从污水处理厂散发出的有气味的气体化合物外文翻译资料

 2022-04-26 10:04

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从污水处理厂散发出的有气味的气体化合物

摘要 市政污水处理厂会散发出令人讨厌的异味化合物给工人和附近的居民。几种化学品化合物有助于气味问题，其中有含硫有机化合物、硫化氢、苯酚和吲哚、氨、挥发性胺和挥发性脂肪酸。在目前的研究中，氢硫化氢（H2S）浓度测定过程中2007年夏季由便携式手持设备测量，设备在干尼亚城（希腊），其中WTP测量仪器在设施内的几个地方进行。测量到最高的硫化氢含量是在靠近主沉淀池和水箱那里，在那里再循环的活性污泥混合在一起来自初级沉淀池的污泥到达30 ppm。结合测量结果，对高斯色散模型AERMOD进行了修改，以便使用峰均比来估计极短时间内的最大气味浓度。在典型的夏季条件下，距主要排放源400 m距离（时间间隔为5 s）的H2S检测概率超过50％，相对较高的嘈杂程度（3.2 AU）。此外，气味污染和气味暴露限制之间的关系已经包含在模型中，目的是表现气味影响的检测概率和哈尼亚WTP附近人口的烦恼程度。

关键词： 污水处理厂；气味排放；硫化氢；色散建模

1 引言

废水处理厂排放的气味正成为环境问题的重要来源。过去十年来，与污水处理厂有关的气味相关投诉一直在不断增加。这一事实通常是植物附近新住宅开发的结果，从污水处理厂排出的主要异味化合物是含硫物质，如硫化氢、甲硫醇、硫化二甲醚、二甲基二硫醚、乙硫醇、二硫化碳和硫化羰。含氮物质如氨、胺、吲哚和粪臭素也可能引起问题。所有这些物质都是厌氧腐烂的产物，因此可以变成败血症的废水具有很强的变臭潜力，尽管可能存在各种有气味的化合物，但最重要的是硫化氢。

H2S在大气中的主要影响是对人类造成的烦恼。人类对气味的检测和感知是极其复杂的过程，影响气味是否引起烦扰的主要因素是空气中有气味的化合物的浓度、“气味质量”、气味出现频率和气味持续时间。

主要使用高斯模型，如工业源复合模型和CALPUFF模型，大气扩散模型已被应用于几种情况下的气味影响评估。色散建模可以有效地用于估计使用可用排放数据的气味扩散，并与投诉相关联，其次，估计可以从现场允许的最大气味排放量，以防止异味投诉。但是，高斯模型的结果提供了小时浓度，这不是评估气味引起的烦恼的代表性量表。人类的烦恼可以在几秒钟的气味暴露后产生，因此通常使用“峰 - 均值”比率来预测最大气味浓度。

此外，最近的研究提供了气味影响与气味暴露浓度之间的关系，以便根据检测概率和烦恼程度来表达气味影响。本研究中提出的方法表明需要将这些剂量响应关系与分散模型结合使用。最重要的目标是估计WTP周围社区的反应概率和烦恼程度，而不是小时平均浓度。

在当前的论文中，重点是主要参数的具体说明，在模拟气味时必须考虑到这些参数。这些参数嵌入在高斯色散模型AERMOD中以便能够估计来自现有WTP的气味影响。

2 材料和方法

2.1研究区域的描述

干尼亚的污水处理厂（希腊;图1）位于哈尼亚东北部4公里处的大海附近，最靠近WTP的村庄是Koubeli，它位于污水处理厂西南约300米处（见图2）。干尼亚的污水处理厂自1995年开始运行，用于处理国内生活污水（105,500当量污水），工业废水（5,000当量居民）和化粪池污水（7,000居民生活用水），总处理量相当于117,500名居民，流量为26,000立方米/天。2007年夏季的平均流量为19,500立方米/天，污水采用活性污泥法和污泥法，采用厌氧消化法利用沼气产生电能。该设备旨在提供96％的BOD5去除率和95％的SS去除率，由于其他季节的流量较低（接近17,000立方米/天），测量重点在夏季。

在图2中，介绍了设施周围的区域， WTP靠近大海，最近的村庄是Koumbeli，Profitis Ilias，Ag.Onoufrios和Kounoupidiana。关于气味的抱怨主要来自Koumbeli村。

