固體廢物綜合處理產業園惡臭源成分特征及指紋譜研究*

趙 曦 丁成鋼 吳姍姍 熊波文 陸克定

(1.深圳市漢宇環境科技有限公司，廣東 深圳 518001；2.北京大學環境科學與工程學院，北京 100871)

近年來，國內正逐步推進固體廢物集中處理處置設施的建設。2020年4—7月，國家有關部委發布了《醫療廢物集中處置設施能力建設實施方案》《城鎮生活污水處理設施補短板強弱項實施方案》《城鎮生活垃圾分類和處理設施補短板強弱項實施方案》，對醫療廢物、污泥、生活垃圾、焚燒飛灰和廚余垃圾集中處理處置設施的建設提出了明確要求。2020年4月29日，新修訂通過的《固體廢物污染環境防治法》更明確了固體廢物集中處置的建設資金和建設用地均應受到保障。

固體廢物綜合處理產業園是對各類固體廢物處理處置設施進行集群的綜合體。隨著近年來國內固體廢物處理處置水平的不斷提升，國內各地相關園區的功能設置不斷優化，逐漸發展成具有生活垃圾、污泥、危險廢物等多種固體廢物處理處置綜合功能的靜脈產業園區、循環經濟產業園區、資源循環利用基地等[1-2]。大部分固體廢物均含易產生異味的物質，比如生活垃圾、餐廚垃圾和病死畜禽含有淀粉、蛋白、油脂等易腐敗有機質，危險廢物和醫療廢物可能含有多種產生異味的化學物質，污泥、糞渣糞污等含有已經腐敗的物質，這些固體廢物在收集、轉運、貯存、處理、處置等全過程均會產生惡臭氣體。因此，各類固體廢物處理處置設施常常因臭氣擾民遭到公眾投訴。相比單一設施，園區多類固體廢物惡臭排放的嗅覺感官和環境影響存在疊加效應。在園區造成臭氣擾民時，生態環境主管部門對園區的管理手段較為單一，往往只能通過監測《惡臭污染物排放標準》(GB 14554—93)包含的8種惡臭物質和臭氣濃度等指標來進行研判和管控，無法精準識別問題產生的根源。

生活垃圾焚燒廠和填埋場、餐廚垃圾處理廠等固體廢物處理處置設施產生的惡臭物質多達幾十甚至上百種，大致可分為含硫化合物、含氮化合物、含氧有機物、芳香烴類、萜烯類等。閆鳳越等[3],[4]353以天津某大型生活垃圾填埋場為研究對象，春季檢出惡臭物質58種，夏季檢出惡臭物質62種；又以某垃圾焚燒廠為研究對象，檢出惡臭物質67種，包括烷烴、烯烴、單環芳烴、鹵代烴、含硫化合物和含氧有機物等。黃麗麗等[5]對餐廚垃圾處理過程產生的惡臭物質檢測結果顯示，檢出含硫化合物、萜烯類、含氧有機物和芳烴4大類不少于26種惡臭物質。王攀等[6]以某餐廚垃圾資源化利用處理廠為研究對象，檢出包括芳香烴、含硫化合物、鹵代物、烯烴、烷烴、醇、醛、酮和酯在內的9類66種物質。熊運貴等[7]對市政污泥處理過程產生的惡臭物質檢測結果顯示，污泥產生的惡臭物質主要包括硫化氫、氨以及6種芳香族化合物、5種揮發性酸類、3種有機含硫化合物。

污染指紋譜可以為污染溯源提供支持，是進行污染源排放特征識別、污染源解析的重要數據基礎。目前國內已經在生活垃圾處置設施的惡臭污染指紋譜方面開展了探索性的嘗試[4]354-356，但是尚未有針對固體廢物綜合處理產業園的研究。目前，對固體廢物惡臭成分特征的研究，也主要集中在生活垃圾、餐廚垃圾和市政污泥等領域，幾乎還未對危險廢物、醫療廢物、糞渣糞污和病死畜禽等固體廢物的惡臭特征開展研究。本研究選擇了生活垃圾填埋場、生活垃圾焚燒廠、餐廚垃圾處理廠、病死畜禽處理廠、糞渣糞污處理廠、市政污泥處理廠、危險廢物處理廠、危險廢物填埋場、危險廢物焚燒廠、醫療廢物焚燒廠等多種類型固體廢物處理處置設施進行惡臭源檢測與分析。通過采集固體廢物綜合處理產業園內各類固體廢物處理處置設施惡臭產生源的空氣樣品，對惡臭物質進行分析，嘗試建立固體廢物處理處置設施的惡臭污染指紋譜，以期為固體廢物綜合處理產業園環境跟蹤監測以及污染溯源提供技術支撐。

