固体废弃物填埋场大气污染监测方法探讨

1、固体废弃物填埋场大气污染监测方法探讨廖琳琳 作 者：廖琳琳，女，工程师，主要从事固体废物管理和监测工作。（深圳市下坪固体废弃物填埋场，广东 深圳 518029）摘要 分析了固体废弃物填埋场大气污染产生的主要原因及其对环境的影响，归纳设计出了一套适合于填埋场大气污染监测的方案，包括布点原则、采样频率和时间、采样方法和分析技术，该监测方案可用于不同地理环境下的固体废弃物填埋场大气污染的监测。 关键词 固体废弃物填埋场 大气环境污染 大气污染监测Discussion about air pollution monitoring in solid wastes landfill site Liao L

2、inlin.（Shenzhen Xiaping Municipal Solid Waste Landfill Site，Shenzhen Guangdong 518029）Abstract：The main reason and effect of air pollution in solid wastes landfill site were analyzed, and the plans were designed to monitor air pollution, including principle for set sampling sites, sampling frequency

3、 and time, and analysis method. The monitoring plans are adapted to monitor air pollution in different solid wastes langfill site.Keywords: solid wastes landfill site; air pollution; air pollution monitoring固体废弃物是各种污染物的终点，特别是从污染控制设施中排放出来的固体废弃物，浓集了许多污染成分1，这些污染成分在填埋过程中，填体表面散发和填体内释放出来的有毒、有害气体不仅会污染大气环境，

4、而且对人体的健康、动、植物、器物和材料都有一定的危害，因此，填埋场的大气环境监测有着极为重要的意义。1 造成固体废弃物填埋场大气污染的主要原因固体废弃物在自然堆放和填埋的过程中，其有毒、有害成分（或能转化为有毒、有害物质的气体成分）在不同条件下可通过各种途径造成大气污染1：、固体废弃物中的有机成分在微生物作用下发生分解并释放出有害气体而污染大气；、固体废弃物中细粒、粉末在风力作用下可加重大气粉尘污染；、一些易燃性固体废弃物在自然堆放时易发生自燃产生大量的有害气体而污染大气。2 产生的污染物及其影响固体废弃物填埋场造成大气污染的污染物主要有以下两类：一类是气溶胶状态污染物，如粉尘；一类是气体状态

5、污染物，如含硫化合物（硫化氢等）、含氮化合物（氨等）、碳的化合物（一氧化碳、二氧化碳）、其他化合物（氧气、甲烷等）。填埋场的大气污染物对环境有重大影响，主要表现在对人体的健康、动、植物、器物和材料及气候的危害，如硫化氢有浓烈的臭鸡蛋气味，包括人类在内的各种动物，一旦吸入体内都会引起支气管收缩，浓度过高时还会引起休克和死亡；一氧化碳能够引起生理上和病理上的变化，高浓度的一氧化碳还会引起死亡；其次以上气体还会危害植物的果肉细胞，使植物最终因各种细胞的损坏而枯死；另外，大气污染物还能对气候产生大规模的影响，如二氧化碳、氧气和甲烷气是“温室气体”，会造成“温室效应”；粉尘可凝结成大规模气团而形成灰霾，

6、使大气能见度降低。3 固体废弃物填埋场大气污染监测网络设计根据固体废弃物填埋场的大气污染范围，可分为两类监测：一类是大气环境监测；一类是大气污染源监测（如：填埋气监测、其他生产废气监测）。在进行大气污染监测时，如何才能够取得反映实际情况并具有代表性的测定结果？这就需要对大气污染监测网络的设计进行确定，包括采样点的布设、采样时间和频度、气象观测、地理特点、测试方法和仪器等。 3.1 大气环境监测 布点原则（1）风向布点法大部分填埋场，尤其是盆地、丘陵地区的填埋场，大都会选择山谷作为填埋场地，以减少对周边的环境污染，此种地形结构下的大气环境监测布点可采用风向布点法，即分别于填埋区的上风向及下风向各

