生物处理法防治城市垃圾恶臭

陈婷婷，张志贵

（克拉玛依市环境保护科学研究所，新疆克拉玛依834000）

1 城市垃圾恶臭污染物的产生及危害

1.1 城市垃圾臭气的产生

人类在享受现代化带来物质文明的同时，又产生大量的城市固体废弃物即城市生活垃圾。

垃圾恶臭的产生主要是在堆放或堆肥过程中，氧气足够时，垃圾中的有机成分如蛋白质等，在好氧细菌的作用下产生有刺激性气味的气体NH3等。当氧气不足时，厌氧细菌将有机物分解为不彻底的氧化产物，如含硫的化合物H2S，SO2，硫醇类等，含氮的化合物，如胺类、酰胺类，少量的有机气体如甲硫醇、甲胺、甲基硫等。这些气体挥发性较大，易扩散在大气中，而且部分气体有毒、刺激性气味大，给大气带来污染。

恶臭的发生源一般可分为自然发生源和产业发生源2类。通过人的嗅觉即可感觉到的恶臭物质有4 000多种，其中有几十种对人类健康危害较大。恶臭物质发臭和它的分子结构密切相关，其分子结构上都具有形成恶臭的原子团。这些“发臭团”为硫（—S），硫基（—SH），硫氰基（—SCN），羟基（—OH），醛基（—CHO），羰基（＞C＝0）和羧基（—COOH）。主要恶臭物质有硫醇类、氨、硫化氢、甲基硫、三甲胺、甲醛、苯乙烯吲哚、甲基吲哚、酪酸和苯酚类等。

1.2 恶臭污染的危害

由于恶臭污染是一种感觉公害，使人感受到的影响也不尽相同。一般对人产生的影响可以分为心理影响和生理影响。

（1）心理影响：恶臭物质可以给人的感觉器官以刺激。使人感到不愉快和厌恶，造成心理上的负担，感到压抑。一般恶臭物质浓度超过嗅觉阈值的几十倍乃至几百倍，不会产生生理上的被害影响。

（2）生理影响：有一部分恶臭物质达到一定的浓度后，可以对人的生理产生不良危害。这类恶臭物质有：硫醇类、硫化氢、氨、甲硫醚、三甲胺、甲醛、苯乙烯、苯酚类等，可直接危害人的健康。根据污染物浓度和接触时间的长短可以造成不同程度的被害，主要影响有：

（1）危害呼吸系统：人们突然闻到恶臭，就会不同程度地产生反射性的抑制吸气，使呼吸次数减少，深度变浅，严重时甚至完全停止吸气，出现“闭气”现象。

（2）危害循环系统：随着呼吸的变化，会出现脉搏和血压的变化。

（3）危害消化系统：经常接触恶臭，会使人厌食、恶心甚至呕吐，进而发展为消化功能减退。

（4）危害内分泌系统：经常受恶臭刺激，会使内分泌系统的分泌功能紊乱，影响机体的代谢活动。

（5）危害神经系统：长期受到一种或几种低浓度恶臭物质的刺激，会引起嗅觉疲劳、嗅觉丧失等障碍。“久闻而不知其臭”，使嗅觉丧失了第一道防御功能，但脑神经仍不断受污染气体的刺激和损伤，最后导致大脑皮层兴奋和抑制的调节功能失调。

除了上述危害外，有些恶臭气体是有毒气体，如氨、硫化氢、甲醛等，如果这些气体达到一定浓度，对人的呼吸系统、皮肤、粘膜、眼睛等会造成刺激和伤害，严重的甚至危及人的生命。

1.3 恶臭污染的特征

恶臭污染具有不同于其它污染的许多特性，如局部性、瞬时性、适应性和复合性等。

（1）恶臭污染的局部性：是指排放的恶臭物质仅可在一定区域范围内产生对人的嗅觉影响，其原因之一就是除意外事故的大量泄漏外，中间产物的生成量、生产过程中的跑冒滴漏量以及恶臭物质从固体废弃物或者臭水中的挥发速度和挥发量均具有一定限度，尽管人的嗅觉很灵敏，但在空气稀释作用下，人们也只能在一定区域范围内才能鉴别出气味的存在。另外，恶臭物质多半为有机物不完全氧化、分解的中间体，散发至空气中后，这种在空气中的氧化、分解过程仍在继续甚至会得到加强。

