楊 慶, 蔣顯聰, 劉秀紅, 徐宗澤, 曹效鑫, 董余凡, 胡展宏, 石 磊, 李雪梅

(1.北京工業(yè)大學城鎮(zhèn)污水深度處理與資源化利用技術國家工程實驗室, 北京 100124;2.北京工業(yè)大學城市建筑學部, 北京 100124; 3.貴州筑信水務環(huán)境產(chǎn)業(yè)有限公司, 貴陽 550001;4.中國人民大學實驗室管理與教學條件保障處, 北京 100872)

隨著我國工業(yè)經(jīng)濟發(fā)展及城市化進程不斷加快,各類環(huán)境問題日益突出,惡臭污染已成為環(huán)境污染的熱點問題。惡臭污染物主要來自工業(yè)廢液及餐飲業(yè)、畜禽養(yǎng)殖和石油化工等行業(yè),其中城市污水處理廠是重要來源之一。據(jù)統(tǒng)計,截止到2021年底,我國城市污水處理廠共2 827座,日處理量高達2.07億m3/d,在改善水體污染的同時,污水處理廠排放的惡臭氣體也成為急需解決的問題。居民區(qū)和公共活動場所與污水處理廠之間的距離逐漸縮短,污水處理廠產(chǎn)生的惡臭氣體對周圍居民造成了較大負面影響[1],惡臭投訴事件數(shù)量在全部環(huán)境問題投訴中位列第二[2]。

城市污水處理廠的惡臭氣體物質(zhì)從污水原水中直接釋放或由微生物分解水中有機物而來[3],主要包括烴類、含硫化合物、含氮化合物和含氧有機物四大類[4],其中揮發(fā)性含氧有機物(oxygenated volatile organic compounds,OVOCs)中的醛酮類化合物具有強烈的刺激性和惡臭氣味特征[5]。這些醛酮化合物來源于原水攜帶或者污水中生物體、蛋白質(zhì)、脂肪和碳水化合物等分解過程所生成的中間體[6]。城市污水處理廠作為惡臭氣體的一種排放源,釋放的惡臭氣體不僅給接觸者造成感官上的不適以及健康方面的風險,甚至會影響現(xiàn)有設施的正常運行。大多數(shù)醛酮類化合物對人體的皮膚、黏膜以及呼吸道等都有刺激性和毒性,能夠引發(fā)哮喘等呼吸道感染疾病[7-8]。例如,人體長期吸入含有甲醛的空氣可導致慢性呼吸道疾病、婦科疾病患病率增加。此外,甲醛對人體的神經(jīng)系統(tǒng)、免疫系統(tǒng)、肝臟等都有損害。實驗室研究表明,高濃度的甲醛環(huán)境對老鼠有致癌作用;即使在低濃度的丙烯醛和丙醛的環(huán)境中,也可刺激眼睛、皮膚和上呼吸道黏膜等[9]。世界衛(wèi)生組織(WHO)和其他很多國家對一些常見的醛酮類化合物設定了暴露警戒線。例如2000 年,WHO對室內(nèi)甲醛的暴露警戒線設定為100 μg/m3,對室內(nèi)乙醛的暴露警戒線設定為 2 000 μg/m3[10]。

當前國內(nèi)外對城市污水處理廠運行過程中惡臭氣體的排放研究,主要是針對含硫化合物及含氮化合物,對于醛酮類化合物的研究較少,停留在檢測醛酮類化合物的組成和含量上[11]。我國對污水廠醛酮類化合物的排放特征研究仍較為薄弱,尚未建立該類污染物的排放限定,對污水處理廠醛酮類惡臭氣體的管理和控制不夠完善,仍處于探索階段。而日本《惡臭防止法》已對乙醛、丙醛、丁醛、戊醛、異戊醛規(guī)定了排放限值[12]。

