污水处理厂挥发性有机物分布特性与逸散规律研究

【摘要】：污水处理厂在污水处理过程中会逸散出多种挥发性有机物(VOCs),对其附近地区的空气质量和工作人员健康造成严重影响。本研究从哈尔滨某城市污水处理厂处理单元采集空气与水体样本,对气液两相中VOCs进行定性定量分析,旨在探讨污水处理厂VOCs分布特性与逸散规律。本文以苯系物(苯、甲苯、二甲苯)和氯代烃(三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯)为研究对象,研究其四季浓度变化规律;其在格栅,初沉池,生化池和二沉池处理单元中的逸散规律。同时研究了苯系物和氯代烃在污水处理过程中曝气池内固、液、气三相分布规律。此外,对气相中浓度最高的苯系物进行了风险评价。 污水处理厂VOCs分布特性结果表明,城市污水处理厂逸散出的VOCs主要为小分子量的烷烃、苯系物(苯、甲苯、二甲苯)和氯代烃(三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯、四氯乙烯)。气相VOCs浓度在夏季最高,液相VOCs浓度在冬季最高。污水处理厂空气中没有检测到四氯化碳;苯、甲苯、二甲苯三氯甲烷和三氯乙烯浓度在初沉池达到最高,其浓度分别为80、99、172、23.4和0.53μg/m~3;而三氯乙烯气相浓度在二沉池最高,为0.57μg/m~3。液相苯系物和氯代烃浓度与UV254正相关。厌氧池UV254值降低,表明苯系物和氯代烃液相浓度的降低。苯系物属于易生物降解物质,其浓度在生化池中下降很快。氯代烃属于难生物降解物质,二沉池中氯代烃浓度的回升表明微生物吸附的氯代烃发生解吸而进入液相。苯系物风险评价表明,长期工作在污水处理厂的工作人员存在轻微的致癌风险。 VOCs逸散规律研究表明,细格栅间苯系物和氯代烃逸散速率很小,二甲苯逸散速率为12.94×10~(-6)~17.24×10~(-6)g/s ;三氯甲烷为1.88×10~(-6)~2.58×10~(-6)g/s。沉淀池苯系物和氯代烃春季逸散速率为其在夏季逸散速率的1.7倍。相比初沉池,春季二沉池的苯、甲苯和二甲苯逸散速率分别下降了40.8%,46.7%和95.5%;然而,氯代烃逸散速率平均增长了13%。生化池中,苯系物和氯代烃逸散速率在冬季最大,夏季最小。冬季苯和三氯甲烷的逸散速率分别为5.22g/s和18.92 g/s;夏季逸散速率分别为1.35g/s和16.7g/s。生化池苯系物逸散速率已经超过《大气污染物综合排放标准》(GB16297-1996)中的三级标准。 在生化池厌氧段中,由于有机物厌氧分解,苯、甲苯、二甲苯、三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯和四氯乙烯的总浓度分别上升了20.9%、20.3%、24.2%、26.2%、12.0%、11.0%和7.4%。厌氧阶段固相中苯、甲苯、二甲苯、三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯和四氯乙烯占总量比例为38.7%、43.6%、38.0%、28.8%、24.3%、15.3%和20.5%。在生化池的水力停留时间内,苯系物被去除;氯代烃总量平均去除率为40%。二沉池阶段,固相中三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯和四氯乙烯占总质量比例分别为5.2%、20.1%、6.8%和0%。 曝气对VOCs去除效果研究结果表明,在曝气作用下,30.6%的TOC并没有被微生物降解,只是从液相逸散到气相。因曝气作用而去除的苯系物达到了100%;曝气去除三氯甲烷、四氯化碳、三氯乙烯和四氯乙烯的比例分别为27.5%、39%、42.4%和38.5%。 【关键词】：污水处理厂 苯系物 氯代烃 挥发速率
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：X703
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-18
• 1.1 课题背景11
