（环境工程专业论文）垃圾填埋场恶臭污染解析与控制技术研究.pdf

摘要 卫生填埋作为城市生活垃圾最终处置方式，以工艺简单、投资省、处理量大、 运行费用低等特点得n f - 泛应用。然而，随着城镇居民对生活环境质量要求的提 高和城市化进程的加快，垃圾填埋过程产生的恶臭污染问题日益突出。本研究针 对杭州市天子岭垃圾填埋场恶臭污染控制中亟待解决的关键问题，结合长期积累 的科研和工程实践基础，开展了填埋场恶臭污染特征和控制技术研究，探明了天 子岭垃圾填埋场恶臭污染源、恶臭污染物及其动态变化特征；研制开发了垃圾填 埋覆土改良除臭技术，并建立示范研究。研究取得的主要结论有： 1 、阐明了垃圾填埋场恶臭污染特征。通过实地监测，明确填埋库区和污水 处理厂为杭卅i 天子岭垃圾填埋场主要恶臭污染源；采用气相色谱质谱联用 ( g c m s ) 分析技术，鉴定识别出6 8 种恶臭污染物。其中，h 2 s 和n h 3 浓度最 高，是垃圾填埋场主要恶臭污染因子，其次依次为卤代烃、芳香族化合物、含硫 化合物、挥发性脂肪酸、含氧有机物和其他烃类等。解析了特征恶臭气体( h 2 s 和n h 3 ) 浓度与填埋垃圾量、覆土量、气压、风向、温度和湿度等影响因素之间 的相关性，揭示了垃圾填埋场主要恶臭气体h 2 s 和n h 3 的动态变化规律。结果 表明，温度、气压和湿度是影响垃圾填埋场恶臭物质h 2 s 和n h 3 浓度变化的显 著性环境因素；东风、东南风、东北风极易导致填埋场恶臭污染物向厂界方向扩 散；简单增加填埋库区填埋覆土和除臭剂用量对控制h 2 s 和n h 3 浓度效果不明 显。 2 、研制了新型垃圾填埋覆土改良材料。模拟试验结果表明，研发的污泥竹 炭堆肥覆土改良材料对恶臭去除效果显著，其对恶臭气体h 2 s 和n h 3 的去除效 果明显优于终场覆土、陈年垃圾和新鲜粘土，去除率达8 5 以上。污泥竹炭堆肥 改良覆土对挥发性脂肪酸、芳香族化合物和卤代化烃也具有良好的除臭效果，分 别达到8 8 、9 5 和8 6 以上，可有效控制垃圾填埋场填埋作业过程恶臭污染物 的产生恶臭物质。材料性质和代谢产物变化特征表明，污泥堆肥改良覆土具有相 当强的硫氧化作用和硝化作用，将h 2 s 、硫化物和n h 3 分别转化为硫酸盐和硝酸 盐形式积累。 3 、运用扫描电镜和聚合酶链式反应变性梯度凝胶电泳( p c r d g g e ) 技术 对实验室填埋覆土材料除臭微生物生态进行研究。结果表明，不同填埋覆土材料 微生物群落组成、数量和丰度存在差异，污泥竹炭堆肥改良覆土的优势菌群数量 和丰度显著高于其他三种材料( p 8 5 ) w a sm u c hh i g h e r t h a nt h a tb yc o v e r e ds o i l ，a g e dr e f u s ea n df r e s hc l a y m e a n w h i l e ，t h ec h a r c o a ls l u d g e c o m p o s ta l s op e r f o r m e dh i g hr e m o v a le f f i c i e n c i e si nr e m o v i n gv o l a t i l ef a t t ya c i d s ( 8 8 ) ，a r o m a t i cc o m p o u n d s ( 9 5 ) ，a n dh a l o g e n a t e dc o m p o u n d s ( 8 6 ) t h es u l f o x i d a t i o na n dn i t r i f i c a t i o ni nc h a r c o a ls l u d g ec o m p o s tw a sh i g h e rt h a n i i i t h a ti no t h e rt h r e el a n d f i l lc o v e rm a t e r i a l s h 2 sa n dn h 3p r o d u c e db yb i o d e g r a d a t i o n o fm s wc o u l db er e m o v e da n dc o n v e r t e dt o5 0 4 2 - 8a n dn 0 3 n 3 t e m p o r a ls h i f t so fb a c t e r i a lc o m m u n i t yc o m p o s i t i o n si nf o u rk i n d so f l a n d f i l l c o v e rm a t e r i a l sw e r ed i f f e r e n t ，w h i c hw e r ea s s e s s e db yu s i n gs c a n n i n ge l e c t r o n