（市政工程专业论文）污泥脱水机房恶臭扩散分布规律及控制研究.pdf

摘要 恶臭作为作为世界七大典型公害之一，备受人们关注。城镇污水处理厂是一 个重要的恶臭污染源，其中污泥脱水机房是恶臭污染最严重的处理单元之一。脱 水机房恶臭污染危害工作人员身体健康，而且关系到污水处理厂恶臭控制能否达 标。本文在此背景下研究脱水机房恶臭扩散分布规律，为脱水机房设计及恶臭控 制提供理论依据和指导。 本文首先简要介绍和总结了恶臭分类、来源、危害、评价和相关法规标准， 并研究了污水处理厂恶臭特点，特别地对污泥脱水机房恶臭规律进行了分析。在 对恶臭深入理解的基础上研究污泥脱水机房恶臭扩散分布规律并提出恶臭控制 措施。本文通过研究恶臭物质硫化氢的扩散分布规律来研究恶臭扩散分布规律。 本课题采用计算流体动力学( c f d ) 理论对脱水机房恶臭进行数值模拟，模拟软 件为f l u e n t 。气流组织是影响恶臭扩散分布的一个重要因素。本文研究了现有 通风设计下夏季最热月最多风向条件、冬季最冷月最多风向条件、夏季最热月年 最多风向条件三种气象情景下的恶臭扩散分布情况，另外还模拟了不同于现有通 风设计下的夏季最热月最多风向条件下恶臭扩散分布情况。通过顺序模拟上述四 种情景并分析可知，在不同的气象条件下，恶臭污染影响不同，其中以情景三污 染最严重。四种情景中以情景四气流组织较好，机房内恶臭污染较轻。在设计脱 水机房时，可预先模拟机房内恶臭分布情况，采取优化布置，减少工作人员与恶 臭的接触量。脱水机应布置在夏季最多风向的下风向并尽量靠近排风口，使恶臭 气体在最短的路径上以最快的时间排除出去。通过数值模拟得到脱水机房内速度 场和浓度场，为采取植物汁液法选择喷洒位置提供了参考依据和方法：喷洒位置 可定在脱水机周围、气流来流处、低速区及涡流区处。对于生物滤池法中集气系 统风口及风量设计均可采用数值模拟研究得出最佳气流组织，以收到最好的集气 效果。对恶臭控制方法进行研究表明，无臭处理工艺是恶臭控制技术的发展趋势， 而对本课题脱水机房恶臭治理，从长期运行上来说，生物滤池法是首选方法。 关键词：恶臭污水处理厂脱水机房分布规律气流组织恶臭控制 a b s t r a c t b e i n go n eo ft h ew o r l ds e v e nt y p i c a lp u b l i ch a z a r d s ，o d o rh a sg a i n e dw i d e s p r e a d a t t e n t i o n u r b a nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n ti sa ni m p o r t a n to d o rp o l l u t i o ns o u r c e ，o f w h i c ht h es l u d g ed e w a t e r i n gr o o mi so n eo ft h em o s ts e r i o u so d o rp o l l u t i o nt r e a t m e n t s e c t o r s o d o ri nt h er o o mc a nc a u s eb a de f f e c to nw o r k e r s h e a l t h ，a n da f f e c to d o r c o n t r o lt om e e tt h es t a t es t a n d a r df o rw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t b a s e do nt h i s b a c k g r o u n d ，t h i sp a p e rs t u d i e do no d o rd i s p e r s i o na n dd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c si n s l u d g ed e w a t e r i n gr o o m ，w h i c hw i l lp r o v i d et h e o r ys u p p o r ta n dg u i d e l i n et o d e w a t e r i n gr o o md e s i g na n di t so d o rc o n t r 0 1 a tt h eb e g i n n i n g ，o d o rc l a s s i f i c a t i o n ，r e s o u r c e ，h a z a r d ，e v a l u a t i o na n dr e l a t e d l e g i s l a t i o n a n ds t a n d a r dw e r ei n t r o d u c e da n ds u m m a r i z e d t h e n ，t h eo d o r c h a r a c t e r i s t i c so fw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n