• 1.2 VOCs 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 VOCs 的危害和来源11-13
• 1.2.2 污水处理厂VOCs 逸散和排放法律规范13-14
• 1.2.3 VOCs 采集与分析方法14-15
• 1.2.4 VOCs 逸散数学模型15
• 1.2.5 VOCs 风险评价15
• 1.3 课题来源和研究内容15-18
• 1.3.1 课题来源15-16
• 1.3.2 课题研究意义16
• 1.3.3 研究内容16-18
• 第2章 实验材料和方法18-26
• 2.1 实验材料18-19
• 2.1.1 实验原水18
• 2.1.2 实验试剂18-19
• 2.2 实验采样以及分析方法19-21
• 2.2.1 污水处理厂工艺流程19
• 2.2.2 污水处理厂采样点布置19-20
• 2.2.3 污水处理厂逸散VOCs 定性分析20
• 2.2.4 污水处理厂逸散VOCs 定量分析20-21
• 2.3 实验装置21-22
• 2.3.1 曝气对比实验装置21-22
• 2.3.2 密闭水箱实验装置22
• 2.4 实验质量保证22-26
• 2.4.1 实验数据量保证23
• 2.4.2 样品采集质量保证23-24
• 2.4.3 样品分析的质量保证24-26
• 第3章 污水处理厂VOCs 分布特性和风险评价26-38
• 3.1 引言26
• 3.2 污水处理厂各处理单元水质分析26-27
• 3.3 污水处理厂逸散VOCs 定性分析27-29
• 3.3.1 格栅间和沉砂池逸散的VOCs27-28
• 3.3.2 初沉池逸散的VOCs28
• 3.3.3 生化池和二沉池逸散的VOCs28-29
• 3.3.4 污泥脱水间逸散的VOCs29
• 3.4 污水处理厂VOCs浓度定量分析29-33
• 3.4.1 气相中VOCs 浓度特征分析29-31
• 3.4.2 液相中VOCs 浓度特征分析31-33
• 3.5 污水处理厂VOCs 风险评价33-35
• 3.5.1 目标物选取33
• 3.5.2 苯系物暴露评价模型33-34
• 3.5.3 剂量－效应关系及危险度计算34-35
• 3.5.4 健康风险评价结果35
• 3.6 污水处理厂VOCs 逸散控制对策35-36
• 3.6.1 格栅和沉砂池VOCs 逸散控制35-36
• 3.6.2 初沉池VOCs 逸散控制36
• 3.6.3 二级处理单元VOCs 逸散控制36
• 3.6.4 污泥脱水间VOCs 逸散控制36
• 3.7 本章小结36-38
• 第4章 污水处理厂处理单元VOCs 逸散规律38-55
• 4.1 引言38
• 4.2 格栅间VOCs 逸散速率38-41
• 4.2.1 基本原理38-39
• 4.2.2 VOCs 逸散速率39-41
• 4.3 沉淀池VOCs逸散速率41-48
• 4.3.1 基本挥发机制41
• 4.3.2 VOCs 逸散模式41-48
• 4.4 曝气池VOCs逸散速率48-53
• 4.4.1 曝气池厌氧段（A 池）逸散速率49
• 4.4.2 曝气池曝气段VOCs 逸散速率49-51
• 4.4.3 曝气池VOCs 四季逸散特性51-53
• 4.5 本章小结53-55
• 第5章 污水处理厂曝气池VOCs三相分布和处理效果55-62
• 5.1 引言55
• 5.2 VOCs 在水处理过程中的三相分布55-57
• 5.2.1 苯系物的三相分布55
• 5.2.2 氯代烃的三相分布55-57
• 5.3 曝气对VOCs 去除的影响57-61
• 5.3.1 曝气对总有机物去除的影响57-58
• 5.3.2 曝气过程苯系物气液体两相浓度变化58-59
• 5.3.3 曝气过程氯代烃气液体两相浓度变化59-61
• 5.4 本章小结61-62
• 结论62-64
• 参考文献64-69
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成果69-72
• 致谢72-73

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