2.2气味测量

最常见的感官测量是阈值嗅觉测量法，它根据稀释度来测量气味浓度，以减少有气味的化合物直至其浓度达到阈值。已经表明，在精心控制的条件下，感官测量可以提供有意义且可靠的信息。这种类型的测量仅在滋扰评估方面是有用的，但对于如何形成气味，它们如何转移以及如何控制它们而言是有限的。此外，感官测量几乎没有提供有关气味混合气体化学成分的信息。出于这个原因，需要进行分析测量，提供负责臭气排放的化合物的详细信息。

图2-1干尼亚的废水处理厂（WTP）（数字表示H2S测量）

分析测量具有客观性，可重复性和准确性的优点，并且它们可以直接用于描述气味形成机理的理论模型。对样品中所有气味进行鉴定和定量是相当复杂的。在大多数情况下，与无气味的气体相比，气味物质的浓度可能很低，这可能会干扰分析。但是，单一气味物质可能占主导地位，因此它可以给出总体气味浓度的一般指示。硫化氢是一种有气味的化合物，其浓度通常高于其他添味剂，特别是在下水道网络和家庭废水的初级处理中。它可以用非常低的浓度（低至十亿分之几的水平）使用手持设备进行快速测量，这是一个很大的优势，可以在很短的时间内进行大量的测量，因此可以避免采样和实验室测量之间的延迟。因此，硫化氢直接读数仪的可用性可以进一步用于检测低至3ppb的浓度，这是一个重大进展。在气相中测量硫化氢的最常用方法是使用金膜监测器。这些仪器包括一个薄金膜，在硫化氢存在下，电阻的增加与所取样品中所含硫化氢的质量成比例。一台普通的金膜监测仪Jerome 631-X H2S分析仪（美国亚利桑那仪器公司）灵敏度为3 ppb，可测量高达50 ppm的硫化氢。采样时间取决于H2S浓度水平（Winegar和Schmidt1998）。

图2-2污水厂的位置和附近的村庄

2.3气象数据

为了执行空气污染物的扩散模拟，气象数据是必要的。因此，利用气象科学站（基准年，2007年）从研究区域开始超过1年的时间收集气象资料。收集的数据是气温，相对湿度，风速和风向。2008年的年平均气温为18.6℃，年平均相对湿度为65.3％。图3显示了2007年度测量年的风力发电量，测量期间主要的风向偏北。

2.4排放数据

由于风速对将污染物从储罐运送到附近地区造成的排放量的变化，估计沉淀池等地区来源的硫化氢排放量是一个相当复杂的过程。在目前的研究中，几个测量是在靠近源头的地方进行的，为了估计硫化氢的排放，使用了高斯分散模型AERMOD（US Environmental Protection Agency 2004）。为了获得在靠近源的测量点处观察到的浓度，进行了具有不同排放速率的模型的几个模拟，方程式1中所示因子的最小化提供了硫化氢排放率的正确值：

d 被最小化的参数

i 测量点（从1到i = 5）

j 源索引（1表示主键沉淀池，2个坦克T-1和T-2和3为中间细菌选择罐（BST））

Ci 观察H2S浓度测量点i（mu;g/ m3）

Cij，MOD 浓度在点i的H2S浓度从源j，使用散布模型排放率1 g / m2（mu;g/ m3））

Qj 每个来源的排放因子

图2-3风速和方向数据收集在研究区（WTP Chania）

使用上述方法，既可以使用从特定设施获得的实际数据集校准模型，又可以从主要气味来源估算排放因子。由于获得的测量结果的高度可变性，考虑到每个来源的排放率的变化也是足够的，表1中列出了估计的排放率及其变化。

2.5型号说明

AERMOD高斯模型是一个稳态羽流模型，在稳定的边界层中，假设浓度分布在垂直和水平方向都是高斯分布的。在对流边界层中，水平分布也被假定为高斯分布，但垂直分布用双高斯概率密度函数来描述。AERMOD整合了目前关于复杂地形中流动和扩散的概念。

表2-1估计的排放率（每小时克数）主要设施来源的硫化氢

排放(g/h)

方差(%)

ST

32

plusmn;68

T-1 and T-2

26

plusmn;54

BST

15

plusmn;34

羽流被模拟为影响和/或跟随地形，按照其他监管模式的要求，这种方法被设计为物理上现实且易于实施，同时避免区分简单，中间和复杂地形（美国环境保护局2004）。

人类的气味感觉与气味剂的瞬时峰值浓度成比例地相关，而不是平均浓度值， 高斯模型计算产生至少半小时的时间间隔的平均浓度。然而，气味的气味（感觉）与瞬时（峰值）气味浓度有关，而与平均值无关。因此，必须对AERMOD代码进行修改，以便能够计算峰值浓度值而不是半小时平均值。

