污泥改良盐碱化土壤臭气逸散的研究（可编辑）

污泥改良盐碱化土壤臭气逸散的研究（可编辑） 污泥改良盐碱化土壤臭气逸散的研究 硕士学位论文 污泥改良盐碱化土壤臭气逸散研究 ODOR RELEASE DURING ALKALINE-SALINE SOIL IMPROVEMENT WITH SEWAGE SLUDGE 王维思 哈尔滨工业大学 2012 年7 月 国内图书分类号:X823 学校代码:10213 国际图书分类号:626 密级:公开 工程硕士学位论文 污泥改良盐碱化土壤臭气逸散研究 硕士研究生: 王维思 导 师: 赵庆良教授 副 导 师 马 立 申 请 学 位: 工程硕士 学 科: 环境工程 所 在 单 位: 市政环境工程学院 答 辩 日 期: 2012 年7 月2 日 授予学位单位: 哈尔滨工业大 学 Classified Index:X823 U.D.C. :626 Dissertation for the Master ’s Degree in Engineering ODOR RELEASE DURING ALKALINE-SALINE SOIL IMPROVEMENT WITH SEWAGE SLUDGE Candidate : Wang Weisi Supervisor: Prof. Zhao Qingliang Vice Tutor: Ma Li Academic Degree Applied for : Master of Engineering Speciality: Environmental Engineering Affiliation : School of Munici. & Envir. Eng. Date of Defence : July, 2012 Degree-Conferring-Institution: Harbin Institute of Technology 哈尔滨工业大学工程硕士学位论 文 摘 要 污泥的土地利用既有效地解决了城市污水处理厂污泥的出 路，也为环境带来 了很好的生态效益，在此过程中的环境问题不容忽视。本文以哈 尔滨市某污水处 理厂的脱水污泥和哈尔滨松北区对青山村的盐碱土壤作为试验对象，研究污泥和 盐碱土的最佳混配比例和污泥改良盐碱土过程中挥发出来的臭味气体的释放规 律，在试验测定的基础上，利用大气环评辅助系统的AERMOD 模型进行臭味气 体扩散模拟并探究气象因素对臭味气体扩散的影响。 污泥改良盐碱土最佳混配比的试验结果表明:污泥投加比例在10%~50%范 围内可明显降低土壤容重和pH值，污泥投加比例在10%~70%范围内可明显增加 土壤的有机质含量，使土壤的总氮、总磷、总钾含量分别增加了3.87倍、6.38倍、 43.09倍。污泥和盐碱土中的重金属含量均低于《城镇污水处理厂污泥处置土地 改良用泥质》(CJT 291-2008 );脱水污泥投加比例在10%~50%之间时，种子发 芽率随着污泥投加比例的增大而升高，确定脱水污泥与盐碱土的最佳混配比例为 1:1。 污泥改良盐碱土壤过程中释放的臭味气体有氨、硫化氢、甲硫醇、二甲基二 硫、二甲基三硫五种，研究恶臭的主要贡献者氨和硫化氢的扩散规律表明:泥/ 土混合物按最佳混配比在均匀混合后的第1h内，逸散气体浓度不断升高，其中氨 3 3 3 浓度由13.88mg/m 升高至26.70mg/m ;硫化氢 浓度由0.82mg/m 升高至 3 1.43mg/m 。而1h后，气体的扩散速率逐步减少，气体浓度逐步降低，其中氨浓 3 3 3 3 度由26.70mg/m 降至0.35mg/m ;硫化氢浓度由1.43mg/m 降至0.24mg/m 。臭气 释放速率与活性污泥投加比例和温度呈正相关关系;在污泥土地利用的过程中， 逸散气体在最初一段时间对人体的健康有危害，在混合后24h后，NH 和H S的质 3 2 量浓度可达到GB18918-2002 中NH 和H S的允许最高浓度， 臭气浓度为45 ，臭气 3 2 指数为17，恶臭气体的恶臭强度级为3级，臭味气体对人体嗅 觉感官产生影响; 3 3 一周后，氨和硫化氢浓度分别为0.18mg/m 和0.0076mg/m ，达 到《居住区大气中 有害物质的最高容许浓度》(TJ36-79 )，臭气指数为5，恶臭强 度级将为2级以下， 人体感官反映为勉强闻到有气味，不易辨认检知阈值。 AERMOD 模拟污泥改良盐碱土壤过程中挥发NH 和H S 的释放规律与试验 3 2 测得结果基本一致，夏季NH 和 H S 的浓度最高，夏季主导风向为西南风，下 3 2 风向的污染较为严重，冬季浓度最低，春秋两个季节相差不大，春季稍高。脱水 污泥改良盐碱土壤过程中释放的NH3 浓度没有达到GB18918-2002 中要求的最大 3 浓度0.4mg/m ，而H S 浓度较低，低于GB18918-2002 中关于H S 浓度的最大允 2 2 许浓度。经过堆肥6 个月后的污泥改良盐碱土壤过程中释放的 NH 和H S 均达 3 2 -I- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论 文 到了《居住区大气中有害物质的最高容许浓度》(TJ36-79 )。污泥改良盐碱土 壤过程中所释放的臭味气体的扩散速率与风速呈正相关关系，与 大气稳定度和混 合层高度呈反相关关系。 关键词:污泥;盐碱土壤;氨;硫化氢 -II- 哈尔滨工业大学工程硕 士学位论文 Abstract The sludge land use is effective to solve the problem of the municipal sewage sludge way out,also bring a lot ecological benefits for environment. But the environmental problems cannot be neglected during the process. This paper take the Harbin municipal sewage dewatered sludge and alkali soil of Duiqing village on the north side of Songhua river as test objects to investigate the best mixing rotio of municipal sewage sludge and alkali