金順利，陳步東，曹飛飛，吳啟軍，邵頌晶

(杭州楚環(huán)科技股份有限公司，浙江 杭州 310015)

0 引言

隨著城鎮(zhèn)污水處理量的不斷增加，城鎮(zhèn)污泥的妥善處理處置越來越受到人們的重視。土地填埋、焚燒和資源化利用等眾多的污泥處理處置方式被開發(fā)應(yīng)用，這些處理處置方式都離不開污泥脫水這一重要的工藝環(huán)節(jié)。通過脫水減容，不僅大幅降低污泥的儲運成本，而且減小設(shè)備的占地面積、提高污泥的低位熱值，從而為污泥堆肥、填埋、自持焚燒等進一步處理處置創(chuàng)造了有利條件[1-2]。

污泥脫水過程伴生的惡臭廢氣帶來的環(huán)境壓力不容忽視。惡臭污染物往往嗅閾值非常低，即使在環(huán)境空氣中的濃度很低，仍然能引起人們不愉快的感覺并損害生活環(huán)境。隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展和人民生活水平的提高，人們對工作和生活環(huán)境的要求也逐步提高。惡臭作為環(huán)境公害之一已經(jīng)受到廣泛的關(guān)注，人們對環(huán)境問題的投訴中惡臭投訴的比例急劇增加[3-5]。污泥脫水伴生惡臭廢氣以H2S、NH3為主要污染物，同時涉及含硫、含氮有機物等多種揮發(fā)性惡臭物質(zhì)，嚴(yán)重危害工作人員身體健康和周界環(huán)境空氣質(zhì)量，已成為關(guān)系城鎮(zhèn)污泥處理處置設(shè)施建設(shè)和持續(xù)運營的突出環(huán)境問題。

1 污泥脫水工藝類型

城鎮(zhèn)污泥的含水率通常都很高，可達99%，必須對污泥做脫水減容預(yù)處理，才能進行后續(xù)的污泥處理處置。常見的脫水工藝類型有污泥濃縮、機械脫水和污泥干燥三種。

污泥濃縮就是通過污泥增稠來降低污泥的含水率，減小污泥的體積，常用的方法有重力濃縮、氣浮濃縮和離心濃縮等，是一種初步脫水處理工藝。機械脫水一般在污泥濃縮之后，污泥中的水分在過濾介質(zhì)兩側(cè)的壓力差的推動下強制通過過濾介質(zhì)，污泥顆固體粒被截留在過濾介質(zhì)上，從而達到脫水的目的。經(jīng)機械脫水處理的污泥含水率一般能從95%左右降到50%～75%，可滿足污泥填埋、堆肥等處理處置要求。污泥干燥往往在污泥機械脫水后進行，有自然干燥和人工干燥兩種形式。自然干燥露天作業(yè)，占地大，產(chǎn)生的惡臭難以收集，已很少被采用。人工干燥是在密閉環(huán)境下利用人工熱源對污泥進行深度脫水，惡臭收集效率高，是主流的污泥干燥形式。污泥干燥是污泥焚燒、熱解的預(yù)處理工藝，干燥產(chǎn)物也可用于堆肥或直接作為農(nóng)用肥料。

2 污泥脫水惡臭廢氣特點

2.1 惡臭組成及性質(zhì)

惡臭污染物伴隨城鎮(zhèn)污泥脫水過程而產(chǎn)生，其組成與污泥性質(zhì)和脫水工藝密切相關(guān)。

對于污泥濃縮、機械脫水等常溫脫水工藝，惡臭污染物來源于污水、污泥及其厭氧產(chǎn)物，按其組成成分可分4類：含硫化合物，如硫化氫、硫醇類、硫醚類等；含氮化合物，如氨、胺類、酸胺類、吲哚、糞臭素等；含氧有機物，如醇、醛、酮、酚以及有機酸等；烴類化合物，如芳香烴、鹵代烴、烯烴等[5-7]。眾多的污染物中，硫化氫、氨的排放濃度最高。黃力華等[8]研究表明，污泥濃縮池臭氣中硫化氫、氨的濃度分別為0.09～5.96 mg/m3、0.13～11.24 mg/m3，機械脫水臭氣中硫化氫、氨的濃度分別為0.17～27.3 mg/m3、0.2～18.45 mg/m3，而臭氣中甲硫醇、甲硫醚、苯乙烯、二甲苯的濃度均≤1 mg/m3。唐小東等[9]在污泥濃縮池和脫水機房的臭氣中檢測到了烷烴、鹵代烴、烯烴、芳香烴、含氧有機物和硫醚等40種揮發(fā)性有機物，其中苯系物含量最高，各揮發(fā)性有機物濃度之和小于1 mg/m3。

