ［3］Ludvigsen．Anaerobic microbial redox processes in a landfill leachate contaminatedaquifer ［J］．JournalofContaminant Hydrology， 1998， 33 273- 291． ［4］Min L，Jun X，Song H，et al． Characterization of solid residues from municipal solid waste incinerator ［J］．Fuel，2004，83 1397- 1405． ［5］郭松林，陈同斌，高定，等． 城市污泥生物干化的研究进展与 展望［J］． 中国给水排水， 2010， 26 15 102- 106． ［6］王斌，蔡璐，陈同斌，等． 密闭集气罩对污泥生物干化脱水效 果的影响［J］． 中国给水排水， 2011， 27 13 106- 109． ［7］邵立明， 顾伟妹， 徐华成， 等． 脱水污泥生物干化及产物农用性 质评价［J］． 农业环境科学学， 2011， 30 11 2379- 2383． ［8］黄文雄， 苏红玉，黄丹丹，等． 通风方式对高含水率垃圾生物 干化的影响［J］． 中国环境科学， 2012， 32 8 1480- 1486． ［9］韩竞耀， 何品晶， 张冬青， 等． 通风量和翻堆对生活垃圾好氧生 物干化的影响［J］． 环境卫生工程， 2008， 16 3 23- 27． ［ 10］李国学，张福锁． 固体废弃物堆肥化与有机复混肥生产［M］． 北京化学工业出版社， 2000． ［ 11］Bogner J，Pipatti Ｒ，Hashimoto S，et al．Mitigation of global greenhouse gas emissions from wasteConclusions and strategies from the Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC Fourth Assessment Ｒeport． Working Group III Mitigation ［J］． Waste Manag Ｒes， 2008， 26 11- 32． ［ 12］Bonnin C， Laborie A， Paillard H． Odor nuisances created by sludge treatmentProblems and solutions［J］． Water Sci Technol，1990， 22 12 65- 74． ［ 13］Li X， Zhang Ｒ， Pang Y．Characteristics of dairy manure composting with rice straw［J］． Bioresource Technology，2008， 99 2 359- 367． 第一作者 李春萍 1970 － ， 女， 高级工程师， 主要研究方向为废弃物 处理与资源化。lichp － xj163． com 68 环境工程 Environmental Engineering