tw e r er e s e a r c h e d e s p e c i a l l yt h eo d o ri 1 1 s l u d g ed e w a t e r i n gr o o m w a sa n a l y z e di nd e t a i l a f t e rc o m p r e h e n s i v eu n d e r s t a n d i n g f o ro d o r , t h ep a p e rt o o kas t u d yo nt h eo d o rd i s p e r s i o na n dd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s i ns l u d g ed e w a t e r i n gr o o ma n do d o rc o n t r o lm e a s u r e sw e r ep r e s e n t e d i nt h i sp a p e r , h 2 sw a sv i e w e da sr e p r e s e n t a t i v eo fo d o ra n dw a sa p p l i e dt os t u d yo d o rd i s p e r s i o n a n dd i s t r i b u t i o nc h a r a c t e r i s t i c s i no r d e rt o s t u d yt h ec h a r a c t e r i s t i c s ，n u m e r i c a l s i m u l a t i o nb a s e do nc o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s ( c f d ) w a sa p p l i e da n dh e r e s i m u l a t i o ns o f t w a r ef l u e n tw a su s e d a i rd i s t r i b u t i o ni sas i g n i f i c a n tf a c t o rf o r o d o rd i s p e r s i o na n dd i s t r i b u t i o n t h i sp a p e ra n a l y z e do d o rd i s p e r s i o na n dd i s t r i b u t i o n u n d e rt h ep r e s e n tv e n t i l a t i o nd e s i g ni nt h r e em e t e o r o l o g i c a ls c e n e si ns e q u e n c e ，a s f o l l o w s ：t h eh o t t e s tm o n t hi ns u m m e ru n d e rt h em o s tc o l n l t i o nw i n dd i r e c t i o n ，t h e c o l d e s tm o n t hi nw i n t e ru n d e rt h em o s tc o m m o nw i n dd i r e c t i o n , t h eh o t t e s tm o n t h 曲 s u m m e ru n d e rt l l ea n n u a lm o s tc o m m o nw i n dd i r e c t i o n s t i l lt h ef o u r t hs c e n ew i t h d i f f e r e n tv e n t i l a t i o nd e s i g nb u tw i t hs a m em e t e o r o l o g i c a lc o n d i t i o ni ns c e n eo n ew a s s i m u l a t e d t h r o u g l ra n a l y z i n gt h es i m u l a t i o nr e s u l t s ，i ts u g g e s t e dt h a to d o rp o l l u t i o n e f f e c t sv a r yf r o mo n es c e n et oa n o t h e r , a n dp o l l u t i o ni ns c e n et h r e ew a st h em o s t s e r i o u s ，w h i l et h eb e s tw a ss c e n ef o u rw i t hn i c ea i rd i s t r i b u t i o na n dr e l a t i v e l yl o w e r h 2 sc o n c e n t r a t i o n w h e nd e s i g nd e w a t e r i n gr