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恶臭是世界七大环境公害之一。垃圾填埋场恶臭污染是全球广泛关注的环境问题[1]。2008年，我国城市生活垃圾产生量达1.55×108t，其中80％以上进行了卫生填埋，在垃圾填埋过程中由于有机物的腐败分解不可避免地产生恶臭污染[2-4]。垃圾填埋场恶臭气体含有多种有毒有害物质，可能对人类生存及环境可持续发展造成严重影响，如氟利昂能引起臭氧层的破坏和温室效应，苯、甲苯、BTX等苯系物具有致癌性等[5-7]。近年来，国内的一些垃圾填埋场正逐渐被居民区包围，北京、南京、上海、广州和杭州等城市垃圾填埋场频繁发生恶臭扰民事件，直接威胁填埋场周围居民的生存环境与身心健康，成为填埋场周边地区社会不稳定因素，严重制约了我国经济、社会和环境的可持续发展与和谐社会的建设进程，垃圾填埋场恶臭污染控制已迫在眉睫。
在垃圾填埋场填埋库区，恶臭污染属于敞开式无组织排放面源，产生量大、持续时间长、影响范围广，且无法及时加盖密封，气体收集十分困难，导致恶臭污染物的环境行为变得更复杂。近年来，随着气谱-质谱联用技术(GC/MS）、嗅觉测量技术、电子鼻等技术的发展，对垃圾填埋场的恶臭组成及其特性已得到进一步认识[8-10]。此外，在传统恶臭污染控制技术基础上，以除臭菌剂和恶臭原位控制技术为主的垃圾填埋场恶臭污染控制技术也应运而生。本文概述了垃圾填埋场恶臭污染特性与控制技术的研究进展，并对今后垃圾填埋场恶臭污染解析、恶臭气体生物转化机制及原位控制调控策略与研究方向进行了展望，旨在为垃圾填埋场恶臭污染的控制提供理论基础和实践参考。
1垃圾填埋场恶臭的组成
垃圾填埋场的恶臭气体主要源于填埋过程。大量有机生活垃圾微生物厌氧分解后产生填埋气体(landfill gas，LFG），可延续产气达10~40a[11]。填埋气体主要包括甲烷(55％~60％，V/V）、二氧化碳(40％~45％，V/V）[12]和微量气体(2％，V/V）[13-14]。微量气体虽然所占比重很少，但对环境带来的负面影响却不容忽视[3]。恶臭作为一种感观污染，受到诸如生理习惯、主观感受、气候条件以及最重要的恶臭物质交互作用等复杂因素的影响[15-17]。解析垃圾填埋恶臭气体的组成是研究恶臭特性的基础，对弄清恶臭气体产生机制及相互作用、掌握恶臭气体排放规律及动态变化特征具有重要意义。
垃圾填埋场恶臭气体的组成大致包括含硫化合物(如硫醇、硫醚等）、含氮化合物(如氨、胺类、吲哚等）、卤素及衍生物(如卤代烃等）、烃类及芳香烃、含氧有机物(如醇、酚、醛、酮等）。国内外许多学者采用GC/MS技术对填埋场恶臭组成进行了研究。
Scheutz等[13]分析了法国波尔多垃圾填埋场的填埋气体，结果发现存在47种挥发性有机恶臭气体，包括烷烃(C2-C10）、烯烃(C2-C4）、卤代烃(氯氟烃等）和芳香烃(苯系物）等。Dincer等[5]对土耳其伊兹密尔城市垃圾填埋场恶臭进行化学表征，共检测到53种物质，主要包括单芳香族化合物、卤代化合物、醛类、酮类、挥发性脂肪酸(VFAs）、酯类、硫和氮化合物等。Dincer等[5]进一步利用多元逐步回归分析了恶臭强度与不同化学成分浓度的关系，发现醛、酮和酯具有最佳的恶臭相关度，相关系数达到96％。Zou等[3]对广州大田山垃圾填埋场填埋气体进行分析，冬季检测到38种恶臭气体，夏季检测到60种恶臭气体，包括烷烃、芳香烃、卤代烃、萜类、羟基化合物、萘及其衍生物等。徐捷等[18]采用美国环保局臭气全成分分析方法(USE PATO 215）检测出上海垃圾填埋场内的烯烃类、醇类、酯类、苯系物、氯代烃等59种恶臭物质。