生活垃圾渗滤液处理设施及周边恶臭污染评估研究——以南方某渗滤液处理厂为例

王凤侠,杜玉凤,戴世金,兰 天,蒋建国

(1. 深圳市宝安区市容环境综合管理服务中心, 深圳 518101；2. 清华大学环境学院，北京 100084)

前 言

生活垃圾渗滤液处理厂是城市生活垃圾填埋、焚烧无害化处理的主要配套设施，特别是填埋和焚烧混合处理的垃圾渗滤液具有污染物浓度高、水质水量变化大、成分复杂等特征[1-2]。在渗滤液处理过程中会产生大量的恶臭气体，如调节池、处理单元格栅渣、沉砂池渣的处置不当造成的恶臭，以及生活处理工艺中可能产生挥发性有机物等[3]。垃圾渗滤液处理过程中产生的臭气成分较复杂，主要成分为H2S、挥发性胺类有机物及其他还原性硫化物，包括甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫等[4]，处理难度较大，且水质和水量随进场垃圾组分的不同变化较大[5-6]。针对渗滤液处理厂的臭气问题，国内外主要有物理法[7-8]、化学法[9-10]、生物法[11～13]等多种处理方法，包括活性炭吸附、化学药剂除臭、生物除臭[14-15]等技术。但是现有除臭系统和工艺一般难以有效降低渗滤液处理产生的恶臭逸散问题，恶臭的无组织逸散对处理厂周围居民的生活质量产生不良影响。国内主要根据《恶臭污染物排放标准》(GB 14554-93)种的三点比较式臭袋法对恶臭污染物进行定期监测，监测指标和频率有限。由于恶臭组成复杂，臭气因子较多，国内尚缺乏对臭气因子的多组分监测。因此，需要对渗滤液处理厂周边的恶臭物质进行全面监测，分析其主要组成成分和恶臭因子，并建立相应的评估方法。

本研究为了解生活垃圾渗滤液处理厂恶臭污染状况，在厂区周边进行采样分析，采用恶臭污染评估参数嗅阈值、阈稀释倍数以及综合污染指数对渗滤液处理厂的恶臭污染程度进行综合评估，建立生活垃圾渗滤液处理设施以及和周边典型恶臭物质的评价体系，找出主要的恶臭贡献因子，为后期生活垃圾渗滤液处理厂恶臭污染的防治与管理提供理论依据。

1 恶臭监测与分析方法

1.1 监测对象与布点

以南方某渗滤液处理厂为研究对象，其处理规模约为1 600t/d。渗滤液经厌氧预处理后，在均衡池与填埋场渗滤液充分混合，经生化系统(MBR)、纳滤(NF)、反渗透(RO)工艺处理，膜浓缩液采用自主研发的蒸发系统回收结晶盐。为降低渗滤液处理各工艺段产生的臭气排放，该厂对原水调节池、MBR反硝化池、均衡池、污泥池、污泥脱水清液池等臭源加盖密闭，臭气收集处理。臭气处理系统采用主流的生物滤池、紫外光解催化氧化除臭工艺，

在该渗滤液处理厂周围共设置5个监测点(图1)，其中下风向监控点4个，上风向参照点1个。监控点同时考虑风向和敏感点进行布点，进一步根据现场风向、风速的监测结果以及周界附近的实际情况，结合以上标准中的要求，在下风向渗滤液处理厂单位围墙外确定合适布点范围，最终根据实际情况确定布点位置。采样频率为一天采集3次，分别为早(第一次)、中(第二次)、晚(第三次)各一次。

图1 臭气监测布点方案示意图Fig.1 Schematic diagram of the layout of odor monitoring points

1.2 监测指标与分析

根据《恶臭污染物排放标准》(GB 14554-93)规定，厂区周边大气及厂区内重点有组织排放源监测均需监测氨、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳、苯乙烯、臭气浓度共9项指标。同时考虑到恶臭污染物组成复杂，挥发性有机污染物普遍具有异味，对恶臭具有重要的影响。因此，本研究还对21种挥发性有机物(VOCs)进行监测(包括苯、三氯乙烯、1,2-二氯丙烷、甲苯、1,1,2-三氯乙烷、四氯乙烯、一氯二溴甲烷、1,2-二氯乙烷、氯苯、1,1,1,2-四氯乙烷、乙基苯、对二甲苯、间二甲苯、三溴甲烷、1,2,3-三氯丙烷、三甲苯、1,2,4-三甲苯、1,3-二氯苯、1,4-二氯苯、三氯苯和萘)。检测采用的监测设备与分析方法见表1。

