城市污水处理对周边环境的污染

城市污水处理厂对周边环境污染及防治初步研究------以广州开发区西区污水处理厂为例作者：桂红艳（博士论文）指导老师：傅家谟院士盛国英研究院陈繁忠副研究员小组成员：闫思远崔姗姗罗孟莉唐雪玲CompanyLogo研究意义污水处理厂作为一个独立的工业单元，在处理净化污水的同时，也给周边环境带来不同程度的污染。随着全国中小城市发展步伐的加快，大批城市污水处理厂将陆续兴建。如何减少污水处理造成的二次污染，开展污水处理厂对周围环境的污染及防治研究，变废为宝，为污泥的资源化利用和水资源再利用提供基础资料，具有重要的理论意义和潜在应用价值。研究目的采用复合式生物处理工艺替代传统活性污泥法，开展中试试验和生产应用研究，以提高现有部分污水处理厂的处理能力和处理效果，为实现传统活性污泥法运行的污水处理厂进行技术改造，提高其处理能力和处理效果，作为可行性实例提供借鉴。针对污水处理厂污泥的污染情况，着重对污泥中具有代表性的几类持久性有机污染物一多氯联苯(PCBs)、多环芳烃(PAHs)和多环磨香在污泥中的分布特征、污染水平进行初步研究，为妥善解决城市污泥处置出路问题，为污泥资源化利用提供基础资料。针对目前污水处理厂恶臭污染严重的情况，重点研究造成恶臭的主要化合物—含硫化合物在污水处理厂的分布特征，为污水处理厂恶臭的控制与治理提供基础资料。主要内容考察复合生物处理工艺不同填料，不同曝气方式及填料投配率对处理后出水COD的影响，筛选出适宜于生产状况的最佳工艺条件，测定复合生物处理工艺对提高污水处理量的各项数据。采用气相色谱仪(GC)和色谱一质谱联用仪(GC一MS)研究广州三个污水处理厂污泥中多环麝香、多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)的含量，以及影响城市污泥中持久有机污染物种类和含量的可能因素。对广州两个污水处理厂各个不同工艺段气、液两相中恶臭有机含硫化合物甲硫醇、甲硫醚、拨基硫、二硫化碳和二甲二硫等五种化合物进行定性和定量测定，分析其分布情况，并对其产生机制及来源进行了较为详实的解析。CompanyLogo污水处理装置图城市污水处理技术一级处理主要去除污水中呈悬浮状态的固体污染物质。主要构筑物有格栅、沉砂池和初沉池。格栅的作用是去除污水中的大块漂浮物，沉砂池的作用是去除相对密度较大的无机颗粒，初沉池的作用主要是去除无机颗粒和部分有机物。二级处理主要去除污水中呈胶体和溶解状态有机污染物质(即BOD。、COD物质)。采用的生化方法主要有活性污泥法和生物膜法三级处理进一步处理难降解的有机物、磷和氮等能够导致水体富营养化的可溶性无机物等进一步采用化学法(化学氧化、化学沉淀等）、物理化学法(吸附、离子交换、膜分离技术等)以除去某些特定污染物的一种“深度处理”方法城市污水处理对周边环境的污染城市污水处理厂出水不达标城市污水处理厂终端产物——污泥污染城市污水处理厂的恶臭污染一、针对污水处理厂出水不达标方案：（1）加大进水的预处理程度，可在初沉池投加絮凝剂，提高进水中颗粒性污染物质的去除效果。缺点：增加运行费用；进水污染物多数以悬浮或胶体形式存在时有效；预处理使后续反硝化和除磷过程的碳源减少，总氮和总磷的生物去除受到限制。（2）在曝气池内投加特种生物菌种的方法，以提高现有生物处理系统能力的应用。缺点：投加的生物菌种会逐渐退化菌种的连续投加会大大增加运行费用。（3）在曝气池内投加载体，构成活性污泥和生物膜复合式工艺优点：对现有工艺的运行影响较小，所需技术改造的费用较少缺点：增加了填料的投资；比活性污泥工艺要求高。（4）增加反应池和沉淀池的数量缺点：需要巨大的投资，同时还会影响现有工艺的运行。最终选择：第（3）种方案，即在曝气池内投加载体，构成活性污泥和生物膜复合式生物处理工艺。复合生物处理工艺通过在曝气池内投加载体，使部分微生物附着在载体上而被截留在曝气池中，此时曝气池的生物量由附着态和悬浮态组成，附着态微生物为新增加的生物量，这种方法可大幅度提高曝气池内的生物量，降低污泥负荷，使系统具备硝化能力，但不会对总氮和总磷去除所需的碳源造成负面影响，能够充分利用原污水中的碳源。