网络首发||楼紫阳教授：填埋场垃圾恶臭异味气体特征及控制研究进展
文摘
科学
2024-08-09 10:30
浙江
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提出了不同垃圾组分之间的相互作用关系及其对复杂挥发性有机化合物（VOCs）释放的影响。利用多层感知器（MLP）中的向前传播公式hl=σ(Wlhl−1+bl)辅助模型处理，以及径向基函数神经网络（RBFNN）的应用，通过比较不同神经元数量和训练算法，展示了人工神经网络（ANN）在高维度处理电子鼻特征方面的出色表现，能够实现更高的气味识别准确性。此外，极限学习机（ELM）的应用展示了其在气体识别中优于传统方法的高效性能，提升了不同填埋垃圾恶臭在线精确响应能力。基于实时监测和反馈，利用源头组分分类控制、过程化学靶向捕集以及末端生物处理等手段，实现了垃圾填埋场恶臭异味气体的有效控制。
楼紫阳，男，博士，上海交通大学教授，博导。2007年获同济大学博士学位；曾在德国德累斯顿工业大学、丹麦技术大学进行相关访学研究。教育部青年长江获得者，兼任上海市固体废物处理与资源化工程研究中心副主任，中国硅酸盐学会固废分会危废专委会副主任委员，秘书长，中国硅酸盐学会固废分会常务理事；第九届中国环境科学学会理事，以第一/通讯作者在Science Advances、Fundamental Research, Environmental Science & Technology, Water Research等期刊发表科技论文100余篇，发明技术专利授权40余项。先后完成著作4部（包括Elsevier 和Springer出版英文著作各1部）、编著教材1部。主持国家重点专项项目1项、UNEP-NSFC国家自然基金联合重点基金1项、国家自然科学基金面上/青年项目/中德科学中心6项、上海市科委“启明星A类”、上海市教育委员会/上海市教育发展基金会“晨光计划”人才项目等。先后获省部级科技进步奖共7项。崔莹1，王志杰1，成兆文2，王罗春1，楼紫阳3,*1. 上海电力大学 环境与化学工程学院
2. 南华大学 资源环境与安全工程学院
3. 上海交通大学 环境与科学工程学院 上海市固体废物处理与资源化工程研究中心
1. “科技兴蒙”上海交通大学行动计划专项资助项目（2021PT0045-02-01）
2. 国家自然科学基金委面上资助项目（42077111）
3. 内蒙古研究院资助项目（SA1600213）
作为一个典型的点、线、面多场景集合的释放源，垃圾填埋场的恶臭异味气体具有组分杂、性质多变且难以控制等特征，而基于组分特征的精准处理是实现其有效管控的基础。梳理了填埋场中典型垃圾组分（如餐厨垃圾、污泥、废弃塑料等）在不同状态稳定化过程中异味物质的释放特征，探究了不同垃圾组分之间的相互作用关系以及对复杂的挥发性有机化合物（VOCs）释放的影响。对于填埋场的恶臭异味气体，需要针对其多组分垃圾特征、不同填埋时间、不同环境条件等开展有针对性的异味气体与作用关系研究，揭示填埋场的恶臭气味来源和形成机制。针对恶臭的变动性，可以通过人工神经网络（ANN）与电子鼻等的耦合，利用多层感知器（MLP）中的向前传播公式hl=σ(Wlhl−1+bl)辅助模型处理等方法，提升不同填埋垃圾恶臭在线精确响应能力。基于实时监测和反馈，利用源头组分分类控制、过程化学靶向捕集以及末端生物处理保障等手段，实现垃圾填埋场恶臭异味气体有效控制。经过四十余年的城镇化发展，我国建设了大量的填埋场，目前仍然是垃圾处理的重要场所。到2023年，全国垃圾填埋量仍高达1.5亿t。填埋场中，有机成分在高温厌氧环境中被细菌迅速降解，加剧恶臭释放。2012年我国有超过一千万人受填埋场恶臭的影响，根据环保热线“12369”的最新纪录，垃圾处理是近三年投诉最多的行业，占全部恶臭/异味投诉的11.3%，严重影响了当地居民的生活。填埋场作为不同固废的重要处置场所，包括城市中常规的生活垃圾以及临时无法处理的固废，如污泥、建筑垃圾等。这些垃圾进入填埋场后，受到生物场、温度场、水力场和压力场等共同作用（图1）。生物场中微生物发挥关键作用，微生物通过分解有机物质，产生填埋气体（如甲烷和二氧化碳）以及各种异味气体。过酸或过碱的pH会抑制微生物，减少恶臭气体。溶解氧浓度不足会导致厌氧微生物数量增加，进而促进硫化氢的生成。生物反应释放了大量的热量，产生高达50~80℃的温度场，不仅影响微生物的活性，也提高代谢反应的速率，增加异味气体的扩散范围。大型废物堆叠形成的大型压力场形成巨大的内部压力，促进异味气体从废物堆中逸出，加快其释放速度，并影响异味气体的释放路径，导致气体从非预期的位置逸出，增加异味气体的控制难度。渗滤液的下渗和填埋气的上升又产生了动态的水力场，其中渗滤液下渗携带有机物质和营养进入废物深处，促进微生物活动，增加异味气体。同时，渗滤液流动影响异味气体迁移，使其向上扩散并通过裂缝和排气系统逸出。在多个场相互作用、共同调控下，保证了填埋场稳定、高效地运作。填埋场在稳定化过程中释放了大量的异味气体，主要来自于两个方面：一是非生物组分降解。主要源于生活垃圾中混杂的各种药剂、药品和塑料制品等受到环境条件的影响，挥发性化学成分在特定条件下挥发，这也是塑料袋类释放异味的原因；二是部分有机物在微生物作用下厌氧分解而成。在垃圾中，易降解的有机物含量较高，如高蛋白质、高淀粉和高糖类物质等，在微生物的作用下分解并释放出包括氧化合物、硫化合物、部分烃类以及有机胺等异味气体，这两部分气味共同构成了垃圾填埋场释放的恶臭。目前国内外异味控制技术主要分为三大类：物理法（稀释法和掩蔽法）、生物法、物理化学法（吸附、燃烧等）。对于填埋场异味气体，需要深入探究恶臭气味的来源和特性，结合有效的控制技术和策略，以降低填埋场异味对周边环境和人类健康的影响。崔莹, 王志杰, 成兆文, 王罗春, 楼紫阳. 填埋场垃圾恶臭异味气体特征及控制研究进展[J/OL]. 能源环境保护: 1-9[2024-08-06]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20240714.
CUI Ying, WANG Zhijie, CHENG Zhaowen, WANG Luochun, LOU Ziyang. Recent advances in identification of odors emitted from landfills and their potential reduction and control methods[J/OL]. Energy Environmental Protection: 1-9[2024-08-06]. https://doi.org/10.20078/j.eep.20240714.
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编辑｜姚情璐
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