m i c r o s c o p e ( s e m ) a n dp o l y m e r a s e c h a i nr e a c t i o n d e n a t u r i n g g r a d i e n tg e l e l e c t r o p h o r e s i s ( p c r d g g e ) t h ep r i n c i p a lc o m p o n e n t sa n a l y s i sb a s e do nd g g e p a r e m si n d i c a t e dt h a tt h e r ew e r es t a t i s t i c a l l ys i g n i f i c a n td i f f e r e n c e sb e t w e e nc h a r c o a l s l u d g ec o m p s ta n dt h eo t h e rt h r e ek i n d so fc o v e rm a t e r i a l s ( p 8 5 ) t h er e m o v a le f f i c i e n c i e so fh 2 sa n dn h 3b yc h a r c o a ls l u d g e c o m p o s tw e r e3 0 a n d2 8 ，r e s p e c t i v e l y , m o r et h a nt h a tb yf r e s hc l a y m o r e o v e r , o n t h ef i r s td a yo fe x p e r i m e n t ，t h er e m o v a le f f i c i e n c i e so fh 2 sa n dn h 3b yc h a r c o a l s l u d g ec o m p o s tw e r ea b o v e3 4 a n d3 0 ，r e s p e c t i v e l y , c o m p a r e dw i t hf r e s hc l a y i t s o u t l e tc o n c e n t r a t i o n so fh 2 sa n dn h 3w e r el e s st h a nt h ec o n c e n t r a t i o nl i m i t sg i v e nb y t h es e c o n d a r ye m i s s i o ns t a n d a r df o ro d o rp o l l u t a n t s ( g b14 5 5 4 9 3 ) i nc o n c l u s i o n ， c h a r c o a ls l u d g ec o m p o s tw a st h em o s ts u i t a b l ed a i l yc o v e rm a t e r i a l ，w h i c hc o u l d c o n t r o lt h eo d o rp o l l u t i o n se f f e c t i v e l y k e y w o r d s ：o d o r ；l a n d f i l ls i t e ；o d o rs o u r = i ：ea n a l y s i s ；i n - s i t uc o n t r o l ；l a n d f i l lc o v e rs o i l ； m i c r o b i a le c o l o g y i v 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得浙江太堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：识菇氐 签字日期：沙夕年 乡月g n 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解浙江大学有权保留并向国家有关部门或机构 送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权浙江太堂可 以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 学位论文作者签名： 胡域 签- i z - f ! 期：少口年乡月牙日 导师签 签字日期：剀p 年多月占囊 绪论 第一章绪论 恶臭是世界七大环境公害之一。垃圾填埋场恶臭污染是全球广泛关注的环境 问题( a l l e n 等，19 9 7 ；s a r k a r 等，2 0 0 3 a ；m o g h a d a m 等，2 0 0 9 ；t u r a n 等，2 0 0 9 ； h a z r a 等，2 0 0 9 ) 。