soil and the release law of odor in the process, on the basis of the test,we use AERMOD model in EIA Professional Assistant System Special for Air to imitate odor release law and analysis the effect on odor by meteorological factors. The test results of best mixing ratio of municipal sewage sludge and alkali soil showed that: additive ratio of sewage sludge was 10%~50% could reduce soil bulk density and pH value obviously, add itive ratio of sewage sludge wa s 10%~70% could increase of soil organic matter obviously and made the soil total nitrogen, total phosphorus and total potassium content increased 3.87 times, 6.38 times and 43.09 times respectively. The heavy metal content in sludge and alkali soil were probably less than “the urban sewage sludge disposal in muddy land improvement” CJT 291-2008 ;When additive ratio of sewage sludge was 10%~50% seed germination rate would rise with the sludge dosing proportion increase,then the best mixing ratio of 1:1 was determined. Five kinds of odor were released during the process of dewatered sludge improving alkali soil they were ammonia, hydrogen sulfide, methanthiol, two methyl disulfide, two methyl three sulfur, The researching of the main contributor ammonia and hydrogen sulphide diffusion rule showed that the concentration of the odor went upwards according to the best mixing ratio in the 1th hour.Specially, the concentration 3 of ammonia increased from 9.88 to 16.70mg/m , and that of sulfide was from 0.82 to 3 1.43mg/m . The concentration of those two typical odors showed a gradual decreasing after the initial 1h operation. The concentration of ammonia and hydrogen decreased to 0.35mg/m3 and 0.24 mg/m3 .Odor release rate was positively related with additive ratio and temperature; In the the process of sludge land use, the absence of odor was harmful to the health of human body in the initial period of time, but in 24h, ammonia and hydrogen sulphide can achieve level 3 standards of “the urban sewage treatment plant emissions standards” GB18918-2002 , odor concentration was 45, odorl index was 17, odor strength reach to level 3, odor had a effect on human body olfactory senses; A week later, ammonia and hydrogen sulphide concentration were 0.18mg/m3 and 0.0076mg/m3 which could achieve “the residential area of harmful substances in the atmosphere the imum allowed concentration” TJ36-79 , odor index was 5, -III- 哈尔滨工业大学工程硕 士学位论文 then odor strength would be 2 below level and the human body senses for barely smell smell reflect, it was not easy to identify it checks threshold. The results of simulation the process of sludge improving alkali soil by AERMOD was reach a basic agreement with the measurement results. the summer NH and H S presented the