為此,本研究選取典型的城市污水處理廠進行現(xiàn)場采樣,通過測量醛酮類化合物的環(huán)境空氣濃度和排放通量,解析空間尺度上OVOCs釋放特征,探討了多種污水水質(zhì)特征與揮發(fā)性醛酮化合物釋放強度的關系,并對各處理單元揮發(fā)性醛酮化合物進行風險評價及排放量估算,以期為城市污水處理廠醛酮化合物研究提供理論數(shù)據(jù),為污水處理廠醛酮類惡臭氣體的控制及管理提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 污水廠概況和采樣點

選擇北京市某A/O污水處理廠作為研究對象,該污水處理廠設計污水日處理量4萬t,實際日處理量約1萬t。如圖1所示,生化處理工藝為A/O工藝,污水經(jīng)過粗格柵截留,進入曝氣沉砂池和初沉池處理,而后流經(jīng)生物池(包括缺氧池和好氧池)和二沉池。由于該污水處理廠沒有單獨的污泥處理單元,因此儲泥池中的污泥直接排往第三方污泥處置中心進行處理。該水廠曝氣沉砂池為加蓋結(jié)構,無法采集釋放通量數(shù)據(jù),因此醛酮類化合物的環(huán)境空氣采樣點設置為粗格柵、曝氣沉砂池、初沉池、缺氧池、好氧池、二沉池;釋放通量采樣點設置為初沉池、缺氧池、好氧池、二沉池,由于好氧段生物池較長,設置了前端、中端和末端3個采樣點(好氧池1段、好氧池2段、好氧池3段);水樣采樣點設置為進水、初沉池、缺氧池、好氧池1段、好氧池2段、好氧池3段、二沉池。

圖1 A/O污水處理廠工藝流程Fig.1 A/O WWTP process flow diagram

本研究于2023年3月—2023年6月在該污水廠每月采樣2次,采樣時間為上午9:00—12:00,共采集到152個有效樣品。使用恒流采樣器采集環(huán)境空氣采集時,采樣器離地面1.5 m。

1.2 采樣方法和預處理

采集環(huán)境空氣時,將裝有10 mL DNPH飽和吸收液的氣泡吸收瓶放入恒流采樣器中,以0.8 L/min的流量連續(xù)采樣25 min,為防止臭氧與醛酮化合物的衍生物發(fā)生反應,在氣泡吸收瓶前端連接臭氧去除柱,采樣結(jié)束后,倒入棕色離心管避光保存。采集水樣時,用深水采樣器在7個采樣點采集水樣,用濾紙過濾50 mL。

1.2.1 非曝氣單元醛酮氣體采集

采用有機玻璃材質(zhì)的靜態(tài)箱對初沉池、缺氧池和二沉池非曝氣單元進行醛酮氣體采集。使用的靜態(tài)箱為半球形,有機玻璃材質(zhì),箱體高度為0.3 m,收集面積為0.02 m2。箱體外部固定有泡沫,使其漂浮在水體表面上。使用2根聚四氟乙烯管連接到箱體,一根與流量計、壓縮氮氣氣瓶連接,另一根與玻璃導管連接。采集樣品時,將箱體扣放于水面上,打開氮氣氣瓶,調(diào)整氮氣輸入流量為200 mL/min,進而使箱體內(nèi)達到動態(tài)平衡條件,避免壓強變化影響醛酮氣體的自然釋放并吹掃10 min。待箱體內(nèi)殘留的空氣被置換完全且輸入輸出流量均穩(wěn)定后,將玻璃導管插入DNPH吸收液,吸收10 min后,避光保存。

1.2.2 曝氣單元醛酮氣體采集

采用靜態(tài)箱法對好氧池曝氣單元進行醛酮氣體采集。使用的靜態(tài)箱的規(guī)格及材質(zhì)同動態(tài)箱。使用一根聚四氟乙烯管連接到箱體,作為出氣口。采集樣品時,將箱體扣放于水面上,觀察流量計示數(shù)。待箱體內(nèi)殘留的空氣被置換完全后,將玻璃導管插入DNPH吸收液,吸收10 min后,避光保存。

