生活垃圾滲濾液處理設(shè)施及周邊惡臭污染評估研究
——以南方某滲濾液處理廠為例

王鳳俠,杜玉鳳,戴世金,蘭 天,蔣建國

(1. 深圳市寶安區(qū)市容環(huán)境綜合管理服務(wù)中心, 深圳 518101；2. 清華大學(xué)環(huán)境學(xué)院，北京 100084)

前 言

生活垃圾滲濾液處理廠是城市生活垃圾填埋、焚燒無害化處理的主要配套設(shè)施，特別是填埋和焚燒混合處理的垃圾滲濾液具有污染物濃度高、水質(zhì)水量變化大、成分復(fù)雜等特征[1-2]。在滲濾液處理過程中會產(chǎn)生大量的惡臭氣體，如調(diào)節(jié)池、處理單元格柵渣、沉砂池渣的處置不當(dāng)造成的惡臭，以及生活處理工藝中可能產(chǎn)生揮發(fā)性有機(jī)物等[3]。垃圾滲濾液處理過程中產(chǎn)生的臭氣成分較復(fù)雜，主要成分為H2S、揮發(fā)性胺類有機(jī)物及其他還原性硫化物，包括甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫等[4]，處理難度較大，且水質(zhì)和水量隨進(jìn)場垃圾組分的不同變化較大[5-6]。針對滲濾液處理廠的臭氣問題，國內(nèi)外主要有物理法[7-8]、化學(xué)法[9-10]、生物法[11～13]等多種處理方法，包括活性炭吸附、化學(xué)藥劑除臭、生物除臭[14-15]等技術(shù)。但是現(xiàn)有除臭系統(tǒng)和工藝一般難以有效降低滲濾液處理產(chǎn)生的惡臭逸散問題，惡臭的無組織逸散對處理廠周圍居民的生活質(zhì)量產(chǎn)生不良影響。國內(nèi)主要根據(jù)《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14554-93)種的三點(diǎn)比較式臭袋法對惡臭污染物進(jìn)行定期監(jiān)測，監(jiān)測指標(biāo)和頻率有限。由于惡臭組成復(fù)雜，臭氣因子較多，國內(nèi)尚缺乏對臭氣因子的多組分監(jiān)測。因此，需要對滲濾液處理廠周邊的惡臭物質(zhì)進(jìn)行全面監(jiān)測，分析其主要組成成分和惡臭因子，并建立相應(yīng)的評估方法。

本研究為了解生活垃圾滲濾液處理廠惡臭污染狀況，在廠區(qū)周邊進(jìn)行采樣分析，采用惡臭污染評估參數(shù)嗅閾值、閾稀釋倍數(shù)以及綜合污染指數(shù)對滲濾液處理廠的惡臭污染程度進(jìn)行綜合評估，建立生活垃圾滲濾液處理設(shè)施以及和周邊典型惡臭物質(zhì)的評價(jià)體系，找出主要的惡臭貢獻(xiàn)因子，為后期生活垃圾滲濾液處理廠惡臭污染的防治與管理提供理論依據(jù)。

1 惡臭監(jiān)測與分析方法

1.1 監(jiān)測對象與布點(diǎn)

以南方某滲濾液處理廠為研究對象，其處理規(guī)模約為1 600t/d。滲濾液經(jīng)厭氧預(yù)處理后，在均衡池與填埋場滲濾液充分混合，經(jīng)生化系統(tǒng)(MBR)、納濾(NF)、反滲透(RO)工藝處理，膜濃縮液采用自主研發(fā)的蒸發(fā)系統(tǒng)回收結(jié)晶鹽。為降低滲濾液處理各工藝段產(chǎn)生的臭氣排放，該廠對原水調(diào)節(jié)池、MBR反硝化池、均衡池、污泥池、污泥脫水清液池等臭源加蓋密閉，臭氣收集處理。臭氣處理系統(tǒng)采用主流的生物濾池、紫外光解催化氧化除臭工藝，

在該滲濾液處理廠周圍共設(shè)置5個(gè)監(jiān)測點(diǎn)(圖1)，其中下風(fēng)向監(jiān)控點(diǎn)4個(gè)，上風(fēng)向參照點(diǎn)1個(gè)。監(jiān)控點(diǎn)同時(shí)考慮風(fēng)向和敏感點(diǎn)進(jìn)行布點(diǎn)，進(jìn)一步根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)向、風(fēng)速的監(jiān)測結(jié)果以及周界附近的實(shí)際情況，結(jié)合以上標(biāo)準(zhǔn)中的要求，在下風(fēng)向滲濾液處理廠單位圍墻外確定合適布點(diǎn)范圍，最終根據(jù)實(shí)際情況確定布點(diǎn)位置。采樣頻率為一天采集3次，分別為早(第一次)、中(第二次)、晚(第三次)各一次。