7、布设一个采样点，若下风向靠近居民区，则应在下风向以5001 000 m的范围多布设几个采样点，见图1。图1 风向布点法如果填埋场处于季风气候区域，常年风向不稳定，不宜判断上、下风向的，也可以通过风频玫瑰图，以全年所示主导风向之方向为一采样点，主导风向相反之风向处为另一采样点，若靠近居民区，则应以5001 000 m的范围多布设几个采样点，见图2。以上图例中，全年主导风向为北风，则在填埋场的北方（N）处设立一采样点，而与北方（N）相对应的南方（S）处再设立另一采样点，假设在填埋场的南方（S）处有一居民区，则应在此方向上以5001 000 m的范围多布设几个采样点。风向布点法操作简便，布点数目较少

8、，监测结果亦具有代表性，比较适合于各类固体废弃物填埋场使用。图2 风频玫瑰图布点法（2）放射式（同心圆）布点法这种布点法，主要适用于平原地带的固体废弃物填埋场。在该地形条件下设计的填埋场，四周多无山丘阻隔，受风力等自然因素影响，污染范围可能很广。因此在布点时，可将整个填埋区看作圆形，在填埋区的地形图上找到其中心点并以此为圆心在地面上划若干个同心圆，再从圆心向周围引出若干条放射线，放射线与圆的交点即为采样点。同心圆的半径可依据实际情况而定，一般在5001 000 m。从里向外，各个圆上可分别设置48个采样点。同心圆与放射线的划分要依据实际情况与要求决定，在同一个圆上的采样点可以平均分布，也可以实

9、际情况和要求为准，见图3。图3 放射式（同心圆）布点法（3）矩形布点法有少部分小型固体废弃物填埋场，占地面积不大，且远离人口密集地时，可采用此布点方法。在填埋区5001 000 m外作一矩形，矩形的对角线交于填埋区中心处，矩形的四个顶角及对角线与填埋区的交汇处即为采样点,见图4。图4 矩形布点法（4）扇形布点法当固体废弃物填埋场的四周有三面为高山阻隔，或全年主导风向较为稳定的情况下宜使用此方法。布点时，以填埋场地形图的中心所在位置为顶点，在填埋场下风方向或受高山阻隔后剩下的开阔区的地平面上，划出一个扇形地区作为布点范围，扇形角度一般为45º，也可取60º，但不超过90

10、86;。采样点就设在扇形平面内距顶点不同位置的若干条弧线上，每条弧线上设立三至四个采样点，相邻两采样点之间的夹角一般取10º20º，见图5。图5 扇形布点法以上3类布点法较为繁琐，不推荐作为常规大气环境监测布点，但在填埋场建设的初期及后期，需作污染源现状调查或回顾性环境影响评价时，建议使用以上布点法。 布点注意事项采样点在布设时应满足一定的要求，具体如下：（1）采样点的位置应在已确定的小区域范围内具有代表性。（2）采样点应位于邻近几乎没有什么干扰物的地方，即：要远离污染源，尤其是较大的污染源，如烟囱等；要远离表面有吸附能力的物体，如树叶和具有吸附能力的建筑材料等；要避免在交

11、通繁忙的街道或有高大建筑物使自然通风受限制的地方；要避开在不远的将来会有较大程度重建或改变土地使用方式的地方，特别是要作污染趋势长期观测时，更需注意这个问题。（3）每个采样点所得出的数据应能与监测网内其它点的数据相比较。（4）采样点所在之处应当具备的物质条件（依所用仪器而定）。包括：可长期使用，最好在全年内每天24 h都可使用；有足够的电力供应；能防止被破坏；有围护结构防护，不受严寒酷暑温度骤升骤降的影响。 采样频率和时间发达国家的大气环境监测基本上采用连续、自动记录的仪器，我国大气环境的连续、自动监测站仅大城市有，各城市拥有的自动监测站数也不多，主要依靠人工采样和实验室分析。对于人工采样站来

12、说，确定采样频率和取样时间很重要，合理的采样频率和取样时间可以以较少的监测次数掌握具有代表性的数据3。随着昼夜变化、周期变化和季节性变化，填埋场填体的内在变异性会引起大气污染物浓度的波动，在这种情况下，就要求每周至少1 d对H2S、NH3、甲硫醇（CH3SH）、臭气强度进行监测，具体采样时间为早上、中午、晚上（早晚应取对时）；总悬浮颗粒物（TSP）连续采样24 h。若要对填埋场的大气作污染趋势调查分析，则需依照实际情况至少连续监测510 d，H2S、NH3、CH3SH、臭气强度每天早上、中午、晚上（早晚应取对时）各采一次，总悬浮颗粒物（TSP）连续采样24 h。在一些四季较为分明的地区，冬季（

