生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站惡臭污染與控制研究進(jìn)展

趙慶松，易志剛，趙昕宇，張曉曉，彭 星，冉啟洋

(1.湖南仁和環(huán)?？萍加邢薰?，湖南 長沙 410003；2.中國環(huán)境科學(xué)研究院，北京 100020)

1 引言

惡臭是指一切刺激嗅覺器官引起人們不愉快感覺及損害生活環(huán)境的異味氣體。據(jù)報道[1]，2018～2020年垃圾處理為惡臭投訴最多的行業(yè)，平均占比高達(dá)11.3%，且受氣溫變化影響，夏季投訴量較冬季高60%以上。生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站作為城鎮(zhèn)垃圾處理系統(tǒng)中的一環(huán)，與垃圾收集系統(tǒng)和垃圾處理系統(tǒng)構(gòu)成垃圾綜合處理系統(tǒng)[2]，然而受其功能限定多數(shù)轉(zhuǎn)運(yùn)站建立在城鎮(zhèn)且緊鄰居民區(qū)，潛在的惡臭污染易對周邊居民的生理和心理造成嚴(yán)重不良影響。因此，明確生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站惡臭污染現(xiàn)狀及分布特征，揭示垃圾成分、溫度和垃圾產(chǎn)量對惡臭釋放的影響機(jī)制，對改善城市生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站惡臭污染具有重要意義。

2 生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站惡臭組分

生活垃圾惡臭污染通常是由多種惡臭物質(zhì)形成的復(fù)合型污染，已有120余種化合物在生活垃圾釋放氣體中被檢測到，包括氨氣、硫化氫等無機(jī)氣體和碳?xì)浠衔?烷烴、烯烴)、芳烴、鹵代化合物、含氧化合物(醇、醛、酮、酯、酸等)、含硫化合物、萜烯等揮發(fā)性有機(jī)物[3，4]。國內(nèi)外研究人員對各類生活垃圾釋放的主要?dú)怏w進(jìn)行了定性分析，有關(guān)研究結(jié)果見表1。

表1 不同種類生活垃圾釋放氣體成分

不同于生活垃圾填埋場、焚燒場等終端處理設(shè)施，生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站處理的是新鮮生活垃圾，釋放的氣體具有組分復(fù)雜、濃度低的特點(diǎn)，研究表明檸檬烯是生活垃圾垃圾初期降解階段釋放的特征氣體[3]。Zhao等[13]在北京某大型生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站釋放的76種痕量化合物中檢測到5種含硫化合物、10種含氧化合物、14種芳烴、3種萜烯、15種鹵代化合物、27種飽和烴和2種不飽和烴，除乙醇(13.57±2.28 mg/m3)外的化合物濃度均低于0.7 mg/m3。乙醇是生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站濃度最高的氣態(tài)污染物，約占據(jù)了總釋放化合物的2/3，它是生活垃圾初始階段(收集、轉(zhuǎn)移和運(yùn)輸)不完全好氧過程中產(chǎn)生的中間產(chǎn)物或副產(chǎn)物，也是光化學(xué)臭氧形成和生態(tài)毒性的主要貢獻(xiàn)者[14～16]。由于垃圾組分、溫度、停留時間、監(jiān)測方法等不同，生活垃圾釋放的典型惡臭氣體常存在差異[19,20]。如上海某大型生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站篩選的典型惡臭氣體為硫化氫、甲苯和氨氣等[12]，北京某大型生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站的則為甲硫醇、硫化氫、乙醇、二甲基二硫化物和二甲基硫化物，其中甲硫醇由于嗅域值較低貢獻(xiàn)了90%以上的惡臭污染[13]。除典型硫化物外，丁醛、乙酸、苯乙烯等也在生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站惡臭氣體中被報道[22]。轉(zhuǎn)運(yùn)站釋放氣體中大部分成分不影響人的嗅覺感受，硫化氫和甲硫醇等少數(shù)較低嗅閾值氣體才是導(dǎo)致惡臭的主要原因，因此，找準(zhǔn)主要?dú)怏w成分對生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站的典型惡臭治理至關(guān)重要。同時，不同氣體之間的協(xié)同或拮抗作用可能會增強(qiáng)或抑制嗅覺，是未來典型惡臭氣體識別中需要克服的技術(shù)難點(diǎn)。

