生活垃圾转运站恶臭污染与控制研究进展

赵庆松，易志刚，赵昕宇，张晓晓，彭 星，冉启洋

(1.湖南仁和环保科技有限公司，湖南 长沙 410003；2.中国环境科学研究院，北京 100020)

1 引言

恶臭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异味气体。据报道[1]，2018～2020年垃圾处理为恶臭投诉最多的行业，平均占比高达11.3%，且受气温变化影响，夏季投诉量较冬季高60%以上。生活垃圾转运站作为城镇垃圾处理系统中的一环，与垃圾收集系统和垃圾处理系统构成垃圾综合处理系统[2]，然而受其功能限定多数转运站建立在城镇且紧邻居民区，潜在的恶臭污染易对周边居民的生理和心理造成严重不良影响。因此，明确生活垃圾转运站恶臭污染现状及分布特征，揭示垃圾成分、温度和垃圾产量对恶臭释放的影响机制，对改善城市生活垃圾转运站恶臭污染具有重要意义。

2 生活垃圾转运站恶臭组分

生活垃圾恶臭污染通常是由多种恶臭物质形成的复合型污染，已有120余种化合物在生活垃圾释放气体中被检测到，包括氨气、硫化氢等无机气体和碳氢化合物(烷烃、烯烃)、芳烃、卤代化合物、含氧化合物(醇、醛、酮、酯、酸等)、含硫化合物、萜烯等挥发性有机物[3，4]。国内外研究人员对各类生活垃圾释放的主要气体进行了定性分析，有关研究结果见表1。

表1 不同种类生活垃圾释放气体成分

不同于生活垃圾填埋场、焚烧场等终端处理设施，生活垃圾转运站处理的是新鲜生活垃圾，释放的气体具有组分复杂、浓度低的特点，研究表明柠檬烯是生活垃圾垃圾初期降解阶段释放的特征气体[3]。Zhao等[13]在北京某大型生活垃圾转运站释放的76种痕量化合物中检测到5种含硫化合物、10种含氧化合物、14种芳烃、3种萜烯、15种卤代化合物、27种饱和烃和2种不饱和烃，除乙醇(13.57±2.28 mg/m3)外的化合物浓度均低于0.7 mg/m3。乙醇是生活垃圾转运站浓度最高的气态污染物，约占据了总释放化合物的2/3，它是生活垃圾初始阶段(收集、转移和运输)不完全好氧过程中产生的中间产物或副产物，也是光化学臭氧形成和生态毒性的主要贡献者[14～16]。由于垃圾组分、温度、停留时间、监测方法等不同，生活垃圾释放的典型恶臭气体常存在差异[19,20]。如上海某大型生活垃圾转运站筛选的典型恶臭气体为硫化氢、甲苯和氨气等[12]，北京某大型生活垃圾转运站的则为甲硫醇、硫化氢、乙醇、二甲基二硫化物和二甲基硫化物，其中甲硫醇由于嗅域值较低贡献了90%以上的恶臭污染[13]。除典型硫化物外，丁醛、乙酸、苯乙烯等也在生活垃圾转运站恶臭气体中被报道[22]。转运站释放气体中大部分成分不影响人的嗅觉感受，硫化氢和甲硫醇等少数较低嗅阈值气体才是导致恶臭的主要原因，因此，找准主要气体成分对生活垃圾转运站的典型恶臭治理至关重要。同时，不同气体之间的协同或拮抗作用可能会增强或抑制嗅觉，是未来典型恶臭气体识别中需要克服的技术难点。

转运站恶臭气体的来源可分为两类：一是厨余垃圾、庭院垃圾等可生物降解垃圾在微生物作用下产生的化合物；二是塑料、橡胶、油漆等不可生物降解垃圾直接释放的化合物。其中蛋白质、油脂等厨余垃圾生物降解产生的挥发性有机化合物是导致恶臭的主要原因[4～6]。

3 生活垃圾转运站恶臭释放影响因素

3.1 垃圾成分

生活垃圾一般由家庭、市场和商业区产生的食物垃圾、庭院垃圾、塑料、废纸、橡胶等构成，转运站内各类垃圾成分变化较大，其构成比例受地理条件、经济水平、人口密度、饮食习惯和季节变化等因素影响[21]。生活垃圾转运站处理1～3d内产生的新鲜生活垃圾，在初期降解阶段的模拟实验中[3]，当可生物降解垃圾占比由50% 和60%分别增加至55% 和65%时，乙醇的释放量增加约50%，饱和烃、不饱和烃和含氧化合物的释放量也增加了20%～50%。因此，可生物降解垃圾的比例是影响恶臭污染释放的主要因素。

