不同恶臭设施污染排放特征研究

李向蓉（上海建科环境技术有限公司，上海 200032）

1 概 况

恶臭污染物是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快感觉及损害生活环境的气体物质。恶臭作为感官污染，可直接或间接对人类健康造成危害，是世界公认的七大环境公害之一。石油化工、畜牧业、污水处理和垃圾处理等行业设施都是恶臭污染的主要来源。恶臭污染物具有广泛性和多样性的特点，按其组成可分为以下 6 类：硫化物（如硫化氢、硫醇类等）；含氮化合物（如氨、胺类等）；含氧化合物（如酚、醇、酮、醛等）；芳香烃（如苯、甲苯、乙苯等）；卤素及衍生物（如卤代烃等）；烷烃等[1]。恶臭污染物的种类和浓度大小受有机质组成、工艺条件（如发酵温度、停留时间、通氧量等）和环境条件（如风速、风向、气温、气压等气象条件）等因素影响[2]。恶臭污染不仅降低环境质量，还会对人体健康造成危害，比如氨会对人体的脉搏、血压及眼睛产生强烈的刺激作用[3]；而硫化氢会影响人体内氧的传送，从而使机体处于缺氧状态，最终毒害神经系统；短时间暴露于恶臭气体环境中会引起眼睛、鼻子、喉咙等局部器官的急性刺激；长时间暴露于恶臭气体环境中可能会导致神经衰弱、呼吸道损伤和中枢神经系统损坏。因此，恶臭污染的防控不仅是恶臭产生工厂的环保要求之一，更是保障厂区工作人员及周边居民健康的必要举措。从这个层面来看，需要对恶臭物质的污染特征进行分析，以便对其实施有效的防控措施。本文以污水处理厂、垃圾填埋场、养殖场和化工厂等 8 种不同类型的恶臭排放设施作为研究对象，对其排放的恶臭污染物进行了实地监测，对不同恶臭设施的恶臭污染排放特征进行研究。

2 材料与方法

2.1 监测点位、监测因子、监测时段及频次

选取 8 种不同类型的恶臭排放设施作为研究对象，对其排放的恶臭污染物进行实地监测。相关监测点位、监测因子、监测时段及频次如表 1 所示。

表1 监测点位、监测因子、监测时段及频次

依据《恶臭环境管理与污染控制》和《恶臭环境科学词典》，筛选出 30 种恶臭特征污染物进行研究。6 类恶臭物质的恶臭特征污染物组成情况如表 2 所示。

表2 恶臭特征污染物

2.2 分析方法

硫化物的分析方法为《空气质量 硫化氢、甲硫醇、甲硫醚和二甲二硫的测定-气相色谱法》（GB/T 14678—1993），氨的分析方法为《环境空气 氨的测定-次氯酸钠-水杨酸分光光度法》（HJ534—2009），VOCs（包括含氧化合物、卤代物、烷烃、芳香烃）的分析方法为《环境空气中挥发性有机物的罐采样—气相色谱/质谱法》（US EPA TO—15:1999）。

3 分析与讨论

3.1 恶臭组分特征

图1 不同恶臭设施的恶臭组分浓度贡献率

由图 1 可知，8 种不同类型恶臭排放设施检出的恶臭污染物组成存在明显差异。浓度贡献率（Concentration Contribution，CC）表示一种恶臭物质量在恶臭物质总量中的占比，计算公式如式（1）所示。

如图 1 所示，检测出的恶臭组分中，除了某化工制造厂和某种猪场外，其余采样点氨的浓度贡献率最高。不同恶臭设施采样点氨的浓度贡献率为某乳业公司 86%＞某蛋鸡场79%＞某化工运输厂 77%＞某垃圾填埋场 57%＞某渗滤液处理厂 57%＞某污水处理厂 36%＞某种猪场 29%＞某化工制造厂 21%。乳业公司和种猪场的氨主要来源于畜类的排泄物（尿液中的尿素和粪便中的有机氮）的分解，少量来源于饲料残渣和垫料的堆积腐败；而蛋鸡场的氨主要来自未消化完全的饲料和粪便中的尿酸，原因是禽类和畜类消化系统的不同。渗滤液处理厂和污水处理厂的氨源自曝气不足导致的厌氧分解，少部分源于水体扰动过程中溶解氨的逸散。所以，氨是环境中极为普遍的一种恶臭物质。

含氧化合物是浓度贡献率第二的恶臭物质，其在不同恶臭设施采样点的浓度贡献率为某种猪场 42%＞某污水处理厂 35%＞某渗滤液处理厂 15%＞某乳业公司 11%＞某垃圾填埋场 9%＞某化工制造厂 9%＞某蛋鸡场 6%＞某化工运输厂 6%。种猪场、污水处理厂、渗滤液处理厂、乳业公司和蛋鸡场的含氧化合物主要是醇类、酮类等，来源于厌氧发酵或堆肥等。而化工制造厂和化工运输厂环境中的含氧化合物还包括醛类和酯类等，通过各种化工合成而产生。