2 0 0 8 年，我国城市生活垃圾产生量达1 5 5 亿吨，其中8 0 以上 进行了卫生填埋，在垃圾填埋过程中由于有机物的腐败分解不可避免地产生恶臭 污染( z o u 等，2 0 0 3 ；彭绪亚等，2 0 0 3 ；刘景岳等，2 0 0 7 ) 。垃圾填埋场恶臭气体 含有多种有毒有害物质，可能对人类生存及环境可持续发展造成严重影响，如氟 利昂能引起臭氧层的破坏和温室效应，苯、甲苯、b t x 等苯系物具有致癌性等 ( l e l i e v e l d 等，19 9 8 ；h u r s t 等，2 0 0 5 ；s i r o n i 等，2 0 0 5 ；d i n c e r 等，2 0 0 6 ) 。近年来， 国内一些垃圾填埋场正逐渐被居民区包围，北京、南京、上海、广州和杭州等城 市垃圾填埋场频繁发生恶臭扰民事件，直接威胁填埋场周围居民的生存环境与身 心健康，成为填埋场周边地区社会不稳定因素，严重制约了我国经济、社会和环 境的可持续发展与和谐社会的建设进程，垃圾填埋场恶臭污染控制已迫在眉睫。 1 垃圾填埋场恶臭的组成及特征 垃圾填埋场的恶臭气体主要源于填埋过程。大量有机生活垃圾微生物厌氧分 解后产生填埋气体( 1 a n d f i l lg a s ，l f g ) ，可延续产气达1 0 4 0 年( n a s t e v 等， 2 0 0 1 ) 。填埋气体主要包括甲烷( 5 5 6 0 ，v v ) 、二氧化碳( 4 0 0 o - - 4 5 ，v v ) ( v i s s c h e r 等，1 9 9 9 ) 和微量气体( 2 ，v v ) ( s c h u e t z 等，2 0 0 3 ；b a r l a z 等，2 0 0 4 ) 。 微量气体虽然占的比重很少，但对环境带来的负面影响却不容忽视( s a r k a r ，2 0 0 2 ； z o u 等，2 0 0 3 ) 。恶臭污染控制首先应从检测开始，但是考虑到个人主观因素、 恶臭物质非单一性等因素的影响，国际统一的恶臭检测技术标准尚未形成。 ( g o s t e l o w 等，2 0 0 1 ；c a p e l l i 等，2 0 0 8 ) 。恶臭作为一种感观污染，受到诸如生理 习惯、主观感受、气候条件以及最重要的恶臭物质交互作用等复杂因素的影响 ( e 1 一f a d e l 等，19 9 5 ；c o m e t - t o m u n i z 等，19 9 8 ；f i r e s t e i n 等，2 0 0 1 ；n o b l e 等， 2 0 0 1 ) 。解析垃圾填埋恶臭气体的组成是研究恶臭特性的基础，对弄清恶臭气体 产生机制及相互作用、掌握恶臭气体排放规律及动态变化特征具有重要意义。 浙江大学硕士学位论文 1 1 垃圾填埋场恶臭检测方法 在垃圾填埋场填埋库区，恶臭污染属于敞开式无组织排放面源，产生量大、 持续时间长、影响范围广，且无法及时加盖密封，气体收集十分困难，导致恶臭 污染物的环境行为变得更为复杂。近年来，随着气谱质谱联用技术( g c m s ) 、 嗅觉测量技术、电子鼻等技术的发展，对垃圾填埋场的恶臭组成及其特性己得到 进一步认识( s a r k a r 等，2 0 0 3 b ；n i c o l a s 等，2 0 0 6 ；m i c o n e 等，2 0 0 7 ；r o m a i n 等， 2 0 0 8 ) 。 1 1 1 化学分析方法 化学分析法主要用于检测混合气体的组成和浓度，例如g c m s 、g c f i d 等。 化学分析法具有客观性、精确性和可重复等优点，被广泛应用于垃圾填埋场恶臭 污染源解析中( d a v o l i ，2 0 0 3 ；d i n c e r 等，2 0 0 6 ) 。但该法存在不能评价恶臭间的作 用、受检测限限制，无法确定所有的恶臭气体等缺点。 1 1 2 感官检测方法 感官检测方法主要是利用人的感官对气体进行分析，例如嗅觉检测法。该方 法的基本原理是将采样气体用清洁空气进行稀释后，经嗅觉检查合格的实验人员 ( 嗅辨员) 进行判别是否存在异味，直到达到嗅辨员的嗅觉阈值，最后计算恶臭 强度( d a v o l i ，2 0 0 3 ；s i r o n i ，2 0 0 5 ) 。感官检测技术能直接获得恶臭对人的影响程 度，因此被中国、欧洲各国、美国、澳大利亚等许多国家定为衡量恶臭强度的标 准。但是，感官检测法受主观因素的影响较大，不同的嗅辨员可能对不同的恶臭 物质敏感性存在差异。 1 1 3 传感器分析方法 传感器分析方法是指利用具有选择性的电化学传感器阵列和适当的识别装 置组成的仪器来识别恶臭气体，如电子鼻。电子鼻的工作原理主要是利用传感器 模拟生物鼻感应恶臭中的化学成分，产生可以用来测量的物理量的变化( c a p e l l i 等，2 0 0 8 ；王亘等，2 0 0 9 ) 。