圖1 臭氣監(jiān)測布點(diǎn)方案示意圖Fig.1 Schematic diagram of the layout of odor monitoring points

1.2 監(jiān)測指標(biāo)與分析

根據(jù)《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 14554-93)規(guī)定，廠區(qū)周邊大氣及廠區(qū)內(nèi)重點(diǎn)有組織排放源監(jiān)測均需監(jiān)測氨、三甲胺、硫化氫、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳、苯乙烯、臭氣濃度共9項(xiàng)指標(biāo)。同時(shí)考慮到惡臭污染物組成復(fù)雜，揮發(fā)性有機(jī)污染物普遍具有異味，對惡臭具有重要的影響。因此，本研究還對21種揮發(fā)性有機(jī)物(VOCs)進(jìn)行監(jiān)測(包括苯、三氯乙烯、1,2-二氯丙烷、甲苯、1,1,2-三氯乙烷、四氯乙烯、一氯二溴甲烷、1,2-二氯乙烷、氯苯、1,1,1,2-四氯乙烷、乙基苯、對二甲苯、間二甲苯、三溴甲烷、1,2,3-三氯丙烷、三甲苯、1,2,4-三甲苯、1,3-二氯苯、1,4-二氯苯、三氯苯和萘)。檢測采用的監(jiān)測設(shè)備與分析方法見表1。

表1 臭氣污染物監(jiān)測項(xiàng)目儀器設(shè)備與分析方法Tab.1 Instruments and analysis methods of odor pollutant monitoring indexes

1.3 惡臭污染評估

在測定不同點(diǎn)位的惡臭物質(zhì)后，對滲濾液處理廠周邊的惡臭污染進(jìn)行綜合評估。本研究采用嗅閾值、稀釋倍數(shù)和綜合惡臭污染指數(shù)進(jìn)行表征，通過實(shí)際檢測的臭氣濃度換算為綜合惡臭污染指數(shù)對惡臭物質(zhì)進(jìn)行綜合評價(jià)。

1.3.1 嗅閾值

嗅閾值(OTi)是指針人體感官對某種惡臭物質(zhì)能夠引起嗅覺的最小物質(zhì)濃度或最低檢出量。根據(jù)惡臭的嗅閾值，可以大體判斷污染或危害的程度。對于單一惡臭物質(zhì)，嗅閾值越低表示該物質(zhì)越容易被人體察覺[16-17]。

1.3.2 惡臭稀釋倍數(shù)

惡臭稀釋倍數(shù)(Cod)是指用清潔空氣稀釋惡臭樣品直至樣品無味時(shí)所需的倍數(shù)，利用各點(diǎn)位惡臭指標(biāo)濃度和建議嗅閾值的比值計(jì)算稀釋倍數(shù)，其計(jì)算方法如式(1)所示：

(1)

式中：Ci為惡臭物質(zhì)的測定濃度，mg/L；OTi為惡臭物質(zhì)的嗅閾值，mg/L；Cod為混合氣體的理論臭氣濃度即混合氣體的稀釋倍數(shù)。大量研究表明稀釋倍數(shù)小于1的惡臭物質(zhì)幾乎不造成污染，惡臭物質(zhì)的閾稀釋倍數(shù)越高，其在臭氣中的貢獻(xiàn)值就越大[18-19]。用稀釋倍數(shù)的方法可以表征惡臭污染對人的嗅覺刺激程度。本文首先對滲濾液處理廠周邊五個(gè)監(jiān)測位點(diǎn)的29種臭味物質(zhì)進(jìn)行采樣和檢測。得到的數(shù)據(jù)根據(jù)惡臭污染評估方法進(jìn)行處理后，篩選出臭氣指標(biāo)稀釋倍數(shù)>1的物質(zhì)。

1.3.3 綜合惡臭污染指數(shù)

人的嗅覺感覺與惡臭物質(zhì)的刺激量的對數(shù)成正比，因此將計(jì)算得到的惡臭物質(zhì)稀釋倍數(shù)進(jìn)行指數(shù)化，以反映惡臭污染對人體嗅覺感覺的影響，更適合反映人對惡臭污染的嗅覺感覺[20]。綜合臭氣指數(shù)一方面可以減少以理論臭氣濃度作為評估指標(biāo)時(shí)的數(shù)值誤差，另一方面更適合反映人類對惡臭污染的嗅覺感覺[21]。綜合惡臭污染指數(shù)的計(jì)算公式如下：