highest concentration in summer and the pollution of 3 2 downwind direction was relatively serious by the leading wind summer for southwest.Instead,it presented lowest concentration in winter, the spring and autumn were the same and spring was a little higher. The NH3 concentration in the process of dewatered sludge improving alkali soil was beyond level 3 standards of “the urban sewage treatment plant emissions standards” GB18918-2002 , however H S 2 concentration reach the level 3 standards to the “urban wastewater treatment p lant emissions standards ”GB18918-2002. After six months period of compost the NH3 and H S both reached “the residential area of harmful substances in the atmosphere 2 the imum allowed concentration” TJ36-79 . The diffusion of odor and wind speed rate positively related but negative ly related with atmospheric stability and atmospheric mixing height. Key word: municipal sewage sludge; alkaline-saline soil; ammonia ;hydrogen sulfide -IV- 哈尔滨工业大学 工程硕士学位论文 目 录 摘 要...............................................................................................................................I ABSTRACT.................................................................................................................III 第1 章 绪 论................................................................................................................ 1 1.1 课题背 景.......................................................................................................... 1 1.1.1 土地盐碱化现 状.................................................................................. 1 1.1.2 城市污水处理厂产生的剩余污泥改良土 壤现状.............................. 1 1.2 污泥处理处置过程中臭气逸散研究现 状.....................................................2 1.2.1 污泥浓缩与脱水过程的气体成分相关研 究进展..............................3 1.2.2 污泥干化(堆肥)过程气体析出的研究 进展..................................4 1.3 恶臭物质及其污染特 点.................................................................................5 1.3.1 臭味气体造成的环境污染现 状...........................................................5 1.3.2 臭味气体的危 害..................................................................................6 1.3.3 臭味气体的测定方 法..........................................................................7 1.4 课题来源和研究内 容.................................................................................... 11 1.4.1 课题来 源............................................................................................. 11 1.4.2 课题研究意 义..................................................................................... 11 1.4.3 主要研究内 容.................................................................................... 12 1.4.4 技术路 线............................................................................................ 12 