生物處理法防治城市垃圾惡臭

陳婷婷，張志貴

（克拉瑪依市環(huán)境保護科學研究所，新疆克拉瑪依834000）

1 城市垃圾惡臭污染物的產(chǎn)生及危害

1.1 城市垃圾臭氣的產(chǎn)生

人類在享受現(xiàn)代化帶來物質文明的同時，又產(chǎn)生大量的城市固體廢棄物即城市生活垃圾。

垃圾惡臭的產(chǎn)生主要是在堆放或堆肥過程中，氧氣足夠時，垃圾中的有機成分如蛋白質等，在好氧細菌的作用下產(chǎn)生有刺激性氣味的氣體NH3等。當氧氣不足時，厭氧細菌將有機物分解為不徹底的氧化產(chǎn)物，如含硫的化合物H2S，SO2，硫醇類等，含氮的化合物，如胺類、酰胺類，少量的有機氣體如甲硫醇、甲胺、甲基硫等。這些氣體揮發(fā)性較大，易擴散在大氣中，而且部分氣體有毒、刺激性氣味大，給大氣帶來污染。

惡臭的發(fā)生源一般可分為自然發(fā)生源和產(chǎn)業(yè)發(fā)生源2類。通過人的嗅覺即可感覺到的惡臭物質有4 000多種，其中有幾十種對人類健康危害較大。惡臭物質發(fā)臭和它的分子結構密切相關，其分子結構上都具有形成惡臭的原子團。這些“發(fā)臭團”為硫（—S），硫基（—SH），硫氰基（—SCN），羥基（—OH），醛基（—CHO），羰基（＞C＝0）和羧基（—COOH）。主要惡臭物質有硫醇類、氨、硫化氫、甲基硫、三甲胺、甲醛、苯乙烯吲哚、甲基吲哚、酪酸和苯酚類等。

1.2 惡臭污染的危害

由于惡臭污染是一種感覺公害，使人感受到的影響也不盡相同。一般對人產(chǎn)生的影響可以分為心理影響和生理影響。

（1）心理影響：惡臭物質可以給人的感覺器官以刺激。使人感到不愉快和厭惡，造成心理上的負擔，感到壓抑。一般惡臭物質濃度超過嗅覺閾值的幾十倍乃至幾百倍，不會產(chǎn)生生理上的被害影響。

（2）生理影響：有一部分惡臭物質達到一定的濃度后，可以對人的生理產(chǎn)生不良危害。這類惡臭物質有：硫醇類、硫化氫、氨、甲硫醚、三甲胺、甲醛、苯乙烯、苯酚類等，可直接危害人的健康。根據(jù)污染物濃度和接觸時間的長短可以造成不同程度的被害，主要影響有：

（1）危害呼吸系統(tǒng)：人們突然聞到惡臭，就會不同程度地產(chǎn)生反射性的抑制吸氣，使呼吸次數(shù)減少，深度變淺，嚴重時甚至完全停止吸氣，出現(xiàn)“閉氣”現(xiàn)象。

（2）危害循環(huán)系統(tǒng)：隨著呼吸的變化，會出現(xiàn)脈搏和血壓的變化。

（3）危害消化系統(tǒng)：經(jīng)常接觸惡臭，會使人厭食、惡心甚至嘔吐，進而發(fā)展為消化功能減退。

（4）危害內分泌系統(tǒng)：經(jīng)常受惡臭刺激，會使內分泌系統(tǒng)的分泌功能紊亂，影響機體的代謝活動。

（5）危害神經(jīng)系統(tǒng)：長期受到一種或幾種低濃度惡臭物質的刺激，會引起嗅覺疲勞、嗅覺喪失等障礙。“久聞而不知其臭”，使嗅覺喪失了第一道防御功能，但腦神經(jīng)仍不斷受污染氣體的刺激和損傷，最后導致大腦皮層興奮和抑制的調節(jié)功能失調。

除了上述危害外，有些惡臭氣體是有毒氣體，如氨、硫化氫、甲醛等，如果這些氣體達到一定濃度，對人的呼吸系統(tǒng)、皮膚、粘膜、眼睛等會造成刺激和傷害，嚴重的甚至危及人的生命。