轉(zhuǎn)運(yùn)站惡臭氣體的來源可分為兩類：一是廚余垃圾、庭院垃圾等可生物降解垃圾在微生物作用下產(chǎn)生的化合物；二是塑料、橡膠、油漆等不可生物降解垃圾直接釋放的化合物。其中蛋白質(zhì)、油脂等廚余垃圾生物降解產(chǎn)生的揮發(fā)性有機(jī)化合物是導(dǎo)致惡臭的主要原因[4～6]。

3 生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站惡臭釋放影響因素

3.1 垃圾成分

生活垃圾一般由家庭、市場和商業(yè)區(qū)產(chǎn)生的食物垃圾、庭院垃圾、塑料、廢紙、橡膠等構(gòu)成，轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)各類垃圾成分變化較大，其構(gòu)成比例受地理?xiàng)l件、經(jīng)濟(jì)水平、人口密度、飲食習(xí)慣和季節(jié)變化等因素影響[21]。生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站處理1～3d內(nèi)產(chǎn)生的新鮮生活垃圾，在初期降解階段的模擬實(shí)驗(yàn)中[3]，當(dāng)可生物降解垃圾占比由50% 和60%分別增加至55% 和65%時，乙醇的釋放量增加約50%，飽和烴、不飽和烴和含氧化合物的釋放量也增加了20%～50%。因此，可生物降解垃圾的比例是影響惡臭污染釋放的主要因素。

3.2 溫度

高溫促進(jìn)了微生物的活動和生物降解過程，同時也加快了氣體分子運(yùn)動，因此溫度被認(rèn)為是影響生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站氣體排放的重要因素。Qamaruz 等[47]采用氣味強(qiáng)度等級評估了廚余垃圾釋放氣體的臭氣強(qiáng)度，結(jié)果表明高溫下釋放的氣體臭氣強(qiáng)度高于低溫條件，且均隨著儲存時間的延長呈線性增加。為進(jìn)一步了解溫度對生活垃圾氣體排放特征和變化的影響，Tan等[3]對不同溫度下生活垃圾釋放的氣體進(jìn)行了定性和定量分析，發(fā)現(xiàn)當(dāng)溫度從5°C上升至 15°C和30°C時，生活垃圾釋放的乙醇增加了4.6倍和31.9倍，其他含氧化合物增加了3.6倍和22.6倍。模擬實(shí)驗(yàn)的結(jié)果也在生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站的實(shí)地監(jiān)測中得到了驗(yàn)證[22]，在生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站釋放氣體的全年跟蹤監(jiān)測中發(fā)現(xiàn)氣體排放隨季節(jié)變化有明顯波動，某大型生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站夏季檢測到的8類惡臭污染濃度均高于其他季節(jié)，總濃度最高可達(dá)2676.4 μg/m3，而冬季的惡臭污染物總濃度僅為383.6 μg/m3[23]。

3.3 壓縮設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)

生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站的主要功能在于對生活垃圾的壓縮轉(zhuǎn)運(yùn)，而生活垃圾壓縮過程會釋放大量惡臭氣體，Li等[24]監(jiān)測了生活垃圾壓縮過程中的芳烴、氯化物、烷烴和脂類等14種典型VOCs的變化，壓縮機(jī)組工作過程中乙酸乙酯(ethylacetate)和芳烴的濃度高達(dá)306.03 μg/m3和204.23 μg/m3，占總VOCs含量的90%，壓縮機(jī)停運(yùn)期間VOCs含量較低，主要成分為芳烴(20.82 μg/m3)和乙酸乙酯(13.31 μg/m3)。

垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)量與區(qū)域臭氣濃度現(xiàn)狀正相關(guān)，轉(zhuǎn)運(yùn)量取決于進(jìn)場的垃圾收集車數(shù)量。一般而言，工作高峰時間(5:00～8:00)垃圾量的增加會導(dǎo)致惡臭氣體的組成與濃度明顯升高。Liu等[4]在轉(zhuǎn)運(yùn)站高峰期監(jiān)測到43種VOCs(13種芳烴、18種鹵代化合物、3種含硫化合物、3種萜烯、3種含氧化合物和3種其他VOCs)，高于非高峰期檢測到的31種VOCs(11種芳烴、10種鹵代化合物、4種含硫化合物、3種萜烯、1種含氧化合物和3種其他VOCs)。

