北京市安定生活垃圾填埋场VOCs恶臭物质及其臭气强度

第３６卷第１期２０１６年１月环　境　科　学　学　报　ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅＶｏｌ．３６，Ｎｏ．１Ｊａｎ．，２０１６基金项目：国家科技支撑计划项目（Ｎｏ．２０１１ＢＡＪ０７Ｂ０４）；中国ＣＤＭ项目（Ｎｏ．１２１４０７３）ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙｔｈｅＮａｔｉｏｎａｌＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲ＆ＤＰｒｏｇｒａｍ（Ｎｏ．２０１１ＢＡＪ０７Ｂ０４）ａｎｄｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＣＤＭＰｒｏｊｅｃｔ（Ｎｏ．１２１４０７３）作者简介：邓强（１９８８—），男，Ｅ⁃ｍａｉｌ：[e-mail]；∗通讯作者（责任作者），Ｅ⁃ｍａｉｌ：[e-mail]：ＤＥＮＧＱｉａｎｇ（１９８８—），ｍａｌｅ，Ｅ⁃ｍａｉｌ：[e-mail]；∗Ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇａｕｔｈｏｒ，Ｅ⁃ｍａｉｌ：[e-mail]：１０．１３６７１／ｊ．ｈｊｋｘｘｂ．２０１５．０４８２邓强，李振山，刘添添，等．２０１６．北京市安定生活垃圾填埋场ＶＯＣｓ恶臭物质及其臭气强度［Ｊ］．环境科学学报，３６（１）：２０１⁃２０９ＤｅｎｇＱ，ＬｉＺＳ，ＬｉｕＴＴ，ｅｔａｌ．２０１６．ＯｄｏｒｏｕｓｖｏｌａｔｉｌｅｏｒｇａｎｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓａｎｄｔｈｅｉｒｏｄｏｒｉｎｔｅｎｓｉｔｉｅｓｉｎＡｎｄｉｎｇｗａｓｔｅｓａｎｉｔａｒｙｌａｎｄｆｉｌｌｉｎＢｅｉｊｉｎｇ［Ｊ］．ＡｃｔａＳｃｉｅｎｔｉａｅＣｉｒｃｕｍｓｔａｎｔｉａｅ，３６（１）：２０１⁃２０９北京市安定生活垃圾填埋场ＶＯＣｓ恶臭物质及其臭气强度邓强１，李振山１，２，∗，刘添添１，冯亚斌３１．北京大学深圳研究生院环境与能源学院，深圳５１８０５５２．北京大学环境工程系，水沙科学教育部重点实验室，北京１００８７１３．北京市垃圾渣土管理处，北京１０００６７收稿日期：２０１５⁃０３⁃１４　　　修回日期：２０１５⁃０５⁃０３　　　录用日期：２０１５⁃０５⁃２３摘要：挥发性有机物（ＶＯＣｓ）是填埋场重要的恶臭源之一．为了深入了解造成填埋场恶臭的ＶＯＣｓ及其臭气强度情况，在２０１４年７—８月采用固相微萃取（ＳＰＭＥ）⁃气相色谱（ＧＣ）⁃质谱（ＭＳ）联用法测定了北京市安定生活垃圾卫生填埋场内各代表性地点的ＶＯＣｓ．共确认了４８种化合物，包括烷烃、烯烃、芳香烃、环烷烃、萜类、酯类、醛酮类、卤代烃、醇类及含硫化合物和含氮化合物．烷烃的种类最多，达到１３种，其次是芳香烃，为９种．以内标法和外标法相结合测定了其中３５种物质的含量，发现浓度在０．０５～４０ｍｇ·ｍ－３之间．在厂区入口和作业面浓度最高的ＶＯＣ是２，２，４，６，６⁃五甲基庚烷，在沼气干管是甲苯．从实际经验和臭气强度出发，建立了一种恶臭物质筛选方法，即首先以检出频次和各地点浓度比值筛选出可能的恶臭物质，然后由臭气强度确定最终的恶臭物质．筛选结果表明，填埋场内的恶臭ＶＯＣｓ是对伞花烃、对二甲苯、乙苯、甲苯和邻二甲苯，其中对伞花烃和对二甲苯对恶臭贡献尤为显著．这些恶臭ＶＯＣｓ浓度之间呈现出显著的相关关系，表明这些物质均来源于填埋场内生活垃圾的降解过程．