第2 章 实验材料和方 法............................................................................................ 14 2.1 试验材 料....................................................................................................... 14 2.1.1 试验污 泥............................................................................................ 14 2.1.2 试验土 壤............................................................................................ 15 2.2 试验设 计....................................................................................................... 16 2.2.1 污泥和土壤的基本性质分 析............................................................. 16 2.2.2 污泥-土壤不同混配比对盐碱土理化性 质的影响研究.................. 16 2.2.3 泥/土混合物挥发臭味气体定性分 析.............................................. 16 2.2.4 探究泥/土混合物挥发氨和硫化氢的释 放规律.............................. 16 2.2.5 臭气浓度的测 定................................................................................ 17 2.2.6 EIAProA 大气模型模拟臭气扩散规 律............................................ 17 2.3 试验 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 与仪 器...........................................................................................23 2.3.1 试验方 法............................................................................................23 -V- 哈尔滨工业大学工 程硕士学位论文 2.3.2 试验所需仪 器....................................................................................23 2.3.3 实验试 剂............................................................................................25 第3 章 污泥改良盐碱土最佳混配比确 定................................................................26 3.1 引 言................................................................................................................26 3.2 污泥-盐碱土混配比的试验研 究..................................................................26 3.2.1 污泥与盐碱土混配比例对盐碱土壤基本性 质的影响.....................27 3.2.2 污泥的投加对土壤肥效和有机质的影 响........................................28 3.2.3 污泥改良盐碱土对土壤重金属含量的影 响....................................31 3.2.4 种子发芽试 验....................................................................................32 3.3 本章小 结.......................................................................................................33 第4 章 污泥改良盐碱土壤臭味影响分 析................................................................35 4.1 引 言......................................................... .......................................................35 4.2 逸散气体组成的定性分 析...........................................................................35 4.3 氨与硫化氢释放规律的研 究.......................................................................36 4.3.1 室温情况下挥发气体中氨气的浓度变化 规律................................36 4.3.2 室温情况下挥发气体中硫化氢气体的浓 度变化规律....................37 4.3.3 低温情况下挥发气体中氨气与硫化氢气 体的浓度变化规律........39 4.4 