1.2.3 樣品預處理

1) 氣樣預處理。將吸收瓶中的樣品轉(zhuǎn)移至 250 mL 分液漏斗中,用少量二氯甲烷清洗吸收瓶 2次,再分別用水和二氯甲烷清洗,清洗液一并轉(zhuǎn)移至分液漏斗,加入10 mL二氯甲烷或二氯甲烷-正己烷混合溶液,振搖3 min,靜置分層,收集有機相于150 mL三角瓶中。再用10 mL二氯甲烷或二氯甲烷-正己烷混合溶液重復萃取水相2次,合并有機相,加入無水硫酸鈉至硫酸鈉顆?？勺杂闪鲃?。放置30 min,脫水干燥。將樣品提取液轉(zhuǎn)移至濃縮裝置中,于45 ℃以下濃縮至近干,更換溶劑為乙腈,并用乙腈定容至1 mL,充分混合后,提取0.5 mL溶液至樣品瓶中待測。如果測定濃度過高,可以適當加以稀釋。

2) 水樣預處理。取水樣45 mL 于200 mL燒杯中,加入檸檬酸緩沖液5 mL,用鹽酸或氫氧化鈉溶液調(diào)pH至3.0±0.1,加入3 mg/L DNPH 溶液 2 mL,用鋁箔封好燒杯,置于40 ℃水浴搖床反應 1 h,立即取出冷至室溫,加入飽和NaCl溶液10 mL。接好真空固相萃取系統(tǒng)用乙腈10 mL清洗C18小柱,再用水50 mL清洗小柱。將燒杯中的反應液加到C18小柱上接通真空系統(tǒng),使溶液以 3～5 mL/min 的流量通過小柱。當溶液完全流過小柱后再保持真空1 min,用水10 mL淋洗小柱。用乙腈 9 mL 以3～5 mL/min流量將小柱上吸附物淋洗至 10 mL容量瓶中,并用乙腈稀釋至刻度混勻,密閉待測。

1.3 分析方法

使用快速化學需氧量分析儀(蓮花技術)測定化學需氧量,污水樣品的溶解氧(DO)、pH、氧化還原電位(ORP)和水溫用手持式3420多參數(shù)計(德國WTW公司)測定。預處理階段使用的儀器有固相萃取儀(LC-SPE-12FQ,北京力辰科技有限公司)、干式氮吹儀(LC-DCY-24G,上海力辰邦西儀器科技有限公司)、智能恒流大氣采樣器(KB-2400型,青島金仕達電子科技有限公司);二氯甲烷、正己烷、乙腈為色譜級;鹽酸為優(yōu)級純;檸檬酸、檸檬酸鈉、無水硫酸鈉為分析純;2,4-二硝基苯肼(百靈威公司,98%)用乙腈制成質(zhì)量濃度為3.00 mg/L的衍生液,17種醛酮類-DNPH標準使用液(美國,Chem Service公司)包括甲醛、乙醛、丙醛、丙酮、丙烯醛、巴豆醛、丁醛、2-丁酮、戊醛、異戊醛、己醛、環(huán)己酮、庚醛、辛醛、苯甲醛、壬醛、癸醛。

使用高效液相色譜儀(Agilent 1260Infinity Ⅱ,安捷倫公司)對氣體樣品和污水樣品進行定量分析,采用ZORBAX Eclipse XDB-C18色譜柱(4.6 mm×250 mm×5 μm)分析樣品,流動相為色譜級乙腈、超純水,液相色譜儀運行條件為柱溫箱溫度35 ℃,進樣體積10 μL,紫外檢測器波長360 nm。流動相A為乙腈,流動相B為超純水,梯度洗滌,65%的乙腈保持6 min,6—24 min乙腈比例降到60%,最后6 min回升至65%。

