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      垃圾分類后廚余垃圾桶除臭技術初探及應用

      發布時間:2022年3月22日 點擊數:187

      1 引言

      隨著《北京市生活垃圾管理條例》的正式發布,2020年5月1日起北京市已全面實施垃圾分類工作,引起了社會各界極大的關注。垃圾分類后,按規定廚余垃圾需破袋后單獨投放,清運時間不得超過12 h[1]。但由于北京夏季高溫、高濕的天氣條件,市民關于臭味問題的投訴仍屢見不鮮。為解決垃圾桶臭味擾民的問題,北京市各級主管部門、小區桶站管理單位及相關技術人員均采取了有益的嘗試。

      垃圾分類措施開展前,居民投放垃圾的主要方式是裝袋混投,混合垃圾中含水率一般為30%左右,垃圾桶臭味問題不是非常突出。因此,環衛行業內采取的除臭措施多是針對垃圾樓、轉運站以及填埋場等中大型垃圾處理設施,針對垃圾源頭桶站的除臭技術的研究還處在較初級的階段。

      筆者通過文獻調研、分類示范小區實地走訪、北京市垃圾處理設施現場調研、除臭設備產品廠家調研,歸納總結了當前行業內較常見的幾種垃圾除臭技術,主要有噴灑除臭劑,使用廚余垃圾干濕分離器分離垃圾中大量水分,垃圾桶桶身、桶蓋改造等方法,并詳細分析各方法原理、優缺點、使用效果等,最終給出分類后廚余垃圾桶臭味問題的系統解決方案。

      2 臭味來源分析

      2.1 垃圾發酵過程中產生臭味

      廚余垃圾中含有較多的有機物,主要為蔬菜根、葉,水果皮核;家禽、魚蝦類等動物的皮、毛、脂肪;剩飯及食物下腳料等[2]。這些物質均含有大量的水分,在堆積過程中由于清理不及時、通氣不良及受到微生物的作用,發酵過程中會產生大量臭氣[3]。

      2.2 桶壁不及時清洗殘留臭味

      廚余垃圾桶內常年盛放廚余垃圾,其中的油分、水分及有機物殘渣粘掛在桶壁上,由于大部分廚余垃圾桶的材質為聚丙烯,其孔隙率較大,使滲入垃圾桶孔隙的廚余垃圾在其表面發酵[4],從而產生有機物發酵臭味,其臭味強度、給人的感官影響甚至大于廚余垃圾本身。除此之外,垃圾桶周圍地面也有殘留滲濾液并散發臭味。

      3 惡臭氣體成分分析

      垃圾腐敗發酵會產生種類繁多的惡臭物質,如苯系物、硫化物類、鹵代烴類、烯烴類、烷烴類和含氧有機物類等。

      蘆會杰[5]在生活垃圾填埋工藝的前處理車間檢測出惡臭物質50種,從質量濃度和嗅閾值角度分析,二甲二硫醚、乙酸丁酯、對二乙苯和乙醇4種物質對惡臭濃度的貢獻較大;在生活垃圾焚燒廠垃圾堆積車間,檢測出的惡臭物質成分有55種,特征惡臭物質為甲硫醇、二甲二硫醚、乙醇和檸檬烯;在生活垃圾堆肥工藝的前處理車間,檢測出的惡臭物質成分有34種,特征惡臭物質為乙醇、二甲二硫醚、乙酸丁酯和檸檬烯。

      根據文獻研究,李海青等[6]的研究表明,生活垃圾在夏季堆肥過程中的惡臭物質以含氧有機物為主,其次是芳香烴,在不同的堆肥處理車間,主要惡臭物質種類存在差異,卸料車間和粉碎車間的主要惡臭物質為乙酸和甲硫醚;發酵車間和腐熟車間的主要惡臭物質為乙酸、乙醛、甲硫醚、α-蒎烯、二甲二硫醚、檸檬烯、β-蒎烯和乙醇。

      4 小區廚余垃圾桶主要除臭技術及應用

      4.1 廚余垃圾桶內、周圍噴灑除臭劑消除掩蓋臭味

      4.1.1 除臭劑的分類

      除臭劑是用于遮蔽或消減臭味氣體的產品,市場上的除臭劑主要有化學型除臭劑、酶制品除臭劑、微生物型除臭劑、植物型除臭劑、復合型除臭劑等[7]。其中,植物型除臭劑采用植物提取液作為添加物質,主要活性成分是多酚類,特別是黃酮類化合物;化學型除臭劑多為氧化劑,藥劑除臭機理主要為對異味分子的脫硫、氧化、縮合和加成反應等[8];生物型除臭劑采用篩選獲得的除臭微生物構建復合菌劑,對一些由易腐有機物構成的惡臭源有較好的控制作用[9]。

      根據路鵬等[10]關于不同種類除臭劑的比選實驗研究,采用等量多次噴灑的方式,進行現場人工臭氣強度測定。分析得出:除臭效果從高到低排序為植物型除臭劑、生物型除臭劑、化學型除臭劑。