关键词：填埋场；挥发性有机物；恶臭物质；臭气强度文章编号：０２５３⁃２４６８（２０１６）０１⁃２０１⁃０９　　　中图分类号：Ｘ７０５　　　文献标识码：ＡＯｄｏｒｏｕｓｖｏｌａｔｉｌｅｏｒｇａｎｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓａｎｄｔｈｅｉｒｏｄｏｒｉｎｔｅｎｓｉｔｉｅｓｉｎＡｎｄｉｎｇｗａｓｔｅｓａｎｉｔａｒｙｌａｎｄｆｉｌｌｉｎＢｅｉｊｉｎｇＤＥＮＧＱｉａｎｇ１，ＬＩＺｈｅｎｓｈａｎ１，２，∗，ＬＩＵＴｉａｎｔｉａｎ１，ＦＥＮＧＹａｂｉｎ３１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｎｄＥｎｅｒｇｙ，ＳｈｅｎｚｈｅｎＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌ，ＰｅｋｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｓｈｅｎｚｈｅｎ５１８０５５２．ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＷａｔｅｒａｎｄＳｅｄｉｍｅｎｔＳｃｉｅｎｃｅ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＰｅｋｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８７１３．ＢｅｉｊｉｎｇＳｏｌｉｄＷａｓｔｅＡｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎＤｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００６７Ｒｅｃｅｉｖｅｄ１４Ｍａｒｃｈ２０１５；　　　ｒｅｃｅｉｖｅｄｉｎｒｅｖｉｓｅｄｆｏｒｍ３Ｍａｙ２０１５；　　　ａｃｃｅｐｔｅｄ２３Ｍａｙ２０１５Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｅｍｉｓｓｉｏｎｓｏｆｖｏｌａｔｉｌｅｏｒｇａｎｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓ（ＶＯＣｓ）ｆｒｏｍｌａｎｄｆｉｌｌｓｃａｎｃａｕｓｅｏｄｏｒｏｕｓｎｕｉｓａｎｃｅｓｔｏｔｈｅｉｒａｄｊａｃｅｎｔｐｏｐｕｌａｔｉｏｎｓａｎｄｃｏｎｔｒｉｂｕｔｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｔｏａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃｐｏｌｌｕｔｉｏｎ．ＴｏｉｄｅｎｔｉｆｙｃｏｍｐｏｕｎｄｓｒｅｓｐｏｎｓｉｂｌｅｆｏｒｏｄｏｒｓｉｎＶＯＣｓｆｒｏｍｌａｎｄｆｉｌｌｓ，ａｉｒｓａｍｐｌｅｓａｎｄｌａｎｄｆｉｌｌｇａｓｓａｍｐｌｅｓｉｎＡｎｄｉｎｇｗａｓｔｅｓａｎｉｔａｒｙｌａｎｄｆｉｌｌ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，ｗｅｒｅｃｏｌｌｅｃｔｅｄｄｕｒｉｎｇＪｕｌｙａｎｄＡｕｇｕｓｔ，２０１４ａｎｄａｎａｌｙｚｅｄｂｙｓｏｌｉｄｐｈａｓｅｍｉｃｒｏｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ⁃ｇａｓｃｈｒｏｍａｔｏｇｒａｐｈｙ⁃ｍａｓｓｓｐｅｃｔｒａ．