1.4 數(shù)據(jù)處理

17種醛酮-DNPH的峰面積是根據(jù)它們的標準曲線方程計算的。每批樣品至少分析1個實驗室空白和1個運輸空白,空白中醛酮類化合物含量限值:甲醛為0.033 μg;乙醛為0.020 μg;丙酮為0.060 μg;其他物質(zhì)均為0.020 μg。取一定量醛酮類-DNPH 衍生物標準使用液于乙腈中,用乙腈稀釋,配制質(zhì)量濃度(以醛酮類化合物計)分別為0.010、0.020、0.080、0.100、0.200和0.400 μg/mL的標準系列溶液。按質(zhì)量濃度從低到高注入高效液相色譜儀,按儀器參考條件進行測定,得到不同質(zhì)量濃度目標化合物的色譜圖,記錄保留時間和峰面積。以醛酮類化合物濃度為橫坐標,對應化合物的峰面積為縱坐標建立標準曲線,標準曲線的相關系數(shù)大于或等于0.995,否則,重新建立標準曲線。目標化合物的測定值和標準值的相對誤差應在±20%以內(nèi)。加標回收率在80%～120%,滿足實際樣品分析要求。

1.4.1 醛酮氣體釋放通量

醛酮氣體釋放通量E(mg/(m2·h))計算方法為

(1)

式中:ρ1為吸收液中OVOCs的質(zhì)量濃度,mg/m3;V為吸收液體積,m3;a為采樣裝置(動態(tài)箱)收集面積,m2;t為采集時間,min。

醛酮氣體噸水釋放量G(mg/t)計算方法為

(2)

式中:A為處理單元暴露面積,m2;Q為處理單元小時處理水量,t/h。

醛酮氣體日排放量M(mg/t)計算方法為

M=E×A×24

(3)

1.4.2 環(huán)境空氣質(zhì)量濃度

醛酮氣體在各個構筑物單元的環(huán)境空氣質(zhì)量濃度H(mg/m3)計算方法為

(4)

式中:ρ2為吸收液中醛酮化合物的質(zhì)量濃度,mg/m3;V1為氣樣預處理定容體積,m3;V2為采集空氣的體積,m3。

1.4.3 溶解態(tài)醛酮質(zhì)量濃度

醛酮化合物在水樣中質(zhì)量濃度Y(mg/L)計算方法為

(5)

式中:V3為水樣預處理定容體積,m3;V4為水樣的體積,m3。

1.4.4 健康風險評價

醛酮類化合物從液面或者污泥揮發(fā)至大氣中,人體呼吸是主要的攝入途徑。根據(jù)美國國家環(huán)境保護局(EPA)提出的針對吸入型污染物的方法EPA-540-R-070-002,對醛酮類化合物的健康風險進行評價,公式為

CR=SF×CDI

(6)

(7)

(8)

(9)

式中:CR為癌癥風險值,量綱一;SF為斜率因子,(kg·d)/mg;CDI為平均日暴露劑量,mg/(kg·d);URF為單位風險因子,甲醛為1.3×10-5m3/μg,乙醛為2.2×10-6m3/μg;BW為成人體質(zhì)量,kg,本研究成年男性體重取66 kg,成年女性體重取57 kg;CF為單位換算因子,1 000 μg/mg;IR為呼吸速率,本研究成年男性平均呼吸速率為17.7 m3/d,成年女性平均呼吸速率為14.5 m3/d;AR為吸收率,除特殊情況外為1;C為污染物平均質(zhì)量濃度,mg/m3;ED為暴露時間,90 d;AT為暴露年限,35 a;HQ為非致癌風險熵,量綱一;RfD為參考濃度,甲醛為2×10-1mg/(kg·d),乙醛為9×10-3mg/(kg·d)。其中,甲醛和乙醛的單位風險因子(URF)、參考濃度值(RfD)查自 EPA 官網(wǎng)(其余醛酮物質(zhì)均未查到)。該水廠的工作人員為成年男性和成年女性,兒童老人不進入水廠范圍內(nèi)。

2 結(jié)果與討論

2.1 A/O污水處理廠醛酮化合物的排放通量及排放因子

為了能夠準確評價污水處理廠運行過程中醛酮類惡臭氣體污染物的排放特性和總量,本研究采用通量集氣罩法來檢測污水表面的醛酮化合物排放通量。該污水處理廠的格柵及曝氣沉砂池已加蓋密閉,無法取樣。根據(jù)實際情況檢測了初沉池、缺氧池、好氧池1、好氧池2、好氧池3和二沉池的氣體排放通量。與17種混標對比發(fā)現(xiàn),該A/O污水處理廠僅檢測到甲醛、乙醛、丙酮和丙醛4類醛酮化合物,因此本文主要對甲醛、乙醛、丙酮和丙醛4類醛酮化合物開展討論。

