垃圾填埋场恶臭污染控制技术研究进展Word格式文档下载.docx
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odorpollution;
preventionandcontroltechnique;
biologicaldeodorization
1前言
我国城市生活垃圾产生量中80%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,这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,恶臭污染控制已迫在眉睫。
垃圾填埋场的恶臭气体主要源于填埋过程中大量有机生活垃圾在微生物厌氧分解后产生的填埋气体,恶臭是一种影响广泛的公害,对人体的毒害是多方面的,有效控制垃圾填埋场的恶臭污染已成为垃圾综合治理的重要内容之一。
本文概述了垃圾填埋场恶臭污染的特性与控制技术的研究进展,旨在为垃圾填埋场恶臭污染的控制提供理论基础和实践参考。
2主题内容
2.1垃圾填埋场恶臭特性
垃圾填埋场大量有机生活垃圾在微生物厌氧分解后产生填埋气体,填埋气体主要包括甲烷(55%~60%)、二氧化碳(40%~45%)和微量气体(2%)。
微量气体虽然所占比重很少,但对环境带来的负面影响却不容忽。
恶臭作为一种感观污染,受到诸多复杂因素的影响。
随着气谱2质谱联用技术(GC/MS)、嗅觉测量技术、电子鼻等技术的发展,RomainAC【1】和NicolasJ【2】对垃圾填埋场的恶臭组成及其特性已得到进一步认识。
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)、卤素及衍生物(如卤代烃等)、烃类及芳香烃、含氧有机物(如醇、酚、醛、酮等)。
恶臭气体成分在好氧和厌氧条件下均可产生,但主要的致臭物质来自有机物厌氧发酵过程。
在垃圾填埋场中,垃圾中的微生物将有机物作为营养物质加以利用的过程中会产生一些具有异味的气态代谢产物或中间产物,这些物质包括脂肪酸、胺、芳香化合物、无机硫、有机硫,以及萜类物质和其它挥发性有机物。
由于垃圾填埋场臭气是填埋垃圾中易腐败物质厌氧发酵产生的,而厌氧发酵过程与接触方式接触时间、环境温度密切相关,因此垃圾填埋场散发出的臭气成分变化与这些因素的变化密切相关。
恶臭是一种影响广泛的公害【3】,对人体的毒害是多方面的:
恶臭可妨碍正常呼吸功能;
神经系统长期受到低浓度恶臭的刺激,使嗅觉脱失,甚至是大脑皮层兴奋与抑制的调节功能失调,恶臭成分如H2S则直接毒害神经系统,氨使血压先降后升、脉搏先慢后快,而且臭气使人食欲不振、恶心呕吐,可能导致消化系统功能减退以及内分泌系统紊乱,影响机体的代谢活动。
此外,氨和醛类对眼睛有较强的刺激作用。
2.2填埋场不同区域的恶臭控制措施
通常填埋场布局分为垃圾中转区、填埋作业区、污水收集区和生活管理区。
根据臭气的来源和特点,应采取不同的预防和治理措施。
在中转或倾卸区,应尽量保证垃圾运输车辆和贮存设施的封闭性,减少垃圾停留时间,及时清除陈腐垃圾,并定时喷洒药剂或石灰等防蝇除臭。
若有垃圾贮存坑,则应使其处于负压状态,以防止运输车辆接近起卸平台时自动门打开后溢出臭气。
在转运完成后,应及时收集洒落的垃圾,并冲洗地面以消除渗滤液产生的恶臭。
填埋操作应在尽量缩小的区域内快速高效地进行。
减少平铺时垃圾的飞扬抛洒,确保压实强度.并采取日覆盖与适时覆盖相结合的方式,避免垃圾的暴露。
填埋完成后,最终覆土的厚度、材质必须遵守防臭规划。
在污水收集区调节池、厌氧塘、兼氧塘等处理设施的周围,应实行通路隔断,或建造防护林带、构建芦苇湿地等方式,减少臭气污染。
鉴于填埋场在选址时就考虑到离周围居民较远,可以采用调节池加盖密闭,抽吸臭气后高空排放的技术路线;
对于小型填埋场的调节池,也有加除臭菌种的尝试,但不要加入难降解的有机物,以免加重污水处理的难度。
生活管理区应处于填埋场的上风向,周围建有围墙、灌木和绿地等阻隔并定时喷洒除臭防腐剂或其他有中和掩蔽作用的药剂。
办公楼、宿舍、食堂、浴室等设施内应密闭,并采取空间消臭和强制通风相结合的方式,最大程度地降低恶臭影响。
2.3恶臭的常规治理技术
2.3.1物理常规防治技术
物理常规防治技术主要是掩蔽中和法、稀释扩散法、冷凝法、水吸收法和吸附法。
其中掩蔽中和法是按比例混合两种有气味的气体以减轻恶臭,但这难以直接活的脱臭效果,而且成本较高。
