惡臭作為大氣污染公害之一,在全球范圍內(nèi)受到了各國(guó)廣泛重視。因而國(guó)外有些國(guó)家較早地就開始了該方面的研究,1971年6月，日本首先對(duì)惡臭實(shí)行專項(xiàng)立法 [1]。氣味感覺是由于揮發(fā)性分子和臭味物質(zhì)相互作用，刺激人等哺乳動(dòng)物位于鼻腔上部嗅覺感覺神經(jīng)的結(jié)果[2]。氣味感覺是非常復(fù)雜的，它受心理因素、氣象因素、主觀感覺、遺傳因素等影響。對(duì)人類有惡臭嗅覺刺激的物質(zhì)有1萬種左右[3，4]。我國(guó)《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB14554-93）中確定了8 種惡臭污染物,它們分別是硫化氫(H2S)、甲硫醇(CH3SH)、甲硫醚[(CH3)2S]、二甲二硫[(CH3)2S2]、二硫化碳(CS2)、氨 (NH3)、三甲胺[(CH3)3N]、苯乙烯(AR-CH=CH2)。其中，有5種污染物含硫氣體。

H2S是具有臭雞蛋味的惡臭氣體，低濃度時(shí)，它能引起眼炎、眼部分泌物增多，角膜渾濁畏光，易發(fā)生氣管炎、咳嗽甚至咽部水腫；如長(zhǎng)期吸入硫化氫會(huì)導(dǎo)致人體質(zhì)變?nèi)�、抵抗力下降，易發(fā)生腸炎、心臟衰弱、神經(jīng)紊亂、多發(fā)性神經(jīng)炎等。

國(guó)內(nèi)的一些垃圾填埋場(chǎng)正逐漸被居民區(qū)包圍，而填埋場(chǎng)造成的惡臭污染范圍一般在2.0km的區(qū)間內(nèi)，在不利的逆溫條件下惡臭范圍可達(dá)6.0km以上[5]。我國(guó)329個(gè)城市生活垃圾處理場(chǎng)的調(diào)查結(jié)果表明，主要的含硫惡臭氣體為H2S，各填埋場(chǎng)的無組織排放廢氣中H2S的超標(biāo)率為7.6%，超標(biāo)倍數(shù)為 0.5~24[6]。為了進(jìn)一步認(rèn)識(shí)硫化氫的遷移轉(zhuǎn)化規(guī)律，并且最終達(dá)到控制垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)惡臭氣體的目的，研究它在填埋場(chǎng)的產(chǎn)生和變化機(jī)制成為當(dāng)今環(huán)境領(lǐng)域的重要課題。

1監(jiān)測(cè)與分析

1.1監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)

阿蘇衛(wèi)垃圾衛(wèi)生填埋場(chǎng)地處北京昌平小湯山鎮(zhèn)西南3km，于1994年12月正式投入運(yùn)行，日填埋垃圾2000t，使用年限20a以上。填埋場(chǎng)占地 63hm2，填埋區(qū)共40hm2，分為一期和二期兩部分。一期占地26hm2，現(xiàn)正在使用，已填埋距地面高度12m，地面以下4m；2003年3月沼氣集中收集工程改造完畢。二期占地14hm2，尚未投入使用。垃圾主要來自東城區(qū)、西城區(qū)、海淀區(qū)、小湯山、百善鎮(zhèn)。

1.2監(jiān)測(cè)內(nèi)容與點(diǎn)位工況

1.2.1沼氣改造工程前期點(diǎn)位布置

選擇2001年監(jiān)測(cè)，選定沼氣排放管F3、G6，相鄰排放管間距50m，點(diǎn)位布置圖如圖1(a)所示。

1.2.2沼氣改造工程后期點(diǎn)位布置

選擇2003年4月~7月連續(xù)監(jiān)測(cè)，沿填埋區(qū)沼氣收集管選擇采樣監(jiān)測(cè)點(diǎn)，分別為J3、J4、H4、H5，其中，J3、J4間距50m；J4、H4間距200m；滲濾液收集井處監(jiān)測(cè)點(diǎn)位為填埋區(qū)東北側(cè)滲濾液收集井，點(diǎn)位布置圖如圖1(b)所示。

1.2.3各點(diǎn)位填埋工程概況

填埋過程概況如圖2所示，整個(gè)工程從地面下4m處填埋，至2003年7月已達(dá)到地面上12m。2001年G6、F3水位高度分別為地面以上2m、3m；2003年H4、H5水位高度為地面以上7m；2003年H4、H5水位高度為地面以上4m。

2結(jié)果與討論

1.3監(jiān)測(cè)項(xiàng)目

水面蒸發(fā)量（mm）；氣溫（℃）；填埋場(chǎng)內(nèi)部溫度（℃）；CH4體積分?jǐn)?shù)（%）；H2S質(zhì)量濃度（mg•m-3）。

