城市生活垃圾衛(wèi)生填埋場惡臭的防治技術進展

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簡介： 我國城市生活垃圾年清運量約為1.4億噸，除了少部分焚燒、堆肥或回收利用外，其余70％以上被運送到填埋場進行處置[1]。垃圾在填埋場的存放、裝卸、平鋪、壓實等過程中，由于其中有機物的腐爛分解，不可避免將產(chǎn)生惡臭污染。
關鍵字：城市生活垃圾 衛(wèi)生填埋場 惡臭 防治技術

　　1 前言

　　我國城市生活垃圾年清運量約為1.4億噸，除了少部分焚燒、堆肥或回收利用外，其余70％以上被運送到填埋場進行處置[1]。垃圾在填埋場的存放、裝卸、平鋪、壓實等過程中，由于其中有機物的腐爛分解，不可避免將產(chǎn)生惡臭污染。

　　惡臭氣體按其組成可分成5類：①含硫化合物，如H2S、SO2、硫醇、硫醚等；②含氮化合物，如氨氣、胺類、酰胺、吲哚等；③鹵素及衍生物，如氯氣、鹵代烴等；④烴類及芳香烴；⑤含氧有機物，如醇、酚、醛、酮、有機酸等[2]。

　　惡臭既會嚴重危害人類健康，又將產(chǎn)生二次污染，因此在填埋場的選址、運行和封場等過程中均應被單列考慮[1]。特別是在填埋場運行過程中，因其產(chǎn)生量大、持續(xù)時間長、影響范圍廣等特點，近年來已引起人們的廣泛關注。

　　2 填埋場不同區(qū)域的惡臭控制措施

　　通常填埋場布局分為：垃圾中轉(zhuǎn)區(qū)、填埋作業(yè)區(qū)、污水收集區(qū)和生活管理區(qū)。根據(jù)臭氣的來源和特點，應采取不同的預防和治理措施。

　　在垃圾中轉(zhuǎn)或定點傾卸區(qū)，應盡量保證垃圾運輸車輛和貯存設施的封閉性，減少垃圾停留時間，及時清除陳腐垃圾，并定時噴灑藥劑或石灰等防蠅除臭；若有垃圾貯存坑，則應使其處于負壓狀態(tài)，并設有一個小型凹陷裝置，以防止運輸車輛接近起卸平臺時自動門打開后溢出臭氣。在轉(zhuǎn)運完成后，應及時收集灑落的垃圾，并沖洗地面以消除滲濾液產(chǎn)生的惡臭。

　　在填埋區(qū)實施的斜面作業(yè)中，應在盡量縮小的區(qū)域內(nèi)快速地進行平鋪、壓實和覆土操作。應減少平鋪時垃圾的飛揚和拋灑，確保壓實強度，并采取日覆蓋與適時覆蓋相結合的方式，避免垃圾的暴露。在填埋區(qū)完成后，最終覆土的厚度、材質(zhì)必須遵守防臭規(guī)劃；同時可在其上增加表土，建造植被，以防止水土流失，并減輕惡臭。

　　在污水收集區(qū)調(diào)節(jié)池、厭氧塘、兼氧塘等處理設施的周圍，應實行通路隔斷，或建造防護林帶、構建蘆葦濕地等方式，減少臭氣污染。鑒于填埋場在選址時就考慮到離周圍居民較遠，可以采用調(diào)節(jié)池加蓋密閉，抽吸臭氣后高空排放的技術路線；對于小型填埋場的調(diào)節(jié)池，也有加除臭菌種的嘗試，但不要加入難降解的有機物，以免加重污水處理的難度。

　　生活管理區(qū)應處于填埋場的下風向，周圍建有圍墻、灌喬木、綠地、防護林等阻隔，并定時噴灑除臭防腐劑或其它有中和掩蔽作用的藥劑。辦公樓、宿舍、食堂、浴室等設施內(nèi)應密閉，并采取空間消臭和強制通風相結合的方式，最大程度地降低惡臭影響。

　　3 惡臭的常規(guī)治理技術

　　從最初的擴散稀釋、水洗，發(fā)展到傳統(tǒng)的吸附、焚燒、化學吸收，直至新興的生物脫臭、光催化氧化、臭氧氧化、等離子體分解等除臭技術，惡臭的治理不外乎是借助于物理、化學、生物手段，或其聯(lián)合工藝，通過稀釋中和、吸收轉(zhuǎn)化或生物降解等過程，減輕或消除之。

