好多數據：大型污水處理廠惡臭氣體分析
污水處理廠散發惡臭氣體的種類和濃度與工人的職業健康息息相關。首先通過文獻綜述對以往報道的污水處理廠不同處理單元散發的惡臭氣體污染物種類和濃度進行了統計，然后以上海兩座大型污水處理廠T廠和B廠為例，對其污水處理流程與污泥處理流程散發的惡臭有機污染物種類和濃度進行了測試和對比分析。將上海地區的污水處理廠與文獻報道的國內外其他地區的污水處理廠惡臭污染物進行對比，發現地域差異性明顯，上海地區的污染物濃度更高，但不同種類的有機污染物在總VOCs濃度中的占比相近。 www.aa-cctv.com
經我們統計，文獻中共測得89種有機污染物，本文根據有機物污染物的官能團和結構特性將其分為烷烴、烯烴、芳香烴、鹵代烴、含氧有機物和含硫有機物六大類。以此對文獻進行對比分析發現，芳香烴在DINCER和唐小東的研究中占了絕大部分，但在SHINICHI的測試中卻沒有提及。SHINICHI檢測到的有機物種類為烯烴、含氧有機物和含硫有機物三大類，且以含氧有機物和含硫有機物為主。 空氣凈化www.aa-cctv.com
文獻報道的污水處理廠不同處理單元污染物濃度情況的主要測試情況如表1所示，涉及污水處理廠粗格柵、沉砂池、污泥脫水間、濃縮池、生反池厭缺氧區、生反池好氧區、提升泵房、初沉池和儲泥池9個主要處理單元。從表1可以發現，脫水間和濃縮池為污染物最主要的產生源，有少數污水處理廠的生反池所產生的VOC總濃度與濃縮池產生的VOC總濃度相當。該統計結果與FRECHEN對德國污水處理廠的統計結果相似。目前污泥處理流程的污染物散發數據較為缺乏，許多研究者只關心污泥脫水車間的污染物種類和濃度，忽視了其他泥處理單元。關于其他泥處理單元污染物散發數據的研究亟待補充。 工業凈化www.aa-cctv.com
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本研究選取上海兩座大型污水處理廠作為測試對象，針對惡臭污染物的主要散發源，進行了污染物種類和濃度的測試，并進行深入分析，為我國污水處理廠惡臭污染控制的精準設計提供依據，也為未來我國科學合理地制定惡臭氣體污染物控制標準提供參考。
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1 測試場地和儀器
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1.1 測試場地概述 www.aa-cctv.com
此次測試選取上海市兩座大型污水處理廠，T廠為全地下式污水處理廠，處理規模為40萬m3/d，B廠總處理規模中50萬m3/d為全地下式污水處理廠，其余為已實施加蓋除臭的地上式處理廠，但其處理構筑物均進行了加蓋除臭。 www.aa-cctv.com
總體上，T廠和B廠兩座地下式污水處理廠的污水、污泥處理流程擁有較多相似的處理單元，如粗格柵、細格柵、初沉池、二沉池、高效沉淀池、濃縮池、污泥脫水間等。但也存在不同處理工藝單元，如T廠采用曝氣沉砂池，B廠采用平流沉砂池。本研究在文獻中常見測試地點的基礎上，重點關注T廠和B廠共有的處理單元和廠內巡檢人員反映的有明顯臭氣散發的處理單元，通過現場測試和對比分析確認污水處理廠主要惡臭污染源、污染物濃度和規律。
1.2 測試方法及儀器
前期預測試中采用惡臭氣體分析儀NewforceTionGas-200測試硫化氫、氨氣和臭氣濃度。后期現場測試中采用基于氣相色譜原理的EXPEC3500便攜式色譜質譜儀測試有機物濃度。EXPEC3500色譜質譜儀可以測試600多種物質，其中包含117種常見VOCs。色譜質譜儀的測量質量范圍為15~300 μ，質量分辨率≤1 μ，滿足《便攜式氣相色譜-質譜聯用儀技術要求及試驗方法》(GB/T 32210-2015)的相關性能指標要求。