13、1月）、春季（4月）、夏季（7月）、秋季（10月）还须相应的增加采样量。3.2 填埋气体监测固体废弃物填埋场的填埋方式主要有厌氧式、好氧式、半好氧式。因厌氧式填埋对环境的污染相对于其它两种较小，被看作是固体废弃物的卫生填埋。我国的固体废弃物填埋场亦大多采用厌氧式填埋1。填埋废物中有机成分发生厌氧分解而产生大量的甲烷、硫化氢、二氧化碳和氨气。硫化氢和氨气有一定的臭味，吸入人体内会造成人体脏器的病变，严重时还会导致死亡。当甲烷在空气中的浓度达5%15%时就可能发生爆炸，并且甲烷和二氧化碳同属于“温室气体”，二氧化碳是“温室效应”的始作俑者，而甲烷则是“温室效应”中不可忽视的重要组成部分。因而填埋气

14、体的监测在整个大气污染监测过程中发挥着重要的作用。 布点原则（1）填埋气体收集管道直接布点法布点时，将填埋区内各个独立的填埋气体收集管道作为每一个采样点，按一定的次序作好标记并记录下即可。该方法简便宜行，各种规模的填埋场均可适用。（2）网络布点法对于填埋区内填埋气体收集管道分布较均匀的情况下，通常采用此法布点。以横竖相邻两根填埋气体收集管道间的距离为长度，将整个填埋区的地面划分成网状方格，采样点就设在横竖两条线的交汇处，见图6。网格的距离和采样点的数目，要依据填埋气体收集管道的分布量及人力、物力来决定。图6 网络布点法（3）区域布点法某些固体废弃物填埋场在进行填埋时，并非是整个填埋区内都大面积

15、的同时填埋，而是把填埋区分成若干个小区，按照一定的顺序和规则填埋，在此种情况下，可以选择区域布点法。将整个填埋区内的若干个正在填埋的小区作为采样区域，以此区域内各个填埋气体收集管道为独立的样品采集点，该方法省时省力，无需地理测绘，是一种比较实用的布点方法。 采样频率和时间填埋场在初期运行和封场前后，为了研究填埋气体的产生量，以及便于沼气的回收利用，一般要求每星期监测23次，连续监测35个月。其他填埋时间内，每月上、中、下旬各监测一次，至少每月上旬、下旬应各监测一次。冬季（1月）、夏季（7月）还须相应的增加采样次数，每月上、中、下旬各监测一次。采样时间冬季（1月）在9:0018:00；夏季（7月

16、）在8:0019:00，注意应选择无风、无雨、无雪的晴朗天气采样。3.3 其他生产废气监测其他生产废气主要来源于垃圾渗滤液处理工艺过程中，如脱氨工艺中氨吹脱后产生的大量氨尾气及少数二氧化碳和硫化氢气体；厌氧系统产生的沼气、氨气、硫化氢气体等等。 布点原则填埋场的其他生产废气，如氨尾气、厌氧池沼气等，大多有固定的排放口（一般是安装排放烟囱或排放管道），布点时可将每个排放口作为采样点，若排放口较多，也可按照具体情况适当布点，见图7（以厌氧池生产废气为例）。图7 固体废弃物填埋场其他生产废气布点图 采样频率和时间生产废气是随着垃圾渗滤液处理工艺的运行而产生的，因此，采样时应依据工艺运行时间而定，正常

17、运行时，每周测定23次，若废气产生量较为稳定，也可减少至每周1次。采样时间为整个处理工艺正常运行2 h后至停止运行前2 h。受温度等天气因素的影响，冬季（1月）、夏季（7月）还应酌情增加采样次数。3.4 气象监测从污染源排到大气中的污染物的传输和扩散过程，与污染源本身的特性、气象条件、地面特征和周围地区建筑物分布等因素皆有密切关系，特别是与气象条件的关系更为密切2。气象要素主要有：温度、空气湿度、风向、风速、气压、降雨量等，这些气象要素，都是从观测中直接获得。随着气象要素的变化，污染物在大气中的扩散稀释情况千差万别，所造成的污染程度也有很大不同。固体废弃物填埋场的气象监测就是对以上气象要素进行