1.3 惡臭污染的特征

惡臭污染具有不同于其它污染的許多特性，如局部性、瞬時性、適應性和復合性等。

（1）惡臭污染的局部性：是指排放的惡臭物質僅可在一定區(qū)域范圍內產(chǎn)生對人的嗅覺影響，其原因之一就是除意外事故的大量泄漏外，中間產(chǎn)物的生成量、生產(chǎn)過程中的跑冒滴漏量以及惡臭物質從固體廢棄物或者臭水中的揮發(fā)速度和揮發(fā)量均具有一定限度，盡管人的嗅覺很靈敏，但在空氣稀釋作用下，人們也只能在一定區(qū)域范圍內才能鑒別出氣味的存在。另外，惡臭物質多半為有機物不完全氧化、分解的中間體，散發(fā)至空氣中后，這種在空氣中的氧化、分解過程仍在繼續(xù)甚至會得到加強。

（2）惡臭污染的復合性：是指除單一性惡臭物質排放源外，對于眾多的生產(chǎn)工藝尾氣以及生活設施惡臭源，我們所聞到的臭味往往是多種惡臭物質共同散發(fā)出的復合味，這種復合臭味絕不是各種單一物質氣味的簡單迭加，它是各種氣味相抵、相加、促進等多重作用的反應結果。正是惡臭污染的這一特殊性，使得單一組分的分析測定結果，或幾種組分的分析結果往往在一些場合根本無法體現(xiàn)惡臭污染的真實面目。所以在現(xiàn)階段的更多場合，人們還不得不依賴官能實驗法對惡臭的復合臭氣強度做出真實客觀的測試和評價。

（3）惡臭污染的瞬時性：是指惡臭物質在擴散遷移過程中，因受風向、風速等氣象條件的影響，處于下風向某一位置的人會產(chǎn)生氣味時有時無的感覺。特別是對惡臭影響區(qū)域的惡臭物質濃度或強度進行測定時，不嚴格掌握有關氣象條件的變化，往往會取得不真實或無代表性的測試結果。

（4）惡臭污染的適應性：是指某些人經(jīng)常在一定惡臭濃度環(huán)境條件下工作或生活，會使嗅覺產(chǎn)生疲勞現(xiàn)象，喪失對臭味的嗅辨能力，從而“久聞不知其臭”。當脫離這種環(huán)境一段時間后，“嗅覺會慢慢恢復”。惡臭污染除具有上述種種特性外，還具有季節(jié)性和難消除性。

2 城市垃圾惡臭的生物處理技術

2.1 生物處理法脫臭的優(yōu)點并與其他方法比較

處理惡臭物質的方法，可根據(jù)惡臭物質的種類、濃度、流量、氣體排放方式的不同，而采取不同的處理方法。其中生物處理法、吸附法、化學吸收法等措施都是最常用的幾種去除惡臭物質的方法，它們都有其各自的優(yōu)、缺點和不同的適用范圍。

吸附法，氣體要求預凈化，吸附劑易堆塞，成本高。化學吸附法有二次污染，凈化效率低。生物法脫臭技術有其它方法無法比擬的優(yōu)點，主要有以下幾點：

（1）生物法處理惡臭技術效果好，尤其對于惡臭污染物濃度低于3mg／m3或可生物降解的惡臭氣體，只要控制適當?shù)呢摵蓷l件與氣液接觸條件，可達到極高的脫臭效率。近幾年，在難溶惡臭物質的處理方面也取得較好的效果。

（2）生物脫臭法的技術成本低，投資少，運行費用低，節(jié)省資源和能源。與傳統(tǒng)方法費用相比較，生物法有明顯的優(yōu)勢。

（3）生物脫臭法是利用微生物降解惡臭物質，達到去除臭味的目的，可以避免或減少二次污染。

（4）設置諸如生物過濾池，曝氣槽，收集器等設備，其脫臭裝置簡單，設備操作控制，維護管理比較方便。

2.2 生物脫臭的機理

惡臭污染物的處理是一個多級的過程：首先臭氣經(jīng)溶解進入液相；然后，液相中的臭氣成分被微生物吸附、吸收；最后，跨膜進入微生物細胞，惡臭污染物作為營養(yǎng)成分被微生物分解、利用，轉化成無臭的成分［1］。

2.2.1 惡臭氣體轉入液相的過程

一般來說，惡臭氣體是小分子物質，污染物濃度和氣體壓力都比較低，因此在研究其傳質現(xiàn)象時可以假設其為理想氣體。另外，若氣體流速較低，呈薄層流動，則污染氣體進入液相的過程通常可以用雙膜理論來描述。一般情況下，溶氧不太可能成為限速步驟。對于溶解度不是極高的惡臭污染物，當其濃度達5g／m3時，周圍環(huán)境中的氧濃度還有大概280g／m3［2］，但對于溶解度極高的化合物，如丙酮、乙醇等，則有可能由于液相中聚集過多的污染物而導致溶氧限制。