污泥干燥過程產(chǎn)生的惡臭污染物來源還包括不穩(wěn)定化合物受熱分解產(chǎn)物，如一氧化碳、氮氧化物、二氧化硫等，其成分和濃度隨加熱時間及溫度等因素影響大。張靈輝等[10]將城市生活污水脫水污泥于90 ℃干燥1小時，在尾氣中檢測出氨、硫化氫及多種有機組分，如芳香族化合物、含硫化合物、含氧有機物、烴類等，其中氨的濃度為4.9 mg/m3，遠高于其他成分，其次為硫化氫，濃度為0.2 mg/m3。

惡臭污染物一般嗅閾值很低，具有刺激性或毒性，易造成嗅覺感官污染，危害人體健康。部分污泥脫水惡臭污染物嗅閾值及感官性質(zhì)如表1所示[11]。

表1 污泥脫水惡臭污染物類型及感官性質(zhì)

2.2 惡臭污染的形成及影響因素

惡臭污染物的形成與污泥中微生物的活動密切相關(guān)。H2S的形成源于硫酸鹽、亞硫酸鹽的還原和含硫有機化合物的脫硫反應(yīng)。硫酸鹽在厭氧微生物作用下還原形成硫化氫以式(1)表示。含硫有機物(以半胱氨酸為例)在厭氧狀態(tài)下轉(zhuǎn)化形成硫化氫的簡化過程以式(2)表示[6]。含硫有機惡臭物質(zhì)(甲硫醚、甲硫醇等)的形成存在含硫氨基酸的厭氧降解、硫化物的厭氧甲基化反應(yīng)等多種途徑[12]。含氮惡臭物質(zhì)(氨、胺類、吲哚及其衍生物等)的形成與污泥中的蛋白質(zhì)、氨基酸、硝酸鹽等含氮物質(zhì)的厭氧生化反應(yīng)有關(guān)，如胺類物質(zhì)通過氨基酸的脫羧基反應(yīng)產(chǎn)生。揮發(fā)性脂肪酸、醛類、醇類、酮類等揮發(fā)性有機物則是碳水化合物厭氧發(fā)酵的副產(chǎn)物[6]。

(1)

CH3COCOOH+NH3+H2S

(2)

惡臭污染物的形成受污泥成分、污泥停留時間、溫度、湍流程度等因素的影響。污泥中氮、硫元素及有機成分的含量越高，惡臭污染物的產(chǎn)生量也相應(yīng)越大。Lomans等[12]研究表明含硫有機惡臭物質(zhì)的產(chǎn)生量取決于污泥中硫化物和供甲基化合物的含量?？s短污泥的停留時間，降低了污泥厭氧腐敗程度，有利于減少惡臭污染物的形成。眭光華等[13]研究表明，采用高效脫水機直接對污泥進行脫水處理時污泥脫水機房內(nèi)硫化氫、氨的濃度明顯低于常規(guī)脫水工藝，分析認(rèn)為直接對污泥脫水縮短了污泥的停留時間和污泥發(fā)酵產(chǎn)生惡臭物質(zhì)的過程，減少了惡臭污染物的排放。溫度影響厭氧過程微生物的活性，在污泥干燥過程中，污泥中的熱不穩(wěn)定物質(zhì)受熱分解，形成新的惡臭物質(zhì)。眭光華等[13]研究表明，污泥濃縮池硫化氫排放濃度具有夏季高、冬季低的季節(jié)性特點。Gomez-Rico等[14]的研究表明，當(dāng)污泥干燥溫度為80～120 ℃時，在干燥廢氣中揮發(fā)性有機物含量隨溫度變化不大。Weng等[15]研究了干燥溫度為50～300 ℃時苯系物的釋放特性，結(jié)果表明，苯系物主要在干燥溫度為200～300 ℃時產(chǎn)生，當(dāng)干燥溫度低于100 ℃時，苯系物的釋放量僅占總量的5.09%～7.34%。

3 污泥脫水惡臭控制技術(shù)

3.1 源頭控制

源頭控制是通過優(yōu)化污泥脫水工藝，抑制污泥脫水處理工藝過程中惡臭污染物的形成。常見的有調(diào)節(jié)pH、投加藥劑、減少污泥停留時間、降低污泥干燥溫度等[16]。

一些研究表明當(dāng)pH值低于5.5或高于8.5時，硫酸鹽還原菌不能生長[17]。將污泥初始pH從6.5提高至8.0，硫化氫的產(chǎn)生量可下降44.7%[18]。通過控制硝酸鈣的添加量，可以有效地防止污泥中H2S等惡臭污染物的形成[19]。莫少婷等[20]研究表明丙酸鉀對污泥硫化氫釋放具有明顯的抑制作用。Jaouadi等[21]研究表明向污泥中添加3%的蘆薈凝膠或水玻璃可明顯減少VOCs的產(chǎn)生量，降低污泥的感官臭味。范海宏等[22]控制污泥干化溫度小于250 ℃、干化時間小于30 s，同時將污泥與氧化鈣按質(zhì)量比1∶1混合，對CS2、H2S和SO2的抑制率可接近100%，分析認(rèn)為氧化鈣呈堿性，可抑制有機硫化物和脂肪硫的分解，同時釋放出的CS2、H2S和SO2是酸性氣體，均可與氧化鈣反應(yīng)。