表1 臭气污染物监测项目仪器设备与分析方法Tab.1 Instruments and analysis methods of odor pollutant monitoring indexes

1.3 恶臭污染评估

在测定不同点位的恶臭物质后，对渗滤液处理厂周边的恶臭污染进行综合评估。本研究采用嗅阈值、稀释倍数和综合恶臭污染指数进行表征，通过实际检测的臭气浓度换算为综合恶臭污染指数对恶臭物质进行综合评价。

1.3.1 嗅阈值

嗅阈值(OTi)是指针人体感官对某种恶臭物质能够引起嗅觉的最小物质浓度或最低检出量。根据恶臭的嗅阈值，可以大体判断污染或危害的程度。对于单一恶臭物质，嗅阈值越低表示该物质越容易被人体察觉[16-17]。

1.3.2 恶臭稀释倍数

恶臭稀释倍数(Cod)是指用清洁空气稀释恶臭样品直至样品无味时所需的倍数，利用各点位恶臭指标浓度和建议嗅阈值的比值计算稀释倍数，其计算方法如式(1)所示：

(1)

式中：Ci为恶臭物质的测定浓度，mg/L；OTi为恶臭物质的嗅阈值，mg/L；Cod为混合气体的理论臭气浓度即混合气体的稀释倍数。大量研究表明稀释倍数小于1的恶臭物质几乎不造成污染，恶臭物质的阈稀释倍数越高，其在臭气中的贡献值就越大[18-19]。用稀释倍数的方法可以表征恶臭污染对人的嗅觉刺激程度。本文首先对渗滤液处理厂周边五个监测位点的29种臭味物质进行采样和检测。得到的数据根据恶臭污染评估方法进行处理后，筛选出臭气指标稀释倍数>1的物质。

1.3.3 综合恶臭污染指数

人的嗅觉感觉与恶臭物质的刺激量的对数成正比，因此将计算得到的恶臭物质稀释倍数进行指数化，以反映恶臭污染对人体嗅觉感觉的影响，更适合反映人对恶臭污染的嗅觉感觉[20]。综合臭气指数一方面可以减少以理论臭气浓度作为评估指标时的数值误差，另一方面更适合反映人类对恶臭污染的嗅觉感觉[21]。综合恶臭污染指数的计算公式如下：

N=10×logCod

(2)

式中：N为综合恶臭污染指数；Ci为恶臭物质的测定浓度，mg/L；OTi为恶臭物质的嗅阈值，mg/L；Cod为混合气体的理论臭气浓度即混合气体的稀释倍数。

2 结果与讨论

2.1 嗅阈值

嗅阈值是指针人体感官对某种恶臭物质能够引起嗅觉的最小物质浓度或最低检出量。根据恶臭的嗅阈值，可以大体判断污染或危害的程度。在混合组分中，嗅阈值越低的组分其致臭作用越大，且根据各组分的浓度与嗅阈值的比例关系，可以评估不同恶臭物质在混合气体中的致臭贡献。美国环保署(US EPA)和日本环保署(JP MOE)分别对恶臭物质的嗅阈值进行了研究[22-23]，但数据存在一定差异，本文比对并选取美日两国嗅阈值中各项恶臭物质的最低值作为本次监测的建议嗅阈值，并以此作为后续各项恶臭污染工作评估的依据。如表2所示为典型恶臭物质的嗅阈值，其嗅阈值排序为三甲胺<甲硫醇<硫化氢<甲硫醚<二甲二硫<二硫化碳<氨气

表2 典型恶臭物质的嗅阈值Tab.2 Odor threshold of typical odorants (mg/m3)