（2）恶臭污染的复合性：是指除单一性恶臭物质排放源外，对于众多的生产工艺尾气以及生活设施恶臭源，我们所闻到的臭味往往是多种恶臭物质共同散发出的复合味，这种复合臭味绝不是各种单一物质气味的简单迭加，它是各种气味相抵、相加、促进等多重作用的反应结果。正是恶臭污染的这一特殊性，使得单一组分的分析测定结果，或几种组分的分析结果往往在一些场合根本无法体现恶臭污染的真实面目。所以在现阶段的更多场合，人们还不得不依赖官能实验法对恶臭的复合臭气强度做出真实客观的测试和评价。

（3）恶臭污染的瞬时性：是指恶臭物质在扩散迁移过程中，因受风向、风速等气象条件的影响，处于下风向某一位置的人会产生气味时有时无的感觉。特别是对恶臭影响区域的恶臭物质浓度或强度进行测定时，不严格掌握有关气象条件的变化，往往会取得不真实或无代表性的测试结果。

（4）恶臭污染的适应性：是指某些人经常在一定恶臭浓度环境条件下工作或生活，会使嗅觉产生疲劳现象，丧失对臭味的嗅辨能力，从而“久闻不知其臭”。当脱离这种环境一段时间后，“嗅觉会慢慢恢复”。恶臭污染除具有上述种种特性外，还具有季节性和难消除性。

2 城市垃圾恶臭的生物处理技术

2.1 生物处理法脱臭的优点并与其他方法比较

处理恶臭物质的方法，可根据恶臭物质的种类、浓度、流量、气体排放方式的不同，而采取不同的处理方法。其中生物处理法、吸附法、化学吸收法等措施都是最常用的几种去除恶臭物质的方法，它们都有其各自的优、缺点和不同的适用范围。

吸附法，气体要求预净化，吸附剂易堆塞，成本高。化学吸附法有二次污染，净化效率低。生物法脱臭技术有其它方法无法比拟的优点，主要有以下几点：

（1）生物法处理恶臭技术效果好，尤其对于恶臭污染物浓度低于3mg／m3或可生物降解的恶臭气体，只要控制适当的负荷条件与气液接触条件，可达到极高的脱臭效率。近几年，在难溶恶臭物质的处理方面也取得较好的效果。

（2）生物脱臭法的技术成本低，投资少，运行费用低，节省资源和能源。与传统方法费用相比较，生物法有明显的优势。

（3）生物脱臭法是利用微生物降解恶臭物质，达到去除臭味的目的，可以避免或减少二次污染。

（4）设置诸如生物过滤池，曝气槽，收集器等设备，其脱臭装置简单，设备操作控制，维护管理比较方便。

2.2 生物脱臭的机理

恶臭污染物的处理是一个多级的过程：首先臭气经溶解进入液相；然后，液相中的臭气成分被微生物吸附、吸收；最后，跨膜进入微生物细胞，恶臭污染物作为营养成分被微生物分解、利用，转化成无臭的成分［1］。

2.2.1 恶臭气体转入液相的过程

一般来说，恶臭气体是小分子物质，污染物浓度和气体压力都比较低，因此在研究其传质现象时可以假设其为理想气体。另外，若气体流速较低，呈薄层流动，则污染气体进入液相的过程通常可以用双膜理论来描述。一般情况下，溶氧不太可能成为限速步骤。对于溶解度不是极高的恶臭污染物，当其浓度达5g／m3时，周围环境中的氧浓度还有大概280g／m3［2］，但对于溶解度极高的化合物，如丙酮、乙醇等，则有可能由于液相中聚集过多的污染物而导致溶氧限制。