实验研究对目前市场上常见的不同品种填料进行处理效果对比试验，确定最合适的填料通过叶轮表面曝气与深层鼓风曝气的效果对比，确定曝气方式通过投加不同投配率的悬浮填料后处理效果的测定，确定合适的填料投配率探索复合生物处理工艺在130%处理水量情况下的运行情况以及系统的处理效率应用根据试验结果，对西区厂传统活性污泥工艺改造为复合生物处理工艺进行设计改造，并以一个曝气池的改造为例，开展生产应用研究，评价处理效果与经济效益。复合生物处理工艺装置图实验结果（1）不管是表面曝气还是深层曝气，无论是软性填料还是悬浮塑料填料，复合生物处理工艺由于填料上生物膜的形成，使曝气池单位容积的总生物量比活性污泥工艺多，因而去除COD的效果更明显。（2）在其他运行条件完全相同的情况下，投加悬浮塑料球的复合生物处理工艺装置的出水COD平均值63mg/L，固定安装软性填料装置的出水COD平均值为72mg/L，因此，悬浮塑料填料优于固定安装的软性填料。实验结果（3）在其他运行条件完全相同的情况下，使用微孔管曝气的复合生物处理工艺装置的出水Coo平均值66mg/L，使用叶轮表面曝气复合工艺装置的出水COD平均值为77mg/L，使用微孔管曝气的效果优于叶轮表面曝气。（4）在填料投配率分别为10%、15%、30%、5既的复合生物处理工艺装置中，处理效果最好的为15%投配率。并且在此填料投配率下，与活性污泥工艺相比复合生物处理工艺可以提高30%处理能力。城市污水处理厂污泥中持久性有机污染物的初步研究持久性有机污染物（PoPs)：是指在环境中长期保持不变且广为传播、具有高脂J性、对人类和动植物具有毒性的含碳化合物(张敏等，2002)特点：直接毒性、高残留性和高富集性，结构稳定在自然界不易降解，极易导致生物链对POPS的逐级浓缩。代表物质：多环芳烃（PAHs）、多氯联苯(PCBs)、多环麝香等。（1）多环芳烃概念：多环芳烃是指两个或两个以上苯环稠合在一起的一类化合物特点：由于水溶性差，对微生物有抑制作用，再加上其特殊而稳定的环状结构，使其难以被生物利用，因而在环境中呈不断累积的趋势，脂溶性较好，能被生物富集放大，越是生物链上端的生物，其体内所含的多环芳烃可能越多。危害：多环芳烃是致癌化学物质中最大的一类。研究表明，一些多环芳烃进入动物体后，对哺乳动物及人类有致癌、致畸、致突变作用，一些多环芳烃属于最强的致癌物质，长期暴露在高浓度多环芳烃的烟气、石油馏分、沥青及煤产品等环境中，皮肤癌及肺癌发病率很高。（1）多环芳烃天然来源来源人为来源森林火灾火山爆发其他自然界燃烧活动移动污染源机动车排放（主要）固定污染源家庭烹饪工业排放垃圾焚烧火力发电等（1）多环芳烃美国环境保护署在众多的PAHs中列出16种PAHS为优先污染物(PriorityPollutant)。这类物质不能够有效地被去除，所以会在污泥中富集。16种有限污染物：（1）多环芳烃16种多环芳烃的结构：（1）多环芳烃（2）多氯联苯概念：人工合成的有机氯化物，是苯环上与碳原子连接的氢被氯不同程度取代的联苯系列化合物。特性：无色透明的液体，比热大，阻燃性好，挥发性小，增塑能力强，绝缘性和介电常数较高，隔热性和润湿性能好。应用：PCBS曾被广泛应用于电力工业，塑料加工业，化工和印刷等领域(主要用作变压器和电容器的浸渍剂)。结构：（2）多氯联苯危害：1.通常情况下PCBS非常稳定，不易分解，不与酸、碱、氧化剂等化学物质反应，极难溶于水，但因对脂肪具有很强的亲和性，极易在生物体的脂肪内富集。2.PCBs具有多种毒理效应，可危害代谢器官的功能和神经系统。具有化学致癌、致畸、致突变效应，以及生态食物链毒理学效应，环境“雌激素”效应，促发赤潮及藻毒素效应等。3.可通过食物链进入人体，在人体中积累和浓缩。