T廠的測試位置為粗格柵、細格柵、曝氣沉砂池、初沉池、二沉池、生反池、高效沉淀池、濃縮機間、調質池、脫水干化車間、冷凝水車間、加熱車間和除磷池；B廠的測試位置為粗格柵、細格柵、平流沉砂池、初沉池、生反池厭氧區、生反池缺氧區、生反池好氧區、二沉池、高效沉淀池、儲泥池、濃縮池、勻質池、脫水車間和干化車間。根據處理單元的實際大小，在以上處理單元內均勻布置多個測點，相鄰測點間的直線距離約9m，每個測點測量3次取其平均值作為該點的污染物濃度值，以保證數據的可靠性。由于部分處理單元上方使用了蓋板進行密封，因此在蓋板可以打開的情況下，將測點布置在液面上方空間進行測量；其余密封蓋板無法打開的處理單元和地下大空間內部的測點則布置在距離地面1.5m高處的人員呼吸平面上。
本文的研究測試均在夏季進行，由于夏季的平均氣溫高，對污水處理微生物活性和污染物的揮發有強化促進作用，因此夏季的惡臭氣體排放水平相對較高。測試時間選在白天，與工作人員的正常工作時間相符，以保證測量結果與工作人員體感的一致性。
2 測試結果
由于B廠和T廠處理構筑物均進行了加蓋除臭，有效控制了惡臭氣體散發影響外部環境，本研究前期預測試發現兩座加蓋的污水廠處理構筑物上方硫化氫、氨氣等無機惡臭污染物濃度均低于相關標準限值，但人體感官上有時仍能聞到臭味，推測臭味可能主要來自于有機污染物，因此本研究著重對污水處理廠中的有機污染物進行研究和分析。
2.1 污水處理流程有機污染物測試結果對比
兩廠污水處理流程產生的污染物對比情況如圖1所示。就VOCs種類和濃度而言，T廠生反池和B廠平流沉砂池所產生的VOCs種類豐富，且各類污染物濃度和總VOCs濃度均遠高于其他處理單元，總濃度分別高達3305.5μg/m3和3848.3μg/m3。T廠的生反池是污水處理的核心構筑物，通過生反池內大量的活性污泥與污水內的有機物進行有氧或缺氧反應脫去污水內的有機污染物，在反應過程中容易產生大量的揮發性VOC。B廠地上處理部分的平流沉砂池由于工藝設備運行要求設置了活動式柔性密封罩，其密封性不如固定式蓋板，使得處理池內的污染物容易擴散到周邊環境，因此VOCs濃度相對較高。同時，B廠平流沉砂池投運時間久，大量原本彌散在空氣中的污染物在池體周圍發生沉降聚集，除了造成設施表面的腐蝕外還逐漸形成了二次污染源，從而進一步加重了平流沉砂池周邊環境的VOCs濃度，也導致了該區域的臭味格外明顯。在污水一級處理過濾階段，T廠主要污染物散發源為細格柵，B廠為粗格柵。這是由于兩座污水廠污水來源和處理方式的不同導致的。在實際運行中，粗格柵和細格柵基本處于密閉狀態，但由于T廠的粗格柵與細格柵之間存在固液分離機，使得空氣與固液分離機產生的固體濾渣發生了大量的接觸，原本處于液面下的芳香烴和鹵代烴也由于攪拌作用被釋放到了空氣中，導致細格柵所在空間內的污染物種類和含量相比于粗格柵有明顯上升。在污水二級處理階段，T廠的污染物主要來源于生反池，B廠主要來源于初沉池，這可能是由于不同污水處理工藝導致污染物散發源有所區別，但T廠和B廠的初沉池、二沉池、高效沉淀池三者所產生的VOCs總量相近，約為900~1 100μg/m3。