o o m ，t h ed e s i g n e rc a ns i m u l a t et h eo d o r d i s t r i b u t i o ni np r e c e d et oh e l pi m p r o v ed e s i g n ，s ot h a tw o r k e r s e x p o s u r et oo d o rc a n b er e d u c e d t h er e s u l t sa l s os h o w e dt h a ts l u d g ed e w a t e r i n gm a c h i n e ss h o u l db e p l a c e dt h ed o w n w i n do ft h em o s tc o m m o nw i n dd i r e c t i o ni ns u m m e ra n ds h o u l db e n e a rt h ee x h a u s t e do u t l e tt od r i v eo u to d o rw i t ht h es h o r t e s tp a t hq u i c k l y w i t h n u m e r i c a ls i m u l a t i o na i rv e l o c i t yf i e l da n do d o rc o n c e n t r a t i o nf i e l dw e r eo b t a i n e d ， w h i c hc a ng u i d eo d o rc o n t r o lm e t h o d ，n a t u r a lv e g e t a b l ee x t r a c t e dj u i c e ，t h a ts p r a y p o s i t i o n sc a i lb ep l a c e sa r o u n dd e w a t e r i n gm a c h i n e ，a i r f l o wu p s t r e a m , l o wv e l o c i t y a r e aa n de d d yc u r r e n ta r e a a n dn u m e r i c a ls i m u l a t i o nc a l lb eu s e f u lf o ra i rc o l l e c t i n g s y s t e md e s i g n t h r o u g hs i m u l a t i o nt h eo p t i m a la i rd i s t r i b u t i o nc a nb ea c q u i r e d ，t h e n w h e na p p l i e di ne n g i n e e r i n go d o r a n t sw o u l db eg a t h e r e da sm o s ta sp o s s i b l e t h e s t u d yo no d o rc o n t r o lm e a s u r e sr e v e a l e dt h a to d o r - f r e et r e a t m e n tt e c h n o l o g y i st h e d e v e l o p m e n tb e n df o ro d o rc o n t r o lt e c h n i q u e s a sf o rt h ed e w a t e r i n gr o o mo d o r c o n t r o li nt h i sp a p e r , b i o l o g i c a lf i l t e ri st h et o pp r i o r i t yi nt h el o n gr u n k e yw o r d s ：o d o lw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t ，d e w a t e r i n gr o o m , d i s t r i b u t i o n c h a r a c t e r i s t i c s ，a i r f l o wo r g a n i z a t i o n ，o d o rc o n t r o l 1 1 一 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得叁鲞盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：歹p 狗j 刈 签字日期：a 弼年多月争日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨壅盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权叁鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：习声椅俐 签字日期：加莎年乡月争日 导师签名： f 滓渗 签字日期：力楞年月乒日 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 国内外恶臭污染与研究现状 1 1 1 国内外恶臭污染问题 恶臭是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快感觉及损害生活环境的气味。