陳婷婷，張志貴

（克拉瑪依市環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究所，新疆克拉瑪依834000）

1 城市垃圾惡臭污染物的產(chǎn)生及危害

1.1 城市垃圾臭氣的產(chǎn)生

人類在享受現(xiàn)代化帶來(lái)物質(zhì)文明的同時(shí)，又產(chǎn)生大量的城市固體廢棄物即城市生活垃圾。

垃圾惡臭的產(chǎn)生主要是在堆放或堆肥過(guò)程中，氧氣足夠時(shí)，垃圾中的有機(jī)成分如蛋白質(zhì)等，在好氧細(xì)菌的作用下產(chǎn)生有刺激性氣味的氣體NH3等。當(dāng)氧氣不足時(shí)，厭氧細(xì)菌將有機(jī)物分解為不徹底的氧化產(chǎn)物，如含硫的化合物H2S，SO2，硫醇類等，含氮的化合物，如胺類、酰胺類，少量的有機(jī)氣體如甲硫醇、甲胺、甲基硫等。這些氣體揮發(fā)性較大，易擴(kuò)散在大氣中，而且部分氣體有毒、刺激性氣味大，給大氣帶來(lái)污染。

惡臭的發(fā)生源一般可分為自然發(fā)生源和產(chǎn)業(yè)發(fā)生源2類。通過(guò)人的嗅覺(jué)即可感覺(jué)到的惡臭物質(zhì)有4 000多種，其中有幾十種對(duì)人類健康危害較大。惡臭物質(zhì)發(fā)臭和它的分子結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，其分子結(jié)構(gòu)上都具有形成惡臭的原子團(tuán)。這些“發(fā)臭團(tuán)”為硫（—S），硫基（—SH），硫氰基（—SCN），羥基（—OH），醛基（—CHO），羰基（＞C＝0）和羧基（—COOH）。主要惡臭物質(zhì)有硫醇類、氨、硫化氫、甲基硫、三甲胺、甲醛、苯乙烯吲哚、甲基吲哚、酪酸和苯酚類等。

1.2 惡臭污染的危害

由于惡臭污染是一種感覺(jué)公害，使人感受到的影響也不盡相同。一般對(duì)人產(chǎn)生的影響可以分為心理影響和生理影響。

（1）心理影響：惡臭物質(zhì)可以給人的感覺(jué)器官以刺激。使人感到不愉快和厭惡，造成心理上的負(fù)擔(dān)，感到壓抑。一般惡臭物質(zhì)濃度超過(guò)嗅覺(jué)閾值的幾十倍乃至幾百倍，不會(huì)產(chǎn)生生理上的被害影響。

（2）生理影響：有一部分惡臭物質(zhì)達(dá)到一定的濃度后，可以對(duì)人的生理產(chǎn)生不良危害。這類惡臭物質(zhì)有：硫醇類、硫化氫、氨、甲硫醚、三甲胺、甲醛、苯乙烯、苯酚類等，可直接危害人的健康。根據(jù)污染物濃度和接觸時(shí)間的長(zhǎng)短可以造成不同程度的被害，主要影響有：

（1）危害呼吸系統(tǒng)：人們突然聞到惡臭，就會(huì)不同程度地產(chǎn)生反射性的抑制吸氣，使呼吸次數(shù)減少，深度變淺，嚴(yán)重時(shí)甚至完全停止吸氣，出現(xiàn)“閉氣”現(xiàn)象。

（2）危害循環(huán)系統(tǒng)：隨著呼吸的變化，會(huì)出現(xiàn)脈搏和血壓的變化。

（3）危害消化系統(tǒng)：經(jīng)常接觸惡臭，會(huì)使人厭食、惡心甚至嘔吐，進(jìn)而發(fā)展為消化功能減退。

（4）危害內(nèi)分泌系統(tǒng)：經(jīng)常受惡臭刺激，會(huì)使內(nèi)分泌系統(tǒng)的分泌功能紊亂，影響機(jī)體的代謝活動(dòng)。

（5）危害神經(jīng)系統(tǒng)：長(zhǎng)期受到一種或幾種低濃度惡臭物質(zhì)的刺激，會(huì)引起嗅覺(jué)疲勞、嗅覺(jué)喪失等障礙。“久聞而不知其臭”，使嗅覺(jué)喪失了第一道防御功能，但腦神經(jīng)仍不斷受污染氣體的刺激和損傷，最后導(dǎo)致大腦皮層興奮和抑制的調(diào)節(jié)功能失調(diào)。