1 材料和方法

1.1 采樣位置

對華南某市多個固體廢物綜合處理產業園內的13座固體廢物處理處置設施的惡臭源進行采樣，每個采樣點采取1個樣品。選擇的設施包括處理生活垃圾、餐廚垃圾、病死畜禽、污泥糞渣、危險廢物、醫療廢物等6大類固體廢物的各類設施，工藝包括無害化處理、填埋、焚燒和綜合利用等，采樣點盡量設置在臭氣濃度較大的位置，采樣點信息見表1。

表1 惡臭源采樣點信息

1.2 惡臭物質篩選

惡臭物質的篩選原則[8]1945-1950,[9-11]包括：(1)屬于國家標準、地方標準受控物質或者有固體廢物惡臭研究相關文獻報道檢出；(2)有嗅覺閾值和環境目標值(AMEG)；(3)有標準檢測方法。本研究共篩選出32種固體廢物綜合處理產業園惡臭物質備選指標(見表2)。

表2 惡臭物質篩選結果

1.3 臭氣濃度

基于惡臭物質的閾稀釋倍數[12]計算各采樣點的理論臭氣濃度。

1.4 指紋譜

指紋譜采用篩選出的惡臭物質的歸一化濃度繪制，本研究的歸一化濃度以甲苯為參比物，對各物質的質量濃度進行歸一化處理。同時，采用分歧系數法[8]1950分析不同排放源指紋譜之間的相似程度。

2 結 果

2.1 惡臭物質檢測

惡臭物質測定方法參照表3。除三甲胺、戊醛和甲基異丁基酮3項指標在所有設施均未檢出外，其他29項指標均有不同程度檢出。在29項檢出指標中，乙酸、丙酸、乙醇、二氯甲烷、丙酮、氨和甲苯的濃度普遍較高，但其中只有氨是國家標準受控物質。

表3 惡臭物質測定方法及儀器

2.2 惡臭嗅覺特征

從表4可以看出，在13座固體廢物處理處置設施的惡臭樣品中，含硫化合物(甲硫醇、硫化氫、甲硫醚)、酸類(乙酸、丙酸)和α-蒎烯在閾稀釋倍數上占據主導位置，另外氨、丙苯、乙醇、丙醛、丁醛和檸檬烯也不同程度超過嗅覺閾值。從整體上看，閾稀釋倍數前5的物質分別為乙酸、甲硫醇、丙酸、α-蒎烯和硫化氫，其最大值分別為625.00、254.29、112.23、73.10和22.83。

表4 惡臭源閾稀釋倍數排名前10的惡臭物質1)

13座固體廢物處理處置設施的理論臭氣濃度為118.92～931.24，理論臭氣濃度最低的為DJ危險廢物處理廠，最高的為RFH生活垃圾填埋場(見圖1)。

2.3 生態環境風險特征

用AMEG稀釋倍數作為生態環境風險分析指標，對13座固體廢物處理處置設施的惡臭樣品進行生態環境風險分析，結果見表5。酸類(乙酸、丙酸)、含硫化合物(甲硫醇、硫化氫)、醇類(乙醇、異丙醇)、氨占主導位置，少量樣品的氯仿和二硫化碳濃度超過AMEG。整體上看，AMEG稀釋倍數前5的物質分別為乙酸、甲硫醇、丙酸、氨和異丙醇，其最大值分別為476.19、14.83、13.18、8.05和4.44。

表5 惡臭源AMEG稀釋倍數排名前10的惡臭物質

2.4 污染指紋譜研究

本研究綜合高歸一化濃度、高閾稀釋倍數和高AMEG稀釋倍數等因素，綜合選擇了乙酸、丙酸、乙醇、二氯甲烷、丙酮、氨作為共性指標，以區分其他園區；選擇了硫化氫、甲硫醇、丙苯、α-蒎烯和氯仿作為差異化指標，以識別各固體廢物處理處置設施(見表6)。從圖2可以看出，除了TIP生活垃圾填埋場與RFH生活垃圾填埋場兩座生活垃圾填埋場之間指紋譜存在相似性外，各設施兩兩之間存在較大差異。