3.2 温度

高温促进了微生物的活动和生物降解过程，同时也加快了气体分子运动，因此温度被认为是影响生活垃圾转运站气体排放的重要因素。Qamaruz 等[47]采用气味强度等级评估了厨余垃圾释放气体的臭气强度，结果表明高温下释放的气体臭气强度高于低温条件，且均随着储存时间的延长呈线性增加。为进一步了解温度对生活垃圾气体排放特征和变化的影响，Tan等[3]对不同温度下生活垃圾释放的气体进行了定性和定量分析，发现当温度从5°C上升至 15°C和30°C时，生活垃圾释放的乙醇增加了4.6倍和31.9倍，其他含氧化合物增加了3.6倍和22.6倍。模拟实验的结果也在生活垃圾转运站的实地监测中得到了验证[22]，在生活垃圾转运站释放气体的全年跟踪监测中发现气体排放随季节变化有明显波动，某大型生活垃圾转运站夏季检测到的8类恶臭污染浓度均高于其他季节，总浓度最高可达2676.4 μg/m3，而冬季的恶臭污染物总浓度仅为383.6 μg/m3[23]。

3.3 压缩设备运行状态

生活垃圾转运站的主要功能在于对生活垃圾的压缩转运，而生活垃圾压缩过程会释放大量恶臭气体，Li等[24]监测了生活垃圾压缩过程中的芳烃、氯化物、烷烃和脂类等14种典型VOCs的变化，压缩机组工作过程中乙酸乙酯(ethylacetate)和芳烃的浓度高达306.03 μg/m3和204.23 μg/m3，占总VOCs含量的90%，压缩机停运期间VOCs含量较低，主要成分为芳烃(20.82 μg/m3)和乙酸乙酯(13.31 μg/m3)。

垃圾转运量与区域臭气浓度现状正相关，转运量取决于进场的垃圾收集车数量。一般而言，工作高峰时间(5:00～8:00)垃圾量的增加会导致恶臭气体的组成与浓度明显升高。Liu等[4]在转运站高峰期监测到43种VOCs(13种芳烃、18种卤代化合物、3种含硫化合物、3种萜烯、3种含氧化合物和3种其他VOCs)，高于非高峰期检测到的31种VOCs(11种芳烃、10种卤代化合物、4种含硫化合物、3种萜烯、1种含氧化合物和3种其他VOCs)。

4 生活垃圾转运系统恶臭气体空间分布特征

转运车道、转运车辆、卸料区、压缩机区域和污水处理系统是垃圾转运站主要的恶臭污染源。Guo等人[25]在中国东部某小型生活垃圾转运站研究发现卸料区的挥发性化合物(VCs)浓度最高(4992.92 μg/m3)，其次是垃圾收集车(3066.87μg/m3)。类似的结果也出现在Cheng等[26]的研究中，在对转运站厂界、卸料区、压缩区、渗滤液池的恶臭气体检测分析后发现生活垃圾转运站卸料区的恶臭污染最严重。Sun等[12]研究发现卸料平台和厂界上的三氯乙烯、甲基异丁基酮、戊烷和二氯乙烷等主要恶臭物质来自于收集车洒落的垃圾。垃圾收集车是厂界的另一主要恶臭释放源，徐迎杰等人[27]在为期一年的采样监测后确定收集车释放的典型恶臭物质为乙醇、萘、二氯甲烷、二甲二硫醚和丙烯醛，且压缩型收集车在5月份和10月份的恶臭物质浓度达到了2000μg/m3以上。

5 生活垃圾转运站恶臭控制技术

目前，恶臭污染控制技术主要有物理法、化学法和生物法，应用于生活垃圾转运站的主要方法有湿式洗涤法，光催化氧化法、等离子体法、生物法和植物液喷淋法。由于生活垃圾恶臭组分复杂，生活垃圾转运站常根据恶臭污染特征选择组合除臭工艺[28～31]，南京某生活垃圾转运站对卸料口、泊车区、渗滤液收集间和真空泵房等点源集中、成分复杂、恶臭浓度高的气体采取生物滤池处理，对卸料大厅、转运大厅等大空间、低浓度区域采取植物液喷淋除臭+离子除臭相结合的方式进行异味控制[32]。本文对目前生活垃圾转运站常用的化学和生物除臭工艺进行介绍。

5.1 化学除臭技术

化学法是通过化学反应改变恶臭气体的化学性质达到除臭的目的，包括湿式洗涤法、等离子体法、催化氧化法和催化燃烧法等。生活垃圾转运站使用频率较高的为湿式洗涤法和催化氧化法，各方法的运行效果如表2所示。

