废水好氧处理系统的有机化学品暴露水平预测方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及化学品环境风险评估领域，涉及一种有机化学品废水好氧处理系统的 暴露预测方法。
【背景技术】
[0002] 我国是化学品研发、生产、使用大国，除了 4. 5万多种现有化学物质外，每年还有 上千种新化学物质投入使用。污水处理厂（Sewagetreatmentplant，STP)是化学品进入 环境的关键环节，易降解化学品在STP中基本可以完全去除，但是难降解化学品经过STP处 理后难以发生降解，部分挥发进入大气、被污泥吸附，残留化学品随二级出水排放进入受纳 水体，对生态环境尤其是水生生态系统存在潜在的生态毒性影响。
[0003] 目前，我国已经建立了以风险评价为依据的化学品环境风险管理制度。为了防控 化学品的风险，欧盟、美国和中国都发布了化学品的管理法规，要求新化学物质在首次生产 或进口前必须开展危害评估和暴露评估相结合的风险评估，依据风险评估的结果开展相应 的管理。暴露评估主要研宄化学品的排放过程以及在环境中归趋和分布，其中STP中化学 品的归趋过程和处理效率是风险评估的重要内容，决定了化学品的暴露浓度和风险水平。 因此STP暴露预测是化学品环境暴露预测的重要内容，也是开展化学品环境风险评估的重 要基础。由于化学品数量巨大，且新化学物质尚未在国内生产和使用，化学品在STP中的归 趋过程和去除效率评估主要采用模型预测。
[0004]STP中活性污泥好氧处理工艺（0型工艺），主要由初沉池、曝气池和二沉池组成，0 型工艺主要处理构筑物为初沉池、曝气池、二沉池。化学品从含有悬浮颗粒的废水流入初沉 池，停留一段时间后，一部分悬浮颗粒通过重力自然沉降为污泥并被排出其余化学品在悬 浮颗粒和水中达到分配平衡后流入曝气池；在曝气池，污染物由于降解需要消耗大量氧气， 因此曝气池通常都要进行曝气通入充足的氧气，在曝气池化学品可能发生降解，也可能因 为曝气而挥发进入大气；化学品流入二沉池后，通过重力沉降后固液分离，沉降的污泥一部 分排出系统，一部分回流至曝气池以保持曝气池的污泥浓度；未去除完全的化学品从上层 清液即二级出水中流出并排入受纳水体。〇型工艺已有近90年的历史，该工艺有机污染物 去除率高、污泥负荷高、池容积小、运行费用低、稳定可靠，是我国STP工艺的重要工艺。但 是0型工艺存在诸多缺陷，只能除去污染物中的碳，对氮、磷没有明显的去除效果，且很多 有机化学品在好氧条件下很难降解，经STP处理后，重新转移到环境中。因此构建以0型型 工艺为基础的化学品STP暴露预测方法和模拟系统，对化学品暴露评估具有重要意义。
[0005] 经广泛检索中国、欧盟、美国等专利机构，均未发现针对化学品好氧处理工艺的 STP暴露预测方法。申请号为CN201310028172,公开号为CN103043784B的中国专利（一 种活性污泥污水处理的多维、多相、多过程耦合模拟方法），公开了一种活性污泥体系中 污水处理的多维、多相、多过程耦合模拟方法，能准确预测溶解氧的分布特征、污染物的迀 移转化特征以及相间的生化作用特征，可定量预测不同工况条件下的出水水质状况，该 模型主要侧重COD、总磷、总氮等总量污染物的模拟。国际水协已经建立STP中预测碳、 氮和磷归趋的活性污泥数学模型（Gujer，W,Henze,M)，Mino，T.ActivatedSludgeModel No. 3 [J].WaterScienceandTechnology，1999,39(l):183_193)。Urase构建 了活性 污泥处理过程中药物的归趋动态预测模型（UraseT，KikutaT.Separateestimation ofadsorptionanddegradationofpharmaceuticalsubstancesandestrogensin theactivatedsludgeprocess.WaterRes. , 2005, 39(7):1289-1300. ) ；Plosz(Plosz BG,LeknesH,ThomasKV.Impactsofcompetitiveinhibition,parentcompound formationandpartitioningbehaviorontheremovalofantibioticsinmunicipal wastewatertreatment[J].Environ.Sci.Technol2010, 44(2):734_42.)