城市生活垃圾衛生填埋場惡臭的防治技術進展
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，因其產生量大、持續時間長、影響范圍廣等特點，近年來已引起人們的廣泛關注。
2 填埋場不同區域的惡臭控制措施
通常填埋場布局分為：垃圾中轉區、填埋作業區、污水收集區和生活管理區。根據臭氣的來源和特點，應采取不同的預防和治理措施。
在垃圾中轉或定點傾卸區，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，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生的惡臭。
在填埋區實施的斜面作業中，應在盡量縮小的區域內快速地進行平鋪、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。在填埋區完成后，最終覆土的厚度、材質必須遵守防臭規劃;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。
在污水收集區調節池、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，可以采用調節池加蓋密閉，抽吸臭氣后高空排放的技術路線;對于小型填埋場的調節池，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 惡臭的常規治理技術
從最初的擴散稀釋、水洗，發展到傳統的吸附、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，或其聯合工藝，通過稀釋中和、吸收轉化或生物降解等過程，減輕或消除之。
惡臭的常規防治技術(如表1所示)各有其優勢和局限[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，但菌種的篩選培養較為困難，見效稍慢。
因此，應根據填埋場惡臭的特性、強度和除臭要求等，選用合適的治理技術，或采取聯合工藝，以最大程度地降低惡臭，減少污染。
表1 惡臭的常規防治技術
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方法名稱
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原理及特點
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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
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該法難以直接獲得脫臭效果，成本高
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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
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需建煙囪，能耗大
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冷凝法將惡臭物質冷凝為液體除去
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該成本高，適于經過預處理的、濃度高，流量大的臭氣
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水吸收法操作簡單，投資和運行成本較低
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對不溶于水的惡臭物質凈化效果不好，會產生廢液
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吸附法吸附劑有活性炭、硅膠、活性白土等
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脫臭效率高，但吸附容量小、有二次污染
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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
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適用范圍廣，但廢液需要處理
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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
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對氨無效果，運行費用高
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光催化氧化TiO2類催化劑在光照下，可產生高化學活性的、可殺菌除臭的O與-OH
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投資少、高效穩定、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
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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
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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
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催化燃燒法將燃氣與臭氣混合，于300～500℃通過催化劑床層
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效率高空時短，催化劑易中毒
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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
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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
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土壤堆肥法將污泥、垃圾、糞便等混合，通過好氧發酵抑制臭氣的產生
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裝置緊湊、脫臭效率高
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礦化垃圾法將臭氣通過由礦化垃圾構建的生物濾床
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該法取材易，成本低，效果好，前景好
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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
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適用于各類環衛設施，簡單方便
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聯合法聯合幾種工藝，以滿足較高的脫臭要求。如化學吸收－吸附、生物過濾－活性炭吸附串聯工藝等
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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展起來的 [12]，它利用微生物的降解作用，把惡臭物質分解轉化成CO2、H2O、N2、硫酸鹽等無害物質，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
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脫臭工藝原理
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優 點
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缺 點
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生物過濾池臭氣經過除塵、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，惡臭物質由氣相轉移到水-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。
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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
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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，顆粒物質會堵塞濾床
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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物質的惰性材料。因此只有針對某些惡臭物質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的現象。
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微生物數量大，無須更換惰性濾料，處理負荷大緩沖能力強，運行費用低
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壓降低，需不斷投加營養物，操作復雜，傳質面積小，剩余污泥有待處理，營養過剩時微生物的繁殖會引起堵塞
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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。
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經濟、簡單、可借鑒污水處理設施，無須新建脫臭裝置
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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
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洗滌式脫臭將惡臭物質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。
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占地小、適用范圍大，壓降低，處理量大，操作條件易于控制
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投資運行費用高，需不斷投加營養物，操作復雜，傳質面積小，剩余污泥有待處理
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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。
4.2 組合式生物脫臭工藝
鑒于傳統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，附著于活性炭生長的微生物經過馴化后，可吸收惡臭物質并將其降解，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液的藥劑，可強化生物處理系統效果[25]。在該法中，臭氣進入組合式生物滴濾器后，首先通過洗滌區除塵增濕，然后進入生化區去除惡臭物質組分，最終除霧脫水再經風機加壓后由排氣筒排放，與傳統生物處理法相比，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對微生物產生毒害作用，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，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，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定的優勢菌株。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
隨著我國衛生填埋場向著生態型和綜合利用型方向的發展，場內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選擇適當的濾料，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篩選和馴化適當的微生物，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，選擇適當的運行參數及控制參數;④合理選擇多種工藝串聯，使之適合不同污染物組成的廢氣，降低總處理成本;⑤開發出結構緊湊、投資省、能耗低、運行穩定的生物處理系統、裝置和設備。
5.結果和討論
衛生填埋場的惡臭污染因其范圍廣、濃度高和危害大等特點，不僅嚴重著環衛人員的健康、影響周邊經濟的發展，而且已經成為一種社會公害，引起了全社會的廣泛關注。
1)我國環境衛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，根據場內不同區域規劃和臭氣特點，應采取相應的防治措施。
2)常規的臭氣治理技術各有其優缺點，在填埋場的臭氣治理上，應因地制宜，根據臭氣種類、流量和除臭要求，合理選用幾種聯合工藝，達到防治目的。
3)作為一種清潔高效、經濟簡單的除臭方法，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展完善，將使其在各類環衛設施的惡臭污染防治上均獲得廣泛應用。
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