沼氣潛在危險評估

翻譯論文：沼氣潛在危險評估學(xué)生姓名：李銀峰指導(dǎo)老師：徐曉虎學(xué)院：資土學(xué)院專業(yè)班級：安全1001班完成時間：2014年4月11日摘要TOC\o"1-5"\h\z―、弓丨言11.1、可以注入天然氣管道的沼氣2二、方法論32.1、化學(xué)物質(zhì)和微生物產(chǎn)生的沼氣以及它的燃燒殘留物42.2、排放建模和特定情形接觸42.3、化學(xué)品風(fēng)險評估5三、結(jié)果與討論63.1、沼氣及其燃燒殘留物的化學(xué)成分63.2、化學(xué)品風(fēng)險評估93.3、微生物風(fēng)險10四、結(jié)論13摘要：有機(jī)物質(zhì)厭氧發(fā)酵產(chǎn)生的沼氣可以作為可替代的再生能源，它的利用將大幅減少填埋和焚燒固體廢棄物的數(shù)量。產(chǎn)生的沼氣可以被直接利用，或者可以被注入天然氣配送管網(wǎng)。本文對不同類型沼氣的微生物成分和化學(xué)成分進(jìn)行了定性和定量的風(fēng)險評估，對有關(guān)的潛在健康危害進(jìn)行了測定。我們建議性的列出了可以被天然氣管網(wǎng)輸送的沼氣類型，同時概述了歐洲的輸送標(biāo)準(zhǔn)。結(jié)果表明，被加工過的進(jìn)入配送網(wǎng)絡(luò)的沼氣，與天然氣相比，沒有額外的化學(xué)品和微生物風(fēng)險，前提是這種沼氣是非危險廢料發(fā)酵而成。然而，由于這項研究并沒有探討由污水污泥或工業(yè)廢料發(fā)酵而成的沼氣，因此，除非對每種成分做過風(fēng)險評估,否則上述類型的沼氣不能進(jìn)入燃?xì)夤芫W(wǎng)。關(guān)鍵詞厭氧發(fā)酵；健康危害；接觸；排放；揮發(fā)性有機(jī)化合物；金屬、引言在廢棄物管理的新政策框架內(nèi)，一些歐洲城市發(fā)展固體廢棄物，價格穩(wěn)定的基礎(chǔ)是將沼氣作為一種可再生能源。固體廢物發(fā)酵（沼氣）過程中產(chǎn)生的氣體可以被直接利用，也可能被注入天然氣配送網(wǎng)絡(luò)（允許時）。沼氣生產(chǎn)作為（可再生）可代替能源，將大幅降低發(fā)酵廢棄物數(shù)量，從而限制填埋和焚燒的固體廢物量。本文總結(jié)了法國環(huán)境和職業(yè)健康安全（AFSSET，現(xiàn)在ANSES）機(jī)構(gòu)的主持下，對沼氣健康風(fēng)險進(jìn)行審查的結(jié)果。審查過程涉及沼氣的物理化學(xué)和微生物成分：（一）資料分析；（二）沼氣成分（主要和次要成分）作為用于凈化技術(shù)處理的函數(shù)的確定；（三）對與天然氣相比，沼氣燃燒前后暴露于空氣中的有毒物質(zhì)的安全風(fēng)險做了一個評價。表一法國，德國，瑞典，荷蘭，奧地利和瑞士的沼氣注入標(biāo)準(zhǔn)化合物法國德國瑞典瑞士奧地利荷蘭沃泊指數(shù)（MJNM-3）43.2-46.8(L)49.1-56.6(H)37.8-46.8(L)46.1-56.5(H)45.4-48.647.9-56.547.9-56.543.46-44.41CH4%（體積）95-99>50LI>96ULI>80C0%（體積）<2<6<6<202%（體積）<3<0.5<5f溫度（°C）—20to+200-40THT(mgM-3)15-40good15-25>10to18H2%<6<5<5<4<12水露點。