已经选择广泛使用的峰均比方法来解决这一修改，公式2显示了用于将平均浓度转化为峰浓度的方法，因此提供了将0.5小时模拟浓度转换为5秒峰浓度值的能力：

其中Cp代表短时间tp计算的峰值浓度，Cm代表从分散模式l计算出的较长时间tm的平均浓度，指数u取决于大气稳定性条件，从0.35到0.65不等。

硫化氢在较低浓度下的主要影响是对接近排放源的居民造成的烦恼这就是为什么提供硫化氢浓度的轮廓图没有给出感兴趣的信息。然而，嗅觉是主观的，当人们暴露于气味时，人们会以不同的方式做出反应。最近，已经开发了剂量 - 反应关系，其将气味浓度与检测到特定气味或烦扰概率的可能性相关联，可以估计检测有气味化合物的可能性（Nicell 2003）如下：

其中，P（百分比）代表检测气味的概率，C是有气味化合物的浓度（十亿分之几），Ct是特定有气味化合物的阈值浓度（十亿分率）和p（无量纲）是特定气味的“持续响应”。“响应的持久性”取决于化合物在0到1之间变化，通过观察人们能够确定一定浓度范围内硫化氢存在的百分比（Amoore 1985），p的值被设定为0.4阈值浓度是暴露于硫化氢的人群中50％可以检测到其存在并被设定为4.7ppb的浓度（Leonards等，1969; Nagata 1990），图4呈现了将检测到硫化氢及其浓度。

已经提出了类似的关系来估计由气味引起的烦恼：

图2-4检测硫化氢与硫化氢的可能性气味浓度（十亿分之几）

其中A（以烦恼单位（AU）表示）表示人群的烦扰程度并且范围从0至10，C是有气味的化合物的浓度（百万分之一），C5 AU对应于其中的气味剂浓度人口的烦恼值为5 AU，而a（无量纲）是特定气味的“持久性”。根据化合物（“Nicell 2003”），“响应的持久性”从0到1不等。根据人们对大气中硫化氢存在的厌恶情况（Amoore 1985）的观察，估计参数C5 AU和a分别为23 ppb和0.68。图5给出了描述氢气相对于氢气的焓曲线硫化物浓度，还进行了敏感性计算以研究使用峰值浓度值的不同时间步骤的效果。图6显示了各种短时间步骤（5,10,30和60秒）的模型结果。估计在主要运输方向（南北）检测到硫化氢的可能性，以评估在所提出的方法中使用短时间步骤的影响，在图6中，负距离值对应于tonorthern方向，而正定距离值对应于南方向。

图2-5由硫化氢对比引起的人口异常气味浓度（十亿分之几）

图2-6检测硫化氢的可能性（百分比）与距离来自主要来源（朝南北）不同的时间步骤峰值浓度值

使用5秒时间步长的结果作为“基础结果”，我们估计了硫化氢检测概率的变化。使用10秒的时间步长（比5秒的“基准值”大100％），检测概率的平均降低为4％。使用30和60秒作为短时间尺度（相应地，根据“基准值”5秒，600％和1200％增加值），相应地，检测到硫化氢的概率的平均降低分别为10％和15％。发生这种情况的主要原因是S形函数将硫化氢浓度与检测特定化合物的概率相关联。嗅觉的感觉可以在非常短的时间内被触发，这就是为什么选择5s的值来研究大气中存在硫化氢造成的影响的原因。

3 结果与讨论

3.1测量

为了检测造成气味问题的主要排放源，在Jernia的WTP整个区域内的特定地点进行了多次测量。共有45个点被标记（见图1），为了检查仪器的重复性，每个点测量进行了三次（图7）。根据气态硫化氢的测量值，对气味影响最大的主要排放源是初级沉淀池（ST-1和ST-2）和另外两个（T-1和T-2）储罐，其中再循环活性污泥已经与来自主沉淀池的污泥在中间BST混合并被引导至相应的曝气池。

WTP配备了化学洗涤器，利用过氧化氢消除恶臭气体。具体来说，洗涤器收集来自预处理阶段ST-1和ST-2的气味，但不包括来自T-1和T-2的臭气。因此，在2007年的夏季，T-1和T-2的盖子和风扇的安装将臭气从这些储罐引向中央化学洗涤器。在此期间，在这些储罐上记录了日平均气态硫化氢浓度（图

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