化工企業(yè)污水處理系統(tǒng)廢氣的排放特征

張翔 王建成 周衛(wèi)可(1.南京大學鹽城環(huán)保技術(shù)與工程研究院，江蘇 鹽城 224001；

2.江蘇省產(chǎn)業(yè)技術(shù)研究院水環(huán)境工程技術(shù)研究所，江蘇 鹽城 224001)

0 引言

化工企業(yè)廢水中揮發(fā)性有機物質(zhì)較多，污水處理系統(tǒng)是重要的廢氣排放環(huán)節(jié)之一[1]。化工企業(yè)廢水處理環(huán)節(jié)排放廢氣組分繁多復雜，包括H2S、NH3等無機組分，以及芳香烴、烷烴、含硫化合物、含氮化合物等揮發(fā)性有機物(VOCs)。H2S、NH3異味較大，惡臭擾民現(xiàn)象突出。而VOCs是二次氣溶膠(SOA)和O3的重要前體物，其排放會導致大氣氧化性增強，且很多VOCs具有異味，部分組分還具有毒性，甚至會誘發(fā)致畸、致癌作用，對人體健康有不良影響[2]。生態(tài)環(huán)境部《“十三五”揮發(fā)性有機物污染防治工作方案》(環(huán)大氣〔2017〕121號)[3]中明確要求“強化廢水處理系統(tǒng)等逸散廢氣收集治理”；《重點行業(yè)揮發(fā)性有機物綜合治理方案》(環(huán)大氣〔2019〕53號)中也專門要求“在化工行業(yè)VOCs綜合治理中，廢水處理設(shè)施應(yīng)按要求加蓋封閉，實施廢氣收集與處理”。對化工企業(yè)的污水處理系統(tǒng)廢氣排放特征進行研究分析是廢氣收集與治理的前提，有著重要意義。

1 污水處理系統(tǒng)廢氣排放研究方法

研究污水處理系統(tǒng)廢氣排放特征的方法有實測法、模型法、公式法、相關(guān)系數(shù)法和物料平衡法[4]等。一般而言，實踐中實測法結(jié)果最接近實際。

(1)實測法。實測法是通過采集處理單元上方具有代表性位點的氣體，測定其組分類別和濃度大小。硫化氫和氨氣一般利用吸收液采集，硫化氫采用亞甲基藍分光光度法測定，氨氣采用納氏試劑分光光度法。VOCs樣品的采集和分析方法不盡相同，常用采集方法有容器捕集法、固體吸附法。容器捕集法有氣袋采樣[5]和SUMMA罐采樣[6]。SUMMA罐不銹鋼材質(zhì)密封性強，采集VOCs組分多，準確性高，此方法較多采用。固體吸附法有活性炭吸附和Tenax管吸附，活性炭吸附能力較強但對部分VOCs解析困難，而Tenax管吸附解析能力強，吸附能力較活性炭要弱些。污水處理系統(tǒng)各環(huán)節(jié)濕度大，VOCs中含水量較多，直接采集進樣容易影響氣質(zhì)聯(lián)用儀的使用。采樣時可以在采樣管前端增加干燥管去除廢氣水分。采樣完畢，帶回實驗室通常采用氣質(zhì)聯(lián)用儀[6]進行分析測定。除此之外，還可以采用便攜式氣質(zhì)聯(lián)用儀現(xiàn)場測樣[5]，將便攜式GC-MS探頭伸入廢氣環(huán)境中即可進樣分析，簡單方便。

(2)模型法。模型法是利用計算機模型進行模擬計算，最常用的是Water9軟件[7]。Water9軟件可以根據(jù)水質(zhì)特點和各種參數(shù)來估算各處理環(huán)節(jié)廢氣的排放情況。在參數(shù)準確和模擬單元具備的情況下，模型法的結(jié)果還是比較可靠的。

(3)公式法。公式法是根據(jù)物質(zhì)傳遞和氣液平衡理論估算出各環(huán)節(jié)廢氣的揮發(fā)速率，進而計算廢氣逸散量。此方法適用于環(huán)境簡單，敞口液面池的計算，數(shù)據(jù)結(jié)果具有一定的可靠性。