      4.1.2 除臭劑在環衛系統內的應用

      除臭劑在環衛行業主要應用在垃圾轉運站、垃圾填埋場、糞便消納站、堆肥廠、小區中垃圾樓、餐廚垃圾處理廠等。通過對工作區域、臭源噴灑除臭劑,最大程度降低臭氣強度[11]。據調查,北京市近年年均使用除臭劑在1 000 t左右(垃圾填埋場500 t,垃圾中轉站150 t,垃圾堆肥廠50 t,垃圾綜合處理廠50 t,糞便消納站200 t,生活污水處理廠50 t),其中60%為植物型除臭劑,20%為生物型除臭劑,20%為化學型除臭劑。隨著垃圾分類的推行,除臭劑在很多小區垃圾分類桶站也有較廣泛的使用。

      4.1.3 除臭劑的使用方法

      實際應用中除臭劑噴灑分為直接噴灑法和混合反應法[12],直接噴灑法一般是按照廠家提供的除臭劑稀釋比例,通過噴灑、噴淋的手段,最終達到除臭的效果;混合反應法主要是在垃圾填埋及垃圾堆肥進行時,將除臭劑直接與垃圾混合[13],使其產生化學反應,達到控制臭味的目的。

      植物型除臭劑價格約為20 000元/t (20元/kg),按照使用濃度稀釋100倍后,約合0.2元/L,按照100 mL/h的最佳噴灑量計算,每個垃圾桶除臭成本約為0.02元/h。

      4.2 廚余垃圾經干濕分離器榨汁后分類投放

      夏季,廚余垃圾中的湯水混合物在高溫下持續發酵,會產生很大異味。如果將垃圾瀝干,降低廚余垃圾的含水率,垃圾異味的情況會得到一定程度的改善[14]。

      北京市東城區百榮嘉園小區4號樓二單元門前的垃圾桶站,有一個外表類似家用擠蒜器的裝置架設在廚余垃圾桶上。桶前值守員將廚余垃圾連湯帶水往大號“擠蒜器”內傾倒,向下壓動手柄,垃圾湯汁便會從孔洞中漏出,流進下面的滲濾液收集桶內,以備后續回收處理。抬起手柄和擠壓器后,廚余垃圾已被“榨干”,整個瀝干過程不到1 min,如圖1所示。這種方法在實際應用中,居民反映垃圾桶臭味問題得到了一定程度的緩解,同時垃圾桶四周地面垃圾湯遺撒情況得到改善。此裝置均為居民及桶前值守員用材料自制,每個成本約為50元左右,后續無需耗材費用,主要成本在于人力方面,一定程度上增加桶前值守員的工作量。

      圖1 百榮嘉園垃圾分類投放點前值守員使用干濕分離器

      圖1 百榮嘉園垃圾分類投放點前值守員使用干濕分離器  下載原圖

      Figure 1 The guard at the garbage sorting and placing point of Bairongjiayuan was using a dry-wet separator

      注:作者于2020年7月21日拍攝的現場照片。

      4.3 廚余垃圾收集裝置改造技術

      4.3.1 桶身噴涂疏水疏油納米銀材料

      疏水疏油納米涂層是一種近幾年得到廣泛應用的材料,采用納米雜化技術在基材的表面形成一層可以阻止水、油等液體浸蝕的保護膜[15],減少其掛壁殘留,降低由于垃圾桶內壁殘留物產生的惡臭氣體。

      另一方面,納米銀具有較強的殺菌抑菌和氧化活性[16],能抑制廚余垃圾中的一部分細菌活性并將其殺滅,同時其自身的強氧化性可將有機臭味物質氧化分解來清除異味。由于廚余垃圾桶主要材料為聚乙烯,具有較大的孔隙率,觸媒涂層活性物較易承載于廚余垃圾桶內壁上,使廚余垃圾桶內空氣和納米觸媒充分接觸,更好地發揮其除臭的效果。

      將疏水疏油材料及納米銀材料復合采用高壓噴涂技術噴涂至廚余垃圾桶內壁,可以有效防止廚余垃圾傾倒時油水以及有機物殘渣殘留在桶壁上,既減少了細菌孳生帶來的臭味,又減輕了環衛工人繁重的洗桶工作。噴涂成本約為70元/桶,需要每月噴涂1次確保其殺菌阻隔除臭效果。

      4.3.2 桶蓋加裝活性吸附物質

      如圖2所示,德國垃圾管理部門在生物垃圾桶上加裝過濾頂蓋,此頂蓋以獨特的方式將生物學理論和技術手段融合在一起,固定在潮濕的過濾物質里的微生物和活躍的酵素發生作用。箱蓋包括1層由活性炭纖維氈所構成的蘊菌層,所述蘊菌層的內部設置有除臭菌,同時蘊菌層的上表面和/或下表面設置有1層保水凝膠層,所述保水凝膠層中混合有用于向所述蘊菌層中的除臭菌提供營養的培養液,它們借助氧氣將空氣里產生臭味的物質和有害物質轉化成二氧化碳和水[17]。經過凈化后的無味尾氣可以直接排放到空氣中。此外,頂蓋處可伸縮的橡膠密封圈對生物垃圾桶進行了全方位的密封,可以阻止蒼蠅、幼蟲和蠅蛆進入后在垃圾桶內產卵。