1.4分析方法

1.4.1主要監(jiān)測(cè)分析儀器

SP-3420氣相色譜分析儀，北京分析儀器廠；COSMOSXP-302ⅡE型氣體監(jiān)測(cè)儀（沼氣工程改造前期），日本；multiwarn Ⅱ,SP8314040型氣體監(jiān)測(cè)儀（沼氣工程改造的后期），德國(guó)；TL型溫度傳感器；聚四氟乙烯采氣袋（2L），化工部光明研究所。

圖1沼氣改造工程前期、后期監(jiān)測(cè)點(diǎn)位設(shè)置

圖2各點(diǎn)位填埋過程示意

1.4.2分析方法與條件

（1）CH4：氣相色譜法。操作條件：載氣N2，30ml/min；進(jìn)樣口溫度，160℃；檢測(cè)器溫度，180℃（TCD熱導(dǎo)檢測(cè)器）；柱溫，220℃；六通閥進(jìn)樣器，10μl；填充柱，1.0m×2.8mm。

（2）H2S：氣體監(jiān)測(cè)儀。

（3）填埋場(chǎng)內(nèi)部溫度：TL型溫度傳感器。

（4）垃圾成分分析：四分法取樣；風(fēng)干后，105℃烘干分析。

2.1沼氣改造工程前期H2S變化

2001年選取填埋區(qū)F3、G6兩個(gè)垂直型沼氣排放管監(jiān)測(cè)H2S氣體，排放管直接取氣分析。結(jié)果如圖3所示。

圖3F3、G6排氣管氣體變化

從圖3可知，G6排氣管H2S氣體排放濃度隨季度變化較為顯著，H2S氣體峰值出現(xiàn)在第3季度的9月。F3排氣管H2S氣體排放濃度變化平緩，平均為 5.48mg/m3。從圖2可知，由于G6地區(qū)2001年1~12月新鮮垃圾填入總高度為2m,1994~2000年填入速率約2m/a；而F3地區(qū) 2001年新鮮垃圾填入厚度為0.5m，此前幾年的填埋量也較為平均，但只有G6地區(qū)填入高度的1/4。從表1可以看出新鮮垃圾夏季和秋季的可農(nóng)用部分占 26.84%，冬季和春季的可農(nóng)用部分占32.13%；從表2可以看出陳垃圾的可農(nóng)用季的可農(nóng)部分僅占3.09%，因此F3地區(qū)H2S氣體變化較為平緩。新鮮垃圾可農(nóng)用部分夏季、秋季小于冬季、春季，而H2S氣體變化在夏季和秋季最為顯著。這是由于我國(guó)北方地區(qū)垃圾組成受季節(jié)影響明顯，秋季、夏季蔬菜和水果消耗量大，尤其夏季主要以西瓜等含水率很高的有機(jī)垃圾為主；而冬季、春季垃圾的含水率相對(duì)較低。1996~2001年阿蘇衛(wèi)填埋場(chǎng)新鮮生活垃圾含水率變化，如表3所示。

表1阿蘇衛(wèi)2001~2003年新鮮垃圾平均組成（干基）w/10-2

表2阿蘇衛(wèi)1994~2000年陳垃圾平均組成（干基）w/10-2

表3阿蘇衛(wèi)新鮮生活垃圾含水率

7~9月新鮮生活垃圾含水率最高，可達(dá)52.66%±3.41%，同時(shí)H2S氣體濃度達(dá)到峰值；而1~3月含水率降到最低，為34.07%±2.75%，相應(yīng)的H2S氣體濃度最低。H2S氣體變化趨勢(shì)與含水率總體變化趨勢(shì)相一致。

因此，G6排氣管出現(xiàn)H2S氣體變化隨季節(jié)變化較為顯著的原因與垃圾自身含水率有關(guān)。

2.2沼氣改造工程后期H2S變化

填埋區(qū)共選取J3、J4、H4、H5等4個(gè)垂直型沼氣收集管監(jiān)測(cè)H2S氣體。H2S取氣口直接取氣分析；CH4采用采氣袋取氣，氣相色譜分析。

（1）J4收集管CH4、H2S變化如圖4（a）所示。J4沼氣收集管5月10日前處于排空狀態(tài)，于5月10日封閉，甲烷體積分?jǐn)?shù)隨即達(dá)到 63.0%，H2S質(zhì)量濃度大于140mg/m3，而6月11日以后，H2S質(zhì)量濃度有明顯衰減趨勢(shì)，含硫垃圾降解已趨于穩(wěn)定。（4）J3、H4、H5集氣管H2S氣體監(jiān)測(cè)結(jié)果如圖4(b)。H4和H5質(zhì)量濃度變化基本一致，主要是兩者同處于同一填埋單元內(nèi)，即垃圾的基本組成、水分分布情況、壓實(shí)密度、覆土層厚度基本一致，圖2中2003年H4、H5地區(qū)填埋厚度僅為0.5m，而從兩者總體的變化趨勢(shì)分析，H2S處于穩(wěn)定的衰減狀態(tài)；2003年J3地區(qū)填埋厚度為5m，J3收集管H2S質(zhì)量濃度處于顯著上升階段，硫酸鹽降解反應(yīng)處于活躍期。