该方法已经被广泛应用于食品业的恶臭鉴定，但是在 环境中的应用还是刚刚起步。李湘中等( 2 0 0 4 ) 利用电子鼻对比了垃圾填埋场和 厂界的恶臭指纹谱图，确认了厂界恶臭和城市垃圾具有相近的性质。目前，由于 受到传感器种类的限制，电子鼻技术主要适合于半定量分析要求，尚不能检测所 有恶臭物质。 2 绪论 1 2 垃圾填埋场恶臭气体的组成和浓度 垃圾填埋场恶臭气体的组成大致包括含硫化合物( 如硫醇、硫醚等) 、含氮 化合物( 如氨、胺类、吲哚等) 、卤代烃、烃类及芳香烃、含氧有机物( 如醇、 酚、醛、酮等) 。国内外许多学者采用g c m s 技术对填埋场恶臭组成进行了研究。 s c h e u t z 等( 2 0 0 3 ) 分析了法国波尔多垃圾填埋场的填埋气体，结果发现存在4 7 种挥发性有机恶臭气体，包括烷烃( c 2 一c l o ) 、烯烃( c 2 c 4 ) 、卤代烃( 氯氟烃等) 和芳香烃( 苯系物) 等。d i n c e r 等( 2 0 0 6 ) 对土耳其伊兹密尔城市垃圾填埋场恶 臭进行化学表征，共检n n 5 3 种物质，主要包括单芳香族化合物、卤代烃、醛类、 酮类、挥发性脂肪酸( v f a s ) 、酯类和硫和氮化合物等。研究者进一步利用多元 逐步回归分析了恶臭强度与不同化学成分浓度的关系，发现醛、酮和酯具有最佳 的恶臭相关度，相关系数达到9 6 。z o u 等( 2 0 0 3 ) 对广州大田山垃圾填埋场填 埋气体进行分析，冬季检n n 3 8 种恶臭气体，夏季检测到6 0 种恶臭气体，包括烷 烃、芳香烃、卤代烃、萜类、羟基化合物、萘及其衍生物等。徐捷等( 2 0 0 7 ) 采 用美国环保局臭气全成分分析方法( u s e p at o 一1 5 ) 检测出上海垃圾填埋场内的 烯烃类、醇类、酯类、苯系物、氯代烃等5 9 种恶臭物质。 近年来，中国( z o u 等，2 0 0 3 ) 、土耳其( d i n c e r 等，2 0 0 6 ) 、意大利( d a v o l i 等，2 0 0 3 ) 和法国( s c h e u t z 等，2 0 0 8 ) 等许多国家开始关注垃圾填埋场释放的主 要恶臭气体浓度( 详见表1 1 ) 。研究发现，苯系物浓度相对最高，其中广州大 田山垃圾填埋场检测到异丙苯的最高浓度达至1 j 1 6 6 7r t g m 3 ，是最主要的恶臭贡献 者( z o u 等，2 0 0 3 ) ，其次是醛、酮和酯。h u r s t 等( 2 0 0 5 ) 矛1 3 p a r k e r 等( 2 0 0 2 ) 认为垃圾填埋场含有大量的硫化物，恶臭贡献率最高，主要包括h 2 s 、c h 3 s h 、 ( c h 3 ) 2 s 、c s 2 和( c h 3 ) 2 s 25 种气体。k i m ( 2 0 0 6 ) 采用双模态g c 检测技术研究了 韩国东海某垃圾填埋场恶臭中的还原性硫化物，结果发现垃圾填埋场含硫恶臭气 体中，h 2 s 是指示还原性硫化物浓度和流量的最敏感指标，在还原性硫化物中占 主导地位。由此可见，造成各垃圾填埋场恶臭浓度差异的主要原因是由于不同城 市产生的生活垃圾组成成分不同和各地区气象的差异性等所致。 曼鬈! 黑罡黑 赛。t q昌8宗景昌 2磊 禽罱式昌 =2话i高lie , i 2 t 一 q 二是宝 拿罱器寮次窖 ：2 葛 乏窝 。寻一文 一 节叩昀乜叼1一啦卜 n n h h寸 寸n n n n n n n n 导t q 墨兰蚕蚕墨蚤导萎萎未虽蓦蟊三 一 n n寸l n均卜小 2=釜竺= 2 寸 瑷门 娱睁螵骣 堪船骡隈 堪越昧辗卜昧 娱邀遐卜鹱限褒h媸粼将 褒fz堠1顺 将心 将 o 心c oo n 寸0o 心寸0o 岭寸0o o 乜o0 1 9 oo 寸t o o n t oo n 0o 吼0 n o 一 均o i a | 一9 寸c i 将醐-c心h 娱十郴旺oi9n 驳 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恶臭气体种类和含量随着季节的变化而变化，与温度直接相关。z o u 等( 2 0 0 3 ) 研究广州大田山垃圾填埋场夏季填埋恶臭气体，结果发现较高的温度和湿度会引 起垃圾中有机物质快速生物降解，导致较多的填埋气体产生。其中，芳香族恶臭 气体受季节影响较大，其浓度随着温度的升高而增加；含氯恶臭气体由其固有性 质决定，受季节影响较小。邹世春等( 2 0 0 0 ) 在春、夏季填埋恶臭样品中分别检 测出4 7 种和6 4 种v o c s ，夏季微量挥发性有机污染物的浓度大多高于春季样品， 有的甚至高出1 个数量级。c a p e l l i 等( 2 0 0 8 ) 通过嗅觉测量法研究意大利某垃圾 填埋场的恶臭时也得到类似的结果。这是由于夏季时温度最高，垃圾发酵最剧烈， 特别是有机物降解加快，使得填埋恶臭气体大量产生；另一方面，夏季人们消耗 更多的有机物，例如蔬菜水果等，从而增加了垃圾中的有机质含量也是导致恶臭 浓度升高的原因之一。