4 生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)系統(tǒng)惡臭氣體空間分布特征

轉(zhuǎn)運(yùn)車道、轉(zhuǎn)運(yùn)車輛、卸料區(qū)、壓縮機(jī)區(qū)域和污水處理系統(tǒng)是垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站主要的惡臭污染源。Guo等人[25]在中國東部某小型生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站研究發(fā)現(xiàn)卸料區(qū)的揮發(fā)性化合物(VCs)濃度最高(4992.92 μg/m3)，其次是垃圾收集車(3066.87μg/m3)。類似的結(jié)果也出現(xiàn)在Cheng等[26]的研究中，在對轉(zhuǎn)運(yùn)站廠界、卸料區(qū)、壓縮區(qū)、滲濾液池的惡臭氣體檢測分析后發(fā)現(xiàn)生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站卸料區(qū)的惡臭污染最嚴(yán)重。Sun等[12]研究發(fā)現(xiàn)卸料平臺和廠界上的三氯乙烯、甲基異丁基酮、戊烷和二氯乙烷等主要惡臭物質(zhì)來自于收集車灑落的垃圾。垃圾收集車是廠界的另一主要惡臭釋放源，徐迎杰等人[27]在為期一年的采樣監(jiān)測后確定收集車釋放的典型惡臭物質(zhì)為乙醇、萘、二氯甲烷、二甲二硫醚和丙烯醛，且壓縮型收集車在5月份和10月份的惡臭物質(zhì)濃度達(dá)到了2000μg/m3以上。

5 生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站惡臭控制技術(shù)

目前，惡臭污染控制技術(shù)主要有物理法、化學(xué)法和生物法，應(yīng)用于生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站的主要方法有濕式洗滌法，光催化氧化法、等離子體法、生物法和植物液噴淋法。由于生活垃圾惡臭組分復(fù)雜，生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站常根據(jù)惡臭污染特征選擇組合除臭工藝[28～31]，南京某生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站對卸料口、泊車區(qū)、滲濾液收集間和真空泵房等點(diǎn)源集中、成分復(fù)雜、惡臭濃度高的氣體采取生物濾池處理，對卸料大廳、轉(zhuǎn)運(yùn)大廳等大空間、低濃度區(qū)域采取植物液噴淋除臭+離子除臭相結(jié)合的方式進(jìn)行異味控制[32]。本文對目前生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站常用的化學(xué)和生物除臭工藝進(jìn)行介紹。

5.1 化學(xué)除臭技術(shù)

化學(xué)法是通過化學(xué)反應(yīng)改變惡臭氣體的化學(xué)性質(zhì)達(dá)到除臭的目的，包括濕式洗滌法、等離子體法、催化氧化法和催化燃燒法等。生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站使用頻率較高的為濕式洗滌法和催化氧化法，各方法的運(yùn)行效果如表2所示。

表2 化學(xué)除臭技術(shù)應(yīng)用效果

濕法洗滌具有停留時間較短、運(yùn)行維護(hù)簡單、去除效率高的優(yōu)點(diǎn)，研究表明H2O2、NaClO、O3、KMnO4等氧化劑用于濕式氧化洗滌塔可以去除90%以上的氨氣、硫化氫、甲硫醇等惡臭氣體，但氯化物等副產(chǎn)物的產(chǎn)生也易造成二次污染[33～35]。

Al2O3、CuO、CeO2、TiO2、Fe2O3、SiO2等作為催化劑的光催化技術(shù)可以有效避免有毒副產(chǎn)物的產(chǎn)生，其中TiO2由于其催化活性高、價格低、無毒等優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于惡臭治理。TiO2光催化氧化過程中，污染氣體首先被吸附在TiO2薄膜上，繼而在紫外燈照射下的催化劑膜表面發(fā)生催化反應(yīng)，對硫化物等惡臭氣體具有良好的降解能力。為提升催化劑膜和污染氣體的接觸面積、減少產(chǎn)物在催化劑膜表面的堆積，學(xué)者們將光催化技術(shù)與濕法洗滌技術(shù)相結(jié)合開發(fā)了光催化濕法洗滌工藝能有效提升污染物去除效率[36～39]。

5.2 生物除臭技術(shù)

生物法是利用微生物的生命活動將廢氣中的有害物質(zhì)變?yōu)楹唵蔚臒o機(jī)物及細(xì)胞質(zhì)等的過程，具有成本低、運(yùn)行維護(hù)簡易等優(yōu)點(diǎn)。自20世紀(jì)50年代美國利用土壤脫臭法處理硫化氫開始，各國學(xué)者在微生物除臭機(jī)理、微生物菌種篩選、設(shè)備設(shè)計和應(yīng)用范圍等方面做了大量研究。目前主流的生物除臭技術(shù)包括生物過濾法、生物滴濾法和生物洗滌法，各方法的除臭應(yīng)用及效果見表3。