　　惡臭的常規(guī)防治技術（如表1所示）各有其優(yōu)勢和局限[3-11]。物理法只適宜處理低濃度、范圍小的惡臭，且成本較高；化學法除臭不持久，除臭設施投資和運行費用高；生物法雖成本低廉，效果好，但菌種的篩選培養(yǎng)較為困難，見效稍慢。

　　因此，應根據(jù)填埋場惡臭的特性、強度和除臭要求等，選用合適的治理技術，或采取聯(lián)合工藝，以最大程度地降低惡臭，減少污染。

表1 惡臭的常規(guī)防治技術

方法名稱

原理及特點

物理法掩蔽中和法按比例混合兩種有氣味的氣體，以減輕惡臭

該法難以直接獲得脫臭效果，成本高

稀釋擴散法用煙囪擴散臭氣，或以無臭的空氣將其稀釋至可排放的濃度

需建煙囪，能耗大

冷凝法將惡臭物質(zhì)冷凝為液體除去

該成本高，適于經(jīng)過預處理的、濃度高，流量大的臭氣

水吸收法操作簡單，投資和運行成本較低

對不溶于水的惡臭物質(zhì)凈化效果不好，會產(chǎn)生廢液

吸附法吸附劑有活性炭、硅膠、活性白土等

脫臭效率高，但吸附容量小、有二次污染

化學法化學洗滌法添加NaClO、Cl2等氧化劑，將臭氣中的有機硫和有機胺類等物質(zhì)氧化成臭味較輕或溶解度較高的化合物，然后用酸、堿吸收凈化

適用范圍廣，但廢液需要處理

O3氧化法利用臭氧的強氧化作用，將臭氣氧化至無臭或低臭

對氨無效果，運行費用高

光催化氧化TiO2類催化劑在光照下，可產(chǎn)生高化學活性的、可殺菌除臭的O與-OH

投資少、高效穩(wěn)定、無二次污染，但對廢氣的預處理要求較高，并受到催化劑固定方式的影響

熱力燃燒法在高溫(≥760℃)下可較徹底將污染物凈化，并可回收熱量

但其投資與運行費用昂貴，僅適用于較小氣量與較高濃度的場合，若反應室的結構稍有不佳，則脫臭不完全

催化燃燒法將燃氣與臭氣混合，于300～500℃通過催化劑床層

效率高空時短，催化劑易中毒

生物法生物過濾法利用細菌、真菌、放線菌等微生物，將臭氣中的有機成分降解為CO2、H2O等物質(zhì)

生物吸收法利用生物洗滌塔和曝氣池中的活性污泥，有效地吸附分解臭氣，達到除臭目的

土壤堆肥法將污泥、垃圾、糞便等混合，通過好氧發(fā)酵抑制臭氣的產(chǎn)生

裝置緊湊、脫臭效率高

礦化垃圾法將臭氣通過由礦化垃圾構建的生物濾床

該法取材易，成本低，效果好，前景好

投加藥劑法利用各種微生物制劑的特殊功效，快速降解臭氣

適用于各類環(huán)衛(wèi)設施，簡單方便

聯(lián)合法聯(lián)合幾種工藝，以滿足較高的脫臭要求。如化學吸收－吸附、生物過濾－活性炭吸附串聯(lián)工藝等

　　4 生物脫臭在填埋場的應用

　　4.1 常用的生物脫臭工藝

　　生物技術是在上世紀50年代土壤脫臭法的基礎上發(fā)展起來的[12]，它利用微生物的降解作用，把惡臭物質(zhì)分解轉(zhuǎn)化成CO2、H2O、N2、硫酸鹽等無害物質(zhì)，特別適用于處理水溶性的、可生物降解的低濃度臭氣。該法因具有脫臭效率高、裝置簡單、成本低廉、運行維護方便、無二次污染等特點，在填埋場的除臭應用中前景看好。

　　常見的生物脫臭工藝（如表2所示）有生物過濾法和生物吸收法[13-18]。按濾料的不同，前者可分為過濾池和滴濾池脫臭；按氣液接觸方式不同，后者可分為曝氣式和洗滌式脫臭。