由此可见，高温季节会导致恶臭气体种类增多和浓度提高。 对于填埋场恶臭的控制，重点在于降低夏季温度最高时的恶臭浓度。 5 浙江大学硕士学位论文 1 3 3 恶臭的气象差异性 了解恶臭气象的差异性，有助于填埋场恶臭的控制。恶臭浓度一般随气压升 高而降低( d r e w 等，2 0 0 7 ) 。c a p e l l i 等( 2 0 0 8 ) 研究意大利某垃圾填埋场四个季节 的恶臭浓度与气象关系时发现，大气压较高情况下恶臭浓度较低，可能是由于气 压较高使大气容易渗入垃圾中稀释填埋气体，从而迫使恶臭浓度下降。研究还发 现，不稳定的气象条件( 如弱风且风向不稳定) 下，恶臭不易扩散，导致垃圾填 埋场恶臭强度偏高。z o u 等( 2 0 0 3 ) 对广州大田山垃圾填埋场及周边1 2 个点的v o c s 的空间分布情况进行研究，结果发现7 号区域虽然离填埋区有2 0 0 米远，但由于其 处于下风向，并且在山凹中，气体浓度最高。g a l l e g o 等( 2 0 0 8 ) 研究西班牙某 城市恶臭污染情况时也发现，距该城市上风向7 k i n 的垃圾填埋场气体成分与该城 市恶臭成分十分相似。徐捷等( 2 0 0 7 ) 采用u s e p at o 1 5 方法发现填埋区空气中 恶臭浓度明显高于周边环境，近地面低洼处明显高于开阔处高地。可见，不同的 气象条件下，垃圾填埋场恶臭浓度不尽相同。但是，由于气压、风向、风力等气 象原因引起的恶臭浓度偏高或偏低，并不能说明垃圾填埋场恶臭的释放量随之变 化。 1 4 恶臭污染防治法律法规及标准 国外早在2 0 世纪5 0 年代末就对恶臭污染及其治理方法进行了研究，并制定 了法律法规和标准。日本在2 0 世纪6 0 年代颁布的“宫城公害防止条例”中规定了 恶臭浓度标准，1 9 7 1 年颁布实施了世界上第一部恶臭防治法，接着又公布了“恶 臭防治法施行令”和“施行规定”等，同时还制定了恶臭浓度及2 2 种单一恶臭物质 的排放标准。美国于1 9 7 1 年颁布了清洁空气法，同时各个州也规定了相应的 法律标准。欧洲国家从1 9 8 0 年开始颁布了恶臭污染控制的各种法律法规，以解 决日益增多的恶臭污染案件。1 9 8 0 年，德国在联邦侵害防止法和有关空 气质量的控制的技术指针中对有关恶臭污染作出了规定。1 9 9 0 年荷兰的标准 草案n v n 2 8 2 0 “空气质量一嗅觉仪官能气味测定法”被广泛采用。英国、澳大利 亚、新西兰等国均采纳n v n 2 8 2 0 标准，并提出许多标准草案( 吴希文等，2 0 0 2 ) 。 我国于2 0 世纪8 0 年代末开始进行恶臭污染的调查以及有关测试和标准方面的研 究。1 9 9 3 年颁布了恶臭污染物排放标准( g b1 4 5 5 4 9 3 ) ，随后，进行了多次 修订。 6 绪论 2 垃圾填埋场恶臭污染控制技术 2 1 传统恶臭污染控制技术 目前，垃圾填埋场恶臭污染控制技术主要包括物理法、化学法和生物法，具 体如表1 2 所示( 石磊等，2 0 0 5 ) 。物理方法主要包括掩蔽法、吸收法、吸附法， 具有操作简单、见效快等优点。但该法仅适宜处理低浓度、小范围的恶臭物质， 且成本高、存在二次污染。化学方法主要包括化学洗涤法、氧化法、焚烧法，具 有效率高、适用范围广等优点，但该方法存在除臭设施投资高、运行费用贵、持 续时间短等缺陷( 石磊等，2 0 0 5 ；宋爽，2 0 0 8 ；q u i n a 等；2 0 0 8 ) 。生物方法主要包 括生物过滤法、生物吸收法和土壤堆肥法等，具有工艺简单、操作方便、无二次 污染等优势，但该方法存在筛选及培养菌种难、见效慢等缺陷( s m i t h 等，19 9 6 ； s c h r o e d e r 等，2 0 0 2 ；g a b a l d 6 n ，2 0 0 6 ) 。传统的垃圾填埋场恶臭污染控制技术各有 其优势和局限，近年来以生物法为基础的生物除臭剂法和原位控制技术以其自身 的显著优势越来越受到人们的青睐，发展潜力巨大，具有广阔的应用前景。 表1 2 传统恶臭污染控制技术( 石磊等，2 0 0 5 ) ! 坐! 宝! ：兰9 2 望兰璺垒竺翌垒! ! 呈竺坚也竖! 鱼12 璺2 1 旦2 1 1 业2 呈! 旦翌! 1 2 1l 坠壁垒! ：兰q q l 2 方法原理 特点 7 浙江大学硕士学位论文 表1 2 传统恶臭污染控制技术( 续) ( 石磊等，2 0 0 5 ) t a b l e1 - 2c o n v e n t i o n a lt e c h n i q u e sf o ro d o rp o l l u t i o nc o n t r o l ( c o n t i n u e ) 2 2 生物除臭剂法 生物除臭剂法主要利用酶制品除臭剂、植物除臭剂和微生物除臭剂等药剂去 除恶臭气体。