近年来，中国[3]、土耳其[5]、意大利[19]和法国[20]等许多国家开始关注垃圾填埋场释放的主要恶臭气体浓度，研究发现，苯系物浓度相对最高，其中广州大田山垃圾填埋场检测到异丙苯的最高浓度达到1667Lg•m-3，是最主要的恶臭贡献者[3]，其次是醛、酮和酯。Hurst等[7]和Parker等[21]认为，垃圾填埋场含有大量的硫化物，其恶臭贡献率最高，主要包括H2S、CH3SH、(CH3）2S、CS2和(CH3）2S2 5种气体。Kim[22]采用双模态GC检测技术研究了韩国东海某垃圾填埋场恶臭中的还原性硫化物，结果发现垃圾填埋场含硫恶臭气体中，H2S是指示还原性硫化物浓度和流量的最敏感指标，在还原性硫化物中占主导地位。造成各垃圾填埋场恶臭浓度差异的主要原因是由于不同城市产生的生活垃圾组成成分不同和各地区气象条件的差异性等所致。2垃圾填埋场恶臭污染控制技术
目前，垃圾填埋场恶臭污染控制技术主要包括物理法、化学法和生物法。其中，物理方法主要包括掩蔽法、吸收法、吸附法，具有操作简单、见效快等优点，但该法仅适宜处理低浓度、小范围的恶臭物质，且成本高、存在二次污染。化学方法主要包括化学洗涤法、氧化法、焚烧法，具有效率高、适用范围广，但该方法存在除臭设施投资高、运行费用贵、持续时间短等缺陷[23-24]。生物方法主要包括生物过滤法、生物吸收法和土壤堆肥法等，具有工艺简单、操作方便、无二次污染等优势，但该方法还存在筛选及培养菌种难、见效慢等特点[25-27]。传统的恶臭污染控制技术各有其优势和局限，本文重点介绍以生物法为基础的生物除臭剂法和原位控制技术。
2.1生物除臭剂法
生物除臭剂法主要利用酶制品除臭剂、植物除臭剂和微生物除臭剂等药剂去除恶臭气体。其中，酶制品除臭剂是利用氧化还原酶氧化恶臭气体，以达到除臭目的，如过氧化物酶和酪氨酸酶可将苯酚和芳香胺类氧化为自由基或醌类。Govere等[28]用气相色谱法分析了辣根过氧化物酶的除臭效果，结果发现辣根过氧化物酶能够完全去除酚类恶臭物质，对挥发性脂肪酸也有较好的去除效果，进一步的中试试验发现添加CaO2的辣根过氧化物能有效去除苯酚和挥发性脂肪酸[29]。Ye等[30]研究发现，添加H2O2和CaO2的辣根过氧化物酶可以有效去除挥发性脂肪酸、酚类化合物和吲哚化合物等多种恶臭气体，除臭效果可维持48h以上。
植物除臭剂主要是利用微乳化技术将植物提取液乳化后获得水溶性产品。利用天然植物提取液进行除臭是以天然植物提取液作为去除异味的工作液，配以先进喷撒技术或喷雾，迅速分解恶臭分子[31]。Negishi等[32]比较了苦丁茶、绿茶、乌龙茶和黑茶的提取液对硫醇的去除效果，发现苦丁茶提取液加丙酮粉末后的脱硫醇效果最好(达到100％）。
袁为岭等[33]从茶叶rooibos中萃取了提取液，经碱化处理后，对家庭有机垃圾、食品垃圾进行除臭处理，其除臭率达90％以上，且除臭效果非常稳定。微生物除臭菌剂去除垃圾恶臭是应用微生物能够在代谢过程中降解恶臭气体这一原理发展而来，是一种新的尝试和发展方向。目前，研究者们已从不同生境分离得到多种除臭菌株。罗永华等[34]从广州市李坑填埋场附近的土壤中筛选出4株具有明显除臭效果的菌株，并制成微生物除臭剂，经检测，该菌剂对硫化氢、氨、总烃、臭气浓度均具较好的去除效果。叶芬霞等[35]从畜禽养殖环境中筛选的除臭微生物菌株巨大芽孢杆菌(Bacillusmegatherium）CCW-Y1菌株、灰色链霉菌(Streptomycesgriseus）CCW-Y2菌株和热带假丝酵母(Candidatripicalis）CCW-Y3菌株，对NH3和H2S均具较高的脱臭能力，这3种菌株进行复合除臭时，对施用区内的NH3、H2S和恶臭浓度的去除率分别为78.4％、66.7％和83.3％，比普通吸附除臭剂具有更长的有效脱臭时间。