18、观察、记录和分析，为填埋场的大气监测提供重要的理论依据。 布点原则一般情况下应在填埋场的上风向及下风向处各布设一个监测点，若条件不允许，也可在具有代表性的场区内选择一处作为监测点。采样仪器在安装时，应放置在场区内具有代表性的地形最高处，但应注意防雷。如果地势过高，采样极不方便，也可安装在具有代表性的办公楼楼顶上。目前国内的大部分城市已建立了气象自动监测网，各个站点采用气象数据自动采集装置，经电脑分析处理汇总后制成图表，清晰明了且便于储存和查找。 采样频率和时间气象监测数据应24 h不间断采样，每天查询监测结果，每星期将数据汇总，月底制成监测报表备用。4 固体废弃物填埋场大气污染监测的采样方法和

19、分析技术大气污染监测工作是一项科学性很强的工作，必须事前进行周密的调查，综合各因素方能制定出比较完善、科学、切合实际的监测方案，以满足各监测目的的要求。4.1 大气环境监测 大气环境监测的采样方法在大气环境监测中，正确有效地采集空气样品是工作的第一步，它将直接关系到监测结果的可靠性。大气采样方法和仪器的选择，取决于被测污染物在空气中存在的状态、浓度水平、化学性质和所用分析方法的灵敏度。（1）直接采样法当空气中被测污染物的浓度较高，或者所用分析方法的灵敏度较高时，直接获取一定量的空气样品就可以满足分析的需要。如用氢火焰离子化检测器测定空气中一氧化碳含量时，直接注入数毫升空气样品即可得出所需的一氧

20、化碳含量。直接采样法常用的方法有：塑料袋法、注射器采样法、采气袋法、真空瓶法。注意用该方法采样时，应保证采集容器不与所采集的污染物发生化学反应，不吸附、不渗漏，抽真空后不会漏气。（2）浓缩采样法该方法是以大量的空气通过液体吸收剂或固体吸附剂，将有害气体吸收或阻留，使原来空气中含量很低的有害气体得到浓缩（或富集）起来的方法。包括溶液吸收法、固体吸附剂法和低温冷凝法3种3。（3）推荐使用的大气采样方法及设备（见表1）。表1 固体废弃物填埋场大气污染监测采样方法及设备项目采样设备采集方式流量时间硫化氢大气采样器吸收液吸收0.51.0 L/min3060 min氨大气采样器吸收液吸收0.51.0 L/

21、min3060 min甲硫醇真空瓶/采气袋真空吸入/用双联球打入气袋瞬时现场采集总悬浮颗粒物TSP大气采样器大容量滤膜抽吸100 L/min24 h臭气强度真空瓶真空吸入瞬时现场采集 大气环境监测的监测项目及分析方法由于填埋场环境的特殊性，产生的有毒、有害气体具有相对的局限性，根据生活垃圾填埋污染控制标准，设定的监测项目有H2S、NH3、CH3SH、TSP、臭气强度5。（1） 大气污染样品采集后应及时分析，具体分析方法见表26。表2 固体废弃物填埋场大气污染监测分析方法项目国标号分析方法硫化氢GB/T 1467893气相色谱法氨GB/T 1467993次氯酸盐水扬酸分光光度法甲硫醇GB/T 1

22、467893气相色谱法总悬浮颗粒物GB/T 154321995重量法臭气强度GB/T 1467593三点比较式 臭气袋法（2）因考虑到某些填埋场运行经费问题，不具备某些较为贵重的分析仪器（如气相色谱仪），所以推荐使用以下分析方法（见表3）4。表3 推荐使用的垃圾填埋场大气污染监测分析方法项目分析方法硫化氢聚乙烯醇磷酸铵吸收-亚甲基蓝比色法氨纳氏试剂比色法甲硫醇对氨基二甲基苯胺比色法总悬浮颗粒物重量法臭气强度三点比较式 臭气袋法4.2 填埋气体监测 填埋气体监测的采样方法（1）直接采样法该方法是利用塑料袋、注射器、采气袋、真空瓶等将被测气体收集起来并带回实验室分析的一种采样方法。注意事项同大气环