逸出气体臭气指数的测 定...........................................................................40 4.5 氨气和硫化氢逸散对接触人体健康的影 响...............................................42 4.5.1 氨对接触人体健康的影 响................................................................42 4.5.2 硫化氢对接触人体健康的影 响........................................................42 4.6 本章小 结.......................................................................................................43 第5 章 AERMOD 模拟污泥改良盐碱土壤臭气扩 散.............................................44 5.1 大气污染扩散模型简 介................................................................................44 5.2 AERMOD 模拟恶臭气体扩 散.....................................................................44 5.2.1 污染源排放清 单.................................................................................44 5.2.2 气象数 据.............................................................................................46 5.2.3 AERMOD 模型模拟结果分 析..........................................................48 5.2.4 评价范围的污染趋 势........................................................................60 5.3 气象条件臭味气体扩散的影 响...................................................................62 5.4 本章小 结........................................................................................................64 结 论............................................................................................................................66 参考文 献......................................................................................................................68 -VI- 哈尔滨工业大学工程硕 士学位论文 攻读硕士学位期间发表的学术论文及其它成 果......................................................74 哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说 明..........................................75 致 谢............................................................................................................................76 -VII- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论 文 第1 章 绪 论 1.1 课题背景 经济的又好又快发展带动了城市的飞速发展，加快了城市化 的脚步，与此同 时，城市污水处理厂的处理量增大，导致处理后的污泥的产生量剧增，人们已经 [1] 开始重视污泥的无害化利用 。污泥的处理处置方法有很多，最常用的是污泥填埋， 大海投弃，焚化和土地利用。大海投弃已被禁止;污泥填埋影响垃圾填埋场的正 [2] 常运行，逐渐被禁止;污泥焚烧由于会产生二次污染也呈逐步减少的趋势 。安全 [3] 合理的污泥土地利用已成为污泥资源化处置的主要手段 。 1.1.1 土地盐碱化现状 土壤盐碱化是土壤中积聚过多可溶性盐类(硫酸钠、氯化钠、碳酸钠、碳酸 [4] 氢钠及钙、镁等)物质，是当今世界上最难解决的土地退化问题之一 。目前全球 盐碱地面积已达9.5亿hm2[5] ，约占陆地总面积的25%，遍及各个大陆及亚大陆地区。 7 2[6] 我国土壤盐碱化现象十分严重，目前盐碱地资源约为9.913×10 hm 。大面积盐碱 [7] 土和次生盐碱化土壤存在，对我国农、林业生产和生态环境造成了严重的危害 。 盐碱地作为一种土地资源具有巨大的开发潜力，因此如何对盐碱地生态系统进行 [8] 综合整治，使其得以恢复与重建，是实现土地资源可持续利用和经济发展的关键 。 1.1.2 城市污水处理厂产生的剩余污泥改良土壤现状 城市污水处理厂产生的剩余污泥在土壤改良的应用中主要是脱水间产出的新 鲜脱水污泥直接应用或者是经过几个月的堆肥之后在进行土壤改良，由于污泥中 含有很多有利于植物生长的元素和能够改善土壤肥效的有机质，可以施用到农田 和荒地中作为肥料或者是和土壤混合后作为树苗草皮育种景观植物的栽培土;在 矿藏和石材的产地地区，采矿后会留下大片面积的矿坑和采石坑，影响美观更影 响周围的生态环境，因此在矿山开采后的尾矿堆或者是采石坑可以用污泥填补达 到周围生态环境修复和土壤修复的目的，以上应用既解决了土壤改良修复问题又 [9] 达到了大量城市污水污泥废物再利用的目的 。 