Ａｔｏｔａｌｏｆ４８ｃｏｍｐｏｕｎｄｓｗｅｒｅｉｄｅｎｔｉｆｉｅｄ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇａｌｋａｎｅｓ，ａｌｋｅｎｅｓ，ａｒｏｍａｔｉｃｓ，ｃｙｃｌａｎｅｓ，ｔｅｒｐｅｎｅｓ，ｅｓｔｅｒｓ，ａｌｄｅｈｙｄｅｓ，ｋｅｔｏｎｅｓ，ｈａｌｏｇｅｎａｔｅｄｃｏｍｐｏｕｎｄｓ，ａｌｃｏｈｏｌｓ，ｓｕｌｆｕｒｃｏｍｐｏｕｎｄｓａｎｄｎｉｔｒｏｇｅｎｃｏｍｐｏｕｎｄｓ．ＡｌｋａｎｅｓｗｅｒｅｔｈｅｍｏｓｔａｂｕｎｄａｎｔＶＯＣｓｗｉｔｈ１３ｓｐｅｃｉｅｓｄｅｔｅｃｔｅｄ，ｆｏｌｌｏｗｅｄｂｙ９ａｒｏｍａｔｉｃｓ．３５ｃｏｍｐｏｕｎｄｓｗｅｒｅｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｌｙｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄａｎｄｔｈｅｉｒｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｌｅｖｅｌｓｗｅｒｅ０．０５～４０ｍｇ·ｍ－３．２，２，４，６，６⁃ｐｅｎｔａｍｅｔｈｙｌｈｅｐｔａｎｅｗａｓｔｈｅｄｏｍｉｎａｎｔｃｏｍｐｏｕｎｄｂｏｔｈａｔｔｈｅｌａｎｄｆｉｌｌｅｎｔｒａｎｃｅａｎｄｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎａｌａｒｅａ，ｗｈｉｌｅｔｏｌｕｅｎｅｗａｓｄｏｍｉｎａｎｔｉｎｔｈｅｍａｉｎｌａｎｄｆｉｌｌｇａｓｐｉｐｅｌｉｎｅ．Ｂａｓｅｄｏｎｏｄｏｒｓｉｍｉｌａｒｉｔｙａｎｄｏｄｏｒｉｎｔｅｎｓｉｔｙｏｖｅｒｔｈｅｌａｎｄｆｉｌｌ，ａｎｅｆｆｉｃｉｅｎｔｐｒｏｃｅｄｕｒｅｔｏｉｄｅｎｔｉｆｙｏｄｏｒｏｕｓＶＯＣｓｗａｓｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．ＰｏｔｅｎｔｉａｌｏｄｏｒｏｕｓＶＯＣｗｅｒｅｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｉｒｆｒｅｑｕｅｎｃｉｅｓａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｒａｔｉｏｓａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｒｅａｓ．ＴｈｅｏｄｏｒｏｕｓｃｏｍｐｏｕｎｄｓｗｅｒｅｃｏｎｆｉｒｍｅｄｂｙａｎｉｎｄｅｘｏｆｏｄｏｒｉｎｔｅｎｓｉｔｙｗｉｔｈｉｎｐｏｔｅｎｔｉａｌｏｄｏｒｏｕｓＶＯＣ．ｐ⁃ｃｙｍｅｎｅ，ｐ⁃ｘｙｌｅｎｅ，ｅｔｈｙｌｂｅｎｚｅｎｅ，ｔｏｌｕｅｎｅａｎｄｏ⁃ｘｙｌｅｎｅｗｅｒｅｔｈｅｏｄｏｒｏｕｓＶＯＣｓｉｎＡｎｄｉｎｇｌａｎｄｆｉｌｌ，ａｎｄｔｈｅｏｄｏｒｉｎｔｅｎｓｉｔｉｅｓｏｆｐ⁃ｃｙｍｅｎｅａｎｄｐ⁃ｘｙｌｅｎｅｗｅｒｅｅｓｐｅｃｉａｌｌｙｈｉｇｈ．ＡｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎｓｏｆｏｄｏｒｏｕｓＶＯＣｓｗａｓｆｏｕｎｄ，ｗｈｉｃｈｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔｔｈｅｓｅｃｏｍｐｏｕｎｄｓｗｅｒｅｏｒｉｇｉｎａｔｅｄｅｘｃｌｕｓｉｖｅｌｙｆｒｏｍｔｈｅｍｕｎｉｃｉｐａｌｓｏｌｉｄｗａｓｔｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｌａｎｄｆｉｌｌ；ｖｏｌａｔｉｌｅｏｒｇａｎｉｃｃｏｍｐｏｕｎｄｓ；ｏｄｏｒａｎｔｓ；ｏｄｏｒｉｎｔｅｎｓｉｔｙ环　　境　　科　　学　　学　　报３６卷１　引言（Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ）我国城市生活垃圾产生量正逐年增加，据统计，２０１３年全国城市生活垃圾清运总量达到１．