凡 是具有恶臭气味的物质被称为恶臭污染物。恶臭属于大气污染公害，同时也是一 种感觉公害，已从大气污染中单独分离出来，被列为世界七种典型公害( 大气污 染、水质污染、土壤污染、噪声污染、振动、地面下沉、恶臭) 之一。恶臭不仅 对人体健康、动植物正常生长产生危害，而且导致地域评价受损，同时也是社会 潜在的不安定因素。随着人类社会的不断发展和人民生活水平的逐步提高，原有 的大气污染防治工作和研究已远远不能满足人们在生活环境质量方面的要求，人 们对各种异常气味造成的不满情绪和控告事件不断增加，使得恶臭作为一种专门 的环境问题突显出来并亟待得到解决。 在一些发达国家，人们对环境问题的投诉中恶臭投诉比例日渐增加，比如： 澳大利亚投诉比例达到了9 1 3 ，美国则占全部空气污染投诉的5 0 以上，而在 日本仅次于噪声位于第二位【l j 。在国内，恶臭问题也困扰着有关当局和身处在其 中的百姓。2 0 0 0 年，天津市环境保护行政主管部门受理各类反映环境问题的信访 件9 8 0 余件，其中，反映大气环境问题的约占3 4 ；在反映大气环境问题的信访 投诉中反映异味( 恶臭) 问题的约占5 0 。2 0 0 1 2 0 0 2 年，天津市环境保护行政 主管部门已受理各类反映环境问题的信访件中反映大气环境问题的约占5 0 ，群 众反映的重点集中在异味( 恶臭) 污染扰民方面 2 1 。其他省、市、自治区同样也 面临着恶臭污染问题。2 0 0 3 年9 月云南省昆明市女子中学遭到不明恶臭气体袭击， 前后共有1 9 名学生住进医院接受治疗；2 0 0 1 年江苏省南京城区出现大范围的恶臭 污染，仅两年时间有关恶臭投诉就高达1 7 6 3 次【3 】。 在这些恶臭污染问题中，污水处理厂恶臭问题不容忽视，而污水处理厂中的 污泥脱水机房是重要污染源之。据( ( 2 0 0 3 年中国环境状况公报报道，2 0 0 3 年全国城镇污、废水排放总量约为4 6 0 0 亿吨，至2 0 0 4 年底我国已建成7 0 0 多 座城市污水处理厂，城市生活污水的总体处理率达到6 2 7 。根据建设部、国家 环境保护总局、科技部颁布的城市污水处理及防治技术政策规定，2 0 1 0 年 我国所有城市的污水处理率不得低于6 0 ，直辖市、省会城市以及重点风景旅游 第一章绪论 城市不得低于7 0 。“十一五期间，我国还将投入4 0 0 亿元建设污水处理设施 【4 】。为实现这个目标，需要新增污水处理能力5 0 0 0 万6 0 0 0 万n 1 3 d t 5 1 。大量的污 水处理必将产生大量的污泥，而污泥处理须慎重对待，否则将会产生大量恶臭气 体。可见污水污泥恶臭污染问题不容小觑，对其进行研究控制势在必行1 1 1 2 国内外恶臭污染研究现状 鉴于恶臭污染带来的不良影响，各国先后投入了对恶臭问题的研究，其中以 日本、美国等为代表的发达国家起步较早，走在了研究队伍的前列。各国都对恶 臭进行了较为全面的研究，包括检测、控制、评价、法规等方面及有关的机理研 究。而在恶臭污染方面基本都集中在对污水处理厂、垃圾填埋场、家禽养殖场及 屠宰厂等场所恶臭污染的研究，并且基本都是考虑这些场所产生的恶臭对周边居 民及环境的影响，也有部分是研究家禽养殖场产生的恶臭在场内的分布情况及对 家禽的影响。而对于这些恶臭扩散分布的影响基本都借助大气扩散模型或者专门 的恶臭扩散模型来模拟浓度分布。如e t h a y e s 等人利用i s c s t 3 模型研究家禽生 产单元的恶臭污染怕j ，g s c h a u b e r g e r 等人运用a o d m 模型研究了养猪场对周边居 民的恶臭影响【7 】，u j j a i n is a r k a r 等人采用c o m p l e x i 模型对城市垃圾填埋场恶臭 污染进行了研究【8 j 。m a 1 s h a m m i f i 利用i s c s t 3 模型预测与现场监测h 2 s 浓度对 比来研究a r d i y a h 污水处理厂恶臭污染【9 】。国内方面，席劲瑛等人通过监测各恶臭 源处h 2 s 和n h 3 浓度研究城市污水处理厂恶臭污染规律【i ，纪华等人监测不同时 间不同条件下h 2 s 浓度变化对垃圾填埋场的恶臭进行了研刭，卢迎红通过现场 监测各恶臭物质浓度研究了沈阳市北部污水处理厂恶臭污染状况l l2 i 。通过查阅国 内文献可知，我国利用大气扩散模型或恶臭模型来研究恶臭源对周边环境影响的 报道还不多见，但研究对象与国外相差不多，基本都是集中在污水处理厂、垃圾 填埋场等场所。从文献中也可以看出这些研究更多的是关注这些恶臭源对周边居 民和环境的影响，而对身处其中的工作人员则关注不多。