對于污水處理流程產生的污染物種類，T廠共檢測到38種有機污染物，B廠共檢測到46種有機污染物。T廠的污染物種類以烷烴和鹵代烴為主，分別占污水處理流程總VOCs質量濃度的51.95%和32.53%。在分布區域上，鹵代烴只在細格柵、生反池和二沉池內檢測到較大的濃度，后續的處理單元內檢測到的鹵代烴種類和含量都有明顯下降，且生反池和二沉池內檢測到了其余處理單元未測到的三氯甲烷致癌物，其原因可能是初沉池排放的污水在經歷生反池的反應后，除去了芳香烴和部分含氧有機物，但又產生了新的鹵代烴和其他有機污染物，從而導致二沉池內的VOCs含量與初沉池相比有所上升。B廠除平流沉砂池外，其他污水處理單元產生的含氧有機物和含硫有機物的含量不容忽視，尤其是在初沉池內，以含氧有機物、含硫有機物和芳香烴為主，且散發濃度相近，約為178.8~254.8μg/m3。
2.2 污泥處理流程有機污染物測試結果對比
兩廠污泥處理流程產生的有機污染物對比情況如圖2所示。在污泥處理流程所產生的VOCs總量上，T廠和B廠均遠低于劉舒樂和DINCER的測量統計數據。除了污泥處理工藝的不同外，T廠和B廠的投運時間短，在各個處理單元都安裝了密封蓋板或并保證了良好的密封罩，可能是其VOCs濃度較低的主要原因，這表明密封蓋板的合理使用可以使惡臭污染物的散逸率降低46%~90%，與文獻報道一致。需要注意的是，T廠的濃縮池位于地下，無法直接進行測量，在這里采用濃縮機間的有機污染物濃度進行對比；B廠的干化車間在測量時由于設備檢修未運行，因此這二者的VOCs濃度可能偏低。T廠的脫水干化車間兼具有處理其他污水處理廠外運污泥的脫水和干化功能，且在車間內設置有密封罩來減少污染物的擴散。當干化機組配合測試間歇停止運行時，污染物中的烷烴和含氧有機物含量出現一定程度的下降，污泥的干化過程是該類有機污染物的主要來源。
對比兩廠污泥處理流程產生的有機污染物種類，T廠共檢測到32種有機污染物，以含氧有機物、烷烴和鹵代烴為主；B廠共檢測到27種有機污染物，以烷烴和芳香烴為主。通常情況下，污泥處理流程惡臭氣體空氣中的有機污染物種類首先取決于污泥內的有機污染物種類，而污泥內的有機污染物又與與先前的污水處理流程息息相關。相比于污水處理流程而言，T廠的污泥處理過程有機污染物種類數量與污水處理流程相當，但種類重合度較低；B廠的有機污染物種類數量明顯下降。T廠的污泥處理階段具有較高的鹵代烴濃度，這與其污水處理流程中的鹵代烴有較高的相關性。
在分布區域上，T廠的烷烴和鹵代烴主要出現在調質池內，含氧有機物在除磷池、脫水車間、干化車間和調質池內均有較高的濃度，推測這三個處理單元是T廠污泥處理流程新有機污染物的主要來源。B廠的烷烴和芳香烴普遍存在于污泥處理流程的所有處理單元，但主要釋放位置不同，且雖然烷烴和芳香烴在濃縮池散發的VOCs種類中占有較大的比重，但均略低于含硫有機物。經過濃縮池處理后，其余處理單元內檢測出的含硫有機物顯著降低，B廠的濃縮池是含硫有機物的重要處理單元。
總體上，由于兩座污水處理廠都在上海，實際進水水質相似，污水處理工藝和污泥處理工藝的差異會導致有機污染物濃度種類和濃度上的差距，且污水處理工藝的差異會在一定程度上影響污泥處理流程產生的有機污染物。
2.3 不同地區相同處理單元污染物濃度對比
圖3展示了不同地區污水處理廠相同污水處理單元所散發的污染物種類和濃度，其中文獻［9］中的污水處理廠位于地中海地區，文獻［12］和文獻［13］中的污水處理廠位于廣州。T廠的細格柵、B廠的平流沉砂池、文獻［12］中的沉砂池所散發的污染物濃度遠高于其他處理單元，分別為1953.8、3848.3和2053.1μg/m3。廣州地區的污水處理廠檢測出的有機污染物中，芳香烴占了極大的比例，超過總污染物含量的90%，其中甲苯、乙苯和間二甲苯的最大濃度均高于100μg/m3。上海地區的污水處理廠中雖也檢測出了這三種芳香烴類物質，但在芳香烴的整體散發強度上遠不及廣州地區的污水處理廠。