2.1.1 醛酮化合物的排放通量特征

該污水廠的采樣時間為2023年3—6月,為期4個月。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn),3—5月的醛酮含量要高于6月,而3月份的醛酮含量最高,猜測是北京 3—5月氣溫較低,不利于氣體擴散,使構筑物環(huán)境空氣濃度較高。

圖2顯示A/O污水處理廠不同處理單元中甲醛、乙醛、丙酮和丙醛的排放通量,乙醛是排放通量中含量最高的醛酮氣體。乙醛的釋放通量呈現(xiàn)由高到低依次為好氧池1、好氧池2、好氧池3、缺氧池、初沉池、二沉池的規(guī)律(見圖2(b))。在預處理單元中,初沉池中乙醛的平均排放通量為10.04 mg/(m2·d),由于初沉池底部具有良好的缺氧/厭氧條件,長時間的水力停留時間有利于厭氧微生物將污水中的有機物降解為醛酮化合物,包括甲醛、乙醛、丙醛等[11]。在二級處理單元中,缺氧池DO狀況與初沉池類似,乙醛在此處進一步產(chǎn)生,但由于二沉池污泥回流稀釋,缺氧池乙醛的平均排放通量為11.21 mg/(m2·d),2處構筑物的排放通量相近。污水進入好氧池后,可以清楚觀察到曝氣單元的乙醛排放通量高于非曝氣單元,生物曝氣池醛酮類化合物的釋放強度是污水處理廠中最高的區(qū)域,這是由于污水液面在曝氣作用下劇烈擾動,促進醛酮物質(zhì)從液質(zhì)向大氣傳輸[13],乙醛的最高排放通量在好氧池1達到最大值14.32 mg/(m2·d),而隨著生物曝氣池中微生物的吸附或者降解作用,乙醛的排放通量在好氧池呈下降趨勢,好氧池3中降至12.05 mg/(m2·d)。由于污水中有機物大部分在好氧池處被降解,二沉池中乙醛排放通量沒有變化,是污水處理廠中乙醛排放通量最低的處理單元。

圖2 各處理單元醛酮物質(zhì)的釋放通量特征Fig.2 Characteristics of the emission fluxes of aldehydes and ketones from each treatment unit

此外,可以觀察到甲醛、丙酮和丙醛的排放特性與乙醛相似,曝氣單元排放通量高于非曝氣單元,初沉池與二沉池的排放通量相差較小,但丙醛排放通量在各個處理單元間的變化不明顯,總體呈逐漸降低的趨勢。甲醛、丙酮和丙醛在好氧池1中的排放強度最高,平均排放通量分別是0.24、2.71和1.11 mg/(m2·d)。根據(jù)圖3可以發(fā)現(xiàn),在預處理單元中,格柵和曝氣沉砂池處理單元的溶解態(tài)醛酮化合物的質(zhì)量濃度相近,乙醛在初沉池的質(zhì)量濃度升高,是由于微生物在厭氧條件下,將有機物降解生成乙醛[14]。在生物處理單元,溶解態(tài)乙醛的質(zhì)量濃度從初沉池的0.49 mg/L下降到缺氧池中的0.23 mg/L,是由于有二沉池的回流污泥進行稀釋,回流比為100%。隨后溶解態(tài)乙醛在好氧池中被微生物降解[15],在好氧池3下降至0.21 mg/L,在二沉池乙醛質(zhì)量濃度沒有變化。溶解態(tài)丙酮的質(zhì)量濃度在預處理階段呈現(xiàn)總體逐漸下降的變化,初沉池的質(zhì)量濃度略有增大但不明顯,在生物處理單元,丙酮的質(zhì)量濃度在好氧池中逐漸上升,猜測是吸附在活性污泥上的丙酮由于曝氣作用從活性污泥上脫落[16]。甲醛和丙醛在各個處理單元的質(zhì)量濃度變化較小且都處于較低水平,在0.04 mg/L以下,這從另一個方面解釋了甲醛和丙醛排放通量很低的原因。