７２亿ｔ，其中，填埋处理量约占６１％（中华人民共和国国家统计局，２０１４）．可以预见，在未来的一段时期内填埋仍然是城市生活垃圾的主要处理方式．垃圾填埋处理会散发恶臭气体，影响周边居民的日常生活，在恶臭严重时还会引发居民围堵填埋场的事件．目前，恶臭问题已成为填埋场正常运营亟待解决的问题．挥发性有机物（ＶＯＣｓ）总含量在一些填埋场填埋气中达到１％（ＵＳＥＰＡ，１９９１），其中许多组分具有令人不悦的气味．不少研究认为ＶＯＣｓ是填埋场重要的恶臭类物质之一．Ｄｉｎｃｅｒ等（２００６）研究发现，填埋场臭气浓度与总ＶＯＣ浓度之间存在显著的线性关系．Ｙｏｕｎｇ等（１９８４）指出，垃圾填埋场的恶臭物质由酯类、含硫有机物、烷基苯和柠檬烯构成．Ｚｏｕ等（２００３）认为，高浓度的甲基异丙基苯和柠檬烯造成了难以忍受的恶臭气味．路鹏等（２０１１）选择间二甲苯作为填埋场恶臭污染的标志化合物开展恶臭研究．Ｙｕｅ等（２０１４）发现，乙硫醚的臭气浓度在还原性含硫化合物中最高，而且是填埋场恶臭的主要贡献者．填埋场恶臭物质分析包含３方面内容：恶臭物质的种类及含量、臭气浓度和臭气强度．ＶＯＣｓ种类及含量通常采用气相色谱（ＧＣ）或气相色谱⁃质谱（ＧＣ⁃ＭＳ）进行测定．臭气浓度和臭气强度都是人们对恶臭感受的度量，可通过专业嗅辨员测定，也可以由公式模拟计算获得．嗅辨员只能给出样品整体恶臭程度的测值，如要了解各组分的恶臭贡献率需要配出单独组分样品进行测定；模拟计算通常以组分的浓度为基础进行，便于计算各个组分的恶臭指标，不易计算恶臭组分复杂样品的整体恶臭指标．臭气浓度是用无臭空气将臭气稀释到无臭时所需要的稀释倍数．对于单一组分，可以用其浓度除以其嗅觉阈值（感觉阈值）计算得到．臭气强度是指臭气对人嗅觉器官的刺激程度，与各组分含量和臭气浓度相比更符合人们对臭气的感知．对于单一组分，已经建立了许多公式或模型用于计算臭气强度，其中，韦伯⁃费希纳定律（式（１））由于模拟效果最好被广泛应用（Ｓａｒｋａｒｅｔａｌ．，２００２）．根据该定律，刺激量（物理量）每增加一定比例，心理量增加一个单位，即当物理量呈几何级数增长时，心理量呈算术级数增长：ｄＯＩ＝ｋｄＣＣ，ＯＩ＝ｋｌｇＣ／Ｃｔｈｒ()＋Ｂ（１）式中，ＯＩ为臭气强度，Ｃ为恶臭物质浓度，Ｃｔｈｒ为恶臭物质感觉阈值，ｋ和Ｂ对特定恶臭物质为常数．由于臭气强度相关研究的覆盖面不广，尚不深入，大量填埋场ＶＯＣｓ缺乏ｋ值，无法根据式（１）计算臭气强度．只有少量文献（张晶，２０１２）采用臭气强度指标开展填埋场恶臭物质的筛选和评估工作．通过现场调查发现，填埋场的恶臭具有独特性：①恶臭气味性质随时间和地点变化不大，许多研究（Ｃｈｉｒｉａｃｅｔａｌ．，２００９；宋钊，２０１３）表明，填埋场周边大气中的ＶＯＣｓ主要来自于作业面，即填埋场各地点的恶臭ＶＯＣｓ一致，恶臭ＶＯＣｓ具有高检出频次；②臭气强度在不同时间、地点有差别，即恶臭ＶＯＣｓ在不同时间、地点存在特定浓度分布．基于这一认识，本文在分析ＶＯＣｓ种类的基础上，首先筛选出高频次ＶＯＣｓ物质，然后在高频次物质中采用不同地点浓度比值率定出可能的恶臭物质，再通过臭气强度最终确定恶臭物质，以期为填埋场恶臭污染控制提供参考．２　采样与测定方法（Ｓａｍｐｌｉｎｇａｎｄｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｓ）２．１　填埋场概况安定垃圾卫生填埋场位于北京市大兴区安定乡境内，地理坐标为北纬３９°３７¢，东经１１６°３１¢，主要接纳北京市西城区、丰台区及大兴区的生活垃圾．填埋场分为老堆体区（１９９７年投入使用）和新堆体区（２００８年投入使用），