N=10×logCod

(2)

式中：N為綜合惡臭污染指數(shù)；Ci為惡臭物質(zhì)的測定濃度，mg/L；OTi為惡臭物質(zhì)的嗅閾值，mg/L；Cod為混合氣體的理論臭氣濃度即混合氣體的稀釋倍數(shù)。

2 結(jié)果與討論

2.1 嗅閾值

嗅閾值是指針人體感官對某種惡臭物質(zhì)能夠引起嗅覺的最小物質(zhì)濃度或最低檢出量。根據(jù)惡臭的嗅閾值，可以大體判斷污染或危害的程度。在混合組分中，嗅閾值越低的組分其致臭作用越大，且根據(jù)各組分的濃度與嗅閾值的比例關(guān)系，可以評估不同惡臭物質(zhì)在混合氣體中的致臭貢獻(xiàn)。美國環(huán)保署(US EPA)和日本環(huán)保署(JP MOE)分別對惡臭物質(zhì)的嗅閾值進(jìn)行了研究[22-23]，但數(shù)據(jù)存在一定差異，本文比對并選取美日兩國嗅閾值中各項(xiàng)惡臭物質(zhì)的最低值作為本次監(jiān)測的建議嗅閾值，并以此作為后續(xù)各項(xiàng)惡臭污染工作評估的依據(jù)。如表2所示為典型惡臭物質(zhì)的嗅閾值，其嗅閾值排序?yàn)槿装?甲硫醇<硫化氫<甲硫醚<二甲二硫<二硫化碳<氨氣

表2 典型惡臭物質(zhì)的嗅閾值Tab.2 Odor threshold of typical odorants (mg/m3)

對五個(gè)采樣點(diǎn)三次采樣主要惡臭物質(zhì)出現(xiàn)頻次進(jìn)行分析，其結(jié)果如圖2所示。甲硫醇和三甲胺在15次檢測中均檢出超出嗅閾值，硫化氫、二硫化碳的出現(xiàn)頻次也較高，這與嗅閾值數(shù)據(jù)(表2)基本相符。梁永賢[24]選取深圳四座典型城鎮(zhèn)污水處理廠對甲硫醇和硫化氫等4種重點(diǎn)惡臭物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，并通過對不同時(shí)間和條件下惡臭物質(zhì)的濃度探究污水處理廠對周邊環(huán)境的影響，發(fā)現(xiàn)甲硫醇和硫化氫是該處理設(shè)施典型的惡臭物質(zhì)。申翰彰等人[25]對污水處理廠污泥的深度處理過程中產(chǎn)生的惡臭物質(zhì)進(jìn)行了分析，確定的惡臭氣體包括氨氣和5種揮發(fā)性硫化物，其中氨氣達(dá)到5級惡臭強(qiáng)度(無法忍受惡臭)，硫化氫和甲硫醇達(dá)4級(強(qiáng)烈惡臭)，硫化氫和甲硫醇的致臭貢獻(xiàn)分別占總惡臭的59%和30%。，但甲硫醚的嗅閾值低，在本次監(jiān)測中出現(xiàn)頻次也較低，說明它在滲濾液處理設(shè)施中含量較低，不是主要的惡臭產(chǎn)生物質(zhì)。

圖2 主要惡臭物質(zhì)出現(xiàn)頻次Fig.2 Frequency of occurrence of major malodorous substances

2.2 惡臭稀釋倍數(shù)