其中，酶制品除臭剂是利用氧化还原酶氧化恶臭气体，以达到除臭 目的，如过氧化物酶和酪氨酸酶可将苯酚和芳香胺类氧化为自由基或醌类。 g o v e r e 等( 2 0 0 5 ) 用气相色谱法分析了辣根过氧化物酶的除臭效果，结果发 现辣根过氧化物酶能够完全去除酚类恶臭物质，对挥发性脂肪酸也有较好的去 除效果，进一步的中试试验发现添加c a 0 2 的辣根过氧化物能有效去除苯酚和挥 发性脂肪酸( g o v e r e 等，2 0 0 7 ) 。y e 等( 2 0 0 9 ) 研究发现，添加h 2 0 2 和c a 0 2 的辣根过氧化物酶可以有效去除挥发性脂肪酸、酚类化合物矛dn g l 哚化合物等多种 恶臭气体，除臭效果可维持4 8h 以上。 植物除臭剂主要是利用微乳化技术将植物提取液乳化后获得的水溶性产品。 利用天然植物提取液进行除臭是以天然植物提取液作为去除异味的工作液，配以 先进喷撒技术或喷雾，迅速分解恶臭分子( 解清杰等，2 0 0 8 ) 。n e g i s h i 等( 2 0 0 4 ) 8 绪论 比较了苦丁茶、绿茶、乌龙茶和黑茶的提取液对硫醇的去除效果，发现苦丁茶提 取液加苹果的丙酮粉末后，其脱硫醇效果最好( 达到1 0 0 ) 。y a m a n a k a ( 2 0 0 3 ) 和袁为岭等( 2 0 0 5 ) 用从茶叶r o o i b o s 中萃取到的提取液，经碱化处理后，对家 庭中的有机垃圾、食品垃圾进行除臭处理，其除臭率达9 0 以上，且除臭效果非 常稳定。 微生物除臭菌剂去除垃圾恶臭是应用微生物能够在代谢过程中降解恶臭气 体这一原理发展而来，是一种新的尝试和发展方向。目前，研究者们已从不同生 境分离得到多种除臭菌株。罗永华等( 2 0 0 4 ) 从广州市李坑填埋场附近的土壤中 筛选出4 株具有明显除臭效果的菌株，并制成微生物除臭剂。经检测，该菌剂对 硫化氢、氨、总烃、恶臭均具较好的去除效果。叶芬霞等( 2 0 0 8 ) 从畜禽养殖环 境中筛选的除臭微生物菌株巨大芽孢杆菌( b a c i l l u sm e g a t h e r i u m ) c c w y 1 菌株、灰色链霉菌( s t r e p t o m y c e sg r i s e u s ) c c w y 2 菌株和热带假丝酵母( c a n d i d a t r i p i c a l i s ) c c w y 3 菌株，对n h 3 和h 2 s 均具较高的脱臭能力，这3 种菌株进行 复合除臭时，对施用区内的n h 3 、h 2 s 和恶臭的去除率分别为7 8 4 、6 6 7 和 8 3 3 ，比普通吸附除臭剂具有更长的有效脱臭时间。丁雪梅等( 2 0 0 3 ) 研制出 一种b m 微生物制剂，该制剂可通过大量乳酸菌、酵母菌、醋酸杆菌和光合菌等 发挥协同作用，能高效去除阈值较低的恶臭组分，对阈值较高的气体物质也有一 定的抑制效果。浙江省水桶岙垃圾填埋场采用此菌剂治理后有较好的效果，距填 埋场5 0m 处恶臭从原先的5 级降为2 5 级，距填埋场5 0 0m 处的恶臭降为一级， 均低于国家三级标准。n a k a s a k i 等( 2 0 0 6 ) 采用微生物分离纯化培养结合g c m s 技术研究了抑制垃圾产生恶臭的微生物，发现从垃圾中分离纯化的菌株y t l 对 垃圾恶臭具有明显的抑制作用，该菌株可通过产生香气物质来弱化恶臭强度。研 究者还对不同p h 和温度条件下垃圾储藏反应器中的除臭微生物进行研究，发现 p h 和温度分别为4 和4 0 时的除臭效果最好。 生物除臭菌剂具有无毒、不产生二次污染等优点，被越来越多的应用到垃圾 填埋场、污水处理厂等行业中。但是，生物除臭菌剂除价格昂贵外，自身也存在 缺点，如受到温度、湿度、p h 等条件的制约，去除恶臭种类有限，且具有一定 时效性、需定期进行喷洒等。 9 浙江大学硕士学位论文 2 3 恶臭原位控制 垃圾填埋场恶臭原位控制技术是利用垃圾填埋覆土层对填埋气体的吸附、吸 收及微生物降解等作用，达到恶臭气体减排的目的。d i n c e r 等( 2 0 0 6 ) 在研究5 个城市垃圾填埋场2 个时间段释放恶臭组成和浓度变化时发现，具覆土层的垃圾 填埋库区对恶臭气体的削减十分明显，而无覆土层的其他填埋库区却没有显著性 变化。可见，填埋覆土层及其优势微生物在原位控制恶臭气体迁移和生物转化的 过程中发挥着极为重要的作用。 2 3 1 覆土材料选择 填埋覆土层的材料选择直接关系到恶臭原位控制的效果。虽然传统的粘土覆 盖技术比较成熟，但具有除臭效果差、占用库容大、材料价格贵以及影响沼气和 渗滤液的运移等缺点。因此，亟需寻求更合适的填埋覆土材料替代( h u r s t 等， 2 0 0 5 ) 。理想的材料一般应具有以下物理特性：高比表面积、高保湿能力、表面 性质益于微生物附着生长、高机械强度、较低的堆积密度、高孔隙率、高缓冲能 力、营养物质丰富、易于获得、低成本、使用寿命长等。 