恶臭污染治理的研究进展及展望

陈 敢，高子慧，何 拓，牛冬杰

(同济大学环境科学与工程学院，上海 200092)

恶臭污染属于大气污染范畴，作为世界七大环境公害之一，已经成为环境污染的热点问题，也是公众生活中日益突出的社会问题．恶臭主要来源于石油化工、制药、橡胶、造纸等工业企业的点源污染，以及污水处理厂、固废处理厂、畜牧养殖、垃圾收运等线、面源污染，涉及行业众多．恶臭成因和气体组分复杂，存在时效性和不确定性，并且易与环境中的物质发生反应造成二次污染．

近年来，随着我国对恶臭污染的逐渐重视，恶臭污染识别、评价、监管和治理工作方面已有积极进展[1-3]，但与水污染治理相比还存在较大差距，仍面临难题．恶臭污染治理领域的综述报道较少，缺乏该领域文献的宏观层面分析．CiteSpace软件是由陈超美教授团队开发的一个Java应用程序，以视觉图表形式交互探索研究热点及前沿主题，已被应用于分析众多科学研究领域的演变情况，是目前最具影响力的文献计量可视化工具之一[4]．本文基于文献计量学的分析方法，应用CiteSpace软件，对我国2001—2021年恶臭污染治理研究领域的相关文献进行分析，从宏观层面展示该领域的研究进展，分析其研究热点及研究主题．在此基础上，提出了恶臭污染治理策略，以期为未来恶臭污染治理提供支撑．

1 数据来源与方法

1.1 数据来源

本文以中国知网数据库(CNKI)为文献检索平台，数据库设定检索式为：(主题=恶臭+臭气)AND(治理+处理+控制+去除+评价+测定+分析+指标+污染+物质)，文章类型设定为核心期刊，检索时间跨度为2001—2021年，得到942个检索结果，对检索结果进行逐条筛选，剔除不相关或重复文献，得到713篇有效文献，将筛选后的文献导出，作为数据样本．

1.2 研究方法

本文运用CiteSpace 6.1.R3进行可视化分析，对所筛选的文献进行计量研究．在CiteSpace软件中，网络节点类型选择关键词，时间跨度为2001—2021年，时间切片均选择一年，在每个切片中选择g-index的比例因子K=25进行数据处理，运行软件得到恶臭污染治理研究领域的可视化图谱．

2 结果与分析

2.1 研究热点分析

关键词是对文章主题的高度概括，通过对关键词的分析可以了解领域的研究热点．图1为关键词共现图．基于图1，对文献关键词进行共现分析，其中圆圈越大，表示此关键词出现的度中心性越高；颜色越浅，表示该关键词出现的文献年份越近，颜色越深，年份越远；节点之间的连线表明关键词之间的共现关系，线条的颜色深浅对应出现联系的年份．

图1 关键词共现图Fig.1 Keyword co-occurrence chart

由于显示的名称有限，图1中出现名字的节点为出现频次较多、突现或具有较高中心性的关键词．结合恶臭污染治理领域的研究内容，剔除“恶臭”“恶臭气体”“臭气”“除臭”“恶臭污染”“恶臭物质”“恶臭控制”等宽泛的关键词后，按出现频次排名前10的关键词，如表1所示．

表1 词频前十的关键词Tab.1 Top 10 keywords in word frequency

“硫化氢”“氨气”的出现频次名列前茅，揭示了我国对恶臭污染源气体中的硫化氢和氨气的研究关注度高．“生物除臭”“生物滤池”“微生物”等方法出现频次高，生物处理的关键词存在高度中心性，表明在该领域恶臭污染处理技术的研究侧重于生物处理方面．

突现关键词是某一时间阶段内出现的高频关键词，突现强度可以表明关键词的热点程度，可反映该阶段研究领域的前沿．由表2可得，不同时间阶段的研究前沿存在一定的区别，其中突现关键词生物脱臭的突现强度最高，强度值为4.66，表明其研究热点程度最高．突现关键词以2004年为时间界限，前后出现两个明显特征：一是基础研究阶段，突现关键词有生物脱臭、生物处理，科研工作者主要是对臭气的生物脱臭处理进行研究；二是拓展研究阶段，突现关键词有废气处理、生物除臭、污泥、餐厨垃圾、污水处理，表明在该阶段，科研工作者延续前一阶段的生物处理除臭研究，并在此基础上以污泥、废气、污水、餐厨垃圾恶臭污染源为研究热点，进行深入研究．

表2 突现关键词信息表Tab.2 Information table of emergent keywords

2.2 研究主题分析

对关键词进行共现可以分析研究热点，但是对于该领域的综合分析不够．因此，对关键词进行聚类，将相似的关键词组合在一起，可以更好地描绘研究主题，8个聚类结果如图2所示．一般认为，聚类名称数字越小，包含的关键词越丰富．图谱模块值Q=0.594 6>0.3时，可以认为聚类结构清晰；平均轮廓值S=0.89>0.5，可以认为聚类划分合理．