除芳香烴外，上海地區的污水處理廠內還廣泛分布著以十一烷、十二烷為代表的烷烴和以四氯乙烯為代表的鹵代烴，最大濃度均高于100μg/m3。其中十一烷和十二烷為上海地區特有的有機污染物成分，位于上海的污泥處理廠S廠內也有發現；四氯乙烯雖然在廣州地區和地中海地區污水處理廠的測試結果中被檢測到，但在濃度上相較于上海地區低了約2~3個數量級。除此之外，以甲硫醚、甲硫醇為代表的含硫有機物在B廠中檢測出的濃度比其他污水處理廠內的濃度高出一個數量級。地中海地區污水處理廠的水處理單元散發污染物較少且濃度較低，主要為以三氯乙烷、三氯甲烷、二氯甲烷和四氯乙烯所代表的鹵代烴。綜合來看，以甲苯為代表的芳香烴和以四氯乙烯為代表的鹵代烴是各個污水處理廠水處理階段最常見且濃度最大的有機污染物。在不同地區的污水處理廠之間，由于污水處理流程的不同以及污水的來源和種類不同，導致其揮發出的VOC含量和種類上有所差異，整體呈現一定的地域性特征。
圖4展示了不同地區污水處理廠相同污泥處理單元所散發的污染物種類和濃度，其中S廠為上海地區某一污泥處理廠，因其脫水車間和干化車間與本文污水處理廠污泥處理過程類似，一并進行對比分析。對于污泥處理單元而言，文獻［12］中的脫水車間和文獻［9］中的儲泥池散發的污染物濃度遠高于其他污泥處理單元，分別為2053.1μg/m3和4362.7μg/m3。在產生的有機污染物種類上，污泥處理單元與污水處理單元整體上顯現出了相似的分布規律。廣州地區和地中海地區的污水廠產生的有機污染物仍以芳香烴為主，在高濃度特征組分上略有差異；上海地區污水廠除了前文提到的十一烷、十二烷外，三甲基戊烷的散發量出現了明顯的上升，且依舊是上海地區獨有的高濃度特征組分，三者在S廠中也均被檢測到。除烷烴外，T廠和B廠的污泥處理流程所產生的有機污染物中的高濃度特征組分相差較大。T廠的四氯乙烯、二甲基二硫、甲硫醇和丙酮為其特有的最大濃度高于50μg/m3的高濃度特征組分，但這些在B廠的大部分污泥處理單元中未被檢測到或含量極低，說明二者在污泥處理流程工藝上的區別更容易對污染物的產生造成影響，導致有機污染物種類和濃度上的不同。
不同地區污水處理廠在主要污染物散發位置上同樣具有一定的地域差異性，對于位于上海地區的T廠和B廠而言，污染物的主要產生過程為污水處理流程，分別比污泥處理流程高出97.8%和455.6%，FRECHEN在2004年對德國污水處理廠的統計結果里顯示出了相似的規律。但廣州地區和地中海地區污水處理廠中污泥處理流程的惡臭程度更嚴重，廣州地區污水處理廠的脫水機房是有機污染物的重災區，地中海地區污水處理廠的主要散發源則為儲泥池，其污染物濃度約為其他處理單元的14~38倍。
3 分析與討論
T廠和B廠散發的惡臭有機污染物呈現出種類多、單種污染物濃度低、VOCs總量大的特點。目前現行國家標準《惡臭污染物排放標準》（GB 14554-93）和《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918-2002）控制的惡臭污染物種類較少，遠少于T廠測得的55種和B廠測得的53種，大部分現場測得的污染物未被列入國家現行標準，而標準中提及的部分污染物在本次測試中并未發現，因此我國現行相關規范標準是否需要修編值得商榷。目前污水處理廠廠內相關標準規范內含括的有機污染物較少，遠少于T廠測得的55種和B廠測得的53種，大部分現場測得的污染物未被列入現行規范標準中，而規范中提及的部分污染物在本次測試中并未發現，因此我國現行污水處理廠惡臭氣體控制相關規范標準是否需要更新值得商榷。污水處理廠產生的有機污染物往往呈現出種類多、單種污染物濃度低、VOCs總量大的特點。