表6 惡臭源污染指紋譜指標

表7 不同惡臭源惡臭指紋譜分歧系數

為了定量說明指紋譜的差異和辨識度，采用分歧系數進行分析。分歧系數越小，說明指紋譜之間具有越強的相似性；如果組分含量相差極大，則分歧系數就趨向于1。通常以分歧系數0.3作為相似與否的分界點。5個差異化指標構成的指紋譜的分歧系數顯示，整體上不同類型設施的分歧系數基本都大于0.3(見表7)，顯示出較好的識別效果。而同為生活垃圾填埋場的TIP生活垃圾填埋場與RFH生活垃圾填埋場之間分歧系數<0.3，說明生活垃圾填埋的指紋譜較為穩定。而兩個危險廢物處理廠之間和兩個危險廢物填埋場之間的分歧系數分別為0.470和0.462，可能與不同危險廢物設施處理處置的危險廢物種類存在較大差異有關。

圖2 各惡臭源惡臭物質指紋譜

3 討 論

固體廢物綜合處理產業園的各類設施惡臭成分十分復雜，在本研究篩選的32種惡臭物質中，有19種在所有設施中檢出，10種在大部分設施中檢出，只有3種未檢出。檢出的物質覆蓋了含氮化合物、含硫化合物、芳烴、醇類、酯類、酸類、醛類、酮類、萜烯類和含氯化合物等。這一結果與文獻[4]至[7]對垃圾填埋場、餐廚垃圾處理廠和市政污泥處理車間的研究發現類似，說明固體廢物綜合處理產業園應該在惡臭國家標準的基礎上進一步充分考慮更多種惡臭物質的綜合防控。

在13座固體廢物處理處置設施的惡臭樣品中，含硫化合物(甲硫醇、硫化氫、甲硫醚)、酸類(乙酸、丙酸)和α-蒎烯占主導位置，另外氨、芳烴、醇類和醛類也有超過嗅覺閾值的情況。其中，含硫化合物和α-蒎烯作為主要惡臭物質與其他研究[13]類似，不同之處在于本研究中含氧有機物(酸類、醇類)等超嗅覺閾值的情況很多，而其他研究更加注重采用環境空氣揮發性有機物的測試方法體系，對含氧有機物關注比較少。

在13座固體廢物處理處置設施的惡臭樣品的生態環境風險分析中，酸類(乙酸、丙酸)、含硫化合物(甲硫醇、硫化氫)、醇類(乙醇、異丙醇)、氨占主導位置，少量樣品的氯仿和二硫化碳濃度超過AMEG。目前，日本、韓國等國家的惡臭污染防控標準里面均覆蓋了酸類等多種含氧有機物[14-15]。在有關部門制定固體廢物綜合處理產業園惡臭污染控制標準時，應充分考慮這些含氧有機物。

4 結 論

(1) 對華南某市的多個固體廢物綜合處理產業園的13座固體廢物處理處置設施惡臭源進行了采樣檢測，結果顯示，除三甲胺、戊醛和甲基異丁基酮等3項指標均未檢出外，其他29項指標均在全部或部分設施惡臭源中檢出。在29項檢出指標中，乙酸、丙酸、乙醇、二氯甲烷、丙酮、氨和甲苯濃度普遍較高。

(2) 在13座固體廢物處理處置設施的惡臭樣品中，含硫化合物(甲硫醇、硫化氫、甲硫醚)、酸類(乙酸、丙酸)和α-蒎烯在閾稀釋倍數方面占主導位置，另外氨、丙苯、乙醇、丙醛、丁醛和檸檬烯也不同程度超過嗅覺閾值。閾稀釋倍數前5的物質分別為乙酸、甲硫醇、丙酸、α-蒎烯和硫化氫，其最大值分別為625.00、254.29、112.23、73.10和22.83。13座固體廢物處理處置設施的惡臭樣品理論臭氣濃度為118.92～931.24，臭氣濃度最低的為DJ危險廢物處理廠，最高的為RFH生活垃圾填埋場。

(3) 用AMEG稀釋倍數作為生態環境風險分析指標，在13座固體廢物處理處置設施的惡臭樣品的生態環境風險分析中，酸類(乙酸、丙酸)、含硫化合物(甲硫醇、硫化氫)、醇類(乙醇、異丙醇)、氨占主導位置，少量樣品的氯仿和二硫化碳濃度超過AMEG。AMEG稀釋倍數前5的物質分別為乙酸、甲硫醇、丙酸、氨和異丙醇，其最大值分別為476.19、14.83、13.18、8.05和4.44。

(4) 綜合高歸一化濃度、高閾稀釋倍數和高AMEG稀釋倍數等因素，綜合選擇了乙酸、丙酸、乙醇、二氯甲烷、丙酮、氨作為共性指標，硫化氫、甲硫醇、丙苯、α-蒎烯和氯仿作為差異化指標。指紋譜和分歧系數的分析結果均顯示構建的指紋譜具有較高的辨識度和較好的應用潛力。