城市污水处理厂的进水水质复杂，经过一系列的处理工艺后，出水水质达标 了，但是物质的量是守恒的，原水中的各种元素都转移到了剩余污泥中，致使剩 余污泥中富含各种元素，能够表征肥效的促进植物生长的有机质、N和P 的含量也 很高，同时还有很多微量元素，都是植物生长的必需要素，这也 说明 关于失联党员情况说明岗位说明总经理岗位说明书会计岗位说明书行政主管岗位说明书 了城市污水 -1- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 [10] 厂产生的剩余污泥进行土壤改良的可行性 。污泥是污水处理过程中产生的废物， 把它作为土壤改良剂有来源广泛价格低廉的优势，同时，改良过程中没有过多的 [11] 其它能量消耗，经济性好 。由于化肥的施用和环境污染等各方面原因，全球的 土壤盐碱化的趋势都在加重，在用污泥改良盐碱土壤是一举两得的，可以使城市 污水处理厂产生的剩余污泥废物再利用，降低了处理废物的成本，同时还能够变 废为宝，增加盐碱土壤的费力，改变土壤的板结的状况，改善了生态，解决了环 [12] 境问题 。 “有机质缺乏，含氮量低，含盐量高”是盐碱化土壤的显著特点。污水厂污 泥是一种由有机残片、细菌菌体、无机颗粒和胶体等组成的固体 物质，并含有N 、 P 、K 和各种微量元素等，对盐碱化土壤改良具有极大的利用价值。因此采用污水 厂污泥改良盐碱化土壤，不仅可实现污泥安全处置与资源化，也可实现盐碱地恢 复和再利用，是实现 “以污养退”、 “污退互治”的最佳途径，必将成为城镇污 [13] 水污泥的最终出路 。 污泥改良盐碱土过程中逸散出的臭味气体对环境空气质量和附近居民区的健 [14] 康造成影响，由此探究臭味气体的释放规律是很必要的 。该文 主要针对污泥在 改良盐碱化土壤过程中臭味逸散而引发的二次污染问题展开研究， 分析 定性数据统计分析pdf销售业绩分析模板建筑结构震害分析销售进度分析表京东商城竞争战略分析 气体组成， 此过程产生臭味主要是成分是氨和硫化氢，研究臭味气体在空气中的消减变化规 律，从臭味气体污染角度，为科学合理地进行污泥改良盐碱化土壤提供依据。 1.2 污泥处理处置过程中臭气逸散研究现状 经过多年的调研、收集资料、实验室测定和实际模拟大量研究的成果表明城 市污水污泥中富含大量的营养成分及改善土壤土质的成分，可是通过污泥的加入 使这些营养成分和大量的微生物对土壤进行改良提高土壤的各项有利于植物生长 [15] 的指标 。城市污水处理厂产生的剩余污泥中成分复杂，含有有利于植物生长的 [16] 氮、磷、钾，其作用比农家肥的效果还要明显 。与此同时，原水中的大量有机 质也转移到污泥中，有机质成分可以改善土壤坚硬板结的特征，富含有机质的土 [17] 壤多土质疏松，营养含量高 ;通过城市污水污泥与盐碱土壤的混合既可以达到 污泥稳定化的目的，降低污泥处理成本，废物利用，同时还可以提高土壤的肥力， 更好的供应植物的生长，改善土壤的物理性质、化学性质和生物 性质，提高土壤 [18] 肥力 。 在美国、卢森堡、丹麦、法国、爱尔兰、芬兰和葡萄牙等欧美国家，污泥土 地利用率非常高，鉴于污泥中存在可在利用价值的同时还具有二次污染的潜在风 [19] 险，在具体的利用过程中各国都特定的法律政策和污染限定 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 。在这方面欧 美国家相应的规范措施比较齐全。使污泥进行废物回收利用的各个过程中有章可 -2- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 [20] 循 。在Minnesota大学有长期连续的研究，通过对农田施用污泥作为改良土壤的 肥料，经过严格的控制表明，污泥可以在既满足改良土壤的肥效肥力的情况下又 [21] 不对周围环境造成其它的污染，从而可见污泥可被有效利用的可能性是很大的 。 在欧洲地中海沿岸的半干旱地区和国家早在20世纪50年代便开展了污泥改良盐碱 土的研究，并取得了较好的效果[22,23] 。近年来，研究者开始 对不同预处理的污泥 [24] [25] 进行了比较研究 。F. Bastida 等分别采用消化污泥和堆肥污泥改良半干旱环境 下的盐碱化土壤微生物群落，研究表明添加不同的污泥都可以改善土壤微生物的 生物量和活性。Jose Antonio Pascual[26]认为新鲜的城市固体废物和消化污泥比它们 的堆肥对土壤改善的效果更加明显，研究表明在培养结束后，新鲜固体废物和污 泥改良的土壤中含有较高的腐殖质、富里酸和胡敏酸，且土壤中碳组分也表现出 比堆肥更高的矿化率。S. Madyiwa[27] 的研究表明:经过29 年污泥混合的土壤环境 中重金属浓度非常高，但未对地表星星草等植物产生毒害作用，但是控制重金属 [28] 的含量有利于保护受污染的土壤环境和土壤微生物。在我国，周学武 利用粉煤 灰与污泥配施改良山东郑路、华丰盐碱地，大田实验表明:经过2年6个月的生长 郑路林场盐碱地改良后的土地里种植的黑杨，成活率高达98%，且叶大葱绿茂盛; 改良后土壤养分全面大幅增高、质地改善、物性良好、脱盐降碱，全部有害元素 远低于国家农林环境标准。 尽管充分利用城市污泥中的有效生物能源可有效盐碱化土壤的物理化学性 质，但是污泥中使用过程中的臭味，病原微生物，以及重金属和有机污染物的累 积等使得污泥土地利用中存在一定的风险，在一定程度上限制了污泥在土地利用 [29] 方面的发展 。为了有效地控制污泥土地利用的潜在危害，我国分别颁布了《农 用污泥污染物控制标准》(G84284-84 )，《城镇污水处理厂污染物排放标准》 (GB18918-2002 )以及《城镇污水处理厂污泥处置- 土地改良用泥质》 (CJ/T291-2008 )来控制土地利用的污泥中重金属、持久性有机物及病原微生物的 含量，并在《城镇污水处理厂污泥处置-土地改良用泥质》 (CJ/T291-2008 )标准 中首次对改良用泥质的臭度提出了明确要求，即小于二级(以六级臭度划分)， 说明污泥在用于土地改良中臭味的影响不可忽视，但该标准并未详细给出构成臭 度的气体组成和相应的控制标准。 1.2.1 污泥浓缩与脱水过程的气体成分相关研究进展 污水中臭味气体的主要成分为碳氢化合物、苯系物以及NH 和H S。