对五个采样点三次采样主要恶臭物质出现频次进行分析，其结果如图2所示。甲硫醇和三甲胺在15次检测中均检出超出嗅阈值，硫化氢、二硫化碳的出现频次也较高，这与嗅阈值数据(表2)基本相符。梁永贤[24]选取深圳四座典型城镇污水处理厂对甲硫醇和硫化氢等4种重点恶臭物质进行监测，并通过对不同时间和条件下恶臭物质的浓度探究污水处理厂对周边环境的影响，发现甲硫醇和硫化氢是该处理设施典型的恶臭物质。申翰彰等人[25]对污水处理厂污泥的深度处理过程中产生的恶臭物质进行了分析，确定的恶臭气体包括氨气和5种挥发性硫化物，其中氨气达到5级恶臭强度(无法忍受恶臭)，硫化氢和甲硫醇达4级(强烈恶臭)，硫化氢和甲硫醇的致臭贡献分别占总恶臭的59%和30%。，但甲硫醚的嗅阈值低，在本次监测中出现频次也较低，说明它在渗滤液处理设施中含量较低，不是主要的恶臭产生物质。

图2 主要恶臭物质出现频次Fig.2 Frequency of occurrence of major malodorous substances

2.2 恶臭稀释倍数

通过对渗滤液处理厂周边五个监测位点三次取样的29种臭味物质的稀释倍数进行计算，其稀释倍数最大值结果如图3所示。甲硫醚、二硫化碳、三甲胺、二甲二硫、硫化氢和甲硫醇6种臭气因子的稀释倍数大于1，其他物质的稀释倍数小于1。说明渗滤液处理厂周边甲硫醚、二硫化碳、三甲胺、二甲二硫、硫化氢和甲硫醇6种臭气因子对周边恶臭的贡献值较大。稀释倍数排序为：甲硫醇>三甲胺>硫化氢>二硫化碳>甲硫醚>二甲二硫。这一结果与大量研究结果类似，在渗滤液处理过程中，由于微生物作用、厌氧环境等会产生大量恶臭气体，包括硫化氢、甲硫醇、氨等有机物和无机物。在厌氧条件下，污水中的厌氧硫还原菌在还原含硫化合物过程中产生硫化氢气体、同时伴随产生硫醇以及含有硫气态化合物；污水中的有机氮在厌氧环境下会转化成氨氮，最终以氨气的形式释放出来[26]。其中硫化氢的产生浓度较高，甲硫醇的致臭强度较大，并伴随一定的毒性和腐蚀性[27～29]。从不同点位来看，2号和3号点位的稀释倍数总体较高，主要是因为2号和3号点位靠近渗滤液处理厂的调节池和厌氧发酵罐，根据研究显示，调节池和厌氧罐是容易产生恶臭的区域，其恶臭物质种类复杂，是渗滤液处理厂恶臭的主要来源。与此相近的区域还有3号点位，其相对恶臭稀释倍数也较高。

图3 不同监测点位的恶臭稀释倍数Fig.3 Dilution times of malodorous substances at different monitoring points

不同监测时间各点位监测到的核心臭味物占比在97.96%～99.86%之间。由此可以推断甲硫醚、二硫化碳、三甲胺、二甲二硫、硫化氢和甲硫醇等6种臭味物质的综合水平对渗滤液处理厂周边臭味物质状况有很强的代表性。可将此6种指标作为今后渗滤液处理厂周边环境臭味物质监测的重点监测指标，在一般情况下仅对这6种这臭味物质进行监测，有助于提高监测效率，降低监测成本。

不同监测时间的6种物质核心物质的稀释倍数变化情况如图4所示。第一(早)、二(中)、三次(晚)采样各监测点位核心恶臭物质总稀释倍数的变化范围是17.34～32.76、12.71～26.94和

图4 不同监测时间的恶臭物质稀释倍数Fig.4 Dilution times of malodorous substances at different monitoring times