丁雪梅等[36]研制出一种BM微生物制剂，该制剂可通过大量乳酸菌、酵母菌、醋酸杆菌和光合菌等发挥协同作用，能高效去除阈值较低的恶臭组分，对阈值较高的气体物质也有一定的抑制效果，浙江省水桶岙垃圾填埋场采用此菌剂治理后有较好的效果，距填埋场50m处恶臭从原先的5级降为2.5级，距填埋场500m处的恶臭降为一级，均低于国家三级标准。Nakasaki等[37]采用微生物分离纯化培养结合GC/MS技术研究了抑制垃圾产生恶臭的微生物，发现从垃圾中分离纯化的菌株YT1对垃圾恶臭具有明显的抑制作用，该菌株可通过产生香气物质来弱化恶臭强度。Nakasaki等[37]还对不同pH和温度条件下垃圾储藏反应器中的除臭微生物进行研究，发现pH和温度分别为4和40℃时的除臭效果最好。
生物除臭菌剂具有无毒、不产生二次污染等优点，被越来越多的应用到垃圾填埋场、污水处理厂等行业中。但是，生物除臭菌剂除价格昂贵外，自身也存在缺点，如受到温度、湿度、pH等条件的制约，去除恶臭种类有限，且具有一定时效性、需定期进行喷洒等。
2.2恶臭原位控制
垃圾填埋场恶臭原位控制技术是利用垃圾填埋覆土层对填埋气体的吸附、吸收及微生物降解等作用，达到恶臭气体减排的目的。Dincer等[5]在研究5个城市垃圾填埋场2个时间段释放恶臭组成和浓度变化时发现，具覆土层的垃圾填埋库区对恶臭气体的削减十分明显，而无覆土层的其他填埋库区却没有显著性变化。可见，填埋覆土层及其优势微生物在原位控制恶臭气体迁移和生物转化的过程中发挥着极为重要的作用。
2.2.1覆土材料
选择填埋覆土层的材料选择直接关系到恶臭原位控制的效果。虽然传统的粘土覆盖技术比较成熟，但具有除臭效果差、占用库容大、材料价格贵以及影响沼气和渗滤液的运移等缺点。因此，亟需寻求更合适的填埋覆土材料[7]。理想的材料一般应具有以下物理特性：高比表面积、高保湿能力、表面性质益于微生物附着生长、高机械强度、较低的堆积密度、高孔隙率、高缓冲能力、营养物质丰富、易于获得、低成本、使用寿命长等。Kim[22]研究了转炉炉渣固化污泥作为填埋覆土材料的可行性，结果发现材料的颗粒分布、含水率、干密度及渗透性等性能参数均优于未经处理的污泥。Malmstead等[38]和张鹏等[39]分别选用造纸厂污泥和污水厂污泥作为填埋场覆土材料，结果均发现具有较好的除臭效果。杨石飞等[40]也发现污泥经过改性后有望达到作为垃圾填埋场覆盖材料的各项指标。Hurst等[7]采用圆柱模拟试验研究了堆肥覆盖垃圾表面除臭效果，结果发现，密度为590kg•m-3和740kg•m-3的堆肥圆柱分别能达到69％和97％的除臭效果。Plaza等[41]对沙土、石灰沙土、粘土、细水泥和粗水泥5种填料减少恶臭中硫化氢的排放进行了模拟试验，结果表明，不同填料的去除效果存在差异，石灰沙土和细水泥的去除率最高，达到99％，而粘土和沙土的去除率较低，分别为65％和30％。Solan等[42]利用恶臭强度评估减轻恶臭的填埋覆盖材料时发现，与传统的粘土材料相比，建筑垃圾粉末、工商业粉末和树皮3种经济型材料具有更好的恶臭去除能力。此外，研究者们还探索了蚯蚓粪、粉末活性炭、飞灰、木材和泡沫等作为填埋覆土材料的可行性[43-47]。这些材料虽然具有一定的除臭效果，但仍存在原料少(如蚯蚓粪）、价格高(如活性炭）、二次污染风险大(如飞灰）和微生物适应性差等问题，而且大多数研究对环境影响因素分析较少，离实际应用仍有较远的距离。
2.2.2覆土微生物群落
填埋覆土表层是一个非常复杂的系统，有反梯度气体移动、不同的氧化还原区和复杂的微生物群落。填埋覆土层中好氧和厌氧细菌对减少甲烷和恶臭气体都起着重要作用[48]。