图2 关键词聚类Fig.2 Keyword clustering

对上述8个聚类主题进行判别分析，最终我国恶臭污染治理研究可以进一步归纳总结为3个研究主题，如表3所示．

表3 研究主题及其内容Tab.3 Research topics and contents

2.2.1 恶臭污染源

恶臭污染源分布广泛，排放复杂．众多学者对不同的恶臭污染源展开了调查识别研究，并已取得一定进展．污水厂、填埋场由于建设规模需求，占用了大量的土地，对周边环境的恶臭影响程度大，成为研究人员的关注热点．赵茹涵等[5]对郑州某污水处理厂各处理单元释放的VSCs进行了监测，结果表明，H2S浓度最高且气味贡献最大，主要集中在预处理单元和污泥处理单元．张涛等[6]在河北某生活垃圾填埋场共检出57种非甲烷有机物(NMOCs)，其中丙烯和正丁烯浓度最高．此外，研究人员对堆肥厂、垃圾转运站等数量较少或建设规模较小的恶臭源也产生了兴趣．赵珊等[7]对堆肥厂恶臭气体进行测定，结果表明，堆肥厂典型恶臭物质为氨气、甲硫醚和二甲二硫．芦会杰[8]在北京某垃圾转运站共检测出41种恶臭物质，其中硫化氢、丁醛、二甲二硫醚等为典型恶臭物质．

目前恶臭污染源气体排放研究仅聚焦探究恶臭源污染特征中的若干种典型物质，缺乏深入的形成机理解析研究．对于复杂恶臭污染源物质，人工调查和常规仪器识别较困难．人工调查仅能对来源作定性分析，常规仪器分析仅能对恶臭浓度和物化性质进行测定，且测定结果的分辨率低、检出限高，同时此类离线检测手段需要较大的人力成本、时效性差．

恶臭污染源物质的形成机理目前仍不明晰，恶臭物质、浓度和强度未彻底摸清，对恶臭的时间和空间分布规律的相关研究缺乏．当突然性恶臭污染事故发生时，人们也很难快速、准确地辨别恶臭物质，找到污染源，因此采取治理措施的盲目性大．

2.2.2 恶臭污染评价

由于恶臭污染多为局部无组织排放，分布广泛，扩散方式复杂，尚未有公认的恶臭评价方法．Zhang等[9]基于中国餐厨垃圾处理过程中气味排放特征的调查基础，建立了厨余垃圾处理设施气味污染检测评价体系．Zhao等[10]通过对生活垃圾填埋场和中转站进行恶臭物质检测，体现了评价指标体系在固体废物处理中恶臭污染评估的应用，为恶臭污染的预测、模拟与评估提供了定量化的科学方法．Fang等[11]通过现场采样检测，依据恶臭污染物的分布特征，评估了生活垃圾转运场所对暴露人员产生的健康风险，结果发现生活垃圾散装运输操作方式对作业人员和周边人群可能造成较大健康影响，而且散装码头处恶臭污染导致的致癌和非致癌风险值最高．此外，我国地域广阔，自然环境、地理条件、城市规划布局、生产水平、居民生活水平等诸多方面差异，造成了不同区域的恶臭污染情况不同，区域间存在明显差异．

目前，研究者提出的恶臭评价方法主要是围绕臭气浓度、臭气强度、臭气厌恶度等嗅觉方法判断的物理指标建立起来的，受人为因素影响大，且需要实际监测的采样数据确定，尚缺乏客观可行的标准和基于区域性特点的恶臭问题诊断、控制和评价方法，恶臭污染评价的预测、评估和模拟并不完善．

2.2.3 恶臭污染处理技术

恶臭污染处理技术主要是物理处理、化学处理和生物处理．其中，物理处理是指在不改变恶臭分子自身化学性质的情况下，使恶臭得到削减或转移．该方法主要包括掩蔽法、稀释扩散法和吸附法等，大多操作简便，技术成熟，但除臭效果一般，且部分技术操作成本偏高[12]．化学处理是加入化学药剂与恶臭分子反应，从而使恶臭分子结构被破坏．该方法主要包括化学吸收法、氧化法、催化燃烧法等，除臭效率较高，效果稳定且处理时间短，但运行成本相对较高，可能产生二次污染[13]．生物处理是利用微生物新陈代谢活动对恶臭进行直接或间接处理，主要包括生物过滤法、生物吸收法、生物填料法等.生物脱臭效果较好且运行成本低，但处理时间较长，易受环境影响而效果不稳定[14-16]．