3.2 末端治理

末端治理是對已經(jīng)形成的惡臭污染物采取收集處理措施，以減輕或消除惡臭污染。常規(guī)的末端治理技術(shù)包括洗滌法、吸附法、高級氧化、掩蔽法、燃燒法、生物法等，各項治理技術(shù)的原理及優(yōu)缺點見表2[23-24]。

表2 惡臭處理技術(shù)簡介

隨著研究的深入，一些新型除臭工藝被不斷開發(fā)。Lu等[25]采用具有更高能量利用率的滑動弧放電等離子體處理污泥干化模擬廢氣，當(dāng)輸入電壓11 kV、氣體流速4.72 m/s時，該反應(yīng)器達到最大處理效率；當(dāng)廢氣中同時含NH3和H2S時，能耗可降低38%。Almarcha等[26-27]以有機無機混合填料，并接種專門篩選的高效降解菌來改進生物濾池除臭性能，該生物濾池對污泥臭氣中的主要污染物處理效率達95%～99%，相比傳統(tǒng)的生物濾池具有明顯優(yōu)勢。Mika等[28]從資源化的角度研究了從廢氣中回收氮的可行性，結(jié)果表明廢氣中具有回收潛力的氮占污泥干重的比例可達0.49%～0.62%。Eekert等[29]的研究報告則系統(tǒng)介紹了汽提、化學(xué)氧化、生物轉(zhuǎn)化等氮回收方法。

大量的研究和工程實踐表明，單一處理技術(shù)往往只能高效處理一類或幾類惡臭物質(zhì)，對多組分惡臭廢氣，在處理成本、處理效率、適用濃度范圍等方面具有局限性，難以取得理想的除臭效果。多技術(shù)組合工藝可協(xié)同發(fā)揮單一技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)優(yōu)勢互補，在滿足除臭效果的同時降低了處理成本，因而成為污泥脫水臭氣處理技術(shù)的研究熱點。Weng等[16]針對不同工序階段產(chǎn)生的臭氣提出了一個分質(zhì)分類處理的方案，其中污泥倉儲臭氣引入生物濾池或熱力氧化爐處理，污泥熱干化尾氣引入水洗-堿洗裝置處理，污泥儲存庫空間臭氣采用UV光解原位處理。工程實踐表明，該組合工藝對硫化氫和煙塵的去除率分別達97.5%和99.7%。Andersen等[30]研究了酸洗、非熱等離子體、UV光解及其組合工藝對污泥干化臭氣的處理效果，結(jié)果表明，單獨采用非熱等離子體工藝時，臭氣濃度的處理效率為70%～79%；采用非熱等離子體+UV光解的組合工藝時，臭氣濃度的處理效率提高至70%～83%；采用酸洗+非熱等離子體+UV光解的組合工藝時，臭氣濃度的處理效率達90%。組合工藝的除臭效率明顯優(yōu)于單一處理工藝。

4 展望

城鎮(zhèn)污泥脫水惡臭廢氣具有成分復(fù)雜、臭氣嗅閾值低等特點，在選擇惡臭控制方法時，應(yīng)注重源頭控制和末端治理相結(jié)合，以源頭治理為主，最大限度削減惡臭污染物的排放，在分析惡臭污染源，掌握惡臭廢氣特點的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際優(yōu)選惡臭控制工藝。在實際末端除臭應(yīng)用中，吸附法、洗滌法、燃燒法等除臭技術(shù)由于運行費用高、存在二次污染等問題，很少單獨應(yīng)用。掩蔽法主要用于惡臭污染物難以收集的場合，高級氧化技術(shù)對高濃度污染物處理效果不佳。生物法也存在占地面積大、對難生化物質(zhì)處理效果低下的缺點。為適應(yīng)不斷提高的環(huán)境質(zhì)量要求，在深入研究常規(guī)末端治理技術(shù)的基礎(chǔ)上，開發(fā)生物、化學(xué)洗滌、高級氧化、資源化回收利用等處理技術(shù)相結(jié)合的組合除臭工藝，實現(xiàn)各項技術(shù)的優(yōu)勢互補，提高惡臭廢氣處理效果，降低運行成本，將是污泥脫水惡臭廢氣處理技術(shù)的發(fā)展方向。