表2 幾種常用的生物脫臭工藝

脫臭工藝原理

優(yōu) 點

缺 點

生物過濾池臭氣經(jīng)過除塵、增濕或降溫等預處理后，從濾床底部由下向上穿過由濾料（主要有土壤、堆肥、泥炭等）構建的濾床，惡臭物質(zhì)由氣相轉(zhuǎn)移到水-微生物混合相，通過固著于濾料上的微生物的代謝作用而被分解掉。

投資運行費用極低，處理效率高，氣液接觸面積大，壓降低，運行啟動容易

占地大，需定期更換，填料操作條件不易控制，適應進氣濃度變化慢，顆粒物質(zhì)會堵塞濾床

生物滴濾池除臭過程生物濾池相似，但濾料是聚丙烯小球、陶瓷、木炭、塑料等不能提供營養(yǎng)物質(zhì)的惰性材料。因此只有針對某些惡臭物質(zhì)而降解的微生物附著在濾料上，避免了濾池中混合微生物群同時消耗濾料有機質(zhì)的現(xiàn)象。

微生物數(shù)量大，無須更換惰性濾料，處理負荷大緩沖能力強，運行費用低

壓降低，需不斷投加營養(yǎng)物，操作復雜，傳質(zhì)面積小，剩余污泥有待處理，營養(yǎng)過剩時微生物的繁殖會引起堵塞

曝氣式脫臭與廢水的活性污泥法處理過程相似，將惡臭物質(zhì)以曝氣形式分散到含活性污泥的混合溶液中，通過懸浮生長的微生物降解臭氣。

經(jīng)濟、簡單、可借鑒污水處理設施，無須新建脫臭裝置

受到曝氣強度的限制，需控制氣液體積比，單獨用于除臭成本高

洗滌式脫臭將惡臭物質(zhì)和含懸浮泥漿的混合液充分接觸，使之在吸收池中從臭氣中去除掉，洗滌液再送到反應池中，通過懸浮生長的微生物的代謝活動降解溶解的惡臭物質(zhì)。

占地小、適用范圍大，壓降低，處理量大，操作條件易于控制

投資運行費用高，需不斷投加營養(yǎng)物，操作復雜，傳質(zhì)面積小，剩余污泥有待處理

　　在表2的生物脫臭工藝中，生物濾池法研究得最多，工藝也最成熟。其脫臭效率除受附著微生物、濕度、pH值、溫度、布氣均勻性等影響外，濾料性能的影響也至關重要，近年來，草根碳[19]、植物纖維[20]、礦化垃圾[21]等新型濾料也逐漸被運用到填埋氣的脫臭中。同時，各種改進的濾池[22]，如閉路懸浮式濾池、轉(zhuǎn)動式濾池和螺旋式生濾池，以及生物膜反應池[23]等裝置在氣體脫臭上的應用也開始出現(xiàn)。

　　4.2 組合式生物脫臭工藝

　　鑒于傳統(tǒng)生物脫臭可能對某些臭氣的脫除效率不高，國外已有活性炭吸附-微生物降解組合工藝的應用[24]。其中，活性炭可以大量吸收、吸附臭氣中的NH3、H2S等物質(zhì)，附著于活性炭生長的微生物經(jīng)過馴化后，可吸收惡臭物質(zhì)并將其降解，從而使得活性炭得到再生。這不僅延長了活性炭壽命，降低了除臭成本，使占地大為縮小，且獲得了良好的除臭效果。

　　在組合式高效生物滴濾器中，通過添加一些增濕循環(huán)液的藥劑，可強化生物處理系統(tǒng)效果[25]。在該法中，臭氣進入組合式生物滴濾器后，首先通過洗滌區(qū)除塵增濕，然后進入生化區(qū)去除惡臭物質(zhì)組分，最終除霧脫水再經(jīng)風機加壓后由排氣筒排放，與傳統(tǒng)生物處理法相比，組合式高效生物滴濾器大大縮小了占地面積，系統(tǒng)整合了氣體增濕、生物凈化、除霧等流程于一體，便于自動控制。