(4)相關(guān)系數(shù)法。相關(guān)系數(shù)法是根據(jù)行業(yè)間通用的廢氣排放系數(shù)進行計算，可以粗略估算廢氣中強源特征。此方法適用于無組織液面排放，計算簡單，但數(shù)值往往偏大。

(5)物料衡算法。物料衡算法是根據(jù)廢水水流的流量、進出口污染物濃度進行廢氣排放量估算，簡單快速，但可能會因忽視中間反應(yīng)環(huán)節(jié)造成誤差較大。

2 污水處理系統(tǒng)廢氣排放特征

城市污水廠的污水基本為居民的生活污水，污水性質(zhì)、處理環(huán)節(jié)相似，而化工行業(yè)污水水質(zhì)特點和采用污水處理工藝不盡相同，所以化工企業(yè)污水處理系統(tǒng)的廢氣排放特征污染物、排放單元等存在顯著差異，如表1所示。

(1)污染因子特征。污水處理系統(tǒng)廢氣排放的常見因子有芳香烴、烷烴、鹵代烴、烯烴、含氧有機物、含硫化合物等。其中芳香烴在各類污水處理系統(tǒng)中都被檢測到。含硫化合物在煉化企業(yè)污水處理過程中被大量檢測到[10]，這是因為高硫石油經(jīng)工藝處理后，會有部分硫化物進入水體中，污水含硫化合物含量高。制藥企業(yè)使用大量有機溶劑，在污水處理過程中會排放大量類似二氯甲烷、甲苯、異丙醇和丙酮等廢氣[6]。

表1 不同污水處理系統(tǒng)的廢氣排放特征

(2)主要排放單元特征。污水處理系統(tǒng)各處理單元廢氣逸散程度存在差異，主要排放源往往是廢水中VOCs含量較高單元，比如原水收集池、調(diào)節(jié)池、浮選池和初沉池，或者涉及劇烈反應(yīng)的單元，比如氧化溝、水解酸化池和生化池，再或者曝氣單元。其中調(diào)節(jié)池和浮選池在隔油之后，浮于水面表層的油脂層消失，廢氣逸散明顯[7]。酸化池和氧化溝存在劇烈反應(yīng)，廢氣逸散量通常比較大[6]。曝氣單元水體翻動劇烈，加大了廢氣的逸散。

(3)時間排放特征。污水處理系統(tǒng)廢氣受氣象因素的影響會呈現(xiàn)一定時間排放特征。一天中，往往隨著溫度升高，排放速率逐漸增大，正午達到最大。隨后光化學反應(yīng)消耗大量VOCs，排放速率急劇下降[11]。有研究城市污水站廢氣排放特征時指出，污水處理系統(tǒng)廢氣排放還存在季節(jié)變化[13]。

3 廢氣惡臭及健康風險問題

污水處理過程中會產(chǎn)生氨氣、硫化氫等惡臭無機氣體以及揮發(fā)性惡臭有機物(MVOC)。其中，硫化物和苯系物往往對惡臭貢獻較大[6]。硫化物嗅域值通常比較低，很低含量即可被人體察覺。苯系物排放量較大(詳見表1)，也是主要惡臭氣體。污水處理過程中產(chǎn)生的部分VOCs組分對人體健康構(gòu)成較大隱患，特別是苯、甲苯和二甲苯，此類污染物在污水處理過程中排放濃度往往較高(詳見表1)，有較高的致癌風險。Zhang等[2]通過健康風險評價公式計算了廢水處理環(huán)節(jié)排放的多種化合物的致癌風險和非致癌風險，發(fā)現(xiàn)苯系物對人體健康具有明顯的致癌作用。

4 結(jié)語

通過對重點行業(yè)污水處理系統(tǒng)各環(huán)節(jié)廢氣排放特征的研究，了解各行業(yè)廢氣排放特點和影響因素，有助于制定與之適應(yīng)的收集和處理方案。目前化工行業(yè)污水處理系統(tǒng)廢氣排放因子復雜，各行業(yè)間差異較大，相關(guān)研究還十分缺乏，尚有相當多的工作要做。