C<-5a<tb<tc—5<—8e—10fInorgmgM-35510555總量mgM-3303023301045氨mgm—3203汞Mgm—31鹽酸ppm1含氯化合物mgM-3150含氟化合物mgM-31025L=低熱值煤氣，H=高發(fā)熱值的氣體，LI=有限注入，卩11=無限注入，溫度是沼氣的溫度，入CH4是甲烷，CO是一氧化碳，氧是氧，H2是氫，THT是TetraHydroThiophane，S是硫。a是在MOP（最大工作壓力）下游的注入點。b是地下溫度c是環(huán)境溫度d是摩爾百分?jǐn)?shù)e是在40barf是在lObar該方法以及結(jié)果和主要結(jié)論概述本文中。1.1注入天然氣管道的沼氣沼氣是由甲烷細(xì)菌從有機(jī)物質(zhì)厭氧微生物發(fā)酵產(chǎn)生的氣體。這種降解過程，以及通過水解，酸化，產(chǎn)乙酸和產(chǎn)甲烷的有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，已得到很好的研究。在產(chǎn)業(yè)層面，目前從垃圾填埋場和厭氧消化產(chǎn)生的沼氣，凈化之前主要是甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2）。次要化合物，例如水（H2O），硫化氫（H2S）,氨（NH3），以及許多其他的浮動值也可以是沼氣組合物的一部分。法國，德國，瑞典，瑞士，奧地利和荷蘭是主要的已經(jīng)實行沼氣注入天然氣網(wǎng)絡(luò)的歐洲國家。歐洲指令（2003/55/CE）和歐盟（EC1775/2005）關(guān)于對天然氣內(nèi)部市場的共同規(guī)則，授權(quán)生物質(zhì)衍生的沼氣注入歐洲（天然）氣體輸送網(wǎng)絡(luò)時，它在技術(shù)上是可能的。根據(jù)新的歐洲法令，沼氣可以注入的天然氣配送網(wǎng)絡(luò)，如果它符合嚴(yán)格的規(guī)定和技術(shù)要求（表1），以及受到由認(rèn)可機(jī)構(gòu)健康風(fēng)險分析后。為獲得氣體規(guī)格（表1），沼氣應(yīng)含有甲烷的95%-98%，并包含H2O,NH3,H2S和CO2的。事實上，在二氧化碳水平升高會降低沼氣的活力。硫化氫是有毒的，腐蝕性的和NH3其在燃燒過程中會產(chǎn)生危險的氮氧化物（NOx）。水在NH3的存在下，CO2和H2S可能會促進(jìn)管道的腐蝕。目前實行的沼氣凈化的過程將包括以下階段增加沼氣中的甲烷，進(jìn)而增加其高能含量（沃泊指數(shù)），并按照要求的規(guī)格除去CO2。沃泊指數(shù)通常用于評估燃料氣體的燃燒能量，并通過將所述氣體的高熱值派生（熱量燃料排放燃燒過程中一個給定的量）由它的比重與的平方根。凈化管道中剩余的對人體有害的沼氣，以及可能損害管道的沼氣。添加一個強(qiáng)烈氣味的添加劑（THT，四氫噻吩），更容易檢測沼氣的泄漏。二、方法論2.1化學(xué)物質(zhì)和微生物產(chǎn)生的沼氣以及它的燃燒殘留物沼氣化學(xué)成分是基于廣泛的文獻(xiàn)檢索決定的。所有論文基于其可靠性和相關(guān)性進(jìn)行了分類。根據(jù)文獻(xiàn)來源（灰色文獻(xiàn)，同行評審的紙張等），用于確定生物氣構(gòu)成的分析技術(shù)，生物氣源（垃圾填埋場，污水等）并在燃燒過程進(jìn)行評價。