2018年全國城市生活垃圾無害化處理量為22565.4萬t，其中，衛生填埋占51.9%，仍是我國目前生活垃圾主要的無害化處理處置方式。填埋處置過程會產生占填埋氣體積比<1%的微量氣體，包括氨氣和硫化氫等無機化合物及成分復雜的各類揮發性有機物(volatileorganiccompounds，VOCs)。這些組分會形成惡臭污染，導致鄰避效應，加劇了周邊居民與填埋場的矛盾。2019年，惡臭污染占生態環境部“12369”環境污染舉報總數的20.83%，超過了各類水污染和固體廢物污染舉報的總和；且眾多案例顯示，填埋場周邊居民惡臭投訴主要集中在夜間至凌晨的非填埋作業時段。因此，生活垃圾填埋場惡臭時空變化規律是其污染控制亟待解決的問題。
填埋場惡臭污染研究主要針對污染物質和環境影響這2個方面。惡臭污染物質方面，Allen等的研究檢測了英國7處填埋場的VOCs，共檢測出140種化合物。Chiriac等的研究表明接近敞開作業面的區域排放源強最大，按物質濃度計算得有機氯化物和芳香烴是主導污染物。Nicolas等的研究采用嗅探法計算填埋場惡臭釋放速率，認為惡臭物質主要來源于新鮮填埋的生活垃圾，部分來源于不完全密閉的抽氣井。惡臭污染的環境影響方面，Parker等研究了英國97座填埋場數據，認為含硫化合物是主要的惡臭污染物。有研究則認為H2S是硫系物及揮發性惡臭污染物中的主要貢獻者。何品晶等的研究發現生活垃圾初期降解階段的惡臭物質合計濃度中酮類占70%~80%，但硫醚類物質是主要的惡臭組分。Ding等的研究顯示杭州市填埋場的H2S濃度占各類惡臭物質合計濃度83%以上。Han等的研究表明硫化氫、氨和二甲基硫醚是填埋覆膜區域的主要臭氣成分。Fang等的研究用嗅閾值換算了填埋場5類化合物的理論惡臭濃度，分析發現物質濃度值最高的氨和芳香族化合物不是主導者，而濃度較低，但嗅閾值極低的甲硫醇和二甲基硫等硫系物是主要惡臭物質。Cheng等的研究發現硫化氫、苯和氨是填埋場的主要惡臭物質。目前填埋場普遍采用土工膜覆蓋以減少雨水滲入和惡臭氣體釋放，但Yao等的研究發現填埋覆蓋膜破裂處揮發性化合物排放量最高，硫系物占主導地位。
以上研究揭示了填埋場惡臭污染釋放因填埋時間、晝夜循環和覆蓋條件等因素，呈現明顯的時空變化；但是，其結果仍難以系統歸納填埋場惡臭污染的時空變化規律，也不能說明非填埋作業時段惡臭影響更甚的原由。
為此，本文以東部沿海某填埋場作為研究對象，在冬夏兩季代表性氣候下，晝夜間采集不同填埋時段、覆蓋狀態的氣體樣品，檢測惡臭物質組成，分析比較不同季節和晝夜間的惡臭污染狀況，通過揭示生活垃圾填埋場惡臭污染的時空變化特征，以期為污染控制提供科學依據。
1、材料與方法
1.1 填埋場基本情況
本研究選取的東部沿海某生活垃圾衛生填埋場總面積約15.3km2.采樣時，該場正在運營中的有Ⅰ號和Ⅱ號兩個填埋場區，其中，Ⅰ號場區日處理量4000t·d-1；Ⅱ號場區日處理量7000t·d-1.該場處置未分類原生生活垃圾，入場垃圾組成可參見賈悅等的研究。
1.2 采樣方法與方案設計
本研究采用低吸附和高惰性的特氟龍(Teflon)涂層的氟化乙烯丙烯共聚物(FEP)采樣袋(FEV31-10型，10L，大連海德科技有限公司)，聯合真空箱式采樣器采集氣體樣品，減少氣體樣品的接觸污染。
該填埋場分單元作業，每日作業后用1.5mm的高密度聚乙烯(HDPE)膜進行覆蓋，根據單元填埋后時間的長短可分為填埋作業單元、臨時覆蓋單元和中間覆蓋單元。填埋作業單元填入時卷膜敞開，而夜間采用搭接方式蓋膜為臨時覆蓋單元；中間覆蓋單元的覆膜搭接處焊接密閉，并配置填埋氣收集系統，根據其是否運行又可分為未抽氣區和抽氣區。