通過對滲濾液處理廠周邊五個(gè)監(jiān)測位點(diǎn)三次取樣的29種臭味物質(zhì)的稀釋倍數(shù)進(jìn)行計(jì)算，其稀釋倍數(shù)最大值結(jié)果如圖3所示。甲硫醚、二硫化碳、三甲胺、二甲二硫、硫化氫和甲硫醇6種臭氣因子的稀釋倍數(shù)大于1，其他物質(zhì)的稀釋倍數(shù)小于1。說明滲濾液處理廠周邊甲硫醚、二硫化碳、三甲胺、二甲二硫、硫化氫和甲硫醇6種臭氣因子對周邊惡臭的貢獻(xiàn)值較大。稀釋倍數(shù)排序?yàn)椋杭琢虼?三甲胺>硫化氫>二硫化碳>甲硫醚>二甲二硫。這一結(jié)果與大量研究結(jié)果類似，在滲濾液處理過程中，由于微生物作用、厭氧環(huán)境等會產(chǎn)生大量惡臭氣體，包括硫化氫、甲硫醇、氨等有機(jī)物和無機(jī)物。在厭氧條件下，污水中的厭氧硫還原菌在還原含硫化合物過程中產(chǎn)生硫化氫氣體、同時(shí)伴隨產(chǎn)生硫醇以及含有硫氣態(tài)化合物；污水中的有機(jī)氮在厭氧環(huán)境下會轉(zhuǎn)化成氨氮，最終以氨氣的形式釋放出來[26]。其中硫化氫的產(chǎn)生濃度較高，甲硫醇的致臭強(qiáng)度較大，并伴隨一定的毒性和腐蝕性[27～29]。從不同點(diǎn)位來看，2號和3號點(diǎn)位的稀釋倍數(shù)總體較高，主要是因?yàn)?號和3號點(diǎn)位靠近滲濾液處理廠的調(diào)節(jié)池和厭氧發(fā)酵罐，根據(jù)研究顯示，調(diào)節(jié)池和厭氧罐是容易產(chǎn)生惡臭的區(qū)域，其惡臭物質(zhì)種類復(fù)雜，是滲濾液處理廠惡臭的主要來源。與此相近的區(qū)域還有3號點(diǎn)位，其相對惡臭稀釋倍數(shù)也較高。

圖3 不同監(jiān)測點(diǎn)位的惡臭稀釋倍數(shù)Fig.3 Dilution times of malodorous substances at different monitoring points

不同監(jiān)測時(shí)間各點(diǎn)位監(jiān)測到的核心臭味物占比在97.96%～99.86%之間。由此可以推斷甲硫醚、二硫化碳、三甲胺、二甲二硫、硫化氫和甲硫醇等6種臭味物質(zhì)的綜合水平對滲濾液處理廠周邊臭味物質(zhì)狀況有很強(qiáng)的代表性?？蓪⒋?種指標(biāo)作為今后滲濾液處理廠周邊環(huán)境臭味物質(zhì)監(jiān)測的重點(diǎn)監(jiān)測指標(biāo)，在一般情況下僅對這6種這臭味物質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測，有助于提高監(jiān)測效率，降低監(jiān)測成本。

不同監(jiān)測時(shí)間的6種物質(zhì)核心物質(zhì)的稀釋倍數(shù)變化情況如圖4所示。第一(早)、二(中)、三次(晚)采樣各監(jiān)測點(diǎn)位核心惡臭物質(zhì)總稀釋倍數(shù)的變化范圍是17.34～32.76、12.71～26.94和

圖4 不同監(jiān)測時(shí)間的惡臭物質(zhì)稀釋倍數(shù)Fig.4 Dilution times of malodorous substances at different monitoring times

5.53～15.43，說明早上的惡臭稀釋倍數(shù)較高，可能是因?yàn)樵缟蠚鈮狠^低，惡臭物質(zhì)沉積。就各項(xiàng)核心惡臭物質(zhì)的稀釋倍數(shù)而言，不同惡臭物質(zhì)在不同時(shí)間表現(xiàn)出不同的規(guī)律，其中，在早上氣壓較低、擴(kuò)散條件較差時(shí)，稀釋倍數(shù)排序?yàn)榧琢虼?三甲胺>二硫化碳>硫化氫>二甲二硫>甲硫醚；在中午擴(kuò)散條件較佳時(shí)，稀釋倍數(shù)排序?yàn)槿装?甲硫醇>二硫化碳>二甲二硫>硫化氫>甲硫醚。晚上時(shí)，稀釋倍數(shù)排序?yàn)槿装?甲硫醇>>硫化氫>二硫化碳=二甲二硫>甲硫醚。從監(jiān)測結(jié)果來看，甲硫醇和三甲胺嗅閾值較低，雖然這兩種物質(zhì)的濃度含量不高，但是對感官臭味的影響起到了主導(dǎo)作用，可以造成對眼、鼻、咽喉和呼吸道的刺激，是滲濾液處理設(shè)施的主要惡臭貢獻(xiàn)因子[30]。

2.3 綜合惡臭污染指數(shù)

