城市污水处理厂污水处理工艺对VOCs挥发特征影响的分析

潘 军

(萍乡市环科环保技术服务有限公司，江西 萍乡 337000)

VOCs为挥发性有机化合物的简称，这些物质被排放至空气中，会给人的心血管、呼吸道等带来危害，并导致雾霾的产生，影响民众生活质量。而城市污水处理厂在污水处理过程中，会产生数十种VOCs。加强污水处理工艺对VOCs挥发特征的影响分析，则能进一步加强VOCs减量控制，避免城市污水处理厂的运营造成周围环境的污染。

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

实验样品为某城市污水处理厂处理的生活污水，其处理水量为120万m3/d。利用棕色玻璃瓶进行原水水样采集，每份水样40mL，添加4mol/L盐酸4滴进行固定。为防止样品中目标物质发生生物降解，需将pH调至2以下。实验采用的甲醇为色谱纯，盐酸和抗坏血酸分别为优级纯和分析纯，另外配备有活性炭和硅胶，并使用了54种VOCs混标。

1.2 实验方法

在实验过程中，为确定污水处理工艺对VOCs挥发特性的影响，共采用四种污水处理工艺，即A-B工艺、改良A2/O工艺、UNITANK工艺和改良A2/O脱氮除磷工艺。原水在经过格栅后，会利用不同处理工艺进行处理。如表1所示，为各工艺主要单元名称和构造物参数数据。

表1 不同污水处理工艺主要单元名称和构造物参数数据

在VOCs捕集上，采用聚-2，6-二苯基对苯醚捕集管。在各指标测定上，参照国际方法，利用重铬酸钾法分析COD；利用纳氏试剂分光光度法、麝香草酚紫外分光光度法等不同分光度法分析NH4+-N、NPO3+-N等物质；利用钼酸铵分光光度法对TP进行分析；利用多参数便携式测量仪进行DO测量；利用PGM-7340VOC手持检测仪进行VOC测量。此外，需设置一个空白对照柱，通过将污水反应柱和对照柱测得的VOCs相减，则能完成反应柱中有效反应的推算。采用WATER9软件，直接输入原水口水质参数、各单元VOCs浓度等检测得到的数值，则能得到不同单元污染物浓度组成、挥发速率、挥发总量等数值。

2 实验结果与分析

2.1 污水处理工艺对VOCs挥发总量的影响

从检测情况来看，在原水样品中，共存在20种VOCs，主要物质包含甲苯、苯、四氯乙烯、对二甲苯和三氯甲烷等，即多为卤代烃和苯系物，浓度范围在0.17-21.9μg/L范围内。采用不同的污水处理工艺，将对VOCs挥发总量产生直接影响。相比较而言，A-B工艺VOCs挥发总量最大，为23.2×10-2g/s，改良A2/O工艺VOCs挥发总量最小，为4.3×10-2g/s。采用UNITANK工艺，VOCs挥发总量为16.3×10-2g/s。采用改良A2/O脱氮除磷工艺，VOCs挥发总量为5.4×10-2g/s。采用由此可见，采用A-B工艺，VOCs将得到快速挥发，致使污水处理过程中产生大量VOCs。相对来讲，采用改良A2/O工艺VOCs挥发速度较慢，因此污水处理中不会出现大量VOCs逸散的情况。从总体上来看，VOCs挥发速度最快的为A-B工艺，其次则为UNITANK工艺和改良A2/O脱氮除磷工艺，速率最慢的为改良A2/O工艺。正因为如此，在四种污水处理工艺中，改良A2/O工艺挥发的VOCs总量最小，因此可以采用该污水处理工艺对VOCs挥发量进行控制。

