不同惡臭設施污染排放特征研究

李向蓉（上海建科環境技術有限公司，上海 200032）

1 概 況

惡臭污染物是指一切刺激嗅覺器官引起人們不愉快感覺及損害生活環境的氣體物質。惡臭作為感官污染，可直接或間接對人類健康造成危害，是世界公認的七大環境公害之一。石油化工、畜牧業、污水處理和垃圾處理等行業設施都是惡臭污染的主要來源。惡臭污染物具有廣泛性和多樣性的特點，按其組成可分為以下 6 類：硫化物（如硫化氫、硫醇類等）；含氮化合物（如氨、胺類等）；含氧化合物（如酚、醇、酮、醛等）；芳香烴（如苯、甲苯、乙苯等）；鹵素及衍生物（如鹵代烴等）；烷烴等[1]。惡臭污染物的種類和濃度大小受有機質組成、工藝條件（如發酵溫度、停留時間、通氧量等）和環境條件（如風速、風向、氣溫、氣壓等氣象條件）等因素影響[2]。惡臭污染不僅降低環境質量，還會對人體健康造成危害，比如氨會對人體的脈搏、血壓及眼睛產生強烈的刺激作用[3]；而硫化氫會影響人體內氧的傳送，從而使機體處于缺氧狀態，最終毒害神經系統；短時間暴露于惡臭氣體環境中會引起眼睛、鼻子、喉嚨等局部器官的急性刺激；長時間暴露于惡臭氣體環境中可能會導致神經衰弱、呼吸道損傷和中樞神經系統損壞。因此，惡臭污染的防控不僅是惡臭產生工廠的環保要求之一，更是保障廠區工作人員及周邊居民健康的必要舉措。從這個層面來看，需要對惡臭物質的污染特征進行分析，以便對其實施有效的防控措施。本文以污水處理廠、垃圾填埋場、養殖場和化工廠等 8 種不同類型的惡臭排放設施作為研究對象，對其排放的惡臭污染物進行了實地監測，對不同惡臭設施的惡臭污染排放特征進行研究。

2 材料與方法

2.1 監測點位、監測因子、監測時段及頻次

選取 8 種不同類型的惡臭排放設施作為研究對象，對其排放的惡臭污染物進行實地監測。相關監測點位、監測因子、監測時段及頻次如表 1 所示。

表1 監測點位、監測因子、監測時段及頻次

依據《惡臭環境管理與污染控制》和《惡臭環境科學詞典》，篩選出 30 種惡臭特征污染物進行研究。6 類惡臭物質的惡臭特征污染物組成情況如表 2 所示。

表2 惡臭特征污染物

2.2 分析方法

硫化物的分析方法為《空氣質量 硫化氫、甲硫醇、甲硫醚和二甲二硫的測定-氣相色譜法》（GB/T 14678—1993），氨的分析方法為《環境空氣 氨的測定-次氯酸鈉-水楊酸分光光度法》（HJ534—2009），VOCs（包括含氧化合物、鹵代物、烷烴、芳香烴）的分析方法為《環境空氣中揮發性有機物的罐采樣—氣相色譜/質譜法》（US EPA TO—15:1999）。

3 分析與討論

3.1 惡臭組分特征

圖1 不同惡臭設施的惡臭組分濃度貢獻率

由圖 1 可知，8 種不同類型惡臭排放設施檢出的惡臭污染物組成存在明顯差異。濃度貢獻率（Concentration Contribution，CC）表示一種惡臭物質量在惡臭物質總量中的占比，計算公式如式（1）所示。

如圖 1 所示，檢測出的惡臭組分中，除了某化工制造廠和某種豬場外，其余采樣點氨的濃度貢獻率最高。不同惡臭設施采樣點氨的濃度貢獻率為某乳業公司 86%＞某蛋雞場79%＞某化工運輸廠 77%＞某垃圾填埋場 57%＞某滲濾液處理廠 57%＞某污水處理廠 36%＞某種豬場 29%＞某化工制造廠 21%。乳業公司和種豬場的氨主要來源于畜類的排泄物（尿液中的尿素和糞便中的有機氮）的分解，少量來源于飼料殘渣和墊料的堆積腐敗；而蛋雞場的氨主要來自未消化完全的飼料和糞便中的尿酸，原因是禽類和畜類消化系統的不同。滲濾液處理廠和污水處理廠的氨源自曝氣不足導致的厭氧分解，少部分源于水體擾動過程中溶解氨的逸散。所以，氨是環境中極為普遍的一種惡臭物質。

含氧化合物是濃度貢獻率第二的惡臭物質，其在不同惡臭設施采樣點的濃度貢獻率為某種豬場 42%＞某污水處理廠 35%＞某滲濾液處理廠 15%＞某乳業公司 11%＞某垃圾填埋場 9%＞某化工制造廠 9%＞某蛋雞場 6%＞某化工運輸廠 6%。種豬場、污水處理廠、滲濾液處理廠、乳業公司和蛋雞場的含氧化合物主要是醇類、酮類等，來源于厭氧發酵或堆肥等。而化工制造廠和化工運輸廠環境中的含氧化合物還包括醛類和酯類等，通過各種化工合成而產生。

