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挥发性有机物(Volatile Organic Compounds,VOCs)在环境中无所不在,它们无论是对环境还是对人体健康皆可造成很大影响。本研究分别分析了不同的释放源释放VOCs特征及对其所释放的VOCs进行了风险评估,并采用自行设计加工的生物滴滤塔和光催化联用反应器对垃圾压缩站所排放的VOCs处理进行了现场中试试验。同时根据垃圾压缩站所在垃圾压缩过程中的VOCs污染水平和组成特征,在实验室内筛选分离了一株可降解苯甲硫醚的波茨坦短芽孢杆菌(Brevibacillus borstelensis) GIGAN1并用于液相和气相中苯甲硫醚的去除。研究结果表明:
⑴对广州七个垃圾压缩站在垃圾压缩过程中的VOCs污染水平和组成特征进行了研究。(a).通过对垃圾来源和种类的研究发现,由于所处的功能区不同,垃圾压缩站所处理的垃圾成分有所不同,所以垃圾压缩过程中所产生的VOCs的种类和含量也有差异。长链烷烃类如辛烷在餐饮业较发达的功能区棠下的垃圾压缩站中产生的种类较多浓度较高(228.12 ppb),而对于功能比较齐全的综合区如白马岗不仅VOCs的种类更为丰富(包括10种烷烃、2种哌烯、9种芳香烃、4种含氧有机物、5中氯代烃),并且含量更高(TVOCs达到472.52 ppb)。(b).垃圾压缩站内的VOCs的污染水平与该压缩站所处的地理位置以及通风条件有关,如在压缩过程中释放VOCs较多的石牌压缩站内,由于其周边的通风良好,空间内的TVOCs由压缩过程释放出的351.08 ppb变成22.21 ppb;相反的,在通风不太好的白马岗垃圾压缩站内的VOCs浓度反而较高,可达271.56 ppb。(c).毒性计算数据表明,主要的慢性毒性危害物为芳香烃类和氯代烃类,其中氯代烃类的危害大于芳香烃类。其中主要导致非致癌风险的物种为苯和二氯甲烷,而主要导致致癌风险的物种为苯和二氯乙烷。(d).通过CFD软件对其中一个垃圾压缩站BMG及周边400 m×500 m区域的VOCs扩散模拟研究发现,在该压缩站释放的VOCs对其周围50m的居民的风险随距离急剧下降,超过50m风险变化趋于平缓,但是在风向两侧200m之内仍然认为是危险区域。
⑵对广东贵屿镇电子垃圾拆解地不同种类的电路板(电脑板、电视板、手机板)在不同拆解工艺(焚烧、电炉、热风机)下释放的VOCs的污染水平和组成特征的研究结果表明。(a).电脑板中释放的含量最多的两种物质分别是二氯甲烷(热风:20.97 ppb,电炉:19.69 ppb)和萘(热风:49.34 ppb,电炉:185.26ppb),电视板中释放突出的两种物质分别是萘(电炉:18.05ppb,焚烧:35.45ppb)和甲苯(电炉:26.33 ppb,焚烧:26.43 ppb),手机班中释放较多的两种VOCs分别是乙烯(7.02 ppb)和苯甲醛(7.22 ppb)。(b).对各工艺释放的VOCs进行慢性风险分析发现,电脑板的非致癌性风险主要来自于二氯甲烷(热风:132.51,电炉:124.45)和萘(热风:76.31,电炉:286.50),致癌性风险主要来自于萘热风:2.46×10-2,电炉:9.22×10-2和苯(热风:4.92×10-5,电炉:1.39×10-4);电视板的非致癌性风险主要来自于萘(电炉:27.91,焚烧:54.83)和甲基异丙酮(电炉:18.13,焚烧:15.79),致癌性风险主要来自于萘(电炉:8.98×10-3,焚烧:1.76×10-2)和苯(电炉:1.80×10-4,焚烧:2.21×10-4);手机板的主要非致癌性主要来自于萘(5.32),致癌性主要来自于萘1.71×10-3。(c).通过CFD软件对电子垃圾拆解释放的VOCs在室内的扩散模拟发现,当VOCs在室内分布达到稳定状态时,其含量仍然较高。说明目前的采取排气扇的方式控制电子垃圾拆解室内的VOCs的方法并不完全可行。
⑶生物滴滤塔和光催化联用反应器在垃圾压缩站内进行中试试验过程中,联用反应器启动的第1天,PC单独作用对VOCs平均处理效率可达72.3%,对有害微生物的去除效果最低为80.28%(霉菌),最高可达97.86%(放线菌),细菌为93.21%。经过16天的BTF启动阶段在第30天时,BTF后和BTF-PC后对VOCs的去除效率风别大80.9%和95.7%,对放线菌和霉菌可100%除去,对细菌的去除效率达到99.73%;第60天时,BTF对VOCs的去除效率提高到84.9%,而BTF-PC则为92.7%,对放线菌的去除效果依然稳定在100%,而霉菌为98.29%,细菌为99.66%。BTF-PC处理后的空气中的微生物达到清洁空气标准。毒性计算数据表明:处理前非致癌风险超过0.1的苯和三甲苯,在经过BTF-PC后皆降低至0.1以下;处理前是致癌风险最高的乙苯(4.45×10-5)经过BTF-PC后降低至2.30×10-6。经过联用技术处理后,压缩站内大多数的VOCs的非致癌风险和致癌风险皆降低到安全范围以内。根据《清洁空气微生物评价标准》经过光催化后的空气中的微生物含量由处理前的Ⅳ级(污染)降低到Ⅰ级(洁净)。
⑷从广东省广州市某河涌底泥中,以苯甲硫醚作为唯一碳源的分离筛选出一株降解苯甲硫醚的菌种,16sRNA序鉴定结果表明该菌属于波茨坦短芽孢杆菌(Brevibacillus borstelensis),通过细菌生理生化鉴定和电子显微镜观察进一步发现所筛选的波茨坦短芽孢杆菌的细胞染色为革兰氏阳性菌,其形态为杆状,菌体大小为0.5~0.8×6~8μm,周生鞭毛,最终命名为Brevibacillus borstelensisGIGAN1。水相摇瓶中的降解实验说明该细菌对低浓度的液相苯甲硫醚有较好的降解效果,底物浓度为2 mg·L-1条件下降解240 h,降解率可达96.2%。该细菌降解最佳条件为,30℃、pH=7。在有葡萄糖作为外援碳源的时候,该细菌对苯甲硫醚的降解效果要好于只有苯甲硫醚作为底物的降解效果。气相生物滴滤塔中的降解实验说明在较高的初始浓度范围内(0.4-1.2 mg·L-1),GIGAN1对苯甲硫醚的降解效果随着浓度的增高而降低,随着停留时间的增加而增加。