稀释扩散法是用烟囱扩散臭气,或以无臭的空气将其稀释至可排放的浓度,需要建造烟囱,能耗较大。
冷凝法是将恶臭物质冷凝为液体除去,成本较高,适于经过预处理、高浓度、流量大的臭气。
水吸收法操作较为简单,投资和运行成本较低,对不溶于水的恶臭物质净化效果不好,而且产生废液。
吸附法是利用活性炭、硅胶、活性白土等吸附剂进行吸附,脱臭效率高,但是吸附容量较小且产生二次污染。
2.3.2化学常规防治技术
化学常规防治技术包括化学洗涤法、臭氧氧化法、光催化氧化法、热力燃烧法和催化燃烧法。
化学洗涤法是添加氯气、次氯酸钠等氧化剂将臭气中的有机硫和有机胺类等物质氧化成臭味较轻或溶解度较高的化合物,然后用酸、碱吸收净化,其适用范围较广但是废液需要处理。
臭氧氧化法是利用臭氧的强氧化作用将臭气氧化成无臭或低臭,这种方法对氨没有效果,运行费用也较高。
光催化氧化是指Ti02类催化剂在光照下可产生高化学活性的物质,这种方法投资较少且高效稳定,无二次污染,但对废气的预处理要求较高,并受到催化剂固定方式的影响。
热力燃烧法在高温下可较彻底的将污染物净化并可回收热量,但是其投资与运行费用昂贵,仅适用于较小气量与较高浓度的场合,若反应室的结构稍有不佳则除臭不完全。
催化燃烧法是将燃气与臭气混合,在一定温度下通过催化剂床层,效率较高但是催化剂易中毒。
2.3.3生物常规防治技术
生物常规防治技术有生物过滤法、生物吸收法、土壤堆肥法、矿化垃圾法和投加药剂法。
生物过滤法是利用细菌、真菌、放线菌等微生物将臭气中的有机成分降解为二氧化碳、水等物质。
生物吸收法【4】是利用生物洗涤塔和曝气池中的活性污泥有效地吸附分解臭气,达到除臭的目的【5】。
土壤堆肥法是将污泥、垃圾、粪便等混合,通过好氧发酵抑制臭气的产生,这种方法脱臭效率高、矿化垃圾法是将臭气通过由矿化垃圾构建的生物滤床,该方法取材容易,成本较低,效果较好,前景也好。
投加药剂法是利用微生物制剂的特殊功效快速降解臭气,适用于各类环卫设施,简单方便。
除此,就是联合几种工艺以满足较高脱臭要求的联合法,如化学吸收-吸附法、生物过滤-活性炭吸附串联工艺等。
恶臭的常规防治技术各有其优势和局限。
ReijM.W【6】和吴冰思【7】研究得出物理法只适宜处理低浓度、范围小的恶臭,且成本较高;
化学法除臭不持久,除臭设施投资和运行费用高;
生物法虽成本低廉,效果好,但菌种的筛选培养较为困难,见效稍慢。
相对于传统的处理恶臭的物理化学方法,生物除臭法具有工艺简单、成本低廉、除臭更彻底等特点,经过几十年的发展,各类生物除臭技术已应用于城市垃圾填埋场,生物除臭在环境保护与资源的重复利用方面应用潜力巨大。
2.4生物除臭技术
2.4.1生物法除臭的原理
生物法是利用微生物将臭味气体中的有机污染物降解或转化为无害或低害类物质的过程【8,9】。
在适宜的环境条件下,附着于生物填料上的微生物利用臭气中的污染物作为能源,维持生命活动,并将其分解为:
H2O、CO2和其他无机盐类,从而使废气得以净化。
微生物除臭基本上分为3个过程:
①将部分臭气由气相转变为液相的传质过程;
②溶于水中臭气通过微生物的细胞壁和细胞膜被微生物吸收,不溶于水的臭气先附着在微生物体外,由微生物分泌的细胞外酶分解为可溶性物质,再渗入细胞;
③臭气进入细胞后,在体内作为营养物质被微生物所分解、利用,使臭气得以去除。
2.4.2生物除臭技术工艺
生物除臭法就是利用酶制品除臭剂、植物除臭剂和微生物除臭剂等药剂去除恶臭气体【10】。
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。
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。
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,马梅荣【11】、罗永华【12】已从不同生境分离得到多种除臭菌株,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、pH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【13】。
2.4.2.1常见的生物脱臭工艺
常见的生物脱臭工艺有生物过滤法和生物吸收法。
生物脱臭工艺中,生物滤池法研究得最多,工艺也最成熟。
其脱臭效率除受附着微生物、湿度、pH值、温度、布气均匀性等影响外,滤料性能的影响也至关重要。