入選論文的詳細(xì)的分類可以在其他地方找到。十七種最相關(guān)的出版物進(jìn)行了檢查和給定了沼氣成分。然而，很少有文獻(xiàn)資料可查有關(guān)沼氣凈化后的化學(xué)成分。處理前典型沼氣的分析組合物進(jìn)行測定。凈化生物氣燃燒殘留物的化學(xué)成分是基于的數(shù)據(jù)和從天然氣的燃燒殘留物的化學(xué)組成進(jìn)行測定的。由于缺乏在文獻(xiàn)中的數(shù)

據(jù)值，天然氣被作為替代沼氣的燃燒殘留物化學(xué)組成的確定，報道于美國環(huán)保局（1998）。同樣，相比于化學(xué)成分，沼氣的微生物成分是由來自廣泛的文獻(xiàn)檢索確定的，三篇及其相關(guān)的論文詳細(xì)介紹了沼氣微生物發(fā)酵前的構(gòu)成。在這三篇論文中，作者評估了幾種類型的沼氣，厭氧沼氣池（生活廢物，污水污泥，生物垃圾，液體肥料，園林垃圾），以及垃圾填埋場（生活廢物）產(chǎn)生的微生物。少量的生物學(xué)信息來自于沼氣凈化，這方面和天然氣是一樣的。表二目前用于凈化和富集沼氣的過程沼氣化合物技術(shù)去水除霧器旋風(fēng)分合器縮合，烘干吸附硅膠去硫化氫好氧生物氧化加入三氯化鐵吸附的Fe2O3吸收氫氧化鈉（NaOH）吸收（鐵溶液）膜分離生物過濾器活性炭分子篩去二氧化碳變壓吸附（PSA）基于物理吸收技術(shù)膜分離基于化學(xué)吸收技術(shù)丙烷加入Cryogenisation表三.沼氣和燃燒殘留物的的排放和特定情形接觸沼氣燃燒前廚房：17m3空氣流量和更新1:0.5;1and3/h最大沼氣流量（300Lh-1）使用方法：每天兩次，每次7小時使用前5秒照明燃燒殘留物廚房：17m3空氣流量和更新：0.5;1and3/h最大沼氣流量（150Lh-1）使用方法：每天兩次，每次7小時使用前1小時烹飪2.2排放建模和特定情形接觸同時建立了排放和特定情形接觸，焦點都集中在使用沼氣的消費者與正常使用（爆炸風(fēng)險被排除在外）爐灶做飯的消費者，保留了通過管道提供到消費者的廚房的氣體所含的沼氣100%的假設(shè)。從這些觀察，對第一種情況進(jìn)行了研究,包括兩個階段總結(jié)于表3。1?在燃燒器的照明階段有一些沼氣逸出（排放）2.做飯時有沼氣逸出。假定污染物被排放不斷的時，用于污染物排放的估算分析模型遵循公式（1）,考慮到整個周圍的空氣量沒有下降，氣體是完全的混合，在一個房間里，處于一個有效的和不斷更新的狀態(tài)。方程1方程2有解（方程1）方程2F匸：=—（1—exp（—2/jI4-Gexp（—Xl}其中Ct對應(yīng)于污染物濃度變化（mgm-3）,C0是空氣中的污染物的初始濃度（mgm-3），V是廚房容積（m3），久為的空氣更新速率（h-1），E是污染物排放率（mgh-1），t為時間（h）,Cmax為最大濃度（mgm-3），TFIN是對應(yīng)于所述（h）操作時間。人類的接觸取決于爐子利用率（每天兩次），和在廚房每日一次的使用。這些條件詳列于表3。2.3化學(xué)品風(fēng)險評估基于這樣的事實，使用氣體是日常生活，專家們研究了急性和慢性接觸氣體和燃燒殘余物的影響?？砂凑找韵虏襟E，對沼氣每一個的毒性成分進(jìn)行風(fēng)險評估：對于具有毒性參考值的化合物（TRV，建立可觀察到效果的污染物的濃度或劑量的基準(zhǔn)），定量分析進(jìn)行。