不同監(jiān)測點(diǎn)位的綜合惡臭污染指數(shù)情況如圖5所示，第一、二、三次采樣各點(diǎn)位惡臭污染指數(shù)的變化范圍分別是12.39～15.15、11.04～14.03和7.43～11.88。趙巖等[31]人的對某生活垃圾衛(wèi)生填埋場作業(yè)面和某生活垃圾中轉(zhuǎn)站冬季卸料坑進(jìn)行惡臭監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)二者惡臭污染指數(shù)分別為30.88和20.89。蘆會杰等[32]通過研究北京市典型生活垃圾處理設(shè)施惡臭排放特征得到填埋工藝前處理車間和焚燒、堆肥工藝前處理車間的惡臭污染指數(shù)分別為25.70和22.46，高于本研設(shè)施的惡臭污染指數(shù)水平。說明滲濾液處理設(shè)施的惡臭綜合污染低于生活垃圾衛(wèi)生填埋場和垃圾中轉(zhuǎn)站。同時(shí)，不同城市由于人口組成、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、生活習(xí)俗等方面的差異會導(dǎo)致生活垃圾組成具有一定區(qū)別，進(jìn)而會造成垃圾處理設(shè)施惡臭排放特征的不同。

為進(jìn)一步驗(yàn)證綜合污染指數(shù)的可靠性，采用國標(biāo)(GB/T 14675-93)規(guī)定的三點(diǎn)比較式臭袋法[33]測得的臭氣濃度與綜合污染指數(shù)進(jìn)行對比。不同點(diǎn)位采用臭袋法測定的臭氣濃度。結(jié)果如表4所示。計(jì)算得到的綜合惡臭污染指數(shù)和臭袋法測定的臭氣濃度進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)兩個(gè)表征惡臭氣體濃度的變化一致，對惡臭指數(shù)和臭氣濃度進(jìn)行相關(guān)性分析，得出兩組數(shù)據(jù)的相關(guān)系數(shù)R2為0.7891。結(jié)果說明用惡臭指數(shù)作為惡臭物質(zhì)的評價(jià)指標(biāo)，能夠貼近人體對臭氣的嗅覺感受。

圖5 不同點(diǎn)位綜合惡臭污染指數(shù)Fig.5 Comprehensive odor pollution index at different points

表4 不同點(diǎn)位臭氣濃度(臭袋法)Tab.4 Odor concentration at different points (smelly bag method)

3 結(jié) 論

本研究基于對滲濾液處理廠惡臭物質(zhì)的監(jiān)測分析，通過惡臭污染評估參數(shù)嗅閾值、閾稀釋倍數(shù)以及綜合污染指數(shù)對生活垃圾滲濾液處理設(shè)施進(jìn)行評估，確定了惡臭核心物質(zhì)的排放，建立對滲濾液處理廠惡臭物質(zhì)的評價(jià)。主要結(jié)論如下：

3.1 以南方某滲濾液處理廠為例，滲濾液處理設(shè)施的6種核心惡臭物質(zhì)分別為甲硫醚、二硫化碳、三甲胺、二甲二硫、硫化氫和甲硫醇。核心惡臭物質(zhì)占總惡臭物質(zhì)比例的97.96%～99.86%，具有較強(qiáng)的代表性，可作為滲濾液處理廠周邊環(huán)境臭味物質(zhì)監(jiān)測的重點(diǎn)監(jiān)測指標(biāo)，有助于提高監(jiān)測效率，降低監(jiān)測成本。

3.2 不同惡臭物質(zhì)在不同時(shí)間表現(xiàn)出不同的規(guī)律，其中，在早上氣壓較低、擴(kuò)散條件較差時(shí)，稀釋倍數(shù)排序?yàn)榧琢虼?三甲胺>二硫化碳>硫化氫>二甲二硫>甲硫醚；在中午擴(kuò)散條件較佳時(shí)，稀釋倍數(shù)排序?yàn)槿装?甲硫醇>二硫化碳>二甲二硫>硫化氫>甲硫醚。在實(shí)際進(jìn)行惡臭控制時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注不同時(shí)段的主要惡臭物質(zhì)，因時(shí)施策采用不同的方法。

3.3 滲濾液處理廠惡臭污染指數(shù)的變化范圍在7.4 ～ 15.15之間，與臭袋法測定得到的臭氣濃度變化相關(guān)性較高。在綜合評估惡臭污染時(shí)，綜合惡臭污染指數(shù)是滲濾液處理廠惡臭評估的重要指標(biāo)，能夠更貼近人體對臭氣的嗅覺感受，為同類設(shè)施惡臭評估提供重要參考。