在此，本课题将运用计 算流体动力学( c o m p u t a t i o n a lf l u i dd y n a m i c s ，简称c f d ) 知识，通过c f d 商用 软件f l u e n t 模拟污水处理厂中污泥脱水机房内气流组织来探讨恶臭气体扩散 分布规律，从而研究其中恶臭对工作人员的影响。 1 2 计算流体动力学在气流组织的研究应用 计算流体动力学( c f d ) 是建立在经典流体动力学与数值计算方法基础之上 的一门新型独立学科。c f d 技术可用于研究包括室内气流组织在内的诸多领域， 得到了广泛应用，并开发出了多个商用c f d 软件，如p h o e n i c s 、c f x 、f l u e n t 、 天津大学硕士学位论文 s t a r c d 等。商用软件的开发使得运用c f d 技术进行研究更加简便，容易掌握， 便于操作。 国内外学者利用c f d 研究了各场所的气流组织，如办公室、厨房、起居室 等。通过气流组织研究优化这些场所的空间布置、通风形式，从而达到节约能源、 营造舒适环境、防止或降低对人体污染的目的。a c k l a i 等人运用f l u e n t 软 件研究厨房空气中的颗粒物污染情况【13 1 ，s r e b r i cj 等人采用计算流体动力学( c f d ) 模拟人居室内环境下的污染物扩散、热传递及气流情况【1 4 1 ，c s e k h a r 和h c w i l l e m 利用c f d 技术研究在不同通风量、不同通风形式等条件下办公楼内空气 质量情况【1 5 。唐振朝等人采用c f d 技术研究办公室不同通风模式对室内二氧化 碳浓度分布的影响【1 6 】，张俊杰等人利用c f d 技术研究了不同通风方式和风速情 况下室内空间污染物浓度分布【l ，刘威利用c f d 技术针对不同的室内污染源采 用不同的散发模型研究了典型办公空间内不同送风方式和送风量下污染物浓度 分布情况引。从中可知，c f d 能用于室内气流模拟并可取得良好的效果。本课 题将运用c f d 对污泥脱水机房进行气流组织的数值模拟，并对其进行优化，以 寻求较优的减轻及控制污泥脱水机房恶臭污染的途径和方法。 1 3 本课题研究的目的和主要内容 1 3 1 研究目的和意义 恶臭污染作为世界七大典型公害之一，在世界范围内已受到各国的广泛重视 和关注。恶臭污染影响人们的正常生活，降低生活品质，影响一些工业的正常作 业。持续的、广泛的恶臭污染也是社会不安定因素之一。污水处理厂目前基本遍 布每个城市，作为市政公共设施承担着接纳污水处理污水保护环境的重担，而与 此同时又是一个重大的恶臭污染源。由于经济的快速发展，城市用地紧张，很多 污水处理厂周围紧邻着住宅区或者商业区，因而其恶臭污染备受瞩目。污水处理 厂中污泥脱水机房是恶臭污染较重的处理单元之一。脱水机房恶臭对外可能影响 周边居民和环境，对内则会影响身处其中的工作人员身体健康和腐蚀机房内设 备。所以研究污泥脱水机房恶臭，以期减轻恶臭污染。 课题研究污泥脱水机房恶臭扩散分布规律并探讨优化及控制措施一方面可 以充实恶臭扩散研究方面的知识体系，另一方面为污泥脱水机房的建设和恶臭控 制提供科学依据和指导，还有助于类似工作间的恶臭污染研究，也可引起人们对 污泥脱水机房、污水泵站等类似工作间恶臭污染的重视，有利于推动这些场所内 污染物的控制和优化研究，有助于恶臭研究的全面发展和社会整体环境质量的提 第章绪论 高。因而，本课题研究有重大的现实意义和指导意义。 1 3 2 主要研究内容 本课题较系统地研究污泥脱水机房恶臭，涉及了恶臭概念、危害、计算流体 动力学、脱水机房恶臭扩散模型建立、恶臭污染控制和评价等，主要研究内容如 下： ( 1 ) 恶臭组成、来源、分类、危害、评价、污水厂恶臭特点及成因； ( 2 ) 室内气流数值模拟理论研究； ( 3 ) 污泥脱水机房恶臭扩散分布模拟； ( 4 ) 模拟结果分析； ( 5 ) 恶臭控制方法分析； ( 6 ) 对采取优化和控制措施前后的脱水机房进行恶臭影响评价。 天津大学硕士学位论文 第二章恶臭概述 恶臭是具有刺激性的异味，它损害人们的生活品质。恶臭可以来自于城市的 每个角落，如饭店、公共厕所、污水处理厂、垃圾堆、景观河道等等。恶臭物质 多种多样，并且具有不同的气味和嗅阈值。恶臭对人们的影响是多方面的，也能 影响动植物的生长。污水处理厂内恶臭污染有其自身的特点和规律需要我们去理 解和掌握，从而得到更好地治理。 2 1 恶臭组成、分类、来源及危害 2 1 1 恶臭组成与分类 恶臭( o d o r ) 是指一切刺激嗅觉器官引起人们不愉快感觉及损害生活环境的 气味。凡是具有恶臭气味的物质被称为恶臭污染物。恶臭污染是一种感觉污染， 也是大气污染的一种形式，但由于恶臭污染的独特性和恶臭污染的日益突出，恶 臭已经单列出来成为七大典型公害之一。随着人们生活水平的提高，公众对提高 环境质量的要求也日益增强，恶臭污染已成为当前我国城镇居民投诉最强烈的环 境问题之一。 恶臭物质的致臭原因主要是由于含有特征发臭基团。含发臭基团的气体分子 与嗅觉细胞作用，经嗅觉神经向脑部神经传递信息，从而完成对气味的鉴别。有 机恶臭物质常含有羟基( - o h ) 、羧基( c o o h ) 、羰基( c o ) 、氨基( - n h 2 ) 、 巯基( - s h ) 等官能团，除碳( c ) 、氢( h ) 元素外，通常还含有硫( s ) 、氮( n ) 、 氧( o ) 和氯( c l ) 等元素，这些共同构成酚、醇、羧酸、醛、酮、胺、硫醇、 硫醚等恶臭化合物。