为解决传统工艺存在的处理规模小、效率低或可能产生二次污染等问题，工程中常采用组合工艺对恶臭进行处理．彭明江等[17]采用生物洗涤和化学吸收双塔系统组合工艺对H2S和NH3进行去除，效果良好，达到国家排放标准．齐国庆等[18]采用生物洗涤和生物滴滤组合工艺处理炼油污水厂恶臭气体，处理后的H2S质量浓度小于6×10-5mg·L-1，NH3质量浓度小于1.5×10-3mg·L-1，CH3SH质量浓度小于4×10-6mg·L-1，臭气浓度小于20，达到《恶臭污染物排放标准》(GB 14554-93)规定的一级厂界要求．刘建伟等[19]采用组合式生物除臭技术对某餐厨垃圾处理站产生的恶臭气体进行处理，在工程稳定运行期间，H2S和NH3的去除率分别达99%和98%．此外，金圣等[20]利用脉冲电晕法研究二硫化碳废气降解，脱除率达97%.丁琳等[21]采用不同介质等离子减臭设备对猪场臭气进行减排，臭气浓度削减可达98%．肖先念等[22]将生物滤池单工艺改造为等离子法、气动乳化法和生物法组合的新工艺，结果表明改造后的新工艺除臭范围广，处理效率高且稳定．

吸附法仅能降低嗅觉对恶臭的感知程度，无法彻底消除恶臭气体物质，常作为一种辅助的除臭手段．催化燃烧或其他化学试剂氧化，可以彻底破坏恶臭物质结构，使之转化为无臭或低臭物质，是一种有效的恶臭处理技术，但操作复杂，成本较高，化学试剂也可能带来二次污染风险．填料法利用负载在填料上的微生物将恶臭物质吸收和降解，操作简便，成本较低，无二次污染，是较主流的方法．组合工艺可以通过技术协同联用，提高除臭效率，在工程上应用较多．新型恶臭治理技术如脉冲电晕、等离子体法脱臭效果好，但由于技术复杂，成本较高，实际应用成功经验较缺乏．

3 恶臭污染治理策略

3.1 提高检测分析手段以实现在线监测和溯源防控

目前，恶臭污染的技术瓶颈主要是监测难、收集难、溯源难．采用人工调查定性分析和多种仪器检测方法定量分析恶臭物质的种类和含量，建立人工嗅辨和电子鼻等仪器结合的恶臭在线监测方法，对有组织排放的空气恶臭的物质进行实时监测，以证实和分析恶臭污染源．同时，采用恶臭污染源溯源技术，摸清恶臭源扩散基本特征．通过扩展监测和溯源手段，精准排查恶臭风险源，实现对恶臭污染的动态监测和管控，构建恶臭污染源数据库、恶臭污染预警和应急管理系统，布局针对性的防控措施，从而更好地解决复杂的恶臭污染源问题．

3.2 建立和完善基于区域特点的恶臭污染评价方法

依据区域内的恶臭污染水平、特点等因素，在充分调查和了解恶臭源污染形成原因的基础上，结合原有的嗅阈值、臭气浓度和臭气强度等指标因子，进一步完善恶臭污染评价方法，健全评价体系．构建恶臭物质浓度的定量评价、阈稀释倍数的恶臭致臭贡献评价、大气活性评价、健康风险评价、社会经济环境影响评价等方面的多元评价方法，建立基于区域特点的恶臭源污染评价方法，完善符合我国国情的恶臭治理评价方法，为恶臭治理的决策提供更科学、更准确的依据．

3.3 优化、组合和创新恶臭污染处理技术

针对不同的恶臭污染源、地域和恶臭组分，如何选择恶臭污染处理技术，进行技术的优化、组合和创新是至关重要的．对于恶臭治理方法如物理法、化学法等，今后应优化工艺设备、降低成本、提高处理效率．主流的生物法应重点提高微生物活性、驯化复合菌种、优化技术参数．对复杂性的恶臭污染，单一工艺处理恶臭气体能力有限，通过组合技术工艺协同治理，可以很好地提高恶臭净化效率．新兴技术亟待开发和应用，脉冲电晕、低温等离子净化法脱臭效率高，但实现完全工业化应用还有一定距离，恶臭污染处理技术的科技创新以及新技术的应用仍是解决恶臭污染治理急、难问题的关键．

4 结论与展望

(1)我国对恶臭气体的硫化氢和氨气的关注热度高，恶臭气体处理研究侧重生物脱臭技术方面．

(2)恶臭污染治理研究主题围绕恶臭污染源、恶臭污染评价、恶臭污染处理技术．研究内容主要是污水处理厂、填埋场、健康风险、检测评价、吸附、生物脱臭、填料、催化燃烧．

(3)未来，恶臭污染治理策略不仅要提高检测分析手段，实现在线监测和溯源防控，建立和完善基于区域特点的恶臭污染评价方法，更要优化、组合和创新恶臭污染处理技术．