2.3東北側(cè)滲濾液收集井H2S變化

2003年6~7月滲濾液收集井處監(jiān)測(cè)分析數(shù)據(jù)如圖4（c）、（d）所示。水位距井口6.5~7.0m，監(jiān)測(cè)點(diǎn)位位于液面上2m處；井外設(shè)置1個(gè)參照點(diǎn)，位于井口外上風(fēng)向1m處。圖4（c）中H2S的濃度變化趨勢(shì)與水面蒸發(fā)量的變化趨勢(shì)有良好的相關(guān)性。圖4（d）中滲濾液收集井處CH4體積分?jǐn)?shù)有逐漸升高的趨勢(shì)，而滲濾液從垃圾堆體流出后，H2S氣體分壓減小，使?jié)B濾液內(nèi)溶質(zhì)易向氣相轉(zhuǎn)移，氣體解吸釋放。

從圖3、圖4（c）、（d）分析得出，2003年7~8月滲濾液收集井處H2S平均質(zhì)量濃度為3.58mg/m3，填埋區(qū)F3處2001年7~8月平均質(zhì)量濃度為3.88mg/m3，高于同期滲濾液收集井處的平均質(zhì)量濃度，因此，填埋場(chǎng)H2S惡臭氣體主要從填埋區(qū)釋放。

圖4沼氣改造工程后期沼氣收集管和滲濾液收集井氣體變化

2.4討論

下面對(duì)H2S氣體產(chǎn)生原因進(jìn)行分析。

垃圾中包含的各種可降解含硫有機(jī)物在微生物的作用下分解為可溶性硫酸鹽，我國(guó)城市垃圾填埋場(chǎng)的硫酸鹽變化范圍為6~2904mg/L[7]，水解作用為硫酸鹽的生成提供了良好場(chǎng)所，之后硫酸鹽作為電子受體被硫酸鹽厭氧菌降解成硫化物。H2S的產(chǎn)生與硫化物在水體的濃度密切相關(guān)[8]。pH值與各種形式的硫化物關(guān)系如圖5所示。

圖5pH對(duì)各種硫化物的影響

新鮮垃圾降解過程pH值先降低，顯示弱酸性，新鮮垃圾降解過程pH值先降低，顯示弱酸性，之后進(jìn)一步酸化（pH≤5），再升高（pH值上升到7~8），而水解發(fā)酵階段和酸化階段良好的水溶性和酸性條件為硫化氫氣體生成創(chuàng)造了條件，主要反應(yīng)方程為：

HS-+H+=H2S

陳垃圾堆體內(nèi)部pH介于7.8~8.4，硫化物主要以HS-形式存在。填埋區(qū)內(nèi)良好的厭樣環(huán)境、水分質(zhì)量分?jǐn)?shù)34%~53%、垃圾自身的營(yíng)養(yǎng)成分，為厭氧微生物的生長(zhǎng)提供了合適的碳源、水分和載體，微生物頻繁的活動(dòng)釋放出熱量，此填埋區(qū)垃圾堆體內(nèi)部溫度從表面27.8℃逐漸升高至42.3℃（堆體表面以下 6m）之后緩慢下降到41.5℃（堆體表面以下10m），平均溫度可達(dá)38℃，堆體溫度升高，H2S氣體在水中的溶解度進(jìn)一步降低，亨利常數(shù)增大，使得氣體分壓減小，H2S解析釋放。因此，垃圾降解過程的pH和堆體內(nèi)部溫度對(duì)H2S產(chǎn)生有決定性作用。

3 小結(jié)

（1）北方平原型填埋場(chǎng)填埋區(qū)內(nèi)年新鮮垃圾填入高度為2m時(shí)，H2S濃度隨季度有顯著的變化，9月份達(dá)到峰值。 （2）填埋區(qū)H2S氣體濃度變化主要與垃圾自身含水率、內(nèi)部厭氧環(huán)境、堆體內(nèi)部溫度等因素有關(guān)。而陳垃圾的H2S濃度小于有新鮮垃圾填入時(shí)的濃度。

（3）滲濾液收集井處H2S氣體質(zhì)量濃度變化與水面蒸發(fā)量相關(guān)，隨著水面蒸發(fā)量的升高，H2S濃度有上升趨勢(shì)。 （4）填埋區(qū)陳垃圾沼氣收集管內(nèi)H2S氣體濃度高于滲濾液提升井處的濃度，填埋場(chǎng)H2S惡臭氣體主要在填埋區(qū)釋放。

（5）當(dāng)新鮮垃圾年填埋高度為2m時(shí)，H2S濃度季節(jié)性變化和峰值變化較年填埋高度0.5m時(shí)顯著，因此，控制填埋區(qū)H2S惡臭氣體關(guān)鍵在于控制新鮮垃圾的年填埋高度。

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