有些PCBS也被称作二嚷英类的化合物，对皮肤、肝脏、肠胃系统、免疫系统等都具有诱导效应，是一种典型的环境何尔蒙物质（3）合成麝香性质:具有亲脂憎水性，容易生物富集。在坏境中难降解，呈现一定的雌激素活性。该类化合物因易吸附在有机颗粒上，可通过各种途径进入到污泥中。并易生物富集进入生物体以及人体中。应用：合成磨香是天然磨香的廉价替代物，作为香精香料广泛地应用在化妆品和日化等产品中。根据化学结构的不同，合成察香可以分为硝基察香、多环磨香和大环察香。目前在香精香料行业中使用最多的是多环察香，尤以佳乐察香(HHCB)、吐纳察香(AHTN)为主。（3）合成麝香实验内容采用气相色谱仪(GC)和色谱一质谱联用仪(GC一MS)，选取持久性有机污染物多环芳烃(PAHs)、多氯联苯(PCBs)和多环麝香作为研究对象，对广州三个具有代表性的污水处理厂外排污泥污染进行研究，并对成因进行分析，以期为污泥的处理处置提供基础资料。实验结果污泥样品中多环芳烃的含量(mg/kg）实验结果（1）污泥样品中多环芳烃的分布特征三个污水处理厂污泥中检测到的PAHs化合物的种类及其含量相差不是很大。在十六种以Hs化合物，A厂检测到十五种，而在B厂检测到十四种，C厂十三种。除了少数化合物外，大部分化合物的含量均低于lmg/kg.三个污水处理厂污泥样品中含量最高的是C厂6.927mg/kg，其次是B厂3.724mg/kg，A厂2.534mg/kg。这可能与C厂以处理工业废水为主有关。实验结果污泥样品中多氯联苯的含量(ug/kg）实验结果（2）污泥样品中多氯联苯的分布特征C厂样品中，主要以四氯为主;B厂样品中，主要以五氯为主，而A厂样品，PCBs单体分布广泛，三氯、四氯、五氯、六氯、七氯均有分布，其中以六氯为主。三个厂污泥样品中，均未检测到八氯和九氯化合物。从PCBs总量来看，A、B两厂污泥样品中PCBS的含量相差不大，而C厂的PCBs的含量要低一些。A、B两厂虽然大部分污水来源于生活污水，但由于接纳处理垃圾填埋场的渗漏液，城市废料可能造成PCBS的污染，因而污泥中PCBS的含量高;C厂虽然以处理工业废水为主，但由于污水收集区为九十年代初发展起来的新兴工业区，企业所采用的变压器等电器设备均为PCBS停止使用后的新型设备，因而PCBS的污染程度较小。来源&设备厂样品中，主要以四氯为主，占PCB总量的62.8%;B厂样品中，主要以五氯为主，占PCB总量的65.8%;而A厂样品，PCBs单体分布广泛，三氯、四氯、五氯、六氯、七氯均有分布，其中以六氯为主，占PCB总量的69.8%。三个厂污泥样品中，均未检测到八氯和九氯化合物。。实验结果实验结果实验结果（3）污泥样品中多环麝香的分布特征对比了三个污水处理厂污泥样品中各种多环磨香的含量，可见C厂的含量最高，特别是HHCB，AHTN和DPMI，这可能与该厂主要处理大量工业废水，并且部分污水来源于日化产品和化妆品生产厂家的工业废水有关。研究结果表明了日化产品和化妆品生产企业的生产废水对污泥中多环磨香的含量影响。而A厂和B厂主要处理生活污水，其污泥样品中检测出的几种多环磨香的含量大致接近，这说明生活污水是污泥中多环察香的一个重要来源，大量的多环磨香来自于日常洗涤、沐浴等活动。结果分析影响污泥中有机物污染物种类&含量今后除了尽量减少有机污染物向环境转移外，还应加强对城市污泥中处理工艺等方面的研究，以期为城市污泥的农用资源化提供基础资料。污水来源及含量情况污水处理工艺污泥类型有机污染物本身的理化性质（3）恶臭含硫化合物的分布特征恶臭污染物：指所有刺激人体嗅觉器官、引起不愉快以及损坏生活环境的气体物质。常见的恶臭污染物有氨、三甲胺、硫化氢、甲硫醇、甲硫醚、二甲二硫、二硫化碳和苯乙烯等。污水处理厂臭气含硫化合物如硫化氢、硫醇类等含氮化合物，如氨、胺类、酸胺类等有机酸，如乙酸、丁酸类等醛和酮类，如甲醛、乙醛等（3）恶臭含硫化合物的分布特征实验内容：以《恶臭污染物排放标准》中限制的4种含硫化合物包括甲硫醇、甲硫醚、二硫化碳和二甲二硫，羰基硫作为研究对象，采用了一种改进的动态取样方法和新的吹脱方法，