硫化物是第三種廣泛分布的惡臭物質，但其在多數環境中的含量并不高，分別為某垃圾填埋場 15%＞某污水處理廠 10%＞某滲濾液處理廠 6%＞某化工運輸廠 4%＞某乳業公司 3%＞某蛋雞場 1%＞某種豬場 1%。填埋場、污水處理廠和滲濾液處理廠等城市公共設施是含硫惡臭物質的主要來源，其中垃圾填埋過程中排放的硫化物主要以二甲二硫、硫醇和硫醚為主，污水處理廠和滲濾液處理廠的進水泵房和初沉淀池以及厭氧消化過程中排放的硫化物主要以硫化氫和硫醇主。

芳香烴是化工制造廠產生的主要惡臭物質，其濃度貢獻率達到 69%。芳香烴主要源于煉油、煉焦、石油化工、化肥、涂料等的生產。而其在其他監測點的濃度貢獻率都不超過 13%。烴類和鹵代物在各監測點的濃度貢獻率均不超過15%，前者主要由內燃機排氣產生，后者主要由合成樹脂和合成橡膠等產生。

綜上，整體來看，氨和含氧化合物濃度貢獻率較大，鹵代物、硫化物和烷烴在整個惡臭物質濃度中的貢獻率整體較低。

3.2 主要致臭物質

物質濃度反映了不同區域的惡臭氣體的釋放濃度，單純的高濃度并不意味著其對惡臭的貢獻大，即物質濃度并不能準確反映實際感官的惡臭特征。特別是不同惡臭氣體的嗅閾值相差較大，從而影響了最后的臭氣感官效果。因此，可以用異味活度值（odour active value，OAV）來表示某種惡臭物質對惡臭的貢獻。

異味活度值是表示異味氣體污染程度的指標，其為物質的化學濃度與人體感官有機結合，計算方式是由異味物質的化學濃度和嗅閾值濃度的比值得出式（2）。

異味活度值 OAV 是一個無量綱因子，其可以被理解為異味氣體組分稀釋至異味消失（即低于嗅閾值）時的稀釋倍數。理論上在異味物質混合的狀態下，單個物質的異味活度值的大小代表了該物質的致臭貢獻，而所有物質的異味活度值之和則體現了混合氣體的惡臭程度。

異味活度值貢獻率表示一種惡臭物質異味活度值在惡臭物質總異味活度值中的占比，計算公式如式（3）所示。

式中：COAVi—第i種惡臭物質的異味活度值，無量綱；

n—惡臭物質的種類數。

8 種不同類型的惡臭排放設施檢出的 6 類惡臭物質的異味活度值和異味活度值貢獻率情況分別如圖 2 和圖 3 所示。

圖2 惡臭排放設施的惡臭組分異味活度值

圖3 惡臭排放設施的惡臭組分異味活度值貢獻率

圖 2 展示了惡臭排放設施的惡臭組分異味活度值，不同惡臭氣體的異味活度值趨勢為：硫化物（平均 56.30）＞含氧化合物（平均 0.21）＞鹵代物（平均 0.10）＞氨（平均0.09）＞芳香烴（平均 0.07）＞烴類（平均 0.03）。外形—官能團理論認為，物質的氣味除了與其分子大小和形狀相關外，還與分子所含官能團的性質及位置有關[6]。這些官能團被稱為發臭基團，如巰基（-SH）、氨基（-NH2）、羥基（-OH）、羰基（C=O）、羧基（-COOH）。因此，盡管硫化物的化學濃度并不高，但是硫化物的低嗅閾值（ 10-7～10-2mg/L，相較于含氧化合物 10-5～10 mg/L、氨類 10-4～102mg/L、烴類 10-3～103mg/L、鹵代物10-2～103mg/L）導致了其最終的異味活度值較大。并且，通過圖 3 惡臭組分異味活度值貢獻率可知，硫化物占據著絕對的主導地位，某滲濾液處理廠、某垃圾填埋場、某乳業公司、某污水處理廠、某化工運輸廠的惡臭異味活度值幾乎全由硫化物貢獻，異味活度值貢獻率均達 99.46% 以上。硫化物一是源于含硫有機質的厭氧分解，二是由硫酸鹽的還原產生。在滲濾液處理和污水處理中，通常使用添加硝酸鹽等來提高氧化還原電位，抑制硫酸鹽還原菌的活性，所以滲濾液處理廠和污水處理廠硫化物產生量較低。然而外加調理劑的方法在填埋場難以實現，需尋求更可行的辦法。

4 結 語

選取污水處理廠、垃圾填埋場、養殖場和化工廠等 8 種不同類型的惡臭排放設施作為研究對象，對其排放的惡臭污染物進行了實地監測，進而識別了不同惡臭設施惡臭污染的排放特征。分析表明，不同惡臭設施的惡臭組分濃度貢獻率不同，氨和含氧化合物濃度貢獻率較大，鹵代物、硫化物和烷烴濃度貢獻率較低；通過惡臭組分的異味活度值和異味活度值貢獻率分析可知，雖然硫化物的化學濃度低，但因硫化物的低嗅閾值導致了其最終的異味活度值以及異味活度值貢獻率最大。研究成果可為工廠制定惡臭污染控制對策及區域環境空氣質量改善提供依據。