2.2 各工艺单元对VOCs挥发速率的影响

在各污水处理工艺的不同处理单元中，VOCs挥发速率并不相同。如图1所示，为各工艺主要单元VOCs挥发速率图。采用A-B工艺，在生物处理池单元，VOCs拥有较大的挥发速率，达到了0.85g/s。相较于B段，A段的VOCs挥发速率更高，能够达到0.72g/s，属于高负荷处理阶段，将发生不完全氧化反应，使50%的BOD得到去除。而B段的负荷较低，拥有较长的泥龄，单位质量的活性污泥在单位时间内增殖较慢，发生的反应并不剧烈，因此VOCs挥发较少。所以针对该工艺的A段生物处理池，还应加强VOCs挥发情况问题的关注。采用改良A2/O工艺和改良A2/O脱氮除磷工艺，VOCs挥发速率最大的单元同样为生物处理池，分别达到了0.62g/s和0.58g/s。在污水处理过程中，厌氧池的氧气浓度最低，VOCs挥发速率也更高，其次则为缺氧池和好氧池。出现这种情况，主要与大分子化合物是在厌氧微生物作用下分解为小分子有关。在降解的过程中，大量的VOCs会随之产生，但是厌氧微生物无法对VOCs进行较好的吸附，导致大量VOCs逸散。而小分子在被好氧微生物降解的过程中，这些微生物能够对产生的VOCs进行吸附，因此导致VOCs挥发速率较高。采用UNITANK污水处理工艺，沉淀池的VOCs挥发速率最大，达到了0.26g/s。该工艺实现了对生物反应池的交替组合，不同于其他工艺，该工艺中无污泥回流的部分，沉淀池中污泥不会返回生物处理池。而在沉淀池中，存在大量衰亡期的活性污泥，大多已经失去活性，难以对降解产生的VOCs进行吸附，因此导致该单元VOCs挥发速率较高。从总体上来看，除UNITANK污水处理工艺具有一定的特殊性，VOCs挥发速率最大单元为沉淀池，其余三种污水处理工艺VOCs挥发速率最大的单元都是生物处理池。相比较而言，采用UNITANK污水处理工艺的VOCs挥发速率最小，因此想要对VOCs挥发进行控制，还应确保活性污泥能够被引入到生物处理池进行处理。

图1 各工艺主要单元VOCs挥发速率图

2.3 各工艺生物处理池中VOCs成分分析

相较于其他工艺，UNITANK工艺各单元的VOCs挥发速率较小。在UNITANK工艺中，苯、甲苯、四氯乙烯、三氯甲烷等为主要挥发性物质，比例在70%-80%之间。而在其余三种工艺中，VOCs挥发速率均在生物处理池达到最大。为进一步了解污水处理工艺对VOCs挥发特征的影响，还要对各工艺生物处理单元中VOCs成分进行分析。在A-B工艺中，生物处理池挥发出的VOCs中，甲苯、邻二甲苯、四氯乙烯、三氯甲烷等物质的含量占70%-90%。在改良A2/O工艺中，生物处理池中主要为三氯甲烷、甲苯、四氯乙烯等物质，含量在70%-90%之间。其中，四氯乙烯比例呈现出逐渐升高的趋势，即厌氧池最少，好氧池最高，甲苯则呈现出相反的变化趋势。出现这一情况，与苯系物将通过生物降解去除有关，而卤代烃则能以采用生物降解方法进行去除。采用改良A2/O工艺，利用生物降解去除部分苯系物，可以使VOCs总量减少，因此四氯乙烯比例升高。采用改良A2/O脱氮除磷工艺，生物处理池中VOCs成分基本与改良A2/O工艺相似。从总体上来看，在四种污水处理工艺中，都存在苯、甲苯、三氯甲烷和四氯乙烯这四种主要的污染性挥发物质。而在生物处理池的二沉池组成部分，苯系物的比例较低，因此卤代烃为主要成分。因此在该环节，为加强VOCs挥发控制，可以采取措施控制卤代烃的挥发。结合改良A2/O工艺和改良A2/O脱氮除磷工艺的构筑物结构特点来看，可以采用加盖构筑物降低VOCs的排放量。从有关数据来看，采取该措施能够使VOCs的排放量削减74%左右。

3 结论

从总体上来看，相较于其他污水处理工艺，采用改良A2/O工艺和改良A2/O脱氮除磷工艺的VOCs挥发总量较小，能够利用生物处理池实现对VOCs的吸附，达到减少VOCs排放量的目的。但对于城市污水处理厂来讲，还要结合实际需求进行污水处理工艺选择。采取其他处理工艺，也可以通过引入生物处理池和构建加盖构筑物等措施减小VOCs的排放量，继而更好的满足污水处理厂的生产需求。

[1]刘兴平，郝晓美.城市污水处理工艺及其发展[J].水资源保护，2003(01)：25-28+60.

[2]耿雪松，张春林，王伯光.城市污水处理厂污水处理工艺对VOCs挥发特征影响[J].中国环境科学，2015，35(07)：1990-1997.

[3]李鹏飞，张良.城市污水处理厂的污水处理工艺探讨[J].化工管理，2017(23)：21+23.

[4]李睿.我国城市污水处理的工艺及工艺选择分析[J].城市建设理论研究(电子版)，2017(02)：165-166.