在所有恶臭化合物中，绝大部分是有机物，只有h 2 s 和n h 3 等少数为无机化合物。部分恶臭物质的嗅阈值及其理化性质 19 j 见表2 1 和表2 2 。 在已认识的众多化合物中，五分之一的物质具有各种气味，而其中约有一万种为 重要恶臭物质 2 0 】。根据组成可将恶臭物质分成以下五类【2 l 】： ( 1 ) 含硫化合物，硫化氢、二氧化硫、硫醇类、硫醚类等； ( 2 ) 含氮化合物，如氨、胺类、吲哚类等； ( 3 ) 卤素及其衍生物，如氯气、卤代烃等； ( 4 ) 含氧有机物，如醇、酚、醛、酮、有机酸、酯等； ( 5 ) 烃类，如烷烃、烯烃、炔烃、芳香烃等。 第二章恶臭概述 其中恶臭有机物一般具有分子量小、沸点低、挥发性强的特征，能够散发到 大气中，为此我们又称其为挥发性有机化合物，简称v o c s ( v o l a t i l eo r g a n i c c o m p o u n d s ) 。我国国家标准( g b l 4 5 5 4 9 3 ) 冽中规定了8 种恶臭污染物浓度限 值，它们分别是氨( n h 3 ) 、三甲胺( ( c h 3 ) 3 n ) 、硫化氢( h 2 s ) 、甲硫醇( c h 3 s h ) 、甲 硫醚( ( c h 3 ) 2 s ) 、二甲二硫( ( c h 3 ) 2 9 2 ) 、二硫化碳( c s 2 ) 、苯乙烯( a r c h = c h 2 ) 。 2 1 2 恶臭的来源 恶臭污染源多种多样，种类繁多。按行业类别分，大致可分为以下三类。一 是农牧业恶臭源，如养殖场、屠宰场、粪便处理等，这些恶臭一般是动植物体及 残渣腐败分解或在加工过程中产生、释放出来的气体物质造成的。二是工业恶臭 源，这是目前的一个重大恶臭源，分布广泛，如石油化工、医药农药行业、橡胶 工业、造纸、炼焦、煤气、食品加工、皮革油脂加工、涂料生产、水产加工等。 这类恶臭主要是各种天然材料或工业合成的产品在加工、生产或贮存、运输过程 的跑冒滴漏、正常的排放或意外突发性事故造成大量恶臭的排放。三是城镇公共 设施恶臭源，如污水处理厂，垃圾填埋场、公共厕所、污水雨水泵站、垃圾转运 站、污泥中转站、景观河道、排水检查井等。这类恶臭源是目前城镇不可避免的 潜在恶臭污染源，一般是由于其中含有的恶臭物质挥发进空气中或污水、污泥、 固体废弃物等含有的有机物经厌氧过程产生恶臭气体而造成恶臭污染。 天津大学硕士学位论文 2 1 3 恶臭的危害 恶臭物质数目繁多，恶臭源分布广泛。人们在日常生活中难免会接触到恶臭。 处于高浓度恶臭环境或长期处于恶臭环境中的人会明显感觉到恶臭对人体的不 良影响。恶臭除了刺激人的嗅觉器官使人觉得不愉快外，还对入的呼吸系统、消 化系统、循环系统、内分泌系统、神经系统、精神状态等产生不利影响【2 3 娴，这 表现在： ( 1 ) 危害呼吸系统，人闻到恶臭时，对呼吸产生反射性抑制，甚至憋气， 妨碍正常呼吸功能。 ( 2 ) 危害消化系统，经常接触恶臭，会使人食欲不振、产生厌食、恶心， 甚至呕吐，进而发展到消化功能减退。 ( 3 ) 危害循环系统，随呼吸变化，会出现脉搏和血压变化。如氨会使血压 出现先下降后上升现象，硫化氢能阻碍氧的输送，造成体内缺氧。 ( 4 ) 危害内分泌系统，经常受恶臭刺激，会使人的内分泌系统功能紊乱， 影响机体代谢。 ( 5 ) 危害神经系统，长期受低浓度恶臭的刺激，会产生嗅觉疲劳甚至丧失， 继而会导致大脑皮层兴奋和抑制的调节功能失调。有些恶臭物质还对神经系统有 毒副作用。 ( 6 ) 影响精神状态，恶臭使人烦燥不安，思想不集中，工作效率降低，判 断力和记忆力下降，影响大脑的思维活动。 除对人体的危害外，恶臭污染还能影响动、植物的生长和产量。如受氨、硫 化氢等恶臭气体污染，可导致动、植物死亡【2 】。由于恶臭对人、动植物的影响， 这也将直接导致地域评价受损，降低土地开发利用价值，使各方蒙受经济损失。 在国内，由于经济快速发展，工农业、市政配套设施全面投入和发展，恶臭 污染更应受到关注，对恶臭进行研究、控制、评价、立法，规范、减轻恶臭污染， 为人们营造一个舒适、清洁的环境显得非常迫切。 2 2 恶臭污染评价与法规 2 2 1 恶臭污染评价 恶臭污染源多为无组织排放源。污染又多为短时间、突发性的，因而难于捕 捉，加之恶臭扩散方式复杂，故迄今世界上还没有一种公认的恶臭评价方法。恶 臭污染往往是多种成分的的复合臭，一种臭气中可含数十种甚至数百种成分，并 且大多数的恶臭物质嗅阈值的体积分数达到10 一。而恶臭事件中，各恶臭物质浓 第二章恶臭概述 度往往很低，给分析测试带来了一定的难度。 目前，恶臭测定方法主要有两种。一是以恶臭成分测定为中心的仪器分析法， 另一种则是把人的嗅觉作为监测器来测定臭气强度的感官测定法。仪器分析法采 用的仪器包括色谱仪、分光光度计、传感器、检测器、电子鼻、比色管等，可对 恶臭气体的单一组分作出定性、定量分析。而感官测定法主要利用人的嗅觉闻臭 或利用气味计、动态嗅觉计等仪器辅助嗅辨员进行感官分析，结果则是通过描述 人对臭气刺激量的感觉程度，也即感觉强度，来判定恶臭污染程度。因而，根据 恶臭测定分析所得结果，恶臭污染程度可用两个评价指标来衡量【2 4 】。