      頂蓋過濾物質每兩年更換1次,每次更換時需要支付8.8歐元的購置費,約合人民幣70元,此外不需要其他維護。在德國,240 L的生物垃圾桶頂蓋,尺寸為寬50 cm、深58 cm,在市面上的銷售價格為60歐元,約合人民幣500元。

      圖2 德國垃圾桶蓋加裝的活性吸附物質

      圖2 德國垃圾桶蓋加裝的活性吸附物質  下載原圖

      Figure 2 The active adsorbent added to the lid of the German trash can

      注:圖片來源于網站https://www.biologic.de/universal-biofilterdeckel/。

      4.3.3 箱體加裝負壓排風過濾裝置

      通州區宋莊鎮前夏公莊村東北角嘗試改造集裝箱設立生活垃圾分類驛站,如圖3所示。集裝箱外加裝了隔熱層,內部安裝了循環通風系統,墻上還有排氣扇和通風窗,避免了在封閉環境中臭味累積。垃圾分類驛站內,4種不同顏色的垃圾桶分別擺放在驛站內的不同區域。盡管烈日暴曬,但驛站內卻聞不到異味。整個垃圾驛站造價為3~5萬元。

      圖3 通州區宋莊鎮生活垃圾分類驛站

      圖3 通州區宋莊鎮生活垃圾分類驛站  下載原圖

      Figure 3 Domestic waste sorting station in Songzhuang Town,Tongzhou District

      注:作者于2020年8月18日拍攝的現場照片。

      4.4 垃圾收集一體化解決方案——地埋式垃圾桶

      地埋式垃圾桶是一項新興的垃圾收集儲存設備。傳統垃圾桶普遍為露天式投放,占用了大量公共空間,一些垃圾由于長時間暴露在環境中產生了大量有害氣體,造成垃圾桶周圍的異味問題。地埋式垃圾桶配備專業除臭設備,同時兼具垃圾存量監控、自動掀蓋等智能模塊[18]。該方案可開發地下空間,節約城市土地資源;無視覺污染,可解決城市垃圾收集點選址難的問題,適合在城市內用地要求高的場所應用。但地埋式垃圾桶建設成本高,受位置限制,需建在能夠進行地下挖掘作業的區域,同時建設周期也較長。整個工程土建費用為10~20萬元,常規日處理量40~60 t設備造價約為20萬元,則建立1個地埋式垃圾桶需30~40萬元。

      4.5 常用除臭技術優缺點分析

      上述幾種除臭技術優缺點如表1所示。


        

      表1 幾種常用除臭技術的優缺點  下載原圖

      Table 1 Advantages and disadvantages of several common deodorization technologies


      表1 幾種常用除臭技術的優缺點

      5 結論及建議

      5.1 建議設置自動噴灑除臭劑裝置,進行定時定量噴灑

      建議將小區垃圾分類點周圍設置定時噴灑除臭劑裝置,同時垃圾桶內加裝除臭劑噴淋系統,及時對垃圾產生的臭氣進行分解掩蔽,避免發生除臭劑噴灑一段時間后失效的情況。

      除臭劑的選擇上可以選擇現在主流的植物型、生物型除臭劑,上述除臭劑均可達到消除掩蔽臭味、高效安全的要求。單一定時噴淋設備造價為300~500元,成本較低廉,實用性強。

      5.2 對現有廚余垃圾桶進行技術改造

      通過對現有廚余垃圾桶桶壁、桶蓋的改造,或對整個分類投放點垃圾箱體的改造,從技術上實現減少臭氣產生、逸散的作用。

      5.3 實施切實有效的垃圾桶站管理措施

      1)大力推廣撤桶并站措施。根據小區空間布局條件和設計戶數,合理確定設置數量及位置,按照“一個小區一個方案”的原則,制定“撤桶并點”的個性化方案,減少污染臭源。

      2)動態監測垃圾桶設置合理性。當出現垃圾滿溢或垃圾量相對不足時,應及時調整垃圾桶數量,確保垃圾桶不滿冒、不閑置,尤其是產生垃圾較多的其他垃圾桶和廚余垃圾桶,應合理分配設置數量。

      3)合理布局桶站管理員崗位配置。當出現垃圾桶滿冒、遺撒時,應當及時清掃散落的垃圾、污水、污漬;并檢查垃圾桶是否有破損,及時清洗擦拭垃圾桶及周圍地面墻面。當垃圾收運高峰期時,應增加打掃沖洗頻率。避免臭味蔓延,造成居民反感。

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