除了上述危害外，有些惡臭氣體是有毒氣體，如氨、硫化氫、甲醛等，如果這些氣體達(dá)到一定濃度，對(duì)人的呼吸系統(tǒng)、皮膚、粘膜、眼睛等會(huì)造成刺激和傷害，嚴(yán)重的甚至危及人的生命。

1.3 惡臭污染的特征

惡臭污染具有不同于其它污染的許多特性，如局部性、瞬時(shí)性、適應(yīng)性和復(fù)合性等。

（1）惡臭污染的局部性：是指排放的惡臭物質(zhì)僅可在一定區(qū)域范圍內(nèi)產(chǎn)生對(duì)人的嗅覺(jué)影響，其原因之一就是除意外事故的大量泄漏外，中間產(chǎn)物的生成量、生產(chǎn)過(guò)程中的跑冒滴漏量以及惡臭物質(zhì)從固體廢棄物或者臭水中的揮發(fā)速度和揮發(fā)量均具有一定限度，盡管人的嗅覺(jué)很靈敏，但在空氣稀釋作用下，人們也只能在一定區(qū)域范圍內(nèi)才能鑒別出氣味的存在。另外，惡臭物質(zhì)多半為有機(jī)物不完全氧化、分解的中間體，散發(fā)至空氣中后，這種在空氣中的氧化、分解過(guò)程仍在繼續(xù)甚至?xí)玫郊訌?qiáng)。

（2）惡臭污染的復(fù)合性：是指除單一性惡臭物質(zhì)排放源外，對(duì)于眾多的生產(chǎn)工藝尾氣以及生活設(shè)施惡臭源，我們所聞到的臭味往往是多種惡臭物質(zhì)共同散發(fā)出的復(fù)合味，這種復(fù)合臭味絕不是各種單一物質(zhì)氣味的簡(jiǎn)單迭加，它是各種氣味相抵、相加、促進(jìn)等多重作用的反應(yīng)結(jié)果。正是惡臭污染的這一特殊性，使得單一組分的分析測(cè)定結(jié)果，或幾種組分的分析結(jié)果往往在一些場(chǎng)合根本無(wú)法體現(xiàn)惡臭污染的真實(shí)面目。所以在現(xiàn)階段的更多場(chǎng)合，人們還不得不依賴官能實(shí)驗(yàn)法對(duì)惡臭的復(fù)合臭氣強(qiáng)度做出真實(shí)客觀的測(cè)試和評(píng)價(jià)。

（3）惡臭污染的瞬時(shí)性：是指惡臭物質(zhì)在擴(kuò)散遷移過(guò)程中，因受風(fēng)向、風(fēng)速等氣象條件的影響，處于下風(fēng)向某一位置的人會(huì)產(chǎn)生氣味時(shí)有時(shí)無(wú)的感覺(jué)。特別是對(duì)惡臭影響區(qū)域的惡臭物質(zhì)濃度或強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)定時(shí)，不嚴(yán)格掌握有關(guān)氣象條件的變化，往往會(huì)取得不真實(shí)或無(wú)代表性的測(cè)試結(jié)果。

（4）惡臭污染的適應(yīng)性：是指某些人經(jīng)常在一定惡臭濃度環(huán)境條件下工作或生活，會(huì)使嗅覺(jué)產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，喪失對(duì)臭味的嗅辨能力，從而“久聞不知其臭”。當(dāng)脫離這種環(huán)境一段時(shí)間后，“嗅覺(jué)會(huì)慢慢恢復(fù)”。惡臭污染除具有上述種種特性外，還具有季節(jié)性和難消除性。

2 城市垃圾惡臭的生物處理技術(shù)

2.1 生物處理法脫臭的優(yōu)點(diǎn)并與其他方法比較

處理惡臭物質(zhì)的方法，可根據(jù)惡臭物質(zhì)的種類、濃度、流量、氣體排放方式的不同，而采取不同的處理方法。其中生物處理法、吸附法、化學(xué)吸收法等措施都是最常用的幾種去除惡臭物質(zhì)的方法，它們都有其各自的優(yōu)、缺點(diǎn)和不同的適用范圍。