表3 生物除臭技術(shù)應(yīng)用效果

生物過濾器(Bioflter)是固定床生物反應(yīng)器，適用于處理大風(fēng)量低濃度惡臭氣體[43]。通常采用土壤、泥炭、堆肥、木屑、樹皮等有機(jī)填料，或與珍珠巖、聚氨酯泡沫、廢舊活性炭、橡膠顆粒等無機(jī)惰性填料混合使用，可避免單一填料透氣性和含水率差又能提供豐富的微生物種群和營養(yǎng)物質(zhì)[44]。

與生物過濾池相比，生物滴濾(Biotrickling Filter)采用合成材料或天然惰性材料作為填料延長了濾池的使用壽命，但也因此需要采用循環(huán)水噴淋的方式添加微生物生長活動所需營養(yǎng)物質(zhì)，更適合處理硫化氫等難降解有機(jī)化合物，常應(yīng)用于生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站惡臭污染控制。生物滴濾器的穩(wěn)定運(yùn)行取決于微生物的降解能力和生物膜的形成能力，而通常采用的活性污泥接種法的濾池啟動后生物質(zhì)固定時間較長[45]，因此根據(jù)氣體組成接種單一或多種菌種能加快生物膜的生長，有效縮短濾床啟動時間[46]，如Li等人在生物滴濾床接種能降解乙硫醇等含硫化合物的混合菌種在第30 d對生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站惡臭污染的去除效率為80.9%[24]。

生物洗滌器(Bioscrubber)適用于處理水溶性高、流量大、濃度高的廢氣，氣體在吸收單元溶解遷移至液相后被生物反應(yīng)單元微生物吸附降解[47]，生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站可利用污水處理系統(tǒng)已有的活性污泥作為吸收液處理惡臭污染，定期置換活性污泥可降低轉(zhuǎn)化產(chǎn)物的累計，保持高水平的去除效率[48]。

6 結(jié)論與建議

目前，國內(nèi)外對生活垃圾惡臭污染的研究主要集中在生活垃圾填埋場，關(guān)于生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站惡臭污染特征的研究還比較少，盡管目前已有研究確定了少數(shù)生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站的主要排放氣體和主要惡臭來源，但各生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站釋放的主要?dú)怏w差異較大，且受垃圾成分、溫度變化和生產(chǎn)設(shè)備間歇性運(yùn)行等因素影響，氣體的排放具有季節(jié)性、沖擊性和不穩(wěn)定性。導(dǎo)致現(xiàn)有污染控制技術(shù)難以解決轉(zhuǎn)運(yùn)站復(fù)雜的惡臭污染問題，建議未來相關(guān)研究著重從以下幾方面進(jìn)一步加強(qiáng)：

(1)運(yùn)用先進(jìn)技術(shù)科學(xué)監(jiān)測生活垃圾轉(zhuǎn)運(yùn)站各生產(chǎn)環(huán)節(jié)惡臭污染現(xiàn)狀，疊加垃圾成分、生產(chǎn)規(guī)模、溫度和污染控制措施等因素進(jìn)行統(tǒng)計分析，通過數(shù)值模擬轉(zhuǎn)運(yùn)站惡臭的三維空間分布及流場，有助于氣體的全面收集和高效除臭工藝的選擇。

(2)生活垃圾釋放的氣體之間存在拮抗和協(xié)同作用，目前采用的綜合氣味評價法和氣味閾值法不能準(zhǔn)確的反映惡臭污染現(xiàn)狀。深入研究更先進(jìn)的惡臭污染評價方法，從大量氣體成分中，精準(zhǔn)的找到目標(biāo)污染物，有助于提升惡臭污染物的控制效率。

(3)傳統(tǒng)的除臭工藝針對單一、穩(wěn)定的氣體有較高的去除效果，但轉(zhuǎn)運(yùn)站的氣體組分復(fù)雜，生產(chǎn)高峰和高溫天氣期間仍易對其周邊造成惡臭污染。根據(jù)轉(zhuǎn)運(yùn)站內(nèi)已辨識的主要惡臭成分開發(fā)普適性更廣的高效氧化劑，篩選和馴化耐受性更強(qiáng)的生物菌群是未來主要的技術(shù)發(fā)展方向。