k i m ( 2 0 0 6 ) 研究了转炉炉渣固化污泥作为填埋覆土材料的可行性，结果发 现材料的颗粒分布、含水率、干密度及渗透性等性能参数均优于未经处理的污泥。 m a l m s t e a d 等( 1 9 9 9 ) 和张鹏等( 2 0 0 2 ) 分别选用造纸厂污泥和污水厂污泥作为 填埋场覆土材料，结果均发现具有较好的除臭效果。杨石飞等( 2 0 0 4 ) 也发现污 泥经过改性后有望达到作为垃圾填埋场覆盖材料的各项指标。h u r s t 等( 2 0 0 5 ) 采用圆柱模拟试验研究了堆肥覆盖垃圾表面除臭效果，结果发现，密度为5 9 0 k g m 。3 和7 4 0k g m 。3 的堆肥圆柱分别能达到6 9 矛19 7 的除臭效果。p l a z a 等 ( 2 0 0 7 ) 对沙土、石灰沙土、粘土、细水泥和粗水泥5 种填料减少恶臭中硫化氢 的排放进行了模拟试验，结果表明，不同填料的去除效果存在差异，石灰沙土和 细水泥的去除率最高，达到9 9 ，而粘土和沙土的去除率较低，分别为6 5 和 3 0 。s o l a n 等( 2 0 1 0 ) 利用恶臭强度评估减轻恶臭的填埋覆盖材料时发现，与 传统的粘土材料相比，建筑垃圾粉末、工商业粉末和树皮3 种经济型材料具有更 好的恶臭去除能力。 此外，研究者们还探索了蚯蚓粪、粉末活性炭、飞灰、木材和泡沫等作为填 埋覆土材料的可行性( c a r s o n 等，1 9 9 2 ；s h i m a o k a 等，1 9 9 7 ；沈英娃等，1 9 9 7 ； 1 0 绪论 h a n c o c k ，1 9 9 9 ；p a r k 等，2 0 0 8 ) 。这些材料虽然具有一定的除臭效果，但仍存在原 料少( 如蚯蚓粪) 、价格高( 如活性炭) 、二次污染风险大( 如飞灰) 和微生物适 应性差等问题，而且大多数研究对环境影响因素分析较少，离实际应用仍有较远 的距离。 2 3 2 覆土微生物群落 填埋覆土表层是一个非常复杂的系统，有反梯度气体移动、不同的氧化还原 区和复杂的微生物群落。填埋覆土层中好氧和厌氧细菌对减少甲烷和恶臭气体都 起着重要作用( s c h e u t z 等，2 0 0 3 ；张相锋等，2 0 0 6 ) 。s c h e u t z 等( 2 0 0 4 ) 利用物 质守恒的计算方法，排除非生物过程( 非生物降解、吸附和挥发) 发现填埋覆土 层中的微生物不仅能氧化甲烷，也可降解恶臭气体，如芳香族化合物和卤代烃等。 研究者进一步探讨了不同层次微生物氧化活性，结果发现，5 1 0c m 深处的填埋 覆土层微生物对恶臭物质的降解活性最高。h e 等( 2 0 0 8 ) 研究了粘土和垃圾土 2 种填埋覆土材料对甲烷的去除效果，发现垃圾土的甲烷去除率较粘土高，且磷 脂脂肪酸( p l f a s ) 数量较多，说明垃圾土含有的微生物种群丰度较高，更适合作 为填埋覆土材料。y u 等( 2 0 0 9 ) 通过聚合酶链式反应变性梯度凝胶电泳技术 ( p c r d g g e ) 分析研究了填埋覆土层氨氧化细菌群落的结构多样性，结果表明， 在没有h d p e 膜隔离情况下覆土层中的a o b 群落结构以类欧洲亚硝化单胞菌 ( n i t r o s o m o n a se u r o p a e a 1 i k e ) 为主，而有h d p e 膜隔离时，a o b 的群落结构以 亚硝化螺菌属( n i t r o s o s p i r a 1 i k e ) 为主。研究过程中可将垃圾填埋场视作“生物 过滤器”，而填埋覆土表层可被看做反应器内的填料层。近年来，许多研究者已 对生物过滤器除臭微生物群落进行了大量研究，可以借鉴其研究思路和手段。 c h u n g 等( 2 0 0 7 ) 利用p c r d g g e 和荧光原位杂交( f i s h ) 技术进行研究发现， 生物滤器中降解硫化物、氮化物等恶臭气体的优势菌群为变形菌 ( p r o t e o b a c t e r i a ) 、放线菌( a c t i n o b a c t e r i a ) 、拟杆菌( b a c t e r o i d e t e s ) 和厚壁菌 ( f i r m i c u t e s ) 。h o 等( 2 0 0 8 ) 利用d g g e 和1 6 sr d n a 进行测序分析鉴定表明， 节杆菌属( a r t h r o b a c t e rs p ) 是最优势的菌群( 5 0 ) ，反应器内也含有具有氧 化n h 3 能力的脱氮副球菌( p a r a c o c c u sd e n i t r i f i c a n s ) 。 可见，特异性微生物群落对恶臭气体的去除起关键作用。由于垃圾填埋场恶 臭源具有复杂性，而不同恶臭源的特异性微生物群落也有所区别，目前有关垃圾 浙江大学硕士学位论文 填埋场覆土除臭微生物群落的报道仍较少，有待进一步深入研究。 