Scheutz等[20，49]利用物质守恒的计算方法，排除非生物过程(非生物降解、吸附和挥发）发现填埋覆土层中的微生物不仅能氧化甲烷，也可降解恶臭气体，如芳香族化合物和卤代化合物等，并进一步探讨了不同层次微生物氧化活性，结果发现，5~10cm土层深处的填埋覆土层微生物对恶臭物质的降解活性最高。He等[50]研究了粘土和垃圾土2种填埋覆土材料对甲烷的去除效果，发现垃圾土的甲烷去除率较粘土高，且磷脂脂肪酸(PLFAs）数量较多，说明垃圾土含有的微生物种群丰度较高，更适合作为填埋覆土材料。Yu等[51]通过聚合酶链式反应-变性梯度凝胶电泳技术(PCR-DGGE）分析研究了填埋覆土层氨氧化细菌群落的结构多样性，结果表明，在没有高密度聚乙烯(high density polyethylene，HDPE）膜隔离情况下覆土层中的氨氧化细菌(ammnia oxidizing bacteria，AOB）群落结构以类欧洲亚硝化单胞菌(Nitrosomona seuropaealike）为主，而有HDPE膜隔离时，AOB的群落结构以亚硝化螺菌属(Nitrosospiralike）为主。研究过程中可将垃圾填埋场视作/生物过滤器，而填埋覆土表层可被看做反应器内的填料层。近年来，许多研究者已对生物过滤器除臭微生物群落进行了大量研究，可以借鉴其研究思路和手段。Chung等[52]利用PCR-DGGE和荧光原位杂交(fluorescence in situ hybridization，FISH）技术进行研究发现，生物滤器中降解硫化物、氮化物等恶臭气体的优势菌群为变形菌(Proteobacteria）、放线菌(Actinobacteria）、拟杆菌(Bacteroidetes）和厚壁菌(Firmicutes）。Ho等[53]利用DGGE和16Sr DNA进行测序分析鉴定表明，节杆菌属(Arthrobacter sp.）是最优势的菌群(>50％），反应器内也含有具有氧化NH3能力的脱氮副球菌(Paracoccus denitrificans）。可见，特异性微生物群落对恶臭气体的去除起关键作用。由于垃圾填埋场恶臭源具有复杂性，而不同恶臭源的特异性微生物群落也有所区别，目前有关垃圾填埋场覆土除臭微生物群落的报道仍较少，有待进一步深入研究。
3研究展望
近年来，国内外开展了大量垃圾填埋场恶臭污染特性与控制技术的研究，主要包括垃圾填埋场恶臭气体的主要成分鉴别、浓度范围测定、污染特性比较、生物除臭菌剂研发和恶臭原位控制技术研究等方面，并取得了一些成果。然而，目前人们对垃圾填埋场恶臭产生及控制的研究还处于初级阶段。在生物除臭菌剂研发方面，应运用分子生物学等方法筛选除臭菌群，研究高效、低成本、环境适应性强的复合菌剂。在恶臭原位控制方面，垃圾填埋场恶臭原位控制填埋覆土材料，包括多项研究推荐的垃圾土、活性污泥、炉渣和粉煤灰等均未考虑环境影响因素，这极大阻碍了填埋场恶臭控制技术的产业化进程。掌握恶臭气体排放规律及动态变化特征、构建新型填埋覆土层与开展微生物生态学机理的研究，对提供垃圾填埋恶臭气体原位控制调控策略以及推进恶臭气体原位控制技术的工程应用至关重要。
综上所述，今后的恶臭原位控制技术研究应着力解决以下科学问题：1）运用先进监测分析技术及现代生物技术，解析垃圾填埋恶臭气体组分、排放规律及动态变化特征；2）研究填埋覆土层中恶臭气体生物转化机制，深入探讨恶臭气体原位控制效果与微生物种群动力学之间的相互关系；3）进一步探索生物限制因子，研究填埋覆土层恶臭气体原位控制生物生态调控策略等，从而为垃圾填埋场恶臭污染控制提供理论依据和技术支撑。
参考文献略