构建了抗生素 的归趋动态模型；Cloutier(CloutierF,JalbyG,LessardP，VanrolleghemPA.Dynamic modellingofheavymetalsbehaviorinwastewatertreatmentplants[J].J.Water Sci.，2008, 22(4) :461-71.)构建重金属的归趋动态预测模型；
[0006] Byrns构建了外源性化学品在STP中的归趋静态预测模型，该模型采用的初沉-曝 气工艺，不包含二沉池，且在化学品归趋模拟比较简单，没有考虑曝气挥发等过程（Byrns G.Thefateofxenobioticorganiccompoundsinwastewatertreatmentplants.Water Research, 2001，35(10) : 2523-33.)。Mackey构建了有机化学品在STP中的归趋预测模 型，该模型也未考虑曝气池的曝气过程对化学品的挥发影响（ClarkB,HenryJG，Mackay D.Fugacityanalysisandmodeloforganicchemicalfateinasewagetreatment plant[J] ?Environ.Sci.Technol.，1995, 29:1488-1494)。此外，上述模型都使用正辛醇 / 水分配系数（Kow)描述化学品的吸附过程时，而事实上，最能描述吸附过程的化学品固有 特性参数为污泥/水吸附系数（Koc)，该数据也是我国新化学物质申报登记要求提交的基 础数据，使用Koc可使模型的预测性能更加准确。
[0007] 化学品STP暴露评估通常需要一种筛选水平的模型，能模拟化学品在STP中的归 趋，预测废水中化学品经STP处理后向大气、污泥、水体的转移或排放系数。模型应该简单、 清晰、稳健，只需输入少数化学品理化性质参数，就能获得评估所需的排放系数。STP暴露评 估并不关心生化反应机理及C0D、氮、磷的去除过程。针对以上特点，本发明重点关注化学品 在废水0型处理系统中所涉及的环境介质，以分子量、蒸汽压（P)、水溶解度（S)、好氧生物 降解速率（k5)、吸附系数（K。。) 5个我国新化学物质申报登记要求提交的基础数据为模型输 入参数，以及挥发、吸附、降解等归趋过程，通过构建STP(0型）概念模型图和各箱体质量守 恒方程，建立了输入的化学品性质数据较少、准确度较高、且符合我国化学品风险评估数据 要求的STP(0型）预测模型。
【发明内容】
[0008] 本发明的目的是提供一种有机化学品在好氧处理工艺的污水处理厂（简写为 STP(O))中的暴露水平预测方法，估算有机化学品经STP(O)处理后，向大气、污泥、水体的 排放系数和排放浓度，为化学品的暴露评估提供数据资料。
[0009] 为实现上述目的，本发明提供一种依照本发明实施的有机化学品在STP(0型）中 暴露水平预测方法，包括以下步骤：
[0010] (1)获取待研宄废水好氧处理系统的暴露场景资料和化学品理化性质参数，根据 已知资料中的参数计算未知参数和质量流；（2)依据所述废水好氧处理系统的初沉、好氧、 二沉基本流程，及化学品在所述废水好氧处理系统中吸附、表面挥发、曝气挥发所涉及的大 气、水、悬浮固体、沉积污泥4种环境介质，构建废水好氧处理系统的概念模型图，基于质量 守恒方法建立9箱预测模型；（3)根据各箱中化学品浓度和环境介质平流流速和扩散流速， 计算化学品在废水好氧处理系统中的降解率，及向各环境介质中的排放浓度、排放系数，进 而预测所述废水好氧处理系统的有机化学品暴露水平。
[0011] 具体地，所述废水好氧处理系统的概念模型图包含：
[0012] 9箱，分别为0外部环境、1上方空气、2初沉池水体、3初沉池悬浮固体、4初沉池污 泥