近年来,草根碳、植物纤维、矿化垃圾等新型滤料也逐渐被运用到填埋气的脱臭中同时,各种改进的滤池,如闭路悬浮式滤池、转动式滤池和螺旋式生滤池,以及生物膜反应池等装置在气体脱臭上的应用也开始出现。
2.4.2.2组合式生物脱臭工艺
传统生物脱臭可能对某些臭气的脱除效率不高,可以应用组合式生物除臭工艺,例如活性炭吸附一微生物降解组合工艺【14】、组合式高效生物滴滤器等。
活性炭吸附一微生物降解组合工艺是指附着于活性炭生长的微生物经过驯化后,可吸收恶臭物质并将其降解,从而使得活性炭得到再生【15】。
这不仅延长了活性炭寿命,降低了除臭成本,使占地大为缩小,且获得了良好的除臭效果【16】。
在组合式高效生物滴滤器中,通过添加一些增湿循环液的药剂,可强化生物处理系统效果。
与传统生物处理法相比,组合式高效生物滴滤器大大缩小了占地面积,系统整合了气体增湿、生物净化、除雾等流程于一体,便于自动控制。
为避免进气中某些高浓度的恶臭物质对微生物产生毒害作用,致使脱臭效率下降,可以把生物法与化学法结合起来应用。
2.4.2.3微生物菌群除臭剂
微生物菌群除臭剂能有效抑制致臭微生物的生理生化活动,使臭气消除效果比较持久。
在填埋场内,它既可通过喷洒菌群稀释液,有效降低NH3、H2S等臭气的浓度,又可在生物脱臭池中添加高效除臭菌种,提高生物脱臭效率。
因此,除臭剂空间脱臭和局部强化脱臭技术的结合,将使填埋场中恶臭污染大大降低。
丁雪梅等【10】已培育出在垃圾填埋场的除臭防蝇中有成功应用的复合型微生物制。
罗永华等【12】也从填埋场附近的土壤中筛选出菌珠,并研制出有明显脱臭效果的微生物除臭剂。
垃圾填埋场恶臭污染是一种区域性的面源污染,这就意味着传统恶臭治理技术在填埋场的应用存在限制性因素,如物理吸收、化学洗涤、催化氧化、生物过滤等方法都需要先将气体收集起来才能实施处理,而填埋作业面的恶臭气体收集难度高。
因此,在作业现场喷洒除臭药剂是较为常见的措施。
填埋场除臭剂主要有气味屏蔽剂、香味中和剂、酸碱除臭剂、植物提取液、化学除臭剂、纳米材料除臭剂、生物除臭剂等。
其中,生物除臭剂中含有复合菌群,不同的微生物菌种发挥着不同的作用,有的微生物可将垃圾中的恶臭物质快速分解,有的则通过代谢产生具有杀菌功能的产物,有效抑制产臭微生物的活动和垃圾中有机物的急剧腐败分解,由于其高效、环保特点,应用前景较为广泛。
垃圾填埋场除臭剂喷洒区域应包括作业区、沼气导排井、场区道路及场区边界。
其中填埋作业区域应采用人工或风炮或车载除臭装置不停向裸露垃圾表面喷洒除臭剂,场区道路宜采用移动式喷洒车辆定期喷洒除臭剂,场区边界也应安装自动式喷头并设定喷洒频率,实施全覆盖式的药剂除臭措施,确保将恶臭气体消灭在填埋场区,减少对周边环境的危害。
2.4.3填埋场渗沥液恶臭生物处理技术
垃圾渗沥液中含有多种有机物重金属,这些有毒物质中有许多属于“三致”物质,其散发的臭气成分也极为复杂。
有研究人员将EM原液加入适合不同菌种生长的固体培养基中分别培养分离,通过观察培养基上生长出的菌落形态和数量,结合培养基适合培养的细菌种类,鉴定出组成EM有效微生物的主要菌种,并将其用于垃圾渗沥液的除臭,结果表明使用EM菌剂对填埋场垃圾渗沥液除臭,可以达到较好的除臭效果【17,18】。
2.4.4填埋场除臭技术展望
近年来,国内外开展了大量垃圾填埋场恶臭污染特性与控制技术的研究,由于时间和技术方面的影响,我国城市垃圾填埋场除臭问题的研究比较晚,能够广泛运用于实际中的除臭技术还不成熟,还有许多需要解决的问题。
如生物滤池滤料的选择问题,高效微生物的筛选和驯化问题,垃圾填埋场臭气除臭装备的研制问题等。
生物脱臭技术在填埋场的应用展望随着我国卫生填埋场向着生态型和综合利用型方向的发展,场内的除臭问题已刻不容缓。
结合填埋场的实际,生物脱臭技术,因其运行费用极低、除臭效果好、操作方便等特点,将逐渐成为场内大范围除臭的主导技术。
3总结与建议
卫生填埋场的恶臭污染因其范围广、浓度高和危害大等特点,不仅严重危害着环卫人员的健康、影响周边经济的发展,而且已经成为一种社会公害,引起了全社会的广泛关注。
我国城市生活垃圾卫生填埋场的恶臭污染是多因素综合作用的结果,严重制约着垃圾处置行业的发展,需综合社会各方面的力量,推动垃圾分类处置,应用利于恶臭控制的填埋作业工艺,大力发展恶臭控制技术,不断加强填埋作业管理,并建立恶臭控制的联动应急机制,最大限度地控制填埋场恶臭污染,促进垃圾填埋处置行业健康发展。
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