硫化物是第三种广泛分布的恶臭物质，但其在多数环境中的含量并不高，分别为某垃圾填埋场 15%＞某污水处理厂 10%＞某渗滤液处理厂 6%＞某化工运输厂 4%＞某乳业公司 3%＞某蛋鸡场 1%＞某种猪场 1%。填埋场、污水处理厂和渗滤液处理厂等城市公共设施是含硫恶臭物质的主要来源，其中垃圾填埋过程中排放的硫化物主要以二甲二硫、硫醇和硫醚为主，污水处理厂和渗滤液处理厂的进水泵房和初沉淀池以及厌氧消化过程中排放的硫化物主要以硫化氢和硫醇主。

芳香烃是化工制造厂产生的主要恶臭物质，其浓度贡献率达到 69%。芳香烃主要源于炼油、炼焦、石油化工、化肥、涂料等的生产。而其在其他监测点的浓度贡献率都不超过 13%。烃类和卤代物在各监测点的浓度贡献率均不超过15%，前者主要由内燃机排气产生，后者主要由合成树脂和合成橡胶等产生。

综上，整体来看，氨和含氧化合物浓度贡献率较大，卤代物、硫化物和烷烃在整个恶臭物质浓度中的贡献率整体较低。

3.2 主要致臭物质

物质浓度反映了不同区域的恶臭气体的释放浓度，单纯的高浓度并不意味着其对恶臭的贡献大，即物质浓度并不能准确反映实际感官的恶臭特征。特别是不同恶臭气体的嗅阈值相差较大，从而影响了最后的臭气感官效果。因此，可以用异味活度值（odour active value，OAV）来表示某种恶臭物质对恶臭的贡献。

异味活度值是表示异味气体污染程度的指标，其为物质的化学浓度与人体感官有机结合，计算方式是由异味物质的化学浓度和嗅阈值浓度的比值得出式（2）。

异味活度值 OAV 是一个无量纲因子，其可以被理解为异味气体组分稀释至异味消失（即低于嗅阈值）时的稀释倍数。理论上在异味物质混合的状态下，单个物质的异味活度值的大小代表了该物质的致臭贡献，而所有物质的异味活度值之和则体现了混合气体的恶臭程度。

异味活度值贡献率表示一种恶臭物质异味活度值在恶臭物质总异味活度值中的占比，计算公式如式（3）所示。

式中：COAVi—第i种恶臭物质的异味活度值，无量纲；

n—恶臭物质的种类数。

8 种不同类型的恶臭排放设施检出的 6 类恶臭物质的异味活度值和异味活度值贡献率情况分别如图 2 和图 3 所示。

图2 恶臭排放设施的恶臭组分异味活度值

图3 恶臭排放设施的恶臭组分异味活度值贡献率

图 2 展示了恶臭排放设施的恶臭组分异味活度值，不同恶臭气体的异味活度值趋势为：硫化物（平均 56.30）＞含氧化合物（平均 0.21）＞卤代物（平均 0.10）＞氨（平均0.09）＞芳香烃（平均 0.07）＞烃类（平均 0.03）。外形—官能团理论认为，物质的气味除了与其分子大小和形状相关外，还与分子所含官能团的性质及位置有关[6]。这些官能团被称为发臭基团，如巯基（-SH）、氨基（-NH2）、羟基（-OH）、羰基（C=O）、羧基（-COOH）。因此，尽管硫化物的化学浓度并不高，但是硫化物的低嗅阈值（ 10-7～10-2mg/L，相较于含氧化合物 10-5～10 mg/L、氨类 10-4～102mg/L、烃类 10-3～103mg/L、卤代物10-2～103mg/L）导致了其最终的异味活度值较大。并且，通过图 3 恶臭组分异味活度值贡献率可知，硫化物占据着绝对的主导地位，某渗滤液处理厂、某垃圾填埋场、某乳业公司、某污水处理厂、某化工运输厂的恶臭异味活度值几乎全由硫化物贡献，异味活度值贡献率均达 99.46% 以上。硫化物一是源于含硫有机质的厌氧分解，二是由硫酸盐的还原产生。在渗滤液处理和污水处理中，通常使用添加硝酸盐等来提高氧化还原电位，抑制硫酸盐还原菌的活性，所以渗滤液处理厂和污水处理厂硫化物产生量较低。然而外加调理剂的方法在填埋场难以实现，需寻求更可行的办法。

4 结 语

选取污水处理厂、垃圾填埋场、养殖场和化工厂等 8 种不同类型的恶臭排放设施作为研究对象，对其排放的恶臭污染物进行了实地监测，进而识别了不同恶臭设施恶臭污染的排放特征。分析表明，不同恶臭设施的恶臭组分浓度贡献率不同，氨和含氧化合物浓度贡献率较大，卤代物、硫化物和烷烃浓度贡献率较低；通过恶臭组分的异味活度值和异味活度值贡献率分析可知，虽然硫化物的化学浓度低，但因硫化物的低嗅阈值导致了其最终的异味活度值以及异味活度值贡献率最大。研究成果可为工厂制定恶臭污染控制对策及区域环境空气质量改善提供依据。