測試結果中大部分有機污染物濃度低于標準規定，但人員在測試中仍能感受到一定的臭味。本文參考王亙測量的惡臭氣體人體嗅覺閾值以及日本地區的嗅覺閾值標準，發現測得的大部分污染物未超過嗅覺閾值，僅甲硫醇和二甲基二硫的濃度超過了嗅覺閾值。由于甲硫醇的嗅覺閾值較低，僅約0.1 μg/m3，故在甲硫醇與二甲基二硫的平均散發濃度相當的情況下，甲硫醇濃度超過嗅覺閾值約兩個數量級，其產生的爛菜葉味也更符合現場測試人員的主觀感受。但即使是低于人體感受閾值的物質可也能增加混合氣體的特性。由混合組分組成的惡臭氣體的臭味感官濃度往往大于單一物質感官濃度，且與主要惡臭成分的感官濃度接近。因此通過綜合考慮不同種類污染物的整體濃度和特征組分的濃度可以在一定程度上能更好地評價污水處理廠的惡臭程度，建議在廠內規范中國家標準修編時增加總VOCs濃度來限定污水處理構（建）筑物上部空間的污染物濃度。
總體上，不同污水處理廠污水處理流程的產生的高濃度污染物較相似，且產生的有機污染物種類均以芳香烴、鹵代烴和烷烴為主。污泥處理流程的高濃度污染物則受不同污水處理廠的處理工藝影響更大，且在一定程度上受到污水處理工藝的影響，同一個廠的污泥處理流程產生的有機污染物種類與本身污水處理流程產生的有機污染物種類類似。
位于上海、廣州和地中海地區的污水處理廠污水處理流程和污泥處理流程散發的污染物在總量和種類上都有較大差異，相同地區的污水處理廠測試結果較為接近。散發惡臭污染物污水處理廠產生臭氣的的主要位置和種類可能由于地區污水水質成分和生化反應條件產生一定的區域差異性。不同的污水處理流程產生的污染物種類也有所不同。因此，在研究污水處理惡臭污染控制問題時，相同地區的處理廠測試結果更具有參考價值。
測試發現平流沉砂池由于受工藝設備運行限制，加蓋密閉效果不如其他處理單元，說明構筑物上部加裝固定式密封蓋板更能有效控制惡臭污染物向外散逸。本文調研的兩座污水處理廠大部分處理構（建）筑物均對照現行國家和上海地方標準標準實施了加蓋除臭工程，取得了良好的效果，顯著改善了工人操作環境和廠區周邊環境空氣質量，值得肯定和推廣。
測試中發現密閉性較差的平流沉砂池散發的污染物濃度遠高于安裝有蓋板且密封良好的其他處理單元，說明在污水處理廠的各個處理單元上安裝蓋板可以有效減少污染物向外散發的程度。另一方面，處理單元散發到空氣中的污染物可能會在周圍沉積并形成二次污染源。
4 結 論
（1）污水處理廠內有機污染物種類多、單一濃度低但總體濃度大，目前規范僅針對無機污染物（如氨氣和硫化氫的濃度）及部分有機污染物濃度進行了限制，建議加入不同種類污染物的整體濃度，總VOCs濃度和特征組分的濃度進行綜合評價。
（2）T廠和B廠污水處理流程產生的有機污染物種類較為相似，以甲苯、四氯乙烯、十一烷、十二烷為代表的烷烴、鹵代烴和芳香烴為主，不同污泥處理流程共有的高濃度特征組分是三甲基戊烷。但這些污染物未超過人體嗅覺閾值，僅甲硫醇和二甲基二硫的濃度超過了嗅覺閾值。
（3）污水處理廠的污染物主要散發源和種類在整體上顯現出一定的地域性。上海地區的污水處理廠污水處理流程的污染物濃度更高，種類以烷烴、芳香烴和鹵代烴為主；廣州地區和地中海地區的污水處理廠惡臭散發源更集中于污泥處理流程，且芳香烴在有機污染物成分中占了極大比例。
（4）污水處理廠構（建）筑物安裝密封蓋板并設置科學的抽風除臭裝置能夠有效控制惡臭污染物向外散逸。本文調研的兩座污水處理廠大部分處理構（建）筑物均對照現行國家和上海地方標準實施了加蓋除臭工程，取得了良好的效果，顯著改善了工人操作環境和廠區周邊環境空氣質量，值得肯定和推廣。
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