毒性數(shù)據(jù)和TRV取自國際公認(rèn)的組織（美國環(huán)境保護(hù)署（US-EPA），加拿大衛(wèi)生部，世界衛(wèi)生組織（WHO），國家公共健康和環(huán)境-荷蘭（RIVM），環(huán)境辦公室和健康危害評估（OEHHA）和美國毒物和疾病登記中心-西班牙（ATSDR）-基于吸入殘留接觸值的毒性參考值在表4中。對于沒有任何TRV的化合物，定性分析是基于文獻(xiàn)和數(shù)據(jù)庫的毒性數(shù)據(jù)進(jìn)行的。表4用于化學(xué)風(fēng)險評估的殘留毒性數(shù)據(jù)

分子類型吸入量變化CREL機(jī)構(gòu)風(fēng)險描述URF值yg/m3@g/m3)Tyg/m3乙醛2.7-06OEHHA大鼠鼻腔癌甲醛1.3-05US-EPA大鼠鱗狀細(xì)胞癌三氯乙烯2.0-06OEHHA小鼠肝細(xì)胞腺瘤和有癌的發(fā)病率氯乙烯7.8-05OEHHA小鼠肺癌四氯乙烯5.90-06OEHHA小鼠肝細(xì)胞腺瘤和有癌的發(fā)病率四氯化碳4.2-05OEHHA小鼠肝腫瘤1,4二氯苯1.0-05OEHHA從CDHS派生的致癌強(qiáng)度系數(shù)計算苯2.9-05OEHHA人類職業(yè)白血病發(fā)病率六價鉻0.15OEHHA人類的肺癌死亡率砷4.3-03US-EPA人肺癌鎳4.0-04WHO人肺癌鎘4.2-03OEHHA人肺癌汞0.09OEHHA影響人的神經(jīng)系統(tǒng)硫化氫2US-EPA硫化氫9OEHHA影響人的呼吸系統(tǒng)碳酰氯0.3US-EPA氟化氫14OEHHA其中URF是單位風(fēng)險因素;RFC得到的參考濃度和CREL是慢性參考暴露水平。US-EPA是美國環(huán)境保護(hù)局;OEHHA是環(huán)境健康危害評估的美處;CDHS是衛(wèi)生服務(wù)的加利福尼亞部門和WHO是世界衛(wèi)生組織。最后，一個關(guān)鍵的分析是對風(fēng)險評估結(jié)果和建模上收集的信息進(jìn)行比較。該凈化過程的影響，有關(guān)信息來自天然氣的組成和出版的文獻(xiàn)。三、結(jié)果與討論3.1沼氣及其燃燒殘留物的化學(xué)成分因為構(gòu)成要素極端可變性，所以的不太可能確定一個典型的沼氣的詳細(xì)成分。根據(jù)它們的來源，對幾種類型的沼氣進(jìn)行鑒定：垃圾填埋場-沼氣-（非

危險或非危險廢物填埋場），發(fā)酵（農(nóng)業(yè)，工業(yè)或生活垃圾，污水，淤泥，整理綠化廢棄物）。圖1代表沼氣的成分來源于垃圾填埋場，合并所有可用的數(shù)據(jù)之后。證實了這些不同類型的沼氣的組合物主要成分為甲烷（CH4）和二氧化碳（CO2），占50%以上（從垃圾填埋沼氣）和高達(dá)90%（從發(fā)酵罐中沼氣）。這種類型沼氣的其它主要成分為硫化氫（H2S），氧（O2）和氮氣（N2）。25001&01005Dco?%hz%h2o%coNHj25001&01005Dco?%hz%h2o%coNHjmgmgm3Compositionvalues(%)or(mgnv再35003DD0-25002000：150011D00-500-HaSmgj'nn5COVmgCm-3Ctmgm_aCompositionvalues(mgm0垃圾填埋氣中的甲烷平均值約為43%V/V，而其他類型的沼氣中的含量為55-60%V/V。