污水曝气过程VOCs产生及排放的特性研究

摘要

针对污水处理厂曝气过程挥发性有机物排放问题，采用生活污水、SBR装置以脱氮除磷方式运行，通过改变工况，探讨了不同的曝气强度、温度、污泥浓度和进水有机物浓度对挥发性有机物挥发量的影响;利用顶空固相微萃取-气质联用仪的方法检测生活污水原水以及出水中的挥发性有机物质，并探究比较不同工况下处理前及经处理后挥发性有机物质的变化情况，同时采用活性炭吸附-气质联用仪的方法，检测曝气过程反应柱上方气体中挥发性有机物质的种类;在此基础上，通过WATER9软件验证，试验获得的曝气过程生活污水中VOCs的排放总量趋势与WATER9软件计算结果趋势是否一致。
　　通过研究，获得如下结论:
　　(1)在不同工况下，在初始曝气的阶段，挥发性有机物的逸散浓度总是先骤升，在8-10分钟到达峰值，而后呈现下降的趋势，在60分钟左右时趋于稳定。逸散峰值和稳定值随着工况的变化而变化，随着曝气强度、温度、进水有机物浓度的增加，VOCs逸散峰值和稳定值随之增加，污泥浓度的变化对其影响不大。逸散浓度峰值在2000μg/m3上下浮动，趋于稳定后在1000μg/m3左右。
　　(2)在不同工况下，逸散总量均占污水有机物浓度的1‰左右，并随着工况的改变上下浮动。逐步提高反应柱的曝气强度，曝气阶段的排放总量呈现递增的趋势，当曝气强度每增加200ml/min时，VOCs排放总量增加约20％，这是因为曝气强度越大，水体扰动越剧烈，挥发性有机物更容易溢出。在不同的温度工况下，VOCs的排放总量也随之升高，当温度每升高10℃，VOCs排放总量约增加15％，这说明了VOCs排放量与温度高低有关，温度越高，水体中挥发性有机物越容易吹脱出来。在不同的污泥浓度下，VOCs的逸散总量无明显差异。当进水有机物浓度每增加50mg/L时，VOCs的排放总量约增加20％～30％。由此可见，影响曝气阶段水中VOCs挥发量的因素由大到小排列为:进水有机物浓度＞曝气强度＞温度＞污泥浓度。
　　(3)实验所用的生活污水处理前，水中总挥发性有机物浓度约60μg/L，0.2μg/L以上的主要挥发性有机物约有40种，主要成分为醇类、苯系物、烃类、酯类、醛类、酚类、醚类、肼、醚等物质，其中醇类、苯系物和烃类占比较大。处理后，水中总挥发性有机物浓度约20μg/L，0.2μg/L以上的主要挥发性有机物约有10种，主要成分为醇类、苯系物、烃类、酯类物质。生活污水经曝气处理时，由于水流的扰动，烃类、醚类、醛类、肼类等物质较容易从水中吹脱出来，其中烃类物质最多。
　　(4)随着曝气强度的增大，温度的升高，水中残留的挥发性有机物的数量和浓度均减少，一方面是由于曝气强度增大，温度升高处理效果更好，一方面由于在高强度和高温度下，挥发性有机物更易吹脱出来。在不同的污泥浓度下，出水中物质种类和浓度无明显变化。随着进水COD浓度的升高，水中物质的种类和浓度升高，当COD浓度越高时，出水中醇类物质的种类越多，苯系物种类越少，这说明随着原水浓度的升高，苯系物更易去除，醇类物质更难去除。
　　(5)WATER9模型估算得到VOCs的挥发总量随着曝气强度、温度、进水有机物浓度的增大而增大，污泥浓度的改变对VOCs的挥发特性几乎没有影响。经估算得到:当曝气强度每增加200ml/min，实验室模拟装置VOCs挥发总量增加13％，当温度度每增加10℃，实验室模拟装置VOCs挥发总量增加8％，当进水有机物浓度每增加50mg/L，实验室模拟装置VOCs挥发总量增加16％。由此可见，WATER9软件验证，试验获得的曝气过程生活污水中VOCs的排放总量趋势与WATER9软件计算结果趋势基本一致。

目录

摘要

符号说明

1 绪论

1．1 综述

1．1．1 VOCs的定义及危害

1．1．2 污水处理厂VOCs的特性及研究现状

1．1．3 便携式气体检测仪测定气体中VOCs的研究

1．1．4 气质联用仪(GC／MS)技术测定水体中挥发性有机物的研究

1．1．5 WATER9模型在水处理领域的应用研究

1．2 问题的提出

1．3 研究目的与内容

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究内容

1．4 技术路线

2 运行参数对VOCs排放量的影响研究

2．1 材料与方法

2．1．1 试验装置

2．1．2 试验内容

2．1．3 接种污泥和实验用水

2．1．4 实验分析与计算方法

2．2 结果与讨论

2．2．1 实验的启动以及污泥的驯化

2．2．2 不同曝气强度下VOCs产生量分析和污染物变化关系分析

2．2．3 不同温度下VOCs产生量分析和污染物变化关系分析

2．2．4 不同污泥浓度下VOCs产生量分析和污染物变化关系分析

2．2．5 不同进水有机物浓度下VOCs产生量分析和污染物变化关系分析

2．3 本章小结

3 处理过程VOCs变化分析及出气物质分析

3．1 材料与方法

3．1．1 试验装置

3．1．2 试验内容

3．1．3 试验用水

3．1．4 试验方法

3．2 结果与讨论

3．2．1 曝气过程挥发的气体物质分析

3．2．2 不同曝气强度下处理前后挥发性有机物质分析

3．2．3 不同温度条件下处理前后挥发性有机物质分析

3．2．4 不同污泥浓度下处理前后挥发性有机物质分析

3．2．5 不同进水有机物浓度下处理前后挥发性有机物质分析

3．3 本章小结

4 基于WATER9模型的VOCs排放分析

4．1．1 试验装置

4．1．2 试验内容

4．1．3 试验用水和用泥

4．1．4 实验方法

4．2 结果与讨论

4．2．1 不同曝气强度下VOCs挥发速率和总量分析

4．2．2 不同温度下VOCs挥发速率和总量分析

4．2．3 不同污泥浓度下VOCs挥发速率和总量分析

4．2．4 不同进水有机物浓度下VOCs挥发速率和总量分析

4．3 本章小结

5 结论与建议

5．1 结论

5．2 建议

参考文献

附录

致谢

声明