生活垃圾填埋场恶臭污染的测定与控制技术研究进展

周正伟， 张椰鸣， 夏金雨， 姚凤根， 朱水元

(1.常州大学 环境与安全工程学院， 江苏 常州 213164; 2.苏州市环境卫生管理处， 江苏 苏州 215007)

近年来，恶臭异味污染已经成为中国环境投诉的一个焦点问题，根据数据统计，2018年恶臭投诉占到所有环境投诉的23%，成为仅次于噪声污染的第二大投诉源[1]。作为大气中恶臭气体的重要来源之一，长久以来，生活垃圾填埋场产生的恶臭气体污染严重影响了周边的大气环境质量，以及填埋场工作人员与周边居民的身心健康[2-4]，成为激化“邻避效应”的主要原因之一。根据中国住房和城乡建设部发布的《2018年城市建设统计年鉴》显示，2018年中国存在无害化处理厂(场)1 091座，其中卫生填埋场1 091座；无害化处理能力766 195 t/d，其中卫生填埋373 498 t/d；无害化处理量为22 565.36万t，其中卫生填埋11 706.02万t[5]。可见，虽然近些年来占比有所下降，但填埋仍是中国生活垃圾无害化处理的主要手段。因此，针对生活垃圾填埋场恶臭污染测定和控制技术的研究已成为中国环境保护的一项重要内容。

1 生活垃圾填埋场恶臭污染来源

2 生活垃圾填埋场恶臭污染分析与测定

垃圾填埋场恶臭气体产生过程复杂，种类繁多，一般可分为含氮化合物、含硫化合物、芳香烃、饱和与非饱和烃、卤代物、酸性烃等6大类[19]。垃圾填埋场恶臭气体的组分和浓度受到垃圾成分、填埋工艺、填埋时间、地形、季节、气象条件等诸多因素的影响[20-23]，且多数恶臭物质的嗅阈值较低[24]。因此，对垃圾填埋场恶臭污染的分析与测定是一项重要且复杂的工作。总体上，恶臭污染的分析与测定技术可以分为感官分析法、仪器分析法以及仪器与感官分析相结合的方法等3大类(表1)。

表1 恶臭污染常用的分析和测定方法Table 1 Commonly used analytical methods for odorous pollution

2.1 感官分析法

恶臭作为一种感官污染，通常以人的嗅觉感知作为判断标准，主要包括臭气的强度和浓度2个指标。臭气强度是指恶臭气体在未经稀释的情况下对人体嗅觉器官的刺激程度。目前，中国采用的6级臭气强度表示法将臭气强度分为0～5级，其中0级为无臭，臭味越强烈，数字越大[34-35]，但0～5级并不呈现线性关系[36]。臭气强度测定法具有简便、直观、无需仪器等优点，但也存在着主观性强，不适用于高浓度恶臭气体的判定等缺点。

不同于臭气强度对恶臭污染简单的感官描述，臭气浓度是对恶臭气体污染的一种数量化的表示方法。臭气浓度测定方法主要有静态稀释法(三点比较式臭袋法)和动态稀释法(动态嗅觉仪测定法)2种。中国主要采用静态稀释法，即依据《空气质量 恶臭的测定 三点比较式臭袋法》(GB/T 14675—1993)来进行臭气浓度的测定[37]。动态稀释法在欧美国家应用较多，它与静态稀释法的主要区别在于其采用动态稀释仪对臭气样品进行连续稀释，因而在自动化程度和实验质量控制等方面具有一定的优越性[38-39]。

臭气强度和臭气浓度等感官分析指标对恶臭气体的分析是一种表面化、综合化的描述，为了更好地研究恶臭气体的物质组成、浓度、分布以及扩散特征，近些年来仪器分析法被较多地应用于恶臭气体的测定和组分鉴别。

2.2 仪器分析法

仪器测定法包括采用气体传感器(即电子鼻)进行臭气浓度的监测，以及使用气相色谱仪(GC)和气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)等分析仪器测定恶臭气体的组分与浓度2类。电子鼻使用方便，可以实现臭气浓度的在线连续监测，监测不同区域内臭气浓度的时空变化[40]。GC和GC-MS则可以提供恶臭气体中化合物的组成与浓度相关方面的信息，在理解恶臭污染的机理以及采取针对性的防控措施等方面具有优势。尤其是近年来在气体采样、预处理、浓缩和检测等技术上的进步，使用GC和GC-MS在填埋场周边大气中检测出的化合物已多达上百种。表2比较了中国部分地区垃圾填埋场恶臭气体中化合物的组分和浓度，可见含硫化合物(如H2S)、含氮化合物(如NH3)和芳香烃类化合物(如BETX，即苯、甲苯、乙基苯和二甲苯等)是填埋场恶臭气体中3类主要的恶臭物质，这也是中国填埋场恶臭气体控制的重点污染物。