表2 化学除臭技术应用效果

湿法洗涤具有停留时间较短、运行维护简单、去除效率高的优点，研究表明H2O2、NaClO、O3、KMnO4等氧化剂用于湿式氧化洗涤塔可以去除90%以上的氨气、硫化氢、甲硫醇等恶臭气体，但氯化物等副产物的产生也易造成二次污染[33～35]。

Al2O3、CuO、CeO2、TiO2、Fe2O3、SiO2等作为催化剂的光催化技术可以有效避免有毒副产物的产生，其中TiO2由于其催化活性高、价格低、无毒等优点被广泛应用于恶臭治理。TiO2光催化氧化过程中，污染气体首先被吸附在TiO2薄膜上，继而在紫外灯照射下的催化剂膜表面发生催化反应，对硫化物等恶臭气体具有良好的降解能力。为提升催化剂膜和污染气体的接触面积、减少产物在催化剂膜表面的堆积，学者们将光催化技术与湿法洗涤技术相结合开发了光催化湿法洗涤工艺能有效提升污染物去除效率[36～39]。

5.2 生物除臭技术

生物法是利用微生物的生命活动将废气中的有害物质变为简单的无机物及细胞质等的过程，具有成本低、运行维护简易等优点。自20世纪50年代美国利用土壤脱臭法处理硫化氢开始，各国学者在微生物除臭机理、微生物菌种筛选、设备设计和应用范围等方面做了大量研究。目前主流的生物除臭技术包括生物过滤法、生物滴滤法和生物洗涤法，各方法的除臭应用及效果见表3。

表3 生物除臭技术应用效果

生物过滤器(Bioflter)是固定床生物反应器，适用于处理大风量低浓度恶臭气体[43]。通常采用土壤、泥炭、堆肥、木屑、树皮等有机填料，或与珍珠岩、聚氨酯泡沫、废旧活性炭、橡胶颗粒等无机惰性填料混合使用，可避免单一填料透气性和含水率差又能提供丰富的微生物种群和营养物质[44]。

与生物过滤池相比，生物滴滤(Biotrickling Filter)采用合成材料或天然惰性材料作为填料延长了滤池的使用寿命，但也因此需要采用循环水喷淋的方式添加微生物生长活动所需营养物质，更适合处理硫化氢等难降解有机化合物，常应用于生活垃圾转运站恶臭污染控制。生物滴滤器的稳定运行取决于微生物的降解能力和生物膜的形成能力，而通常采用的活性污泥接种法的滤池启动后生物质固定时间较长[45]，因此根据气体组成接种单一或多种菌种能加快生物膜的生长，有效缩短滤床启动时间[46]，如Li等人在生物滴滤床接种能降解乙硫醇等含硫化合物的混合菌种在第30 d对生活垃圾转运站恶臭污染的去除效率为80.9%[24]。

生物洗涤器(Bioscrubber)适用于处理水溶性高、流量大、浓度高的废气，气体在吸收单元溶解迁移至液相后被生物反应单元微生物吸附降解[47]，生活垃圾转运站可利用污水处理系统已有的活性污泥作为吸收液处理恶臭污染，定期置换活性污泥可降低转化产物的累计，保持高水平的去除效率[48]。

6 结论与建议

目前，国内外对生活垃圾恶臭污染的研究主要集中在生活垃圾填埋场，关于生活垃圾转运站恶臭污染特征的研究还比较少，尽管目前已有研究确定了少数生活垃圾转运站的主要排放气体和主要恶臭来源，但各生活垃圾转运站释放的主要气体差异较大，且受垃圾成分、温度变化和生产设备间歇性运行等因素影响，气体的排放具有季节性、冲击性和不稳定性。导致现有污染控制技术难以解决转运站复杂的恶臭污染问题，建议未来相关研究着重从以下几方面进一步加强：

(1)运用先进技术科学监测生活垃圾转运站各生产环节恶臭污染现状，叠加垃圾成分、生产规模、温度和污染控制措施等因素进行统计分析，通过数值模拟转运站恶臭的三维空间分布及流场，有助于气体的全面收集和高效除臭工艺的选择。

(2)生活垃圾释放的气体之间存在拮抗和协同作用，目前采用的综合气味评价法和气味阈值法不能准确的反映恶臭污染现状。深入研究更先进的恶臭污染评价方法，从大量气体成分中，精准的找到目标污染物，有助于提升恶臭污染物的控制效率。

(3)传统的除臭工艺针对单一、稳定的气体有较高的去除效果，但转运站的气体组分复杂，生产高峰和高温天气期间仍易对其周边造成恶臭污染。根据转运站内已辨识的主要恶臭成分开发普适性更广的高效氧化剂，筛选和驯化耐受性更强的生物菌群是未来主要的技术发展方向。