在城市污 3 2 水处理厂处理市政污水的过程中，污水顺序流经厂区的各个构筑物处理单元，在 后期污泥浓缩池中完成污泥的浓缩，体积的减小，在一定范围内 浓缩时间越长， -3- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 效果越好，但是，时间长，也会导致池内养含量不断减少，污泥厌氧产生恶臭气 体，浓度较大的有硫化氢和氨，并且在浓缩池和污泥浓缩后进行的污泥脱水的过 程中，都会伴有机械的运动，这种湍流运动，更会导致产生的恶臭气体在整个处 [30] 理单元内的释放，所以，污泥浓缩池和污泥脱水间是恶臭比较严重的处理单元 。 在主要的致臭的会对周围环境和人体感官造成强烈影响的气体污染物氨、硫 化氢、苯系物及部分碳氢化合物会在污泥厌氧腐化过程中释放出来，同时还会导 致污水处理厂附近大量蚊蝇滋生，污泥成分复杂，其中不乏有毒有害的病原菌及 各种细菌，滋生的生物会携带这些病菌，并且会引发一系列的传染疾病，这些问 [31] 题都是污泥改良盐碱土壤实际应用的限制性问题 。由此可知，若用污泥改良土 壤必须进行一定的预处理措施，进行污泥的稳定化和无害化的处理是很必要的， 经过基本处理后的污泥才能够放心的进行农用，绿化，草坪培植等的使用，但是 简单的处理并不能完全的去除污泥散发的恶臭，还需要进行已经的防护措施，在 [32] 可能的前提下尽量远离附近居民区，污泥堆肥厂尽量设在下风向，河流的下游 。 由于人体对臭味的感知阈非常的低，所以为了避免引发恶臭的二次污染，探究臭 [33] 味气体的逸散方式和浓度消减速率是很必要的 。 国外很早就开始注意到了臭气对大气和污和周围生态环境污染的问题，在德 国，经过对百余家城市污水处理厂的各个构筑物处理单元进行臭味气体逸散情况 的调查发现，恶臭污染最为严重的是污水处理厂中的进水段和污泥的浓缩脱水消 [34] [35] 化段 。我过也做过类似的调查 ，在进水出的格栅臭气逸散量较大，臭气污染 严重，与在德国的调查相似，在污泥处理区域，臭气的浓度也非常高，且产生的 臭气持续时间很长，以上两个典型的调查研究都表明:解决城市污水处理厂的恶 臭逸散的问题要将重点放到进水区和出水区，具体到各个单元就是格栅和污泥处 理的相关构筑物单元。 1.2.2 污泥干化(堆肥)过程气体析出的研究进展 [36] 金轶风 等人的研究表明，热干化是污泥干化的常用方法。在污泥的干化过 程中会产生成分复杂的尾气，原因是污泥的成分就极其复杂，干化过程将污泥中 的有毒有害物质转化到了尾气中，城市污水处理厂产生污泥干化的尾气成分如表 1- 1。 -4- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 表 1- 1 尾气成分 类别 成 分 卤代烃等以及脂肪族的化合物、脂肪酸、胺、酮、醛、 有机化合物 醚、芳香族和杂环化合物的氮或硫化物 无机化合物 氨(NH )、膦(PH )、硫化氢(H S ) 3 3 2 其中无机化合物所占比例不多，在水中的溶解度较高，容易去除。对有机化合物 成分来说，这些物质都带有活性基团，这是臭味的源头。活性基团容易发生化学 反应，特别是被氧化。当活性基团被氧化后，气味就随着有机分 子的破坏而消失。 干化的尾气成分中，有机物居多，这些有机物有一些共性的特征就是带有致 臭的官能团，多为含硫和含氮化合物，可以通过改变这些物质的致臭官能团来达 到控制臭味的目的。 1.3 恶臭物质及其污染特点 1.3.1 臭味气体造成的环境污染现状 近年来臭味气体污染大气环境造成人们生活质量下降，严重的导致各种疾病 [37] 的事例屡见不鲜，人的嗅觉对臭味极其敏感 。在美国、日本、德国等多个国家 臭味气体引起的大气环境污染事件还在不断的增加，各种恶臭引发的空气污染投 诉已经占大气污染总投诉事件的78%，各个国家也制定了相应的控制标准和治理方 法，《恶臭防治法》是日本首先针对臭味气体污染颁布的法律，可见恶臭污染的 [38] 影响已经远远超过了其它大气污染被单独列出，还被列到七大环境公害中 。我 国是发展中国过家，在生产力不断发展的同时，工业废水，废气，废渣的不断增 加过程中，废气的污染逐渐引起了人们的重视，人们对生活环境的空气质量要求 也在不断的提高，这一切都要求我们在城市污水污泥的废物利用 过程中可能会引 发的恶臭污染问题予以关注，所以研究在污泥改良盐碱土过程中释放的臭味气体 [39] 的浓度及扩散方式势在必行 。 恶臭气体组分分类如表1-2所示，恶臭气体主要分为无机和有机两大类，无机 成分主要有氨和硫化氢，有机成分种类繁多，但有规律，致臭气体有特定的官能 团，其中氧化物、氮化物和硫化物居多。 臭味气体污染呈现出以下几个特点: (1)产生恶臭的污染源有很多，工业源，生活污染源和体泌污染物源等且都 是局部的无组织排放。不完全氧化的醇、醛和脂类会产生大量难闻气味，人通过 嗅觉感知，且人的感知阈很低，造成极大的心理厌恶感。 -5- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 (2 )臭味气体的致臭机理是臭味气体成分和人体的主管嗅觉的神经突出细胞 中的物质发生反应，使其产生电信号，并向大脑传播，传递的信号经过脑部的分 析，得到了鉴别，这种臭味气体的具体成分有沸点较低有致臭官能团的特点，相 对分子质量也多在350 以下。 (3 )臭味是人体嗅觉的感受感知，没有统一的衡量标准， 测定较难，准确性 不高，误差也偏大，现有的臭味嗅辨仪需要经过专业训练的嗅辨师来完成测定， 人的臭味嗅辨阈很低，很容易察觉到挥发性强亲水性能明显的臭味气体，人对臭 味的感受情况可以通过下式来表达: y klgx (1- 1) 式中:y――恶臭强度; k――恶臭系数; -6 x――恶臭物质浓度，1×10 。 通过上式可以推断，即使在臭味气体去除量已经很高，但恶 臭强度下降量较 小，所以比起仪器，人的感知的嗅辨阈值已经很大程度上超过了 仪器的检出限检 -6 -9 测浓度10 ,10 。 常见具有臭味的气体的嗅阈值见表1-2 。 表 1-2 几种常见臭味物质的嗅阈值 化合物 嗅阈值 ppm 化合 物 嗅阈值 ppm 硫化氢 0.00041 酚 0.047 甲硫醇 0.0001 正丁酸 0.00019 甲硫醚 0.003 醋酸 0.0042 三甲胺 0.000027 醋酸丁脂 0.027 丁烯硫醇 0.000029 甲醛 0.41 1.3.2 臭味气体的危害 社会在发展，在物质生活水平快速提高，人们对健康越来越 重视，周围大气 环境的质量尤其重要，臭味气体不仅影响到人们的身体健康，引 起头晕恶心不思 饮食等的症状夜会诱发哮喘，高浓度恶臭可引起人体重要的生理 机理发生障碍和 病变，使人产生慢性病并缩短寿命，甚至使受污染的人群发生急 性病并引死亡， 如吸人高浓度的硫化氢气体，可造成人体短时间神志不清、呼吸停止而死亡。