一个是组分 浓度指标；另一个是嗅觉强度指标。嗅觉强度指标可通过臭气强度法或臭气浓度 法来获得。对组成简单的恶臭气体，可以采用组分浓度指标，而对于组成复杂的 恶臭气体则更适合采用嗅觉强度指标。 臭气强度等级是以嗅阈值为基准将臭味强度划分等级。因国家、地区的不同， 臭气强度分级也有所不同。美国采用8 级分级制，日本采用6 级分级制，德国采用 7 级分级制。我国多采用日本的强度分级方法【25 1 ，表2 3 为日本恶臭对策委员会对 恶臭强度的分级。臭气的强度被认为是衡量其危害程度的尺度。6 级分级制中， 通常恶臭强度为2 级称轻污染，3 级称污染，4 级称明显污染，5 级称严重污染【2 6 1 。 臭气浓度是指臭气用无臭空气稀释到刚好无臭时的稀释倍数，将臭气强度予以定 量化。臭气浓度以嗅觉测定为基础，我国与日本、韩国等采用三点比较式臭袋法， 臭气浓度以稀释倍数表示。日本在新的恶臭防止法中规定臭气浓度测定结果采用 臭气指数表示。我国恶臭污染物厂界排放限值【z 2 j 见表2 4 。日本曾在恶臭防止 法中列出了8 种恶臭污染物的质量浓度与臭气强度的关系 2 ”，见表2 5 。 表2 3 日本臭气强度表示方法 t a b 2 3o d o ri n t e n s i t ye x p r e s s i o ni nj a p a n 臭气强度等级 表示范围 无臭 勉强可感觉出的气味( 检测阈值) 稍可感觉出的气味( 认定阈值) 易感觉出的气味 较强的气味( 强臭) 强烈的气味( 剧臭) 天津大学硕士学位论文 表2 5 恶臭污染物质量浓度与臭气强度对照表 t a b 2 5m a s sc o n c e n t r a t i o na n dc o r r e s p o n d i n go d o ri n t e n s i t y o f o d o rp o l l u t a n t s 2 2 2 恶臭法规 从二十世纪五、六十年代起，恶臭污染开始显现并逐渐引起各国政府相关部 门的高度重视。各国加快了为恶臭立法的步伐。日本是世界上第一个将恶臭防治 立法的国家，1 9 7 1 年6 月正式公布了恶臭防治法。而美国是最早致力于恶臭 第二章恶臭概述 控制标准研究的国家，但政府并未确定法规，而是根据各州大气污染状况划分了 许多大气污染防治地区，并分别制定了恶臭控制标准【2 引。 我国从上世纪8 0 年代开始进行恶臭污染的调查、测试和标准方面的研究。 十多年来，国家和地方政府针对恶臭污染控制出台了系列的法律法规和控制标 准。1 9 9 3 年7 月1 9 日批准了国家标准恶臭污染物排放标准( g b l 4 5 5 4 9 3 ) ， 并于1 9 9 4 年1 月1 5 日起实施。涉及恶臭污染的行业标准有：畜禽场环境质量 标准( n y t3 8 8 1 9 9 9 ) 、饮食业油烟排放标准( 试行) ( g w p b 5 2 0 0 0 ) 、城 镇污水处理厂污染物排放标准、生活垃圾焚烧污染控制标准。地方标准如： 天津市恶臭污染物排放标准( d b1 2 0 5 9 9 5 ) 、1 9 9 7 年天津市防治废气、粉 尘和恶臭监督管理办法、2 0 0 2 年制定实施了天津市大气污染防治条例、台 湾省固定污染源空气污染物排放标准等。这些恶臭方面的法规、标准的实施 有力地保证了恶臭控制的稳序开展。 2 0 0 2 年9 月在天津正式挂牌成立了国家恶臭污染控制重点实验室，2 0 0 3 年 1 1 月，全国首届“恶臭污染测试与控制技术研讨会”在天津召开。可以看出， 虽然我国恶臭研究起步相对较晚，但是，我国恶臭污染的管理已经走上了法制轨 道，恶臭研究水平也在不断提升，有关当局和专家对恶臭也愈加重视，相信我国 在恶臭治理方面将会取得全面胜利，会有一个更加环保、美好的环境呈现给人民 大众。 2 3 污水处理厂恶臭 污水处理厂恶臭气体主要来源于污水和污泥各处理单元。各处理单元所产生 的臭气量和臭气排放强度存在明显差异。一般认为，城市污水处理厂的恶臭源主 要分布在进水区( 进水泵站、格栅、曝气沉砂池) 和污泥处理区( 污泥浓缩池、污泥 脱水i 茸- j ) 2 9 , 3 0 , 31 。污水处理系统逸出的臭味气体从物质组成看可以分为4 类 3 2 】：第 一类是含硫化合物，如硫化氢、硫醇类、硫醚类等；第二类是含氮化合物，如氨、 胺类等；第三类是烃类化合物，如烷烃、烯烃、炔烃以及芳香烃等；第四类是 含氧有机物，如醇、醛、酮、酚以及有机酸等，这些物质在污水处理系统中广泛 存在。郭静等人通过调研分析得出：污水处理厂臭气中的主要成分是硫化氢、氨 和甲硫醇( 均系我国恶臭污染物排放标准所涉及的污染物) 【30 1 。其中，h 2 s 广 泛存在于恶臭污染严重的污水处理和污泥处理设施中，其恶臭污染问题备受关注 【3 3 1 。p g o s t e l o w 等人也指出【3 4 】：通过监测硫化氢来对污水处理厂进行恶臭影响 评价这很普遍，而且这具有很多优点：硫化氢通常是污水处理厂主要恶臭物质； 即使不是主要恶臭物的情况下，那它通常也是恶臭污染的指示物质；硫化氢是污 天津大学硕士学位论文 泥处理过程一个很好的指示物；硫化氢即使在低p p b 浓度下仍能用手持设备快速 简便地监测出来，这使得很多监测能以相对低的成本在短时间内完成，而且不需 要进行取样和预浓缩等过程。