5.53～15.43，说明早上的恶臭稀释倍数较高，可能是因为早上气压较低，恶臭物质沉积。就各项核心恶臭物质的稀释倍数而言，不同恶臭物质在不同时间表现出不同的规律，其中，在早上气压较低、扩散条件较差时，稀释倍数排序为甲硫醇>三甲胺>二硫化碳>硫化氢>二甲二硫>甲硫醚；在中午扩散条件较佳时，稀释倍数排序为三甲胺>甲硫醇>二硫化碳>二甲二硫>硫化氢>甲硫醚。晚上时，稀释倍数排序为三甲胺>甲硫醇>>硫化氢>二硫化碳=二甲二硫>甲硫醚。从监测结果来看，甲硫醇和三甲胺嗅阈值较低，虽然这两种物质的浓度含量不高，但是对感官臭味的影响起到了主导作用，可以造成对眼、鼻、咽喉和呼吸道的刺激，是渗滤液处理设施的主要恶臭贡献因子[30]。

2.3 综合恶臭污染指数

不同监测点位的综合恶臭污染指数情况如图5所示，第一、二、三次采样各点位恶臭污染指数的变化范围分别是12.39～15.15、11.04～14.03和7.43～11.88。赵岩等[31]人的对某生活垃圾卫生填埋场作业面和某生活垃圾中转站冬季卸料坑进行恶臭监测，发现二者恶臭污染指数分别为30.88和20.89。芦会杰等[32]通过研究北京市典型生活垃圾处理设施恶臭排放特征得到填埋工艺前处理车间和焚烧、堆肥工艺前处理车间的恶臭污染指数分别为25.70和22.46，高于本研设施的恶臭污染指数水平。说明渗滤液处理设施的恶臭综合污染低于生活垃圾卫生填埋场和垃圾中转站。同时，不同城市由于人口组成、经济发展水平、生活习俗等方面的差异会导致生活垃圾组成具有一定区别，进而会造成垃圾处理设施恶臭排放特征的不同。

为进一步验证综合污染指数的可靠性，采用国标(GB/T 14675-93)规定的三点比较式臭袋法[33]测得的臭气浓度与综合污染指数进行对比。不同点位采用臭袋法测定的臭气浓度。结果如表4所示。计算得到的综合恶臭污染指数和臭袋法测定的臭气浓度进行相关性分析发现两个表征恶臭气体浓度的变化一致，对恶臭指数和臭气浓度进行相关性分析，得出两组数据的相关系数R2为0.7891。结果说明用恶臭指数作为恶臭物质的评价指标，能够贴近人体对臭气的嗅觉感受。

图5 不同点位综合恶臭污染指数Fig.5 Comprehensive odor pollution index at different points

表4 不同点位臭气浓度(臭袋法)Tab.4 Odor concentration at different points (smelly bag method)

3 结 论

本研究基于对渗滤液处理厂恶臭物质的监测分析，通过恶臭污染评估参数嗅阈值、阈稀释倍数以及综合污染指数对生活垃圾渗滤液处理设施进行评估，确定了恶臭核心物质的排放，建立对渗滤液处理厂恶臭物质的评价。主要结论如下：

3.1 以南方某渗滤液处理厂为例，渗滤液处理设施的6种核心恶臭物质分别为甲硫醚、二硫化碳、三甲胺、二甲二硫、硫化氢和甲硫醇。核心恶臭物质占总恶臭物质比例的97.96%～99.86%，具有较强的代表性，可作为渗滤液处理厂周边环境臭味物质监测的重点监测指标，有助于提高监测效率，降低监测成本。

3.2 不同恶臭物质在不同时间表现出不同的规律，其中，在早上气压较低、扩散条件较差时，稀释倍数排序为甲硫醇>三甲胺>二硫化碳>硫化氢>二甲二硫>甲硫醚；在中午扩散条件较佳时，稀释倍数排序为三甲胺>甲硫醇>二硫化碳>二甲二硫>硫化氢>甲硫醚。在实际进行恶臭控制时，应重点关注不同时段的主要恶臭物质，因时施策采用不同的方法。

3.3 渗滤液处理厂恶臭污染指数的变化范围在7.4 ～ 15.15之间，与臭袋法测定得到的臭气浓度变化相关性较高。在综合评估恶臭污染时，综合恶臭污染指数是渗滤液处理厂恶臭评估的重要指标，能够更贴近人体对臭气的嗅觉感受，为同类设施恶臭评估提供重要参考。