2.2.2 液相與生物膜之間的傳質

這一過程是生物脫臭的關鍵，其過程用示意圖1表示如下。

圖1 生物脫臭過程

由于至今對生物膜的定義仍很模糊，大部分有關液相和生物膜之間傳質模型都是建立在一些假定條件上。即假設：（1）反應器內為理想的活塞流；（2）液相和生物膜結構如圖1所示；（3）液相內傳質不是限速步驟［3］。生物膜上的反應速度可以用Monad動力學公式來描述。

2.3 城市垃圾生物脫臭處理方法

根據(jù)采用的生物反應器來分，生物脫臭的方法可以大致分為生物濾池法、生物滴濾法和生物洗滌法。

2.3.1 生物過濾法

生物濾池是最早被研究和使用的一種處理揮發(fā)有機污染物的生物技術。其主要原理是使收集到的廢氣在適宜的條件下，通過長滿微生物的固體載體（填料），氣味物質先被填料吸收，然后被填料上的微生物氧化分解，完成廢氣的除臭過程。

生物濾池一般采用泥炭、木屑、樹枝等有機物作為填料。這類載體結構疏松，有利于氣體通過。微生物也可以附著上面生長，利用其中的有機質。其它營養(yǎng)成分可預先混合到填料中，或溶解到水中噴灑到填料上。對于處理代謝產(chǎn)物為酸性物質的氣體時（如H2S氣體），運行過程中會出現(xiàn)填料酸化的問題，因此可以在填料中預先加入緩沖劑。一般，填料需要一兩年更換一次填料。

生物濾池具有氣液接觸效率高、裝置緊湊，去除臭氣效果好等優(yōu)點，工藝比較成熟。因此得到了廣泛地應用［1］。

生物濾池的研究動向在于選擇更優(yōu)的濾料、改善現(xiàn)有濾料的性能、改進生物濾池的構造和建立描述、預測濾池降解的數(shù)學模型。

生物濾池對許多有害氣體都有很好的處理效果，如表1所示。

表1 生物濾池處理效果

2.3.2 生物滴濾池式脫臭法

生物滴濾池被認為是介于生物濾池和生物洗滌塔之間的處理技術［10］。生物滴濾法大多采用無機填料，用循環(huán)水系統(tǒng)提供生物生長需要的水和無機鹽。臭氣通入后被固定在填料上或循環(huán)水中，微生物把有機臭氣代謝成二氧化碳和水或其它無臭無害物質。填料的選擇關系到脫臭的效率。一般采用多孔無機填料。通過循環(huán)水系統(tǒng)，生物滴濾塔內微生物的生長條件（如pH值、礦物質、鹽濃度等）易被調節(jié)，而且有毒或有抑制作用的代謝產(chǎn)物能被洗脫。與生物濾池相比，生物滴濾法具有更廣的處理范圍。其裝置具有合理性、高效性和占地面積少等優(yōu)點，成為目前微生物脫臭技術的主流［1］。

2.3.3 生物洗滌法

生物洗滌塔通常由一個裝有填料的洗滌器和一個具有活性污泥的生物反應器構成。洗滌器里的噴淋柱將微小的水珠逆著氣流噴灑，使廢氣中的污染物與填料表面的水接觸，被水吸收而轉入液相，從而實現(xiàn)質量傳遞過程。如果污染物的濃度較低、水溶性較高，則極易被水吸收，帶人生物反應器。生物反應器內，污染物通過活性污泥中微生物的氧化作用，最終被去除。但是對于難溶性惡臭污染物則處理效果不是很好。與生物濾池不同的是，生物洗滌塔工藝中的液相（通常帶有懸浮微生物）是流動的，在兩個分開部分連續(xù)循環(huán)。這有利于控制反應條件，便于添加營養(yǎng)液、緩沖劑。

2.4 生物脫臭處理技術的比較

生物濾池、生物洗滌塔和生物滴濾池各有其特點和應用條件，因此，應根據(jù)廢氣中污染物的特性和條件，來選擇適宜的處理技術，以便達到最高的除臭效率。其特點的比較詳見表2。

表2 廢氣生物處理技術特點比較［11］

3 結 論

所謂生物法的實質，是利用微生物的生物活動，將惡臭污染物轉化為簡單無害的無機物及微生物細胞質的過程。

生物脫臭技術是近年來開發(fā)出的一種用于環(huán)境保護的生物技術，其適用范圍廣、維護管理簡單、運行成本低、環(huán)境負荷低、無二次污染等，對低濃度、大流量的惡臭氣體，尤其是水溶性較好的污染物有較好的處理效果。因此在處理臭氣上具有廣泛的前景。

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