表2 中国部分地区生活垃圾填埋场恶臭气体的组分与浓度对比Table 2 The comparison of contents and concentrations of odorous gases detected in some MSW landfills of China

但是，GC和GC/MS测定技术无法提供人类的嗅觉感知信息，因此无法提供量化物质嗅觉刺激的线性相关性[41]。其中一种改进方法是采用GC-MS/O技术，即在使用GC-MS测量加上嗅觉检测，原理与GC/MS相同，区别在于气体经过GC分离有一半的气流由嗅辨员进行感官检测，这种方法兼备GC的分离能力和人类嗅觉的高度敏感及辨别能力，能够更好地分析恶臭气体的污染程度。

3 垃圾填埋场恶臭污染控制技术

传统的恶臭污染控制技术主要包括吸收法、吸附法、生物除臭法、燃烧法等，不同的恶臭控制技术适用范围不同，治理效果也受到恶臭物质组分、浓度、排放参数等因素的影响。对生活垃圾源的恶臭污染控制而言，目前普遍认为应对垃圾从收运至末端处置的全流程进行控制，控制手段主要包括垃圾收集源头恶臭减量、垃圾中转和运输过程的恶臭控制、填埋场恶臭控制与处理3个方面[47]。具体到垃圾填埋场的末端控制，需要加强填埋场日常运行的精细化管理，例如最小作业面控制、进场道路平整、场区环境清洁等，垃圾填埋场目前采用较多的恶臭控制技术包括覆盖法、喷药除臭法和燃烧净化法3大类。

3.1 覆盖法

覆盖法是在垃圾堆体上覆盖天然或人工合成材料以达到吸收、降解或阻隔恶臭气体的方法，通常包括日覆盖、中场覆盖和封场覆盖。黏土是一种使用最为广泛的天然覆盖材料。高密度聚乙烯(HDPE)膜除了作为封场的覆盖材料外，近些年来也常被用作填埋场最小作业面控制的覆盖材料，即在每日作业完毕时使用HDPE膜对作业面进行覆盖，以达到阻隔或减缓恶臭气体扩散的目的。吴传东等[48]研究了北京某生活垃圾填埋场作业面覆膜的效果，结果表明，相比于裸露的作业区域，覆膜区在夏、秋和冬季的气体污染物总化学含量分别减少了12.4%，30.7%和43.6%，臭气含量同比分别下降了61.8%，62.1%和78.6%。不过，需要注意的是，填埋场作业面夜间覆膜后，会发生恶臭气体在膜下不断集聚，继而在次日作业启动时集中释放恶臭气体的现象[49]。因此，在作业区域覆膜的同时，如果配合膜下穿孔管负压抽气并进行臭气处理，则可以更好地控制填埋场作业面的臭气释放。

近些年来，一些利用废物进行资源化的生物覆盖材料被较多地用作填埋场替代覆盖材料的研究，例如垃圾堆肥产物[50]、矿化垃圾[51-53]、蚯蚓粪[54]、剩余活性污泥处理产物及与其他材料的混合物[55-57]等。生物覆盖材料内部一般富含微生物菌群，对部分恶臭物质具有较好的降解效果[58-60]。DING等[61]比较了添加生物炭的剩余污泥堆肥产物、矿化垃圾和黏土作为覆盖材料对削减填埋场H2S效果的实验和现场试验，结果显示添加木炭的剩余污泥堆肥产物效果最好，对H2S的削减量分别达到88%(实验室)和82%(现场试验)。进一步试验表明，添加生物炭的剩余污泥堆肥产物作为填埋场覆盖材料时，对NH3和含硫挥发性有机物同样具有较好处理效果，最高可以削减80%以上[62]。

