城市污水处理过程中恶臭气体释放的研究进展杨庆

第XX卷第XX期2019年XX月Vol.XX，No.XXXX.，2019环境科学学报ActaScientiaeCircumstantiae城市污水处理过程中恶臭气体释放的研究进展杨庆，李洋，崔斌，杨忠启，刘智斌，彭永臻*北京工业大学城镇污水深度处理与资源化利用技术国家工程实验室，北京100124收稿日期：XXXX⁃XX⁃XX修回日期：XXXX⁃XX⁃XX摘要：长期以来，我国城市污水处理相关工作人员职业病频发，与城市污水处理过程中会释放出大量的有毒有害气体有重要关系，我国现有的《城镇污水处理厂污染物排放标准》对水质排放指标作了明确规定，但是对于污水处理过程中释放的气体污染物的类型及排放限值缺少详细说明。本文对城市污水处理厂不同污水处理工艺及不同污水处理单元在运行中所释放的气体污染物的特征进行了归纳总结，阐述了城市污水处理厂释放的主要恶臭挥发性有机物的产生途径、释放量及影响因素，并指出目前城市污水处理厂释放的气体污染物主要通过尾气末端收集综合处理的方式进行治理，而对于工艺运行参数与气体污染物释放特征之间的相关性关系仍需深入研究。关键词：城市污水处理厂；恶臭挥发性有机物；污水处理构筑物；污水处理工艺文章编号：0253-2468（2019）XX-0001-10ResearchAdvancesofOdorReleasedfromMunicipalWastewaterTreatmentProcessYANGQing，LIYang，CUIBin，YANGZhongqi，LIUZhibin，PENGYongzhen*NationalEngineeringLaboratoryforAdvancedMunicipalWastewaterTreatmentandReuseTechnology，BeijingUniversityofTechnology，Beijing100124，ChinaReceivedXXXX⁃XX⁃XX；revisedXXXX⁃XX⁃XX；acceptedXXXX⁃XX⁃XXAbstract：AlargeamountoftoxicandharmfulgaseswouldbereleasedfromMunicipalWastewaterTreatmentPlants（WWTPs）duringwastewatertreatment，whichcausesoccupationaldiseasesfrequentlyoccurringamongworkerswhoworkonsewagetreatmentforalongtimeinChina.Detailedwastewaterdischargestandardsarestatedinthecurrent“StandardsforPollutantDischargefromMunicipalSewageTreatmentPlants”，whiletheavail⁃abletypesanddischargestandardsforgaseouspollutantsarenotelaboratedclearly.InthispaperthecharacteristicsofgaseouspollutantsemittedfromdifferentwastewatertreatmentprocessesandunitsinWWTPsweresummarized，thereleasepathways，releaseamountandinfluencingfactorswerealsodescribed.Furthermore，theprevalenttreatmentpatternforgaseouspollutantswasthattheexhaustgaswascollectedattheendofwastewatertreatmentfirst，andthenitwastreatedcomprehensively.Infuturestudy，thecorrelatedrelationshipsbetweentheparametersofwastewatertreatmentprocessandthecharacteristicsofgaseouspollutantsshouldbestudiedfurther.Keywords：municipalwastewatertreatmentplant；malodorousvolatileorganiccompounds；wastewatertreatmentunits；wastewatertreatmentprocess1引言（Introduction）目前，随着我国城市化进程的加快，城市污水处理厂已成为我国城市化建设进程当中所必备的设施。城市污水处理厂能够净化湖泊，改善环境。伴随我国城镇污水处理规模的不断扩增，截至2017年6月底，全国城镇总计建成在运行的污水处理厂已达4063座，处理能力高达1.78亿立方米/日，从业人数达到数十万，在此过程中，城市污水处理厂中一些未被重视的问题也逐渐暴露出来。城市污水处理过程中会向外界环境释放大量恶臭性气体，这DOI:10.13671/j.hjkxxb.2019.0087杨庆，李洋，崔斌等.城市污水处理过程中恶臭气体释放的研究进展［J］.环境科学学报，2019，XX（XX）：1-10.YANGQing，LIYang，CUIBin，etal.ResearchAdvancesofOdorReleasedfromMunicipalWastewaterTreatmentProcess［J］.ActaScientiaeCircumstan⁃tiae，2019，XX（XX）：1-10.