污水处理过程生物气溶胶的同步生成及驱动方式的影响机制

Bioaerosols, a kind of emissions present in wastewater treatment processes contain viruses as well as different bacteria and fungi. They were considered to be correlated closely with air pollution and were proposed as a cause of potential health hazards to workers and adjacent communities. According to the research actuality and existing problems on the bioaerosols emission from municipal sewage treatment plant, modern molecular biological techniques and in situ analysis methods were applied in investigation the component characteristics and particle distributions of bioaerosols. Via modeling tests and actual monitoring, our research work will focus on analysis the interrelationships and interactions of microorganisms and chemicals, reveal the correlation between the components of bioaerosols and water in processing unit, exploration the transmission processes and patterns of the main components in bioaerosols from water phase to water surface, to drops or spray and to bioaerosols, establishment their kinetics models, investigation the rules and impacts of drive modes on the bioaerosols generation, and clarify the synchronization mechanism of main components in bioaerosols and the effect mechanism of drive mode, in order to provide the scientific basis for reduction and control the emission of bioaerosols from wastewater treatment plants.

污水处理过程中产生的生物气溶胶含有细菌、 真菌、 病毒等微生物，污染环境，危害污水处理厂工人及周边居民的身体健康。针对我国城市污水处理厂生物气溶胶研究现状和存在的问题，通过模型试验结合实际监测，运用现代分子生物学技术与原位分析技术，研究污水处理过程产生生物气溶胶的组分与粒径分布特征，分析微生物主要种群和化学物质的关系和相互作用，揭示生物气溶胶主要组分与污水处理单元液相组分的关联性，探究主要组分在水相→水相表层→水滴或飞沫→生物气溶胶中的传输过程与迁移变化规律，建立相关过程的动力学模式，考察驱动方式对生物气溶胶组分与粒径分布的影响，解析不同驱动方式产生的生物气溶胶的特征与规律，阐明微生物气溶胶主要组分的同步生成及驱动方式的影响机制，为城市污水处理厂微生物气溶胶的减排与控制提供科学依据。

在污水处理过程中，水中粒径较小的微生物和颗粒物逸散到空气中，形成生物气溶胶，污染环境，危害身体健康。针对我国城市污水处理生物气溶胶的研究现状和存在问题，运用现代分子生物学技术与原位分析技术，建立了适于监测和分析污水处理产生的生物气溶胶的方法。实地调查结合实验室模拟，检测典型污水处理工艺生物气溶胶的逸散水平，解析构成生物气溶胶的微生物群落结构、总颗粒物、有机物以及无机离子等成分。研究污水处理生物气溶胶的逸散特征及影响因素。发现各个处理单元均有生物气溶胶逸散，空气中微生物的浓度为10 - 900 CFU/m3，其中格栅间、生化池和污泥脱水间是生物气溶胶的主要产生源。污水处理产生的生物气溶胶成分复杂，气溶胶中的微生物隶属于变形菌门、拟杆菌门、厚壁菌门以及放线菌门；Enterobacter aerogenes，Subdoligranulum等，是检出的主要条件或潜在致病菌；主要的水溶性无机离子是 Na+、 Ca2+、 Cl-和 SO42- ，浓度为 10 - 100 µg/ m3。生物气溶胶的产生量及主要组成呈现显著的地域差异，与生物气溶胶的来源密切相关。位于室外的处理单元生物气溶胶主要来源于污水和上风向空气；污水/污泥是处理设施位于室内的处理单元生物气溶胶的主要来源。充氧方式、曝气强度、水质影响生物气溶胶的产生量及粒径分布；温湿度、风速和辐射等环境因子与生物气溶胶在空气中的浓度水平相关。水面和污泥的机械扰动导致生物气溶胶的产生。揭示了不同充氧方式生物气溶胶的产生机制。浸没式充氧形成生物气溶胶包括气泡在水面破裂产生微小液滴、水中的物质进入空气、液滴气溶胶化等几个过程。表面张力、密度、气泡体积与生物气溶胶的粒径分布相关。表面充氧生成生物气溶胶包括抛出水面的液滴失水雾化以及液滴回落卷入空气形成雾化区。转刷扬起的水量、速度和角度影响生物气溶胶的产生量。与浸没式充氧相比，表面充氧产生的气溶胶数量更多，粒径更大。通过曝气量或雾化量可以估算生物气溶胶的排放通量。本项目的研究为污水处理生物气溶胶的削减和控制提供科学依据。