对生物覆盖材料中微生物菌种进行鉴别与测定对理解其削减恶臭气体组分的机理具有重要意义。LEE等[63]模拟了生物覆盖材料(m(托勃莫来石型硅酸钙)∶m(黏土)∶m(蚯蚓粪)=2∶1∶1)在抑制甲烷、三甲胺和二甲基硫醚中微生物的组成，结果发现虽然覆盖层上层甲烷菌的组成基本没有变化，但是覆盖层的中下部分对三甲胺和二甲基硫醚有关的微生物含量增多。继而，LEE等[64]采用一种生物覆盖材料(V(黏土)∶V(珍珠岩)∶V(蚯蚓粪)∶V(堆肥产物)=6∶2∶1∶1)的中试装置，相比于常规填埋覆土，其对恶臭气体的削减量可达85%以上，相应的臭气强度也大幅降低。XIA等[60]研究了填埋场H2S去除与覆盖材料中微生物菌群的关系，结果发现，与普通覆土相比，生物覆土材料中硫代谢细菌(Ochrobactrum,Paracoccus,Comamonas,Pseudomonas和Acinetobacter)占主导，其对H2S的去除率也较高。DING等[62]的研究也发现Alicyclobacillus和Tuberibacillus与H2S、芳香烃、有机硫化物、有机酸的去除呈正相关，而Rhodanobacter，Gemmatimonas，Flavisolibacter和Sphingomonas与NH3去除的相关性较强。总体而言，关于生物覆盖材料中微生物菌种与恶臭物质削减之间联系的研究仍处于起步阶段，且选择的目标污染物仍集中于NH3，H2S和部分芳香烃等恶臭物质，对于其他恶臭物质特征降解菌群的分离与鉴别也有待研究。

3.2 喷药除臭法

通过喷洒除臭剂可以对垃圾填埋场的恶臭气体起到掩蔽、中和、吸收或降解的作用，从而削减或消除恶臭污染。除臭剂包括化学除臭剂、植物除臭剂、微生物除臭剂以及复合除臭剂等。其中，植物除臭剂是从天然植物中提取汁液，经微乳化后和水形成的一种无毒无污染试剂，对酸性、碱性和中性恶臭气体均起作用，是一种环境友好的除臭剂[65]。植物提取液的原料来源广泛，除臭机理主要是提取液中的活性成分可以与恶臭物质发生加成反应、降解反应、氢键吸附或物理吸附反应[66]，从而实现恶臭污染的削减及去除。例如，茶叶提取液中的表儿茶素(EC)、没食子表倍儿茶素酸酯(EGCg)、表倍儿茶素(EGC)等活性成分[67-68]，对甲硫醇等含硫化合物就具有较好的去除效果。

喷药除臭法应用范围广，可以在垃圾的倾卸过程、道路两侧、填埋气导气管出口、作业面以及填埋场厂界等区域进行喷洒。除臭液喷洒的方式也多种多样，可以进行人工喷洒，或采用喷雾立杆，以及使用固定式或移动式的风炮车等工具进行喷洒。张彦敏等[69]在深圳市下坪生活垃圾填埋场作业面进行试验，选用某微生物型除臭剂，采用长管车喷洒，喷洒后，周边监测点区域H2S和NH3含量分别降低78.2%～92.9%和38.5%～58.3%，效果较好。上海市老港填埋场将除臭药剂通过输药管线输送到各个喷头，经专用喷嘴或雾化器喷洒成雾状，在场区边界形成一道“水幕”来截断臭气的传播与扩散[70]。杭州天子岭垃圾填埋场对场区各工段、道路、污水处理区等采用智能化设备于工作时间内不间断喷洒除臭药剂，同时，在填埋区也设置大功率除臭风炮，场区的监测人员与嗅辨员会实时根据场区的实际恶臭污染情况调整药剂的用量，除臭效果较为显著[71]。

总体而言，喷药除臭法使用方便、应用方式灵活、除臭效果较好，是一种垃圾异味气体的全流程控制技术。目前，对于除臭药剂除臭机理的研究仍集中于少数常见的恶臭物质，其与以苯系物为代表的挥发性有机物(VOCs)，以及与多种恶臭物质的协同与拮抗作用等过程的机理仍有待研究。

3.3 燃烧净化法

燃烧净化法是将填埋场收集的恶臭气体通过燃烧氧化的方式，将有害物质气化燃烧或高温分解，转化为无害物质的方法，通常需要燃料油(气)进行辅助燃烧。燃烧法主要包括直接燃烧法、催化燃烧法和蓄热燃烧法(RTO)，目前应用较多的主要是直接燃烧法。其中，作为一种敞开式直接燃烧法，火炬燃烧法工艺简单、净化效率高，但是存在运行成本高、不能回收热力资源以及二次污染的问题，已不被推荐为恶臭污染的治理技术。RTO技术通常应用于工业源VOCs气体的治理，在控制垃圾填埋场恶臭气体方面仍处于初始阶段。RTO技术除臭的原理是将臭气升温至850 ℃以上，停留时间1 s，其中的有机可燃组分被氧化分解为CO2和H2O，而氧化产生的热量用于预热系统中新进入的臭气，从而可以节省燃料消耗，降低运行成本。上海老港综合填埋场建设了处理量为3 000 m3/h的RTO示范工程，用于处理作业面表层覆膜后收集的恶臭气体，净化效果一般可达90%[72]。