圖3 各處理單元溶解態(tài)醛酮化合物平均質(zhì)量濃度Fig.3 Average concentration of dissolved aldehydes and ketones in each treatment unit

2.1.2 醛酮化合物的日排放量

本研究以該污水處理廠各處理單元的液面表面積和日處理廢水量為基礎,計算了甲醛、乙醛、丙酮和丙醛的日排放量,為污水處理廠運行過程中醛酮氣體釋放的預測提供一種新的方法。

如表1所示,該污水處理廠運行期間甲醛、乙醛、丙酮和丙醛的日排放量分別為0.24、12.97、1.43和1.10 g/d。缺氧池和二沉池中醛酮化合物的日排放量相對較低,是由于這2處為非曝氣液面,污水表面相對平靜,氣體被動擴散至大氣中,同時構筑物的液面暴露面積較小,使日排放量較低。圖4顯示了甲醛、乙醛、丙酮和丙醛在各個構筑物中的排放量占比,可以發(fā)現(xiàn)生物池的日排放量占整個污水處理廠的57%～66%,是揮發(fā)性醛酮化合物主要的排放點。曝氣是污水處理廠醛酮排放的一個重要影響因素[17]。

表1 污水處理廠中不同處理單元甲醛、乙醛、丙酮和丙醛的日排放量

圖4 各處理單元醛酮物質(zhì)的排放占比Fig.4 Percentage of emissions of aldehydes and ketones in each treatment unit

2.2 污水處理廠各構筑物醛酮化合物的環(huán)境空氣濃度

污水處理廠環(huán)境空氣中醛酮化合物的污染濃度會受風速、溫度、排放通量等因素的影響,環(huán)境空氣中的這些惡臭氣味達到一定閾值后會對工人的健康造成傷害。因此,在本研究中,通過4個月的監(jiān)測研究了不同處理單元環(huán)境空氣中甲醛、乙醛、丙酮和丙醛的質(zhì)量濃度,有助于評估這些化合物對該區(qū)域工作人員的影響。

如圖5所示,甲醛、乙醛、丙醛和丙酮各化合物質(zhì)量濃度范圍在6.30～699.12 μg/m3,總質(zhì)量濃度均值在(561.34±301.89)μg/m3。其中乙醛、丙醛是日本《惡臭防治法》限定的惡臭物質(zhì)[18]。在已檢測的4類羰基化合物中乙醛在各個構筑物的質(zhì)量濃度都是最高,為115.27～699.12 μg/m3,甲醛、丙酮和丙醛的含量較低,質(zhì)量濃度分別為 6.30～20.15、7.56～78.88、9.95～73.86 μg/m3。乙醛與甲醛、丙醛都是常見的化學溶劑,廣泛用于橡膠和增塑劑[19],丙酮一般在工業(yè)廢水中有較豐富的含量,例如,在加拿大的污水廠研究中發(fā)現(xiàn)了高濃度的丙酮[20-21]。而本研究中污水廠處理的污水大部分是生活污水和少量的工業(yè)廢水,因此測得乙醛含量較高,丙酮含量較少。

圖5 各處理單元中醛酮物質(zhì)的環(huán)境空氣質(zhì)量濃度Fig.5 Ambient air concentration of aldehydes and ketones in each treatment unit