23、境监测直接采样法。（2）浓缩采样法该方法是以大量的待测空气通过液体吸收剂，将有害气体吸收或阻留，使原来空气中含量很低的有害气体得到浓缩（或富集）起来的方法。（3）多种气体报警检测仪采样法表4 填埋气体监测采样方法及设备项目采样设备采集方式流量时间硫化氢大气采样器吸收液吸收0.51.0 L/min3060 min氨大气采样器吸收液吸收0.51.0L/min3060 min甲烷真空瓶/采气袋真空吸入/用双联球打入气袋瞬时现场采集二氧化碳真空瓶/采气袋真空吸入/用双联球打入气袋瞬时现场采集一氧化碳非分散红外仪抽气泵抽气68 L连续采集该方法是将待测空气通过内置的抽气泵抽入仪器内，被测气体经过红外线传

24、感器或电化学传感器后，仪器在一定范围内测定出被测气体的浓度，并给予超过设定浓度范围的报警。多种气体报警检测仪可选配1个红外传感器及3个电化学传感器，仪器内有18种可插接的智能型并可任意更换的传感器插口，可用于测量50种以上不同的气体，使用者可以按照说明自行安装。该方法快捷方便，且测定结果准确，仪器本身可校正，维护简单。具体的填埋气体监测采样方法及设备见表4。 填埋气体监测的项目及分析方法我国的固体废弃物成分包括无机类物质和有机类物质，填埋场的填体多以有机类物质为主，有机类物质又以厨房垃圾为主体，厌氧分解过程中宜产生以甲烷、硫化氢等为主的混合气体1，根据这一情况，填埋场的填埋气体监测项目有CH4

25、、H2S、NH4、CO2。（1） 固体废弃物填埋场填埋气体监测分析方法6（见表5）。（2）根据实践经验，建议使用多种气体报警检测仪采样法。多种气体报警检测仪集采样、分析于一体，瞬时采样即得出结果，既快捷又易于操作，且携带方便，维修简单，具体的测定参数范围见表6（以德国德尔格Multiwarn型多种气体报警检测仪为例）。表5 固体废弃物填埋场填埋气体监测分析方法项目国标号分析方法硫化氢GB/T 1467893气相色谱法氨GB/T 1467993次氯酸盐水扬酸分光光度法甲烷-气相色谱法二氧化碳-气相色谱法一氧化碳GB980188非分散红外法表6 德国德尔格德尔格Multiwarn型多种气体报警检测

26、仪测定参数测定项目传感器测量范围硫化氢电化学传感器0100 ppm氨电化学传感器0300 ppm甲烷红外传感器0100%一氧化碳电化学传感器0500/1 000/2 000 ppm二氧化碳红外传感器025%4.3 其他生产废气监测 其他生产废气的采样方法其他生产废气监测采样方法及设备见表7。表7 其他生产废气监测采样方法及设备1）项目采样设备采集方式流量时间硫化氢*大气采样器吸收液吸收0.51.0 L/min3060 min多种气体报警检测仪抽气泵抽气68 L连续采集氨*大气采样器吸收液吸收0.51.0 L/min3060 min多种气体报警检测仪抽气泵抽气68 L连续采集甲烷*真空瓶/采气袋

27、真空吸入/用双联球打入气袋瞬时现场采集多种气体报警检测仪抽气泵抽气68 L连续采集二氧化碳*真空瓶/采气袋真空吸入/用双联球打入气袋瞬时现场采集多种气体报警检测仪抽气泵抽气68 L连续采集注：1）带*的采样方法是根据空气和废气监测分析方法（第四版）而定。 其他生产废气的监测项目及分析方法其他生产废气的监测项目有NH4、H2S、CO2、CH4。（1）其他生产废气监测分析方法6见表8。表8 其他生产废气监测分析方法项目国标号分析方法硫化氢GB/T 1467893气相色谱法氨GB/T 1467993次氯酸盐水扬酸分光光度法二氧化碳-气相色谱法甲烷-气相色谱法（2）因其他生产废气同渗滤液处理工艺的运行程度相关联，有时产生的废气浓度可能会很高，为了保证监测分析人员的安全，建议使用多种气体报警检测仪测定，该仪器测量迅速，几分钟便可读出数据，且精度较高，是一种既安全又快捷的测量方法（同填埋气体监测中推荐使用的多种气体报警检测仪法）。4.4 气象监测的采样及分析方法表9 SHQI-300型自动气象站主要技术指标气象要素测量范围分辨率测量精度温度4050