沼氣中相對較低的CH4，可以解釋沼氣為什么可以發(fā)電-舊的廢物不會產(chǎn)生高的甲烷濃度。高二氧化碳濃度（50%V/V）被發(fā)現(xiàn)舊廢料（因此甲烷含量較低，20%V/V或更低）或部分在有氧條件下都能產(chǎn)生沼氣。高氮氣含量的沼氣（同時氧濃度高），是由于空氣滲透進(jìn)入或堆填區(qū)細(xì)胞反應(yīng)。氫氣（H2）是一個中間發(fā)酵化合物，和乙酸鹽一樣，是在產(chǎn)甲烷的反應(yīng)中產(chǎn)生的，并且它的低含量是可以在沼氣中進(jìn)行檢測的。硫化氫（H2S）的濃度隨著沼氣類型而變化的。這種可變性可能由廢物來源引起的，利用副產(chǎn)物，空氣在反應(yīng)器中可能存在的（抑制H2S產(chǎn)生的），給料（連續(xù)或間歇）的類型，和混合的類型。低濃度的氯，一氧化碳和氨的還報告了從不同來源（圖1）進(jìn)行沼氣。此外，250種其他的化學(xué)化合物，分別存在于不同的生物氣體類型：有機(jī)鹵素化合物，多環(huán)和單環(huán)芳香族烴類，金屬，醛，烷烴，醇，酮，酯，烯屬烴化合物，硫光氣，硅氧烷，二氧芑類物質(zhì)，磷氫化物和醚。這250種化合物處理之前所表示的生物氣組合物不到5%。但值得注意的是，跟蹤復(fù)合分析技術(shù)，在所有選定的研究里，并在大多數(shù)只有一個值被報道的化學(xué)族如揮發(fā)性有機(jī)化合物（VOC），氯化物，重烷烴的研究并沒有詳細(xì)說明，芳族化合物等關(guān)于的純化沼氣的燃燒殘留物，超過50種化合物是可能存在的，它們屬于上述化學(xué)家族之一。從文獻(xiàn)檢索獲得的沼氣成分濃度值被用來估計污染物的排放。圖2示出了建模的氯濃度（作為一個例子），兩次烹飪之后一天內(nèi)廚房空間的該變量。在24小時內(nèi)積分后的值，平均氯濃度在空氣中為3.2，1.5和0.4微克chlorine/m3為0.5,1和空氣流量和更新的3/hr。TiLilli(hour.計每天同時使用沼氣兩次烹調(diào)后，廚房空氣中氯濃度的變化。接觸條件是基于爐子的利用率（每天兩次）表三總結(jié)了沼氣和燃燒殘余物排放量。3.2化學(xué)品風(fēng)險評估慢性TRV被確定為構(gòu)成生物氣和燃燒殘余物元素的40%。至于余下的60%,毒性數(shù)據(jù)是在文獻(xiàn)中得到的。涉及到可能存在于在照明階段的沼氣化合物的風(fēng)險，計算每個在沼氣組合物中確定的化合物的含量，并比較得到的值，到相應(yīng)的TRV（表4）后確定。對未經(jīng)處理的沼氣，進(jìn)行風(fēng)險評估識別潛在的健康危害，從下列化合物始發(fā)：硫化氫，苯，乙醛，甲醛，鉻以及一些有機(jī)氯化合物，如氯乙烯，三氯乙烯，四氯乙烯，四氯甲烷和1-4個二氯苯。這些化合物的水平依賴于沼氣原點。表5總結(jié)了這些特定化合物中的生物氣的量。作為示例，在沼氣從農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)酵，始發(fā)鉻含量大約是8.1毫克和此水平增加至約91毫克。硫化氫（H2S）有相反的趨勢，即從農(nóng)業(yè)廢棄物發(fā)酵的沼氣（1500毫克M-3）比沼氣從垃圾填埋場發(fā)酵打的（610毫克M-3）較低的H2S水平。表5。