　　為避免進氣中某些高濃度的惡臭物質(zhì)對微生物產(chǎn)生毒害作用，致使脫臭效率下降，可以把生物法與化學法結合起來應用[26]。其措施是前段串聯(lián)四個濕式洗滌室，這樣原臭氣濃度就會降到微生物可承受的范圍，再經(jīng)過后段的兩個并行的生物脫臭裝置處理后，即可排放。

　　4.3 微生物菌群除臭劑

　　微生物菌群除臭劑能有效抑制致臭微生物的生理生化活動，使臭氣消除效果比較持久。在填埋場內(nèi)，它既可通過噴灑菌群稀釋液，有效降低NH3、H2S等臭氣的濃度；又可在生物脫臭池中添加高效除臭菌種，提高生物脫臭效率。因此，除臭劑空間脫臭和局部強化脫臭技術的結合，將使填埋場中惡臭污染大大降低。

　　丁雪梅等[27]已培育出在垃圾填埋場的除臭防蠅中有成功應用的復合型微生物制。羅永華等[28]也從填埋場附近的土壤中篩選出菌珠，并研制出有明顯脫臭效果的微生物除臭劑。美國一家公司[14]生產(chǎn)的投菌活性污泥制品，其菌液含有7種菌屬組分，可有效脫除臭氣。

　　目前，微生物菌群除臭劑的發(fā)展方向是：①制備固定化微生物，如海藻酸鈉包埋的固定化微生物對甲硫醇的去除率高達90％；②篩選出對生化性較差的惡臭物質(zhì)，具有特殊降解性能的高效廣譜菌；③尋找菌株的最佳組合，或存活容易、適應性強及遺傳性穩(wěn)定的優(yōu)勢菌株。如分解H2S的黃單胞菌DY44等；④通過基因工程改造菌株，把許多降解特性組合在一起，培育超級脫臭細菌；⑤將除臭劑制劑化、商品化。

　　4.4 生物脫臭技術在填埋場的應用展望

　　隨著我國衛(wèi)生填埋場向著生態(tài)型和綜合利用型方向的發(fā)展，場內(nèi)的除臭問題已刻不容緩。結合填埋場的實際，生物脫臭技術，因其運行費用極低、除臭效果好、操作方便等特點，將逐漸成為場內(nèi)大范圍除臭的主導技術。

　　當前，我國對生物法的研究主要集中在工藝、材料上，有關微生物菌群方面的研究較為薄弱，微生物脫臭尚有許多亟待解決的問題，以后的研究方向應為：①選擇適當?shù)臑V料，提高濾料的表面性能，使之既有效增強生物的吸附和吸收功能，又不造成濾料的堵塞；②篩選和馴化適當?shù)奈⑸?，針對性地降解特定的有機污染物，提高生物負荷；③建立微生物降解動力學模型，選擇適當?shù)倪\行參數(shù)及控制參數(shù)；④合理選擇多種工藝串聯(lián)，使之適合不同污染物組成的廢氣，降低總處理成本；⑤開發(fā)出結構緊湊、投資省、能耗低、運行穩(wěn)定的生物處理系統(tǒng)、裝置和設備。

　　5.結果和討論

　　衛(wèi)生填埋場的惡臭污染因其范圍廣、濃度高和危害大等特點，不僅嚴重著環(huán)衛(wèi)人員的健康、影響周邊經(jīng)濟的發(fā)展，而且已經(jīng)成為一種社會公害，引起了全社會的廣泛關注。

　?。?）我國環(huán)境衛(wèi)生設施的臭氣治理技術起步較晚，填埋場的惡臭治理極具代表性，根據(jù)場內(nèi)不同區(qū)域規(guī)劃和臭氣特點，應采取相應的防治措施。

　?。?）常規(guī)的臭氣治理技術各有其優(yōu)缺點，在填埋場的臭氣治理上，應因地制宜，根據(jù)臭氣種類、流量和除臭要求，合理選用幾種聯(lián)合工藝，達到防治目的。

　?。?）作為一種清潔高效、經(jīng)濟簡單的除臭方法，生物脫臭工藝在填埋場有廣闊的應用前景，其中組合式生物脫臭、微生物菌群除臭劑等技術的發(fā)展完善，將使其在各類環(huán)衛(wèi)設施的惡臭污染防治上均獲得廣泛應用。