燃烧净化法净化效率高，恶臭物质可以被完全燃烧分解，主要适用于中高浓度有机恶臭气体的处理。但是，燃烧法净化设备投资大，一般需要添加助燃燃料，处理成本高，且容易形成二次污染。因此，垃圾填埋场恶臭气体控制的重点应集中在实行垃圾分类的基础上，优化填埋工艺，在源头减少恶臭物质的产生，并结合填埋场精细化管理，从而实现对垃圾填埋场恶臭污染的有效管控。

4 垃圾填埋场恶臭物质排放标准

作为世界上较早制定恶臭排放标准的国家，日本于1966年发布了以食盐水平衡法测定恶臭浓度为基础的《宫城公害防止条例》，而后在1971年颁布了《恶臭防止法》，规定了5种常见恶臭污染物的排放标准；1995年，《三点比较式臭袋法》被正式写入《恶臭防止法》，恶臭物质监管对象也增加至22种。美国于1971年颁布了《清洁空气法》，之后全美各州陆续规定了各自的法律法规。在欧洲，荷兰于1971年发布了《空气质量大纲》，该法是欧盟国家的第一个国家级臭气排放标准。德国于1980年制订出台了《联邦侵害防治法》和《有关空气质量的控制的技术指针》，对恶臭污染物质的排放浓度进行了限制。2003年4月，欧盟颁布EN 13725:2003标准，以替代以往欧盟各国的国家恶臭环境标准。目前，西方发达国家已经建立了包括国家和地方法规、测试方法、操作人员认证制度和质量控制标准的一套完整的恶臭控制体系。

中国目前涉及恶臭污染控制的法律法规主要是2018年修订的《中华人民共和国大气污染防治法》，以及1993年颁布的《恶臭污染物排放标准》(GB 14554—1993)和1996年颁布的《大气污染物综合排放标准》(GB 16297—1996) 2项国家标准。其中，作为恶臭污染物质监测和排放主要依据的《恶臭污染物排放标准》仅规定了氨、硫化氢、三甲胺、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯共8种恶臭物质的排放限值。随着人们对环境质量要求的不断提高，其已不能完全适应中国当前和今后生态环境保护的需要。2018年，生态环境部发布《恶臭污染物排放标准(征求意见稿)》，加严了恶臭污染物的排放限值和周界浓度限值，完善了污染物排放控制要求和监测要求，并强化了恶臭污染物排放单位的主体责任。随着恶臭污染物监测和控制技术的不断提高，并按照新修订的标准限值要求，生活垃圾填埋场运营和管理单位通过“源头削减、过程控制、末端治理”等措施，可以实现对填埋场恶臭气体排放的有效管理。

5 总 结

生活垃圾填埋场的恶臭污染会严重影响周边的大气环境质量，容易引发“邻避效应”。填埋场臭气污染状况受到诸如环境、地形、气候等多方面因素的影响，对其的监测与控制是一项综合性、系统性的工程。

1) 需要研究填埋场恶臭气体的排放和扩散规律，开发可靠性和精确度较高的现场监测体系，建立垃圾填埋场恶臭污染预警机制，并完善针对恶臭污染的应急处置方案，从而减少垃圾填埋场恶臭气体对周边大气环境的影响。

2) 在对垃圾填埋场实现精细化管理和恶臭污染末端治理的基础上，需要进一步将恶臭污染控制措施前移，注重在垃圾收运、中转和运输等环节的恶臭污染控制，从而实现生活垃圾恶臭控制的全流程管理。

3) 中国的《恶臭污染物排放标准》(GB 14554—1993)中仅对氨、甲硫醇等8种恶臭污染物进行了控制，而《大气污染物综合排放标准》(GB 16297—1996)中规定的部分恶臭物质的控制限值也不完全符合人们对恶臭物质的嗅觉感知，因此会出现恶臭物质的排放达标，但仍被附近居民投诉的现象。随着《恶臭污染物排放标准(征求意见稿)》的发布，结合恶臭污染监测能力的提升和生活垃圾全流程管理理念的执行，生活垃圾填埋场恶臭污染物的控制水平将得到稳步提升，并进一步减少对周边环境的影响。