未處理沼氣的風(fēng)險評估后確定的具體化合物。這些化合物的含量是由沼氣類型表化合物（mg沼氣源（處理前）m3)農(nóng)業(yè)廢棄物生活垃圾有機(jī)廢棄物填埋場鉻@gm-3)8.1一2591甲醛（mg一一一75m-3)乙醛（mg一一一290m-3)H硫化氫15005200390610(mgm-3)三氯乙烯351.353150(mgm-3)四氯乙烯150.527.4260(mgm-3)四氯甲烷一<0.003一21(mgm-3)苯（mg2.1<0.1739m-3)1-4二氯苯一3.6一92(mgm-3)氟(mgm-3)23一<2020氯(mgm-3)25540850汞@gm-3)vDL—<3.137按照相同的程序，對烹調(diào)階段產(chǎn)生的生物氣的燃燒殘留物進(jìn)行風(fēng)險評價，發(fā)現(xiàn)潛在的健康危害來自于從砷，鉻，鎳，鎘，甲醛和苯。經(jīng)過對這些結(jié)果的嚴(yán)格審查，并明確這些風(fēng)險分析是對未處理的沼氣進(jìn)行的，這些表上列出的純在的潛在健康威脅的化合物，它以被認(rèn)為是爐子發(fā)光周期內(nèi)產(chǎn)生的，沼氣凈化后可能會被消除。事實上，處理后的沼氣化學(xué)成分顯示在表5,表中列出的特定化合物的含量非常低。例如，硫化氫，三氯乙烯，四氯乙烯和氯苯1-4，從垃圾填埋場處理沼氣的水平降低到＜0.0002,0.028,0.011和0.15mg。此外，在烹飪階段到燃燒殘余物，沼氣燃料存在的風(fēng)險是不確定的，相同的理論燃燒殘余物組成的沼氣與天然氣的使用詳見文獻(xiàn)。值得注意的是，基于管道注入規(guī)范（基于技術(shù)方面的考慮）的風(fēng)險評估是保護(hù)急性接觸。對于慢性接觸，在表1中給出的規(guī)格，對消除某些化合物（小于1mgm-3的汞和1mgm-3的氯）的風(fēng)險有效，但對其他的無效（小于10mgm-3的氟和30mgm-3的硫）。然而，氟（v0.05mgm-3）和硫（v0.0002mgm-3）中處理過的沼氣沒有超過技術(shù)限制水平，可以消除其潛在風(fēng)險。3.3微生物風(fēng)險作為化學(xué)成分，在文獻(xiàn)中找到的數(shù)據(jù)主要涉及沼氣凈化，以及很少的處理前的數(shù)據(jù)。存在于氣體中可能分散到家庭的微生物和毒素（內(nèi)毒素，外毒素和霉菌毒素）可能來自：1.沼氣處理前，凈化過程對微生物種群的影響還沒有被研究；2?燃?xì)夤芫W(wǎng)中的生物膜。然而，這種風(fēng)險是不確定的，因為相同的風(fēng)險在天然氣分配中也會遇到。根據(jù)Moletta等（2007年）。在處理前沼氣的微生物多樣性和厭氧沼氣池的多樣性一樣。沼氣微生物種群的分子研究也表明物種多樣性高（＞180個不同種類）。不同種類的氣溶膠中也觀察到一些細(xì)菌，體現(xiàn)了需氧細(xì)菌的顯著存在（18%）。根據(jù)分子的調(diào)查，Moletta等（2007）確定的eukaryota/m31.105至2.107prokaryota/m3and1.104至2.105檢查了沼氣。與1.1018prokaryota/m3在厭氧消化過程中，只有一個1000十億微生物會從消化污泥洗掉進(jìn)入沼氣。此外，原核生物中的生物氣的數(shù)量相似，在空氣（1.106procaryota/m3）可以找到。然而，沼