本研究對該填埋場Ⅰ號和Ⅱ號兩個場區的填埋作業單元、臨時覆蓋單元、中間覆蓋未抽氣區和中間覆蓋抽氣區4類區域分別布設13個采樣點，各樣品點位分別采集膜上空氣、膜搭接處氣體和膜下氣體，采樣方法見表1.采樣時期為冬(12月至次年1月)和夏(6~7月)2季，采樣時間晝間為09:00~15:00，夜間為20:00~22:00，共采集樣品48個(具體見表2)。
1.3 檢測方法
針對惡臭物質低嗅閾值、低濃度、多組分混合的特點，本研究采用三級冷阱預濃縮處理聯合氣相色譜法檢測氣體樣品中的惡臭污染物，該方法可檢出的惡臭物質及檢出限參見文獻。樣品采用三級冷阱濃縮儀(Model7100A，Entech，USA)進行預處理，參數參照美國國家環境保護署TO-15方法。預濃縮后進入氣相色譜儀(GC450，Varian，USA)進行分析，含硫化合物使用脈沖火焰光度檢測器(PFPD，Varian，USA)，色譜柱為毛細柱(CP-Sil5CB，Varian，USA)，尺寸：30m×0.32mmID×4μm；含氧化合物與芳香烴類化合物使用氫火焰離子化檢測器(FID，Varian，USA)，色譜柱為毛細柱(CP-Wax52CB，Varian，USA)，尺寸：60m×0.32mmID×1.2μm。
2、結果與討論
2.1 填埋場惡臭污染的季節變化
表3列出了本研究各氣體樣品惡臭物質檢出情況，共檢出27種惡臭物質，按類別劃分，有硫系物13種，含氧化合物7種，芳香族化合物7種。可以看出，除了對-二甲苯等芳香族化合物，其余物質的夏季檢出率均高于冬季，尤其是含硫化合物，硫化氫和甲硫醚等強致臭(低嗅閾值)物質的檢出率顯著提高，最高達到100%。說明填埋堆體內的微生物活動在夏季更強，促進了生活垃圾的降解，從而產生了更多的惡臭污染物。
表4列出了冬夏兩季填埋場各取樣點位氣體樣品檢出的各類惡臭物質的平均濃度，同一點位3類惡臭污染物濃度和總濃度的夏冬季之比見表5.可見，夏季惡臭污染物的總濃度也顯著增加。相比于冬季，夏季填埋場氣體樣品中惡臭物質總濃度提高了30~300倍，硫系物、含氧化合物和芳香族化合物均有1~2個數量級的顯著提高。其中，低嗅閾值的硫系物平均濃度提高了4.7~136.8倍，表明夏季出現惡臭污染的可能性急劇上升。這體現了夏季高溫加速垃圾降解和惡臭物質的產生，同時促進惡臭物質揮發釋放。
2.2 填埋場惡臭污染的晝夜變化
比較表4中同一填埋區域晝夜的惡臭物質濃度，夜間濃度普遍高于白天。除了夏季Ⅰ號填埋區因含氧化合物白天濃度占比較高而夜間顯著大幅下降，導致白天總濃度高于夜間外，其它各類惡臭物質夜間濃度均高于白天，Ⅱ號填埋區冬季夜間和白天的比值最高可達24.3倍。同時，比較3類惡臭污染物中，硫系物和芳香族化合物的夜間提升倍率高于含氧化合物。其中，夜間低嗅閾值的硫系物占比上升和濃度增加，應是填埋場夜間惡臭影響更甚的重要原因。
2.3 關鍵惡臭物質的識別
惡臭污染物濃度并不直接決定臭氣影響強度，以惡臭組分物質濃度與其嗅閾值(表3)之比定義的無量綱理論惡臭濃度是評估臭氣影響的指示性量化方法。
以惡臭物質總濃度最高的夏天夜間填埋場為例，Ⅰ號和Ⅱ號填埋區該時段各采樣點檢測所得的各類惡臭物質和理論惡臭物質的質量分數如圖1.從中可知，從物質濃度看，硫系物平均的物質質量分數<10%，并不占主導地位；含氧化合物與芳香烴類的質量分數更高。而量化后的理論惡臭濃度顯示，因為硫系物極低的嗅閾值，硫系物質的濃度貢獻率超過了90%，是關鍵的惡臭污染物質。