3 论文的研究意义、研究目标和研究内容 3 1 研究意义 杭州市天子岭垃圾填埋场地处杭州市半山区，负责处理杭州市6 0 的生活垃 圾，日处理垃圾3 1 0 0 吨。随着杭州市城市化进程的加快，市郊的填埋场已成为 城市的一部分，比邻居民区，与此同时，正在运营的设计使用年限2 4 5 年的填 埋场二期工程填埋作业面处于山谷底部，标高较低，垃圾计量、填埋作业以及渗 滤液生化处理过程产生大量恶臭气体极易积聚谷底并随风扩散，成为周边地区大 气环境的重要污染源( m a t o ，1 9 9 8 ) 。据初步统计分析，2 0 0 7 年天子岭废弃物处理 总场h 2 s 浓度最高超过恶臭污染物排放标准( g b l 4 5 5 4 9 3 ) 二级标准近3 0 倍， n h 3 最高超标近1 3 倍，严重影响了填埋场周边居民及企、事业单位职工的正常 工作、生活和人体健康，居民投诉与冲突事件频频发生，如不加以控制，将严重 影响杭州市城市生活垃圾的正常处理处置。天子岭垃圾填埋场恶臭污染问题引起 杭州市各级领导的高度重视。2 0 0 7 年8 月3 日，蔡奇市长和杨戌标副市长等一 行实地考察天子岭一期、二期建设和运营情况，要求加快臭气治理工程建设。8 月6 日，市委书记王国平签署天子岭垃圾填埋场除臭整改意见。8 月9 日，杨戌 标副市长再次主持召开了天子岭垃圾填埋场周边环境整治问题的专题会议，明确 各级各部门要紧紧围绕“环境立市”战略，不折不扣地贯彻落实市委、市政府有关 节能减排工作要求，把群众反映的环境问题提高到关注民生、打造“生活品质之 城”的高度来认识，采取切实有效的措施，将天子岭垃圾填埋场臭气扰民影响降 到最低程度( 杭府纪要 2 0 0 7 1 1 5 6 号) 。杭州市是浙江省的政治、经济、科教、文 化中心，长江三角洲的主要中心城市，又是举世闻名的国际风景旅游城市和国家 历史文化名城，其未来城市战略目标是：以建设国际风景旅游城市为长远奋斗目 标，到2 0 1 0 年基本实现现代化，经济和社会发展主要指标达到目前中等发达国 家和地区水平。杭州市空气质量和环境卫生的改善及城市生活垃圾处理水平的提 高，直接关系到杭州市的城市形象及杭州市经济的稳定持续发展。因此，对天子 岭垃圾填埋场恶臭污染进行深入研究和控制具有极其重要的意义。 目前，垃圾填埋场恶臭污染控制普遍采用喷洒化学除臭剂、增加日覆土量和 提高道路冲洗频次等手段，不仅除臭效果差、成本高、二次污染严重，而且消耗 1 2 绪论 大量土地资源，并减少了垃圾填埋场的有效库容，影响垃圾填埋场的使用寿命。 国内对于垃圾填埋场恶臭污染控制的研究甚为落后，缺乏成熟经济有效的技术和 手段。因此，高效低成本的垃圾填埋场恶臭污染控制技术是生活垃圾填埋处置过 程中必不可少的重要组成部分。 3 2 研究目标 本论文以杭州市天子岭垃圾填埋场及其周边环境作为研究对象，以建设健康 和谐生态环境为目标，通过资料调研和实地监测，摸清垃圾填埋场恶臭污染主要 成分、浓度范围及臭味特征；揭示垃圾填埋场恶臭气体动态变化特征；通过实验 室模拟实验和示范工程，研究垃圾填埋作业改良覆土除臭效果，探讨恶臭污染物 在覆土中的生物转化机制，揭示覆土中微生物种群多样性及群落结构的变化，旨 在为提高垃圾填埋场恶臭污染控制效率，改善垃圾填埋场周边环境空气质量提供 理论基础和实践指导。 3 3 研究内容 本论文研究的主要内容如下： ( 1 ) 通过资料调研和实地监测，解析杭州市天子岭垃圾填埋场恶臭污染来 源( 包括有组织排放污染源和无组织排放污染源) 及分布情况，确定垃圾填埋场 各排放源恶臭气体主要成分、浓度范围和臭味特征。通过监测垃圾填埋场主要恶 臭气体随不同填埋量、不同季节、不同气候条件和不同时段的恶臭浓度，揭示恶 臭气体排放规律及动态变化特征，并探讨恶臭污染的影响范围、污染程度及影响 因素。 ( 2 ) 建立室内垃圾填埋模拟装备，分析比较污泥竹炭堆肥、陈年垃圾、终 场覆土等填埋覆土改良材料对垃圾填埋恶臭气体的去除效果，研发高效新型的垃 圾填埋场恶臭原位控制覆土材料。 ( 3 ) 通过对模拟反应器填埋覆土改良材料微生物的研究，探索材料恶臭气 体生物转化机制，应用分子生物学手段研究微生物种群结构，比较不同填埋覆土 材料d g g e 图谱在条带的数目、迁移率和强度上存在的差异性。 ( 4 ) 在实验室研究基础上，在杭州市天子岭垃圾填埋场建立研究示范基地， 进行新型垃圾填埋覆土恶臭污染原位控制的工程示范；对比污染控制示范工程实 施前后恶臭气体排放浓度和恶臭强度的削减程度。 1 3 第二章杭州市天子岭垃圾填埋场恶臭污染特征研究 第二章杭州市天子岭垃圾填埋场恶臭污染特征研究 1 引言 近年来，城市生活垃圾填埋场恶臭污染问题日益突出，已受到人们的普遍关 注( p o p o v , 2 0 0 5 ；d i n c e r , 2 0 0 6 ；m i c o n e ，2 0 0 7 ；s a r a l ，2