城市污水处理厂氨排放系数的研究现状

徐晓军，罗通辰，李芳

（1.上海市环境监测中心，上海 200235；2.上海交通大学，上海 200240）

氨气（NH3）是大气中唯一的天然碱性气体和第三高含量的含氮化合物[1]，气态氨浓度的增加会严重影响区域空气质量、人体健康和生态系统的氮循环[2]。氨具有重要的大气环境化学作用和环境效应，和大气中氮氧化物（NOx）、二氧化硫（SO2）、碳氢化合物等污染物类似，是大气中二次气溶胶重要的前驱物，能和其他前驱物结合形成硝酸铵（NH4NO3）、硫酸铵（(NH4)2SO4）等化学物质，而这些物质属于大气中细颗粒物（PM2.5）的重要来源。大气PM2.5来源解析研究成果显示，铵盐（NH4+）是北京市大气中PM2.5的主要成分，建议开展SO2和氨等污染物排放控制[3]。基于在线监测的淀山湖地区冬季PM2.5来源解析结果显示，氨与大气中的SO2和NOx等酸性气体发生中和反应，生成硝酸铵、硫酸铵、硫酸氢氨（NH4HSO4）和氯化铵（NH4Cl）等铵盐，其在PM2.5中的占比达到14.2%[4]。

1 研究背景

大气中氨的来源较多，可分为人为源和自然源。人为源主要有农田生态系统、畜牧业、生物质燃烧、各类生活源、工业生产、废弃物处理（含污水处理设施）和机动车尾气排放等。弄清某一地区大气氨排放情况，有助于了解氨排放对灰霾污染的影响，阐明该区域复合型空气污染问题，同时解决氨污染的其他问题。目前，在气态氨排放清单方面，国内外研究方向主要集中在农业（畜禽养殖、氮肥施用等）、工业（合成氨生产等）气态氨排放源的排放定量研究，而对城镇污水处理厂气态氨的排放定量研究甚少。随着经济的发展和人口的增加，我国城镇污水处理厂日渐增多，截至2020 年底，全国有2 679家，日污水处理能力达到1.92 亿t。与此同时，污水处理厂的负面问题时有发生，其都成为当时的热点事件，影响居民的身体健康。同时，虽然非农业源的氨排放量占比比农业源低，但非农业源一般处于城市区域，易与高浓度的SO2、NOx等一次污染物反应形成二次污染物，对我国人口密集地区尤其是城镇的空气质量和人群健康带来严重影响。

2 国内外研究进展

2.1 国外研究现状

20 世纪80 年代末，污水处理厂的氨排放在发达国家被列入氨排放清单，但研究显示，氨排放系数差异较大。BATTYE等[5]研究指出，污水处理厂氨排放系数为0.1 mg/m3。SUTTON等[6]研究发现，美国污水处理厂的氨排放量估算值为5 000～20 000 t/a，可见数值存在较大的不确定性。WILLIAM等[7]研究认为，污水处理厂氨排放系数约为150 mg/m3。

2.2 国内研究现状

国内氨排放清单研究起步比较晚，与发达国家相比还存在一定差距。近年来，国内学者逐渐开始关注氨排放清单研究，非农业源氨排放也逐渐受到重视，关于污水处理厂NH3排放的研究逐渐增多。黄丽坤等[8]通过对污水处理厂多个处理单元进行采样分析，研究污水处理厂NH3等恶臭物质的浓度特性及扩散规律。梁云平等[9]比较了国内几种污水处理厂氨气排放因子测试方法，并通过对大型城镇污水处理厂开展采样分析，建立了基于实测的污水处理厂氨排放系数。国家层面，2014年，原环境保护部发布《大气氨源排放清单编制技术指南（试行）》[10]，给出了城镇污水处理厂氨排放系数。

董晓清等[11]分析认为，城市污水处理厂进水区的部分氨产生于污水管道缺氧环境，另外，格栅和提升泵站处污水强烈涌动使得污水中的氨不断释放。席劲瑛等[12]研究了污水处理厂构筑物周边的氨与水中氨氮的关系，在曝气池、生化池和沉淀池设置采样点位，结果显示，NH3挥发速率与水中氨氮浓度呈正相关，证明污水处理厂的氨氮是其氨气的重要来源。同时，该研究聚焦水温因素，重点关注粗格栅和曝气沉砂池，研究结果显示，曝气沉砂池和粗格栅两个监测点的氨气有较为显著的季节变化特征，夏、秋季节氨气浓度较高，而冬、春季节氨气浓度较低。朱帅[13]在华北、华东和华南的污水处理厂臭气研究中发现，臭气强度和氨排放浓度没有显著的线性关系。

徐晓军[14]在上海市主要污水处理厂氨排放清单研究中发现，粗格栅、进水泵房以及生化反应池等是污水处理厂氨排放的主要区域。研究发现，氨排放系数春夏较高，秋冬较低，同时受不同企业和不同除臭装置处理效率的影响，氨排放系数四季变化规律不明显。古颖纲等[15]研究了广州市猎德污水处理厂的NH3排放情况，在格栅、沉砂池、污泥浓缩池及脱水机房等污水处理单元采集了环境空气样品，发现曝气池和生化池的氨排放浓度最高。刘锴等[16]研究指出，城市污水处理厂的恶臭气体主要分布在进水泵站和格栅附近的进水区、污泥处理区。卢迎红[17]研究指出，城市污水处理厂产生氨的主要点位是初沉池和污泥浓缩池。

3 氨排放系数比较

国内外污水处理厂近30 年的部分研究成果如表1 所示，氨排放系数介于0.003～3 200 mg/m3。部分研究的氨排放系数较低，部分研究的氨排放系数较高，总体差异较大。一般认为，氨排放系数差异的影响因子较多，如气候、污水进水水质、污水处理工艺和污水处理厂加盖情况。

表1 国内外污水处理厂氨排放系数比较

4 结论

总的来说，城市污水处理厂氨排放主要集中在污泥处理区、进水区、生化处理区等环节，温度上，夏秋较高，冬春较低。不同地区存在气候差异，尤其是气温和湿度，不同污水处理厂污水处理工艺和污水排放标准也不尽相同，若只使用单一系数，则可能影响研究结果。因此，有必要制定更加符合各地实际情况的污水处理厂氨排放清单，确定本地化的污水处理厂氨排放系数。针对典型城镇污水处理厂，可开展季节性实测工作，分析氨排放特征，明确本地化污水处理厂氨排放系数，计算氨气排放量，以有效提高氨排放清单的适用性。