基金项目：国家自然科学基金项目（No.51878011）；北京市自然科学基金项目（No.8182012）Supportedby：SupportbytheNationalNaturalScienceFoundationofChina（No.51878011）andtheNationalScienceFoundationofBeijing（No.8182012）作者简介：杨庆（1979—），男，副教授，E-mail：[e-mail]；*通讯作者（责任作者）Biography：YANGQin（1979—），male，associateprofessor；*Corresponding通讯作者：彭永臻，（1949—），男，职称：教授，E-mail：[e-mail]2019-02-2816:04:40卷环境科学学报些气体会对人们的生活环境和身体健康造成潜在的危害。目前城市污水处理厂相关工作人员职业病频发，城镇污水处理厂气体释放的相关标准缺乏，因此污水处理过程中恶臭气体的释放问题已成为了一个人们亟待解决的问题。1.1城市污水处理厂释放气体所造成的影响国外某研究通过NEAT模型，对1990年到2003年间德国的非能源性消费产业所排放的CO2量进行了估算，结果表明污水处理行业占CO2排放总量的4%（Weissetal.，2008）。2005年污水处理领域所排放的温室气体占全球非CO2温室气体排放总量的5%，预计到2030年将高达27%（Agency，USEnviron⁃mentProtection，2012）。污水处理过程中释放的温室气体一直是国内外研究的热点问题，然而污水处理过程中释放的恶臭气体问题直到近年来才逐渐引起人们的重视。随着当前城市化步伐的加快，城市污水处理厂周围逐渐出现大量的新建住宅，城市污水处理过程中会释放大量的恶臭气体使得它逐渐成为人们头痛和关注的空气污染源（Karageorgosetal.，2010）。这些恶臭气体的主要化学成分包括硫化氢和氨气等无机化合物以及成分极为复杂的恶臭挥发性有机化合物（MVOC）。这些恶臭气体通过人们的呼吸以及饮食等途径进入人体内，将会引发呼吸系统、消化系统、循环系统、内分泌系统和神经系统等疾病，而且长期的恶臭刺激会导致人的感觉疲劳，致使工作效率、判断力和记忆力的降低（唐小东等，2011b；王灿等，2005）。污水中的H2S可以扩散到污水表面或进入空气层并与其中的溶解氧结合，在硫细菌作用下被氧化为硫酸，腐蚀混凝土和铸铁，不但降低了建筑结构的牢固性，还影响了美观。有文献报导高浓度的含硫以及含氮恶臭物质会抑制硝化反应的进行，降低污水处理的脱氮效果（罗固源等，2001）。伴随我国污水处理规模的不断扩大，我国污水处理行业相关工作人员职业病的隐患也逐渐引起人们的重视。有调查显示：城市污水处理厂工作人员在呼吸系统疾病的患病率方面明显高于普通人群（Smitetal.，2005；Lafleuretal.，1991；Olinetal.，1987）。国外某调查试验结果发现污水处理厂工人患膀胱癌风险明显高于普通人群（Nasterlacketal.，2009）。国外某调查结果表明污水处理过程中释放的有害气体会对人的身心健康造成不同程度的危害。某机构还对城市污水处理厂相关工作人员进行了随机问卷调查。结果显示约80%以上的受访工人存在心理问题，有42.2%的受访工人存在呼吸道粘膜刺激症状（Abdou，2007）。我国污水处理相关工作人员普遍患有不同程度的过敏性鼻炎等呼吸系统疾病。国外则较早通过检测污水处理厂释放的恶臭气体来建立模型，通过模型对恶臭与环境及健康风险的关系进行了研究（Vegaetal.，2015；Alfonsínetal.，2015）。而我国对于污水处理过程中释放的多种挥发性污染物和职业健康风险评估还很缺乏。1.2城市污水处理厂释放气体的排放标准2003年我国颁布并实施《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002），该标准对硫化氢、氨和臭气浓度的厂界最高允许排放浓度作出了限值规定（见表1）。续表1臭气浓度（单位：无量纲）解释：《空气质量恶臭的测定》（GB/T14675-93）定义臭气浓度：臭气浓度是根据嗅觉器官试验法对臭气气味的大小予以数量化表示的指标，用无臭的清洁空气对臭气样品连续稀释至嗅辨员阈值时的稀释倍数叫臭气浓度。我国在1993年颁布实施的《恶臭污染物排放标准》（GB14554-93）中也仅对部分气体浓度的厂界最高允许排放浓度作出了限值规定（见表2）目前我国关于城镇污水处理过程中释放的气体污染物仅有以上两个文件以供参考，随着我国污水处理行业的快速发展，以上两个标准均存在过时、标准制定不够准确并且标准定位与当今污水处理过程中所释放的污染物不符等问题。由此可见我国现有的关于城市污水处理厂相关标准和评价体系相当缺乏，因此急需对《城镇污水处理厂污染表1城镇污水处理厂污染物排放标准Table1Dischargestandardofpollutantsformunicipalwastewatertreatmentplant序号12控制项目氨硫化氢单位mg/m³mg/m³一级标准1.00.03二级标准1.50.06三级标准4.00.3234臭气浓度甲烷（厂区最高体积浓度%）无量纲mg/m³100.52016012XX期杨庆等：城市污水处理过程中恶臭气体释放的研究进展物排放标准》（GB18198-2002）中指定的恶臭污染物的种类和最高允许排放浓度作出相应的补充和修正。我国城市污水处理厂绝大多数为地上式污水处理厂，但随着我国城市化水平的提高及人们对生存环境要求的提升，地上式污水处理厂的问题也在逐渐出现。尤其对土地资源稀缺的大城市而言，地上式污水处理厂不仅存在土地资源利用率低及环境噪声污染的问题，而且还造成周边土地资源的贬值。因此近年来，全国各地正在逐渐兴建占地面积小，噪音污染小的地下式污水处理厂。截止2016年，我国建成在使用的地下式污水处理厂超过10座，在建的也有近30多座。地下式污水处理厂大多数为全封闭或半封闭式，对于臭气等有害气