吸附法，氣體要求預(yù)凈化，吸附劑易堆塞，成本高?；瘜W(xué)吸附法有二次污染，凈化效率低。生物法脫臭技術(shù)有其它方法無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)，主要有以下幾點(diǎn)：

（1）生物法處理惡臭技術(shù)效果好，尤其對(duì)于惡臭污染物濃度低于3mg／m3或可生物降解的惡臭氣體，只要控制適當(dāng)?shù)呢?fù)荷條件與氣液接觸條件，可達(dá)到極高的脫臭效率。近幾年，在難溶惡臭物質(zhì)的處理方面也取得較好的效果。

（2）生物脫臭法的技術(shù)成本低，投資少，運(yùn)行費(fèi)用低，節(jié)省資源和能源。與傳統(tǒng)方法費(fèi)用相比較，生物法有明顯的優(yōu)勢(shì)。

（3）生物脫臭法是利用微生物降解惡臭物質(zhì)，達(dá)到去除臭味的目的，可以避免或減少二次污染。

（4）設(shè)置諸如生物過(guò)濾池，曝氣槽，收集器等設(shè)備，其脫臭裝置簡(jiǎn)單，設(shè)備操作控制，維護(hù)管理比較方便。

2.2 生物脫臭的機(jī)理

惡臭污染物的處理是一個(gè)多級(jí)的過(guò)程：首先臭氣經(jīng)溶解進(jìn)入液相；然后，液相中的臭氣成分被微生物吸附、吸收；最后，跨膜進(jìn)入微生物細(xì)胞，惡臭污染物作為營(yíng)養(yǎng)成分被微生物分解、利用，轉(zhuǎn)化成無(wú)臭的成分［1］。

2.2.1 惡臭氣體轉(zhuǎn)入液相的過(guò)程

一般來(lái)說(shuō)，惡臭氣體是小分子物質(zhì)，污染物濃度和氣體壓力都比較低，因此在研究其傳質(zhì)現(xiàn)象時(shí)可以假設(shè)其為理想氣體。另外，若氣體流速較低，呈薄層流動(dòng)，則污染氣體進(jìn)入液相的過(guò)程通?？梢杂秒p膜理論來(lái)描述。一般情況下，溶氧不太可能成為限速步驟。對(duì)于溶解度不是極高的惡臭污染物，當(dāng)其濃度達(dá)5g／m3時(shí)，周圍環(huán)境中的氧濃度還有大概280g／m3［2］，但對(duì)于溶解度極高的化合物，如丙酮、乙醇等，則有可能由于液相中聚集過(guò)多的污染物而導(dǎo)致溶氧限制。

2.2.2 液相與生物膜之間的傳質(zhì)

這一過(guò)程是生物脫臭的關(guān)鍵，其過(guò)程用示意圖1表示如下。

圖1 生物脫臭過(guò)程

由于至今對(duì)生物膜的定義仍很模糊，大部分有關(guān)液相和生物膜之間傳質(zhì)模型都是建立在一些假定條件上。即假設(shè)：（1）反應(yīng)器內(nèi)為理想的活塞流；（2）液相和生物膜結(jié)構(gòu)如圖1所示；（3）液相內(nèi)傳質(zhì)不是限速步驟［3］。生物膜上的反應(yīng)速度可以用Monad動(dòng)力學(xué)公式來(lái)描述。

2.3 城市垃圾生物脫臭處理方法

根據(jù)采用的生物反應(yīng)器來(lái)分，生物脫臭的方法可以大致分為生物濾池法、生物滴濾法和生物洗滌法。

2.3.1 生物過(guò)濾法

生物濾池是最早被研究和使用的一種處理?yè)]發(fā)有機(jī)污染物的生物技術(shù)。其主要原理是使收集到的廢氣在適宜的條件下，通過(guò)長(zhǎng)滿微生物的固體載體（填料），氣味物質(zhì)先被填料吸收，然后被填料上的微生物氧化分解，完成廢氣的除臭過(guò)程。

生物濾池一般采用泥炭、木屑、樹(shù)枝等有機(jī)物作為填料。這類載體結(jié)構(gòu)疏松，有利于氣體通過(guò)。微生物也可以附著上面生長(zhǎng)，利用其中的有機(jī)質(zhì)。其它營(yíng)養(yǎng)成分可預(yù)先混合到填料中，或溶解到水中噴灑到填料上。對(duì)于處理代謝產(chǎn)物為酸性物質(zhì)的氣體時(shí)（如H2S氣體），運(yùn)行過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)填料酸化的問(wèn)題，因此可以在填料中預(yù)先加入緩沖劑。一般，填料需要一兩年更換一次填料。

生物濾池具有氣液接觸效率高、裝置緊湊，去除臭氣效果好等優(yōu)點(diǎn)，工藝比較成熟。因此得到了廣泛地應(yīng)用［1］。

生物濾池的研究動(dòng)向在于選擇更優(yōu)的濾料、改善現(xiàn)有濾料的性能、改進(jìn)生物濾池的構(gòu)造和建立描述、預(yù)測(cè)濾池降解的數(shù)學(xué)模型。

生物濾池對(duì)許多有害氣體都有很好的處理效果，如表1所示。

表1 生物濾池處理效果

2.3.2 生物滴濾池式脫臭法

生物滴濾池被認(rèn)為是介于生物濾池和生物洗滌塔之間的處理技術(shù)［10］。生物滴濾法大多采用無(wú)機(jī)填料，用循環(huán)水系統(tǒng)提供生物生長(zhǎng)需要的水和無(wú)機(jī)鹽。臭氣通入后被固定在填料上或循環(huán)水中，微生物把有機(jī)臭氣代謝成二氧化碳和水或其它無(wú)臭無(wú)害物質(zhì)。填料的選擇關(guān)系到脫臭的效率。一般采用多孔無(wú)機(jī)填料。通過(guò)循環(huán)水系統(tǒng)，生物滴濾塔內(nèi)微生物的生長(zhǎng)條件（如pH值、礦物質(zhì)、鹽濃度等）易被調(diào)節(jié)，而且有毒或有抑制作用的代謝產(chǎn)物能被洗脫。與生物濾池相比，生物滴濾法具有更廣的處理范圍。其裝置具有合理性、高效性和占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，成為目前微生物脫臭技術(shù)的主流［1］。

2.3.3 生物洗滌法

生物洗滌塔通常由一個(gè)裝有填料的洗滌器和一個(gè)具有活性污泥的生物反應(yīng)器構(gòu)成。洗滌器里的噴淋柱將微小的水珠逆著氣流噴灑，使廢氣中的污染物與填料表面的水接觸，被水吸收而轉(zhuǎn)入液相，從而實(shí)現(xiàn)質(zhì)量傳遞過(guò)程。如果污染物的濃度較低、水溶性較高，則極易被水吸收，帶人生物反應(yīng)器。生物反應(yīng)器內(nèi)，污染物通過(guò)活性污泥中微生物的氧化作用，最終被去除。但是對(duì)于難溶性惡臭污染物則處理效果不是很好。與生物濾池不同的是，生物洗滌塔工藝中的液相（通常帶有懸浮微生物）是流動(dòng)的，在兩個(gè)分開(kāi)部分連續(xù)循環(huán)。這有利于控制反應(yīng)條件，便于添加營(yíng)養(yǎng)液、緩沖劑。

2.4 生物脫臭處理技術(shù)的比較

生物濾池、生物洗滌塔和生物滴濾池各有其特點(diǎn)和應(yīng)用條件，因此，應(yīng)根據(jù)廢氣中污染物的特性和條件，來(lái)選擇適宜的處理技術(shù)，以便達(dá)到最高的除臭效率。其特點(diǎn)的比較詳見(jiàn)表2。

表2 廢氣生物處理技術(shù)特點(diǎn)比較［11］

3 結(jié) 論

所謂生物法的實(shí)質(zhì)，是利用微生物的生物活動(dòng)，將惡臭污染物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單無(wú)害的無(wú)機(jī)物及微生物細(xì)胞質(zhì)的過(guò)程。

生物脫臭技術(shù)是近年來(lái)開(kāi)發(fā)出的一種用于環(huán)境保護(hù)的生物技術(shù)，其適用范圍廣、維護(hù)管理簡(jiǎn)單、運(yùn)行成本低、環(huán)境負(fù)荷低、無(wú)二次污染等，對(duì)低濃度、大流量的惡臭氣體，尤其是水溶性較好的污染物有較好的處理效果。因此在處理臭氣上具有廣泛的前景。

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