摘要：化学工业是废气排放的重要来源，而在化工企业生产过程中，污水处理系统是主要的废气排放环节之一。文章综述了污水处理系统废气排放特征的研究方法、典型化工行业污水处理系统废气排放特征以及此类废气带来的废气恶臭及健康风险问题。

关键词：化工；污水处理系统；废气排放

0  引言

化工企业废水中挥发性有机物质较多，污水处理系统是重要的废气排放环节之一^[1]。化工企业废水处理环节排放废气组分繁多复杂，包括H2S、NH3等无机组分，以及芳香烃、烷烃、含硫化合物、含氮化合物等挥发性有机物(VOCs)。H₂S、NH₃异味较大，恶臭扰民现象突出。而VOCs是二次气溶胶(SOA)和O3的重要前体物，其排放会导致大气氧化性增强，且很多VOCs具有异味，部分组分还具有毒性，甚至会诱发致畸、致癌作用，对人体健康有不良影响^[2]。生态环境部《“十三五”挥发性有机物污染防治工作方案》(环大气〔2017〕121号)^[3]中明确要求“强化废水处理系统等逸散废气收集治理”；《重点行业挥发性有机物综合治理方案》(环大气〔2019〕53号)中也专门要求“在化工行业VOCs综合治理中，废水处理设施应按要求加盖封闭，实施废气收集与处理”。对化工企业的污水处理系统废气排放特征进行研究分析是废气收集与治理的前提，有着重要意义。

1  污水处理系统废气排放研究方法

研究污水处理系统废气排放特征的方法有实测法、模型法、公式法、相关系数法和物料平衡法^[4]等。一般而言，实践中实测法结果最接近实际。

(1)实测法。实测法是通过采集处理单元上方具有代表性位点的气体，测定其组分类别和浓度大小。硫化氢和氨气一般利用吸收液采集，硫化氢采用亚甲基蓝分光光度法测定，氨气采用纳氏试剂分光光度法。VOCs样品的采集和分析方法不尽相同，常用采集方法有容器捕集法、固体吸附法。容器捕集法有气袋采样^[5]和SUMMA罐采样^[6]。SUMMA罐不锈钢材质密封性强，采集VOCs组分多，准确性高，此方法较多采用。固体吸附法有活性炭吸附和Tenax管吸附，活性炭吸附能力较强但对部分VOCs解析困难，而Tenax管吸附解析能力强，吸附能力较活性炭要弱些。污水处理系统各环节湿度大，VOCs中含水量较多，直接采集进样容易影响气质联用仪的使用。采样时可以在采样管前端增加干燥管去除废气水分。采样完毕，带回实验室通常采用气质联用仪^[6]进行分析测定。除此之外，还可以采用便携式气质联用仪现场测样^[5]，将便携式GC-MS探头伸入废气环境中即可进样分析，简单方便。

(2)模型法。模型法是利用计算机模型进行模拟计算，最常用的是Water9软件^[7]。Water9软件可以根据水质特点和各种参数来估算各处理环节废气的排放情况。在参数准确和模拟单元具备的情况下，模型法的结果还是比较可靠的。

(3)公式法。公式法是根据物质传递和气液平衡理论估算出各环节废气的挥发速率，进而计算废气逸散量。此方法适用于环境简单，敞口液面池的计算，数据结果具有一定的可靠性。

(4)相关系数法。相关系数法是根据行业间通用的废气排放系数进行计算，可以粗略估算废气中强源特征。此方法适用于无组织液面排放，计算简单，但数值往往偏大。

(5)物料衡算法。物料衡算法是根据废水水流的流量、进出口污染物浓度进行废气排放量估算，简单快速，但可能会因忽视中间反应环节造成误差较大。

2  污水处理系统废气排放特征

城市污水厂的污水基本为居民的生活污水，污水性质、处理环节相似，而化工行业污水水质特点和采用污水处理工艺不尽相同，所以化工企业污水处理系统的废气排放特征污染物、排放单元等存在显著差异，如表1所示。
(1)污染因子特征。污水处理系统废气排放的常见因子有芳香烃、烷烃、卤代烃、烯烃、含氧有机物、含硫化合物等。其中芳香烃在各类污水处理系统中都被检测到。含硫化合物在炼化企业污水处理过程中被大量检测到^[10]，这是因为高硫石油经工艺处理后，会有部分硫化物进入水体中，污水含硫化合物含量高。制药企业使用大量有机溶剂，在污水处理过程中会排放大量类似二氯甲烷、甲苯、异丙醇和丙酮等废气^[6]。

(2)主要排放单元特征。污水处理系统各处理单元废气逸散程度存在差异，主要排放源往往是废水中VOCs含量较高单元，比如原水收集池、调节池、浮选池和初沉池，或者涉及剧烈反应的单元，比如氧化沟、水解酸化池和生化池，再或者曝气单元。其中调节池和浮选池在隔油之后，浮于水面表层的油脂层消失，废气逸散明显^[7]。酸化池和氧化沟存在剧烈反应，废气逸散量通常比较大^[6]。曝气单元水体翻动剧烈，加大了废气的逸散。

(3)时间排放特征。污水处理系统废气受气象因素的影响会呈现一定时间排放特征。一天中，往往随着温度升高，排放速率逐渐增大，正午达到最大。随后光化学反应消耗大量VOCs，排放速率急剧下降^[11]。有研究城市污水站废气排放特征时指出，污水处理系统废气排放还存在季节变化^[13]。

3  废气恶臭及健康风险问题

污水处理过程中会产生氨气、硫化氢等恶臭无机气体以及挥发性恶臭有机物(MVOC)。其中，硫化物和苯系物往往对恶臭贡献较大^[6]。硫化物嗅域值通常比较低，很低含量即可被人体察觉。苯系物排放量较大(详见表1)，也是主要恶臭气体。污水处理过程中产生的部分VOCs组分对人体健康构成较大隐患，特别是苯、甲苯和二甲苯，此类污染物在污水处理过程中排放浓度往往较高(详见表1)，有较高的致癌风险。Zhang等^[2]通过健康风险评价公式计算了废水处理环节排放的多种化合物的致癌风险和非致癌风险，发现苯系物对人体健康具有明显的致癌作用。

4  结语

通过对重点行业污水处理系统各环节废气排放特征的研究，了解各行业废气排放特点和影响因素，有助于制定与之适应的收集和处理方案。目前化工行业污水处理系统废气排放因子复杂，各行业间差异较大，相关研究还十分缺乏，尚有相当多的工作要做。

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作者简介：张翔(1991-)，男，江苏盐城人，硕士。