A/O工藝污水處理各處理單元具有不同的污染物排放特征。格柵排放的4種檢測的醛酮類化合物總質(zhì)量濃度最高,達到(580.20±413.94)μg/m3,這是由于污水的水位差及機械擾動促進惡臭氣體釋放。其次是曝氣沉砂池和初沉池,污染物總質(zhì)量濃度均值分別是(529.08±357.41)μg/m3和(444.81±363.91) μg/m3,該污水處理廠曝氣沉砂池為加蓋結(jié)構,初沉池為加罩結(jié)構,以控制氣態(tài)污染物的釋放,而曝氣沉砂池的曝氣加劇了水流擾動,引起污水中的溶解態(tài)醛酮類化合物的釋放。初沉池具有良好的厭氧環(huán)境,在厭氧菌的作用下有機物分解產(chǎn)生揮發(fā)性的還原性惡臭物質(zhì),其中包括甲醛、乙醛等[22]。該廠的生物池處于露天環(huán)境,空氣流通性較好,并且水體較為平穩(wěn),使得缺氧池區(qū)揮發(fā)性醛酮化合物的質(zhì)量濃度為全廠最低值。而好氧池區(qū)的曝氣作用促進了醛酮化合物的釋放,致使其質(zhì)量濃度有所上升。由此可見,環(huán)境空氣中該水廠的揮發(fā)性醛酮化合物主要集中在預處理單元以及生物好氧池,生物缺氧池及二沉池的濃度較低,曝氣作用能明顯促進醛酮化合物的釋放[23]。

2.3 主要醛酮類化合物的健康風險評價

對觀測期間內(nèi)A/O工藝污水處理廠產(chǎn)生的揮發(fā)性醛酮化合物環(huán)境空氣濃度進行分析,計算出甲醛、乙醛對人體的健康風險并進行評價,甲醛和乙醛的風險評價結(jié)果如表2所示。

表2 不同構筑物甲醛和乙醛的健康風險評價

通常,當CR≤10-6時,說明污染物的致癌風險可忽略[24],而觀測期間,乙醛在各個構筑物對成年人的致癌風險分別為3.50×10-5、3.00×10-5、2.34×10-5、5.48×10-6、2.91×10-5和5.96×10-6,均超過10-6,表明長期暴露在該環(huán)境下有一定的乙醛致癌風險,需要采取一定的防護和緩解措施。當HQ>1時,認為污染物對人體具有非致癌風險危害,該污水廠甲醛對成年男性、女性的非致癌風險值遠小于乙醛對成年男性、女性的非致癌風險值,且乙醛最大的非致癌風險值為0.047,表明該污水廠的甲醛、乙醛不會對暴露人群健康造成明顯的非致癌危害。

綜上所述,該水廠乙醛的致癌風險和非致癌風險均高于甲醛,且乙醛的致癌風險超過了美國EPA給出的風險水平,而該污水廠甲醛、乙醛的非致癌風險仍在安全范圍內(nèi),兩者對男性的非致癌風險都高于女性。好氧池處甲醛的致癌風險和非致癌風險均是最高,乙醛在好氧池處的致癌風險也是最高,格柵處的非致癌風險最高。因此建議污水廠工作人員在格柵和好氧池時,需要采取一定的防護措施以降低危害。

3 結(jié)論

1) 本研究確定了醛酮化合物的排放通量特征遵循曝氣單元>非曝氣液面的規(guī)律。釋放通量整體呈現(xiàn)沿程下降趨勢。

2) 生物曝氣池是各處理單元中醛酮化合物日排放量占比最大的處理單元,排放貢獻量在57.81%以上,其次是二沉池和初沉池,它們的排放量占整個污水處理廠排放量的92.66%以上。

3) 所有醛酮類氣體中,乙醛的排放通量和環(huán)境空氣質(zhì)量濃度最高,乙醛和丙酮是環(huán)境空氣中醛酮氣體的主要成分。

4) 對該水廠中醛酮類化合物進行健康風險評價,結(jié)果顯示甲醛在各個構筑物的致癌風險低于10-6,而乙醛致癌風險為2.34×10-5,存在致癌風險。甲醛和乙醛的非致癌風險值都小于1,風險屬于可接受范圍。

5) 環(huán)境空氣質(zhì)量濃度中,預處理區(qū)是該水廠污染最嚴重的地點;實時釋放通量中,生物池釋放通量占比最大。工作人員在進出這2個構筑物時應注意佩戴活性炭口罩,減少醛酮氣體吸入量,降低過敏性鼻炎等病癥的發(fā)生率。