2.2.2 液相与生物膜之间的传质

这一过程是生物脱臭的关键，其过程用示意图1表示如下。

图1 生物脱臭过程

由于至今对生物膜的定义仍很模糊，大部分有关液相和生物膜之间传质模型都是建立在一些假定条件上。即假设：（1）反应器内为理想的活塞流；（2）液相和生物膜结构如图1所示；（3）液相内传质不是限速步骤［3］。生物膜上的反应速度可以用Monad动力学公式来描述。

2.3 城市垃圾生物脱臭处理方法

根据采用的生物反应器来分，生物脱臭的方法可以大致分为生物滤池法、生物滴滤法和生物洗涤法。

2.3.1 生物过滤法

生物滤池是最早被研究和使用的一种处理挥发有机污染物的生物技术。其主要原理是使收集到的废气在适宜的条件下，通过长满微生物的固体载体（填料），气味物质先被填料吸收，然后被填料上的微生物氧化分解，完成废气的除臭过程。

生物滤池一般采用泥炭、木屑、树枝等有机物作为填料。这类载体结构疏松，有利于气体通过。微生物也可以附着上面生长，利用其中的有机质。其它营养成分可预先混合到填料中，或溶解到水中喷洒到填料上。对于处理代谢产物为酸性物质的气体时（如H2S气体），运行过程中会出现填料酸化的问题，因此可以在填料中预先加入缓冲剂。一般，填料需要一两年更换一次填料。

生物滤池具有气液接触效率高、装置紧凑，去除臭气效果好等优点，工艺比较成熟。因此得到了广泛地应用［1］。

生物滤池的研究动向在于选择更优的滤料、改善现有滤料的性能、改进生物滤池的构造和建立描述、预测滤池降解的数学模型。

生物滤池对许多有害气体都有很好的处理效果，如表1所示。

表1 生物滤池处理效果

2.3.2 生物滴滤池式脱臭法

生物滴滤池被认为是介于生物滤池和生物洗涤塔之间的处理技术［10］。生物滴滤法大多采用无机填料，用循环水系统提供生物生长需要的水和无机盐。臭气通入后被固定在填料上或循环水中，微生物把有机臭气代谢成二氧化碳和水或其它无臭无害物质。填料的选择关系到脱臭的效率。一般采用多孔无机填料。通过循环水系统，生物滴滤塔内微生物的生长条件（如pH值、矿物质、盐浓度等）易被调节，而且有毒或有抑制作用的代谢产物能被洗脱。与生物滤池相比，生物滴滤法具有更广的处理范围。其装置具有合理性、高效性和占地面积少等优点，成为目前微生物脱臭技术的主流［1］。

2.3.3 生物洗涤法

生物洗涤塔通常由一个装有填料的洗涤器和一个具有活性污泥的生物反应器构成。洗涤器里的喷淋柱将微小的水珠逆着气流喷洒，使废气中的污染物与填料表面的水接触，被水吸收而转入液相，从而实现质量传递过程。如果污染物的浓度较低、水溶性较高，则极易被水吸收，带人生物反应器。生物反应器内，污染物通过活性污泥中微生物的氧化作用，最终被去除。但是对于难溶性恶臭污染物则处理效果不是很好。与生物滤池不同的是，生物洗涤塔工艺中的液相（通常带有悬浮微生物）是流动的，在两个分开部分连续循环。这有利于控制反应条件，便于添加营养液、缓冲剂。

2.4 生物脱臭处理技术的比较

生物滤池、生物洗涤塔和生物滴滤池各有其特点和应用条件，因此，应根据废气中污染物的特性和条件，来选择适宜的处理技术，以便达到最高的除臭效率。其特点的比较详见表2。

表2 废气生物处理技术特点比较［11］

3 结 论

所谓生物法的实质，是利用微生物的生物活动，将恶臭污染物转化为简单无害的无机物及微生物细胞质的过程。

生物脱臭技术是近年来开发出的一种用于环境保护的生物技术，其适用范围广、维护管理简单、运行成本低、环境负荷低、无二次污染等，对低浓度、大流量的恶臭气体，尤其是水溶性较好的污染物有较好的处理效果。因此在处理臭气上具有广泛的前景。

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