夏天夜間填埋場采集的各個樣品(共17個)中，在單一樣品中理論惡臭貢獻率>30%的物質見表6.從中可知，甲硫醇、乙硫醇和丙硫醇等硫醇類物質成為高貢獻率惡臭物質的頻率較高，其中，丙硫醇貢獻率超過30%的頻率最高(0.76)，而單一樣品中貢獻率最高的為甲硫醇(87.1%)和丙硫醇(79.0%)。可知，硫醇類為硫系物中最關鍵的惡臭污染物。
2.4 填埋惡臭的重點釋放位置
夏季填埋區各點位晝夜的理論惡臭濃度如圖2，排列順序對應填埋齡為:作業面、臨時覆蓋區、中間覆蓋未抽氣區和中間覆蓋抽氣區。
由圖2可見，日處理量更大的Ⅱ號填埋區各位置的理論惡臭濃度基本均高于Ⅰ號填埋區。為此，重點討論Ⅱ號填埋區的惡臭重點釋放位置。在白天，Ⅱ號填埋區理論惡臭濃度最大值出現在已啟動抽氣的膜接縫處和膜下，理論惡臭濃度(無量綱)分別為69424和48809，其次為臨時覆蓋區膜下、未抽氣區膜下及接縫和作業面及臨時覆蓋接縫；夜間同樣以已抽氣單元為最高，理論惡臭濃度尚高于白天，其它各點則與白天明顯不同，臨時覆蓋區膜下濃度高于白天約8倍，該接縫處次之，未抽氣膜下和接縫則與白天接近，膜上(作業面)惡臭濃度是白天的5倍以上。中間覆蓋抽氣區膜下惡臭濃度高，應是集氣井影響范圍呈球形存在死角，導致堆體表層抽氣效果不佳之故；中間覆蓋未抽氣區膜下惡臭濃度較低是因為該區覆蓋時間短，惡臭物質積累量較低。臨時覆蓋區膜下濃度夜間急劇升高則是相鄰作業面覆蓋后，膜下厭氧程度加深所致。
為分析上述各潛在釋放點對夜間填埋場惡臭釋放的貢獻，采用夾角余弦法對Ⅱ號填埋區夏天夜間各可能釋放點的理論惡臭濃度進行相似性分析，結果如表7所示。從中可知，與膜上氣體(代表填埋場可自由釋放的臭氣濃度水平)相似度最高的為中間覆蓋未抽氣區膜下(1.000)、接縫(0.998)和臨時覆蓋區接縫(0.988)；這些位置應是填埋場夜間惡臭的主要釋放點。其中，未抽氣區內部氣壓較高，惡臭物質易從覆膜的缺陷(虛焊和破損等)處逸出；臨時覆蓋接縫非氣密，氣體易于釋放，該區膜下與接縫惡臭差異稍大(0.890)，則與接縫處積液有濾除效應有關。比較而言，臨時覆膜區惡臭濃度高，中間覆蓋未抽氣區則面積更廣，二者均應是填埋場夜間的主要惡臭釋放位置。而中間覆蓋已抽氣區，盡管膜下惡臭濃度高，但是堆體氣壓較低，釋放的貢獻較小。
3、結論
(1)填埋場夏季檢出的惡臭物質數量和濃度均高于冬季，尤其是硫系物的檢出率顯著提高；同時，夏季各惡臭物質合計濃度高于冬季30~300倍，表明夏季填埋場發生惡臭污染的可能性急劇上升。填埋場各夜間氣體樣品的惡臭物質濃度顯著高于白天，總濃度最高提升24.3倍。
(2)硫系物在所有惡臭物質中的平均物質分數<10%，低于含氧化合物，但因為硫系物極低的嗅閾值，在絕大部分樣品中的理論惡臭貢獻率超過了90%；其中，甲硫醇、丙硫醇等硫醇類物質是填埋場惡臭的關鍵污染物。
(3)填埋單元覆膜后，因厭氧代謝，膜下氣體惡臭物質和理論惡臭濃度呈現隨填埋齡上升的趨勢，表明填埋單元覆膜后在一段時間內仍有較大的惡臭釋放潛力。其中，填埋后1~2d和未抽氣區的覆膜單元，因填埋堆體代謝產氣的推動，膜下累積的惡臭污染物易通過膜搭接縫隙、膜破裂處等散發至環境，這是夜間填埋場惡臭物質和理論惡臭總濃度高于白天作業時段的主要原由。
(4)垂直抽氣井抽氣，作用半徑不易達到填埋單元表層，宜補充膜下負壓抽氣方式，控制膜下氣體釋放造成填埋場惡臭環境影響。（來源：同濟大學環境科學與工程學院，上海污染控制與生態安全研究院）