我国对城镇污水处理厂废气专门作出了规定【3 5 1 ，其 中主要是对恶臭气体的控制，见表2 6 。污水处理厂中的恶臭气体产生途径主要 有两个。一是由于水流湍动或达到饱和状态恶臭直接从污水中挥发出来，比如进 入污水处理厂的工业废水中的可挥发有机物等。另一个是污水中有机物由于微生 物的生物化学反应而形成新的恶臭物质挥发到周围空气中造成恶臭污染。污泥浓 缩、脱水等过程会产生大量恶臭气体，这是由于污泥停留时间较长造成缺氧环境， 而产生臭气。此外，污泥浓缩、过滤和离心分离等过程都会因湍动而引起恶臭气 体的排放。 表2 - 6 厂界( 防护带边缘) 废气排放最高允许浓度 ( 单位：m g m 3 ) t a b 2 6a l l o w e dm a x i m u mc o n c e n t r a t i o no fe m i s s i o no np l a n tb o r d e r ( p r o t e c t i o nb a n de d g e ) ，u n i tm g m 3 污水处理厂恶臭已备受社会广泛关注，这是城镇里一个持续的恶臭源，污水 处理厂每天无时无刻不在向外散发恶臭。污泥脱水机房是其中一个重点恶臭源， 下对脱水机房恶臭进行分析研究，并寻求较优的恶臭控制措施，指导污水处理厂 恶臭治理。 2 4 污泥脱水机房恶臭 污泥脱水机房是污水处理厂一个重要的恶臭污染源，这从现有的一些监测数 据可以看出，如表2 7 t 3 6 和表2 8e 3 0 】，沈阳市北部污水处理厂监测结果也同样表明 脱水机房在整个工艺处理单元中恶臭污染较重 12 1 。很多污水厂都对脱水机房恶臭 污染给予了足够的重视，控制恶臭污染。2 0 0 5 年北京高碑店污水处理厂对脱水机 房恶臭进行了监测，结果表明其主要恶臭污染物为硫化氢【37 i ，进而采取了治理措 施，收到了良好的效果。但从已有的研究和工程中可以看出，目前，对于脱水机 房恶臭控制方面，绝大多数是通过一些监测数据再凭借一些工程经验对恶臭进行 第二章恶臭概述 治理，而没有对脱水机房恶臭扩散分布规律进行研究。这样导致设计工程处理能 力偏大或偏小。处理能力偏大则浪费资金和能源，处理能力偏小则不能对恶臭进 行达标控制。如此，显得有些盲目。因而，对脱水机房恶臭进行研究，掌握其扩 散分布规律，进而采取优化控制措施，有利于污水处理厂恶臭治理，有利于为工 作人员和周边居民营造一个洁净的环境。 表2 7 污水处理厂各部分臭气浓度( 无量纲) t a b 2 - 7o d o rc o n c e n 仃a f i o no fs e c t o r si nw a s t e w a t e rt r e a t m e n tp l a n t 表2 8 某污水处理厂恶臭污染物监测结果 t a b 2 8m o n i t o rr e s u l t so f o d o rp o 玎u t a n t si naw a s t e r w a t e rt r e a t m e n tp l a n t 脱水机房恶臭污染与污泥量有较大关系，同时气温也是影响恶臭污染的重要 因素。从脱水机房现场我们可知，在夏季时恶臭味比较强烈，而到冬季时恶臭味 变得相对较弱。这可能存在以下两方面原因：( 1 ) 气温下降，城镇各方面用水， 特别是生活用水量减少，从而污水处理厂每天处理的水量减少，污泥产生量也随 之减少，这样恶臭源强减弱，脱水机房恶臭污染得以减轻。( 2 ) 气温降低，微生 物活性降低，从而影响污泥发酵产气。研究表明：在厌氧消化中发酵菌利用溶解 的微粒作为能量和生长基质，进行发酵，产生醋酸、丙酸等挥发性脂肪酸，以及 醇类、二氧化碳、氢气、氨、硫化氢等物质。常温下，微生物活性明显低于中温 天津大学硕士学位论文 和高温消化。而且，大多数有机物的降解在较高温度下进行需要较少的能，因此 随着温度升高，反应更易进行【3 8 】。这说明低温条件在一定程度上减少了恶臭气体 的产生量。 因此，本课题脱水机房恶臭以夏季污染最为严重。当脱水机房内恶臭气体不 能及时得到处理或稀释时，机房内恶臭浓度将增大，污染加重。脱水机房一般采 用自然通风和机械通风相结合的通风方式。当风速较小时，自然通风量减小，机 房内气体流动变得缓慢，从而恶臭气体难以快速得到稀释造成较大污染，影响工 作间操作环境。当风速较大时，机房通风条件一般较好，恶臭污染明显减弱。 由以上分析可知，脱水机房恶臭污染的影响因素主要包括： ( 1 ) 剩余污泥量，剩余污泥量增大潜在的增大了恶臭源强。 ( 2 ) 剩余污泥有机成分，剩余污泥有机成分含量高时，则在发酵时可为微 生物提供更多的原料物质用于新陈代谢并产生恶臭气体。 ( 3 ) 气温，气温的高低影响微生物的生命活动，从而影响恶臭气体的产生 量。 ( 4 ) 气流组织，气流组织也即对室内空气流动形态和分布进行合理组织， 以达到室内舒适和洁净的要求。采用良好的通风形式，可迅速排除或 稀释室内恶臭污染物，从而营造良好的工作环境。 通过研究脱水机房恶臭污染规律，这样，可对脱水机房恶臭有一个更系统、 更准确的理解，从而，能有针对性地、更好地对其恶臭进行控制。本课题将进一 步研究脱水机房内恶臭的扩散分布规律，并提出脱水机房的