更 会对人们的心理造成极大影响，轻者会引起情绪失调，睡眠质量下降，重度会引 -6- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 起精神疾病。具体危害见表1-3 。 表1-3 恶臭的危害 作用位置 具体反应及影响 呼吸作用 臭味气体分子与鼻子中的嗅觉细胞反应，人们会产生应 激反应，屏住呼吸，影响正常的吸气呼气功能 人体消化 长期生活在充满臭味气体的环境导致食欲不振、呕吐反 胃，长期会使身体机能严重下降 内分泌 内分泌紊乱，代谢不正常，严重影响健康 循环系统 造成血压和脉搏不正常致使体内不同程度的缺氧 神经系统 大脑持续兴奋而疲劳过度，神经调节功能障碍，长期会 导致嗅觉功能丧失 其它 结膜炎、角膜炎、精神亢奋、持续流泪，鼻粘膜刺激严 重，记忆力减退，情绪波动严重 1.3.3 臭味气体的测定方法 可以通过仪器分析法，进行臭味气体的浓度的测定，经预处理后，采用GC-MS 对臭味气体进行定性和定量，定型后也可以用分光光度法进行进一步的定量测定， 臭味气体还可以通过嗅辨法来测量，这种方法对测定者的要求较高，需要经过严 [40] 格的训练，才能保证结果的准确 。臭味气体测定方法分类见图1- 1。具体的测定 方法如表1-4 。 -7- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 表1-4 臭味气体的测定方法 测定方法 原理 仪器分析 从根本上说这是一种化学方法，采用的仪器一般是气相 色谱与质谱连用，经过化学或物理的方法进行预处理后 测定的结果可直接显示浓度值，准确度高，成本较高 复合浓度分析 不同TRS/THC 配比测定 臭气强度法 目前各个国家臭气强度分级不统一，由嗅辨师自身的具 体情况进行选择，为提高测定结果的准确性，可以多次 测定，进行数理统计，在众多的分级方法中，6 级臭味 分级法应用较多，分别为无臭、临界值(稍有感觉)、 认知值(简单辨认臭味种类)、容易感到气味存在、明 显感知、强烈感觉 舒适度法 日本有相关的规定，分为9 级，需多次测定提高准确率， 9 级为:极不适;很不适;不适;较不适;无感觉;较 舒适;舒适;很舒适;非常舒适。 臭气指数 将臭味气体用没有臭味的干净空气进行稀释到人体感 觉没有臭味为止，此过程中的稀释倍数为臭气浓度也称 为臭气指数，计算公式为:臭气指数 10×log 臭气浓度 频度法 此法应用于在线的长期 检测 工程第三方检测合同工程防雷检测合同植筋拉拔检测方案传感器技术课后答案检测机构通用要求培训 较多，效果较好，显示的是 一个臭味气体影响出现的频度的值，也有相应的分级 为:从来都没有闻到过;偶然会闻到;时常会闻到;经 常闻到;一直能闻到 -8- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论文 单一成分浓度显示法 仪器测定法 复合成分浓度显示法 气味的数值化 臭气浓度显示法 适与不适显示法 嗅觉测定法 臭气浓度显示法 臭气频率显示法 图1- 1 臭味气体的测定方法分类 此外，臭味气体的臭味指数数值显示和强度也是人体嗅觉检测法的两种方式， 通过稀释倍数表征臭气浓度也就是臭气指数作为定量臭味气体强度级的方法，采 用臭气指数也就是臭气浓度取对数的后乘以十的数值作为衡量恶臭强度级的方 [41] 法，人体感官的嗅辨阈测定法和采用仪器结合化学试剂的测定方法各有利弊 。 臭味气体逸散的评价可以从以下几个方面进行考虑: (1)臭味气体的感官测定强度级 现今各个国家都开始重视臭气的污染问题，欧美和日本等发达国家很早就颁 布了相关的法律法规，我国在这方面起步相对较晚，同时每个国家都针对自己国 内的实际情况制定了合适的相关标准分级方法，美国将臭味嗅测定评价等级分为8 级，亚洲的国家多采用 6 级分级法，根据区域的不同，采用不同的标准，例如居 民区则多定在臭味强度级在2.5 到3.5 以下为合格，基本能够满足人们允许的最大 强度值。 (2 )恶臭强度与恶臭物质浓度的关系 根据韦伯- 费希纳 Weber-Fechner 公式修正的臭气强度和臭气物质浓度的对数 成正比关系，即: y k l o gx ?? (1-2 ) -9- 哈尔滨工业大学工程硕士学位论 文 式中:y――恶臭强度; k――恶臭系数; α――恶臭系数; x――恶臭物质浓度，mg/L 。 对不同的物质，其值不同。应当指出，这种关系只能应用于单一组分。 对常见并且危害严重的臭气污染物NH 、H S、硫醇类、硫醚类、胺类物质等 3 2 的浓度与臭气的强度级进行了关联对应，具体结果见表1-5 。 表1-5官能法测定的恶臭强度与仪器物理化学分析法测定质量浓度的对应 臭气 污染物质量浓度(mg/m3 ) 强度 硫化氢 氨 甲硫醇 甲硫醚 二甲硫醚 三甲胺 乙醇 苯乙烯 级 1 0.0008 0.0758 0.0002 0.0003 0.0013 0.0003 0.0039 0.1393 2 0.0091 0455 0.0015 0.0055 0.0126 0.0026 0.0196 0.9286 2.5 0.0304 0.758 0.0043 0.0277 0.0420 0.0132 0.0982 1.8572 3 0.0911 1.516 0.0086 0.1107 0.1259 0.0527 0.1964 3.7144 3.5 0.3036 3.79 0.0214 0.5536 0.4196 0.1844 0.982 9.286 4 1.0626 7.58 0.0643 2.2144 1.2588 0.5268 1.964 18.572 5 12.144 30.32 0.4286 5.536 12.588 7.902 19.64 92.86 (3 )官能测定法与仪器结合物理化学分析法之间的转换关系 同欧美及日本等发达国家类似，我国对于臭味气体也做出了排放的规定，恶 臭污染物制定了相关排放标准《恶臭污染物排放标准》(GB14554-93)制定了《恶 臭污染物排放标准》采用的是臭气稀释倍数表征的臭气浓度作为评价指标，对污 染物排放口处和厂界的恶臭物质浓度做了限制性规定，通过臭气浓度的定义可以 推算出计算关系式: