李 玲，熊駿生，陶凌燕，葉靈波，秦雪艷，徐夢婷，丁 穎

（1.杭州師范大學(xué)生命與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，浙江 杭州310036；2.浙江省環(huán)境工程有限公司，浙江 杭州310012）

垃圾填埋場惡臭污染是指城市生活垃圾在填埋過程中微生物通過好氧或厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的刺激性氣體，其中大部分惡臭組分都帶有毒性，長期接觸會(huì)引發(fā)身體的不適甚至中毒.垃圾填埋場產(chǎn)生的惡臭污染嚴(yán)重危害到填埋場工人和周邊居民的工作、生活和健康［1-2］.這些年，隨著中國經(jīng)濟(jì)的騰飛，城市人口急劇增加，生活垃圾的產(chǎn)量也與日俱增，據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2011年，全國生活垃圾年清運(yùn)量已達(dá)1.64×108t，垃圾填埋場離居民區(qū)的距離隨著城市的擴(kuò)張?jiān)絹碓浇?，?dǎo)致惡臭擾民事件頻繁發(fā)生.城市生活垃圾填埋場惡臭污染問題已然引起了越來越多人的關(guān)注，如何有效又快速地控制惡臭的傳播及其帶來的負(fù)面影響，已成為垃圾填埋場污染綜合治理的重要內(nèi)容之一［3］.

垃圾填埋場能產(chǎn)生、釋放多種惡臭物質(zhì)，尤其垃圾填埋庫區(qū)，處于集中敞開式的區(qū)域，作業(yè)過程中惡臭氣體快速向周圍擴(kuò)散，具有產(chǎn)生量大、持續(xù)時(shí)間長、影響范圍廣的特點(diǎn)，對周圍環(huán)境造成嚴(yán)重影響，不同季節(jié)和氣候的垃圾填埋場惡臭氣體種類和濃度也不盡相同，這增加了對垃圾填埋場惡臭污染研究的復(fù)雜性.隨著各種新型惡臭控制技術(shù)的發(fā)展，城市垃圾填埋場惡臭污染的控制也逐漸邁上了新的臺(tái)階［4-5］.本文綜述了垃圾填埋場惡臭組分的時(shí)空特征和生物控制技術(shù)的研究進(jìn)展，探討了不同來源和時(shí)空分布規(guī)律下生活垃圾填埋場的惡臭特點(diǎn)及其相應(yīng)的控制技術(shù)，并對今后有關(guān)生活垃圾填埋場惡臭的研究提出展望.

1 垃圾填埋場惡臭污染特征研究

1.1 城市生活垃圾填埋惡臭氣體來源和組成

垃圾填埋場的惡臭氣體種類繁多，產(chǎn)生的這些垃圾填埋氣體主要包括無機(jī)氣體（如NH3和H2S）、鹵代化合物（如氯苯和二氯乙烯）、芳香族化合物（如苯、甲苯、乙苯和二甲苯）、揮發(fā)性脂肪酸（Volatile Fatty Acids，VFAs）（如甲酸和乙酸）、醛類（如丙醛和丁醛）、酮類（如環(huán)己酮）、酯（如甲酸丁酯）、碳?xì)浠衔铮ㄈ缯和楹托镣椋?、含硫組分（如硫醇及硫醛類物質(zhì)）及含氮組分（如胺類）等［6-11］.Fang等［7］在上海垃圾填埋場的填埋庫區(qū)、滲濾液處理區(qū)和污泥區(qū)共檢測到35種惡臭物質(zhì)，主要有苯乙烯、甲苯、二甲苯、丙酮、甲硫醇（Methyl Mercaptan，MM）、正丁酮、正丁醛、乙酸、二甲基硫醚（Dimethyl Sulfide，DMS）、二甲基二硫醚（Dimethyl-Disulphide，DMDS）、二甲基三硫醚（Dimethyl-Trisulphide，DMTS）和NH3等.González等［8］在西班牙馬略卡島垃圾填埋場中明確檢測到共36 種有機(jī)揮發(fā)性組分（Volatile Organic Compounds，VOCs），其中醛類、酮類、醇類和芳香族化合物的質(zhì)量濃度均達(dá)到了60～100μg／m3左右.

1.2 填埋惡臭氣體時(shí)空變化規(guī)律

由于微生物很容易受到外界環(huán)境的影響而改變?nèi)郝浣Y(jié)構(gòu)或是代謝途徑，從而導(dǎo)致惡臭氣體組分和濃度的改變，給惡臭氣體的治理帶來了更多的挑戰(zhàn).近年來，研究者們探究了城市生活垃圾填埋場惡臭氣體在不同氣候、季節(jié)和不同地域、空間等條件下的變化情況，并總結(jié)出一些規(guī)律.

1.2.1 不同季節(jié)和氣候垃圾填埋場惡臭污染的特征

就垃圾填埋場的季節(jié)和氣候而言，不同季節(jié)產(chǎn)生的垃圾各組分體積分?jǐn)?shù)并不一致，并且在不同氣候條件下的微生物代謝也存在差異，通常在春夏兩季垃圾填埋場的惡臭濃度會(huì)處于較高水平，而秋冬則相對有所減弱，并且在溫度高的日子里，惡臭的污染情況會(huì)更加嚴(yán)重一些.Dincer等［12］針對春秋兩季垃圾填埋場惡臭進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在五月份，不同致臭VOCs的質(zhì)量濃度均或多或少高于九月份的數(shù)據(jù)，其中5月份的VOCs主要為酮類（25%）、芳香族（21%）、醛類（20%）、揮發(fā)性脂肪酸（17%）和鹵代物（14%），9月份的VOCs主要為醛類（37%）、酮類（36%）、芳香族（13%）、鹵代物（6%）和VFAs（5%），結(jié)果顯示兩個(gè)不同季節(jié)間的VOCs組分之間存在一定差距，由于不同季節(jié)下環(huán)境溫度、濕度、垃圾成分等因素的改變，致使不同季節(jié)間惡臭濃度及其種類產(chǎn)生了差異.Ki-Hyun［9］的研究組對新舊垃圾填埋場廢氣中的還原態(tài)硫組分（Reduced Sulfur Compounds，RSCs）體積分?jǐn)?shù)的四季變化進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)已經(jīng)封閉的垃圾填埋場RSCs體積分?jǐn)?shù)很小，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正在運(yùn)行中的垃圾填埋場；另外在季節(jié)方面，RSCs組分的濃度具有春夏高、秋冬低的特征，其中MM 的濃度在春季最高，有0.073mmol／m3，是夏季的兩倍多，是冬季的百倍多，但這種惡臭濃度春夏高、秋冬低的特征也有例外，如H2S的濃度在春季就處于最低值1.652 mmol／m3，而在其它季節(jié)則都大于5mmol／m3.Chiriac等［10］發(fā)現(xiàn)，5月末的VOC氣體濃度較氣候條件差異較大的4月有著明顯的區(qū)別，低溫的氣候條件限制了VOC的擴(kuò)散，而且風(fēng)向及其強(qiáng)度也對開放性垃圾填埋場地的VOC濃度起著重要的影響.Christopher等［13］的調(diào)查研究也表明，垃圾填埋場的風(fēng)速和風(fēng)向?qū)χ苓厫撼魸舛扔兄匾挠绊懀?dāng)風(fēng)向由垃圾填埋場刮向周邊居民區(qū)時(shí)，就算低濃度的惡臭氣體也能使周邊居民感覺到明顯的惡臭.除了季節(jié)和氣候因素之外，正在進(jìn)行填埋的垃圾填埋區(qū)域和運(yùn)行一定時(shí)間的填埋區(qū)域也會(huì)有所差別，垃圾填埋場惡臭氣體不同組分間濃度隨垃圾填埋的時(shí)間發(fā)生一定規(guī)律的變化.Gonzalez等［8］針對小于1天、2至4周和大于3個(gè)月的不同時(shí)間段的垃圾填埋惡臭情況進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)酮類和芳香族化合物在小于1天的垃圾填埋區(qū)域的質(zhì)量濃度最大，但隨著時(shí)間的推移會(huì)逐漸減少，而醇類則相反，由于微生物代謝的逐漸進(jìn)行，醇類的質(zhì)量濃度隨時(shí)間的推移呈現(xiàn)上升趨勢，就整體惡臭情況而言，小于1天的垃圾填埋區(qū)域惡臭情況最嚴(yán)重，其次為填埋3月以上區(qū)域，最低的是填埋時(shí)間為2至4周的區(qū)域.

1.2.2 填埋場內(nèi)部不同區(qū)域惡臭污染的特征

對于城市生活垃圾填埋場的不同區(qū)域而言，惡臭氣體的來源和種類也并不相同，表1列舉了幾處主要的惡臭發(fā)生源，可見垃圾填埋場的惡臭污染存在區(qū)域上的差別.Ding等［6］在對杭州天子嶺生活垃圾填埋場的研究中發(fā)現(xiàn)，NH3和H2S在填埋垃圾傾瀉區(qū)和滲濾液處理區(qū)的質(zhì)量濃度處于很高水平，分別高達(dá)4000μg／m3和500μg／m3左右，另外在填埋垃圾傾瀉區(qū)，芳香族化合物的質(zhì)量濃度則要明顯高于其他區(qū)域，約85μg／m3，而在辦公區(qū)和填埋場邊界區(qū)域中的惡臭污染物種類和質(zhì)量濃度則與區(qū)域距離垃圾傾瀉區(qū)域及滲濾液處理區(qū)域的遠(yuǎn)近程度有著密切關(guān)系.Fang等［7］探究了生活垃圾填埋場不同區(qū)域的惡臭主成因因素，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在垃圾填埋庫區(qū)、滲濾液儲(chǔ)存處理區(qū)域和污泥填埋區(qū)域的典型惡臭污染成分為H2S、正丁醛和醋酸，而在垃圾填埋封閉區(qū)域的排氣井口處的惡臭特征組分則為乙醛、乙苯、二甲苯、甲胺和二甲基甲酰胺，污泥儲(chǔ)存及處理區(qū)域的惡臭特征也和其他區(qū)域不一樣，主要為甲硫醇、戊酸以及異戊酸，另外，該研究采用封閉式的滲濾液收集罐，該區(qū)域檢測到的惡臭情況也最輕，可見，封閉式處理是抑制惡臭傳播的有效方法.垃圾的清運(yùn)過程雖然不是惡臭的產(chǎn)生源，但卻與周邊惡臭的污染有著密切聯(lián)系，Chiriac等［10］的研究指出，垃圾填埋運(yùn)輸車輛和填埋垃圾壓縮過程是四氯乙烯、甲苯、庚烷檢測濃度上升的主要原因，因此垃圾清運(yùn)過程中的惡臭污染也應(yīng)當(dāng)被重視.

表1 城市生活垃圾填埋場惡臭發(fā)生源及其污染物種類Tab.1 Sources and compounds of odorous pollutants at MSW landfill site

2 垃圾填埋場惡臭生物控制技術(shù)及其研究進(jìn)展

垃圾填埋場惡臭污染控制技術(shù)從最初的稀釋擴(kuò)散、水洗，發(fā)展到傳統(tǒng)的液體吸收、固體吸附、燃燒，直到新興的高級氧化法、等離子體分解技術(shù)和生物除臭等技術(shù)，通過物理、化學(xué)和生物的作用，使惡臭污染物的物相或物質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，從而達(dá)到去除臭味的目的.實(shí)際操作中可視惡臭污染物的性質(zhì)、種類、濃度、處理量、氣體排放方式及當(dāng)?shù)氐男l(wèi)生要求和經(jīng)濟(jì)情況的不同，選取合適高效的處理方法［16］.相對于傳統(tǒng)的物理化學(xué)方法，利用生物法處理惡臭氣體是一種工藝簡單、操作方便、去除效果好、無二次污染、有著廣闊應(yīng)用前景的污染控制新技術(shù)［3，17］

2.1 垃圾填埋場滲濾液的惡臭控制技術(shù)

城市生活垃圾填埋場產(chǎn)生的滲濾液是垃圾填埋場惡臭氣體的主要來源之一，滲濾液是垃圾填埋場中垃圾自帶水分和降水等與填埋垃圾生化降解產(chǎn)生的諸多有機(jī)組分混合形成的復(fù)雜液體［18］.滲濾液的惡臭主要來自其中有機(jī)組分的降解和厭氧發(fā)酵，其中以含硫化合物和氨氮類物質(zhì)為代表.

對垃圾填埋場滲濾液惡臭處理方法主要以建立生物反應(yīng)濾器為主，Lin等［19］研究了生物過濾器去除垃圾填埋場滲濾液中H2S的效果，結(jié)果顯示生物過濾器能有效去除滲濾液中的H2S組分，去除率在進(jìn)量達(dá)到10.5g／m3h之前能一直保持在85%以上.Bing等［20］發(fā)現(xiàn)，陳年垃圾生物反應(yīng)器對滲濾液的總氮有著很好的去除效果，當(dāng)反應(yīng)器平均進(jìn)氮速率在每天1146mg／L 以下時(shí)總氮的去除率能達(dá)到96.6%，當(dāng)平均進(jìn)氮速率由每天1200mg／L提高到每天1500mg／L時(shí)，總氮去除率下降至88.5%.

近年來，微生物燃料電池（Microbial Fuel Cells，MFCs）在垃圾填埋場滲濾液處理中應(yīng)用的研究也逐漸增多，MFCs作為一種新型的生物電化學(xué)能源技術(shù)，可以將廢棄的生物質(zhì)能源轉(zhuǎn)化成清潔的電能源，但MFCs在滲濾液處理中的應(yīng)用還處于起步階段，發(fā)電量還很低［21-22］.You等［23］首次將MFCs應(yīng)用到對垃圾填埋場滲濾液的處理中，當(dāng)滲濾液化學(xué)需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）低于100mg／L 時(shí)，該MFCs體系對COD 去除率高達(dá)98%，當(dāng)COD 增加到2000 mg／L 時(shí)，COD 去除效率降低到70%左右.Krishnadas等［24］分別以活性炭和生物碳作為MFCs陽極材料，考察了其對垃圾填埋場滲濾液的去除效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)以活性炭為陽極材料的MFCs體系對滲濾液COD 的去除率達(dá)到74.7% ±5.5%，相比以生物碳為陽極材料的MFCs體系去除率28.6% ±8.9%高出了許多.目前關(guān)于MFCs體系對滲濾液處理的研究大多針對的是滲濾液的理化性質(zhì)，對特定滲濾液惡臭組分研究的去除能力及效果還尚顯不足.

2.2 垃圾填埋庫區(qū)的惡臭控制技術(shù)

生活垃圾填埋場的垃圾填埋庫區(qū)是惡臭氣體的主要發(fā)生源，較為有效和環(huán)保的惡臭控制方法是對其進(jìn)行生物原位控制.一般填埋場生物原位控制主要采用填埋覆土的方法，生物原位控制法利用了微生物的強(qiáng)大分解能力和快速繁殖的特點(diǎn)，在填埋垃圾表面覆土一方面抑制了惡臭氣體的揮發(fā)，另一方面增大了微生物和惡臭氣體的接觸空間，使惡臭有效減少，總的來說，填埋垃圾惡臭生物原位控制技術(shù)具有就地處理、源頭治理和減弱對周邊環(huán)境造成的影響等優(yōu)勢.

填埋覆土層的材料選擇直接關(guān)系到惡臭原位控制的效果.相比于傳統(tǒng)的黏土和表層土覆蓋，新型的覆土材料具有孔隙率更大、氣體吸附能力更強(qiáng)、微生物承載量更多的特點(diǎn)［25］.近年來，對生活垃圾填埋場的覆土材料研究也很多，較為普遍的新型覆土材料有建筑廢料、固化污泥和城市垃圾堆肥等.Solan等［26］對比了建筑材料粉末、工商業(yè)粉末和木屑同黏土之間的惡臭去除性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，三種經(jīng)濟(jì)型的覆土材料都能很好減少惡臭排放，以50mm 建筑材料粉末和150mm 木屑組成的垃圾填埋材料有著超過50%的惡臭去除效果.Hyun等［27］對污水污泥進(jìn)行了固化，并測試了以它作為填埋覆土材料在零度以下和高溫條件下的表現(xiàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)固化污泥有著很好的抗壓強(qiáng)度，并且填埋材料在添加了混合污泥TS103后，超過95%的NH3都被吸附進(jìn)污泥之中.Hurst等［28］用不同堆積密度的城市垃圾堆肥作為每日覆土材料，模擬了其在垃圾填埋場惡臭控制中的效果，結(jié)果發(fā)現(xiàn)堆積密度為740kg／m3的堆肥覆土對填埋場惡臭的去除率達(dá)97%，去除效果較堆積密度為590kg／m3的堆肥覆土去除效果更好.

垃圾填埋場覆土除臭的機(jī)理主要是通過聚集在覆土材料中的微生物群落來對垃圾填埋產(chǎn)生的VOCs和無機(jī)惡臭組分進(jìn)行催化降解，而覆土層中的微生物群落是一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，會(huì)隨著填埋場時(shí)間和空間而變化，其中與惡臭釋放相關(guān)的大多是厭氧菌.了解垃圾填埋場覆土層的微生物群落結(jié)構(gòu)能更好地改良覆土層降解效果，提升惡臭去除能力，因此對覆土材料中微生物群落多樣性的研究和惡臭生化降解機(jī)制也是科學(xué)家們關(guān)注的焦點(diǎn)之一［29］.Dilly等［30］發(fā)現(xiàn)垃圾填埋覆土層的微生物量和活力會(huì)隨著時(shí)間的推移有所增加.Jeongdae等［31］利用反轉(zhuǎn)錄聚合酶鏈反應(yīng)（Reverse Transcription-Polymerase Chain Reaction，RTPCR）的方法對封閉多年的填埋場覆土層氨氧化微生物群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)在封閉多年的垃圾填埋場中氨氧化古生菌的數(shù)目要超過氨氧化細(xì)菌數(shù).He等［32］對垃圾填埋覆土中的H2S去除機(jī)理進(jìn)行了探究，發(fā)現(xiàn)垃圾填埋氣體能促進(jìn)生物反應(yīng)器覆土中好氧異養(yǎng)菌、放線菌、硫酸鹽還原菌和硫氧化菌的增長，并且生物反應(yīng)器覆土能比填埋場覆土更快地實(shí)現(xiàn)硫化物和硫酸鹽之間的生物轉(zhuǎn)化.

3 研究展望

近幾年，隨著城市范圍的擴(kuò)張，垃圾填埋場與城市居民區(qū)之間的距離在不斷縮短，垃圾填埋場惡臭污染問題逐漸成為民眾更為關(guān)心的環(huán)境問題，國內(nèi)外很多學(xué)者也對如何有效的除臭做出了多項(xiàng)研究，尤其是相比于其他方法有較高優(yōu)越性的生物除臭技術(shù)，取得了許多可喜的成果和進(jìn)步，為進(jìn)一步大范圍的使用擴(kuò)展技術(shù)打下了基礎(chǔ).另外，微生物作為填埋垃圾降解的主要參與者，其生態(tài)結(jié)構(gòu)多樣性研究是十分重要的，微生物對惡臭組分的降解機(jī)制及覆土材料與微生物群落結(jié)構(gòu)直接的影響等問題仍然有待進(jìn)一步研究，目前國內(nèi)外更多集中在對溫室氣體甲烷及N2O 的研究上，而填埋場惡臭組分排放及降解有關(guān)微生物生態(tài)的研究稍顯不足.

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