地下式污水處理廠中環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表的設(shè)置

吳 辰，鄧金穎，張 怡，郭 韜，盧曄楠

（中國(guó)市政工程華北設(shè)計(jì)研究總院有限公司，天津 300070）

0 引言

目前，隨著中國(guó)城市的用地越來(lái)越緊張，然而景觀、綠化等要求又越來(lái)越高的矛盾，越來(lái)越多的污水處理廠選擇了地下式污水處理廠的模式來(lái)應(yīng)對(duì)這些矛盾。對(duì)于儀表專業(yè)而言，地下式污水處理廠與傳統(tǒng)的地上式污水處理廠最大的不同之一，就是對(duì)于環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表的增加和儀表安裝位置的選擇。

傳統(tǒng)地上式污水處理廠中，環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表的應(yīng)用方式一般為：1）在污泥處理車間內(nèi)，安裝環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表（一般為H2S 氣體監(jiān)測(cè)儀表）；2）在預(yù)處理區(qū)域，安裝了環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表（一般為H2S 和NH3的氣體監(jiān)測(cè)儀表）。

但是對(duì)于地下式污水處理廠，由于其大箱體和地埋式的特性，使得箱體環(huán)境較為封閉，箱體內(nèi)空氣流通較差，導(dǎo)致傳統(tǒng)污水廠的環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表的配置方式不適用于地下式污水處理廠的特殊情況，所以需要根據(jù)地下式污水處理廠的特性，探討出適合其環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表配置的方式。

1 地下式污水處理廠中環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)的必要性

地下式污水處理廠由于其箱體地埋式的特點(diǎn)，導(dǎo)致地下箱體內(nèi)部與外界相對(duì)隔離，地下箱體與外界的出入口相對(duì)受限制，導(dǎo)致內(nèi)部自然通風(fēng)不良，而且地下式污水處理廠的下層一般均為污水處理廠的管廊層。對(duì)于廠區(qū)運(yùn)行人員來(lái)講，地下式污水處理廠的日常巡邏、檢修以及其他運(yùn)行工作均構(gòu)成了進(jìn)入管廊作業(yè)、半開(kāi)敞空間作業(yè)的工作性質(zhì)。根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠防毒技術(shù)規(guī)范：AQ 4209-2010》[2]中的定義，地下式污水處理廠內(nèi)部符合規(guī)范中對(duì)于密閉空間的定義，故應(yīng)執(zhí)行密閉空間內(nèi)作業(yè)應(yīng)對(duì)氣體進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)的要求。同時(shí)，由于地下式污水處理廠的日常運(yùn)行相對(duì)常態(tài)化，故應(yīng)設(shè)置固定式、帶聲光報(bào)警的環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表以確保運(yùn)行、檢修等相關(guān)人員的安全。

2 地下式污水處理廠中環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)類型的確定

根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠防毒技術(shù)規(guī)范：AQ 4209-2010》對(duì)進(jìn)入密閉空間作業(yè)時(shí)監(jiān)測(cè)項(xiàng)目的要求，監(jiān)測(cè)項(xiàng)目應(yīng)包括測(cè)含氧量、測(cè)爆、測(cè)有毒氣體。考慮到污水處理廠處理工藝的性質(zhì)，這三步對(duì)應(yīng)的環(huán)境氣體應(yīng)為：

1）測(cè)含氧量：一般就是空氣中O2的含量。

2）測(cè)爆：測(cè)爆應(yīng)為監(jiān)測(cè)環(huán)境空間內(nèi)的爆炸危險(xiǎn)氣體濃度，然而爆炸危險(xiǎn)性氣體的種類繁多，現(xiàn)實(shí)中很難做到一一測(cè)量，只能通過(guò)處理工藝的性質(zhì)，有針對(duì)性地選擇對(duì)應(yīng)的爆炸危險(xiǎn)氣體進(jìn)行測(cè)量?？紤]到是污水處理廠，一般針對(duì)污水、污泥進(jìn)行工藝處理，而污水、污泥會(huì)產(chǎn)生的主要的爆炸危險(xiǎn)氣體便是沼氣，故沼氣應(yīng)該是主要的爆炸危險(xiǎn)氣體監(jiān)測(cè)目標(biāo)。然而沼氣是一種混合氣體，其組分中主要的爆炸危險(xiǎn)氣體是甲烷，所以應(yīng)該對(duì)空氣中的甲烷含量進(jìn)行監(jiān)測(cè)，達(dá)到測(cè)爆的目的。

3）測(cè)有毒氣體：與爆炸危險(xiǎn)氣體一樣，毒害氣體的種類也很多。那么，同樣根據(jù)污水處理廠的污水、污泥處理工藝的性質(zhì)，確定需要監(jiān)測(cè)的有毒氣體應(yīng)為H2S 和NH3。

除了以上3 種氣體之外，全地下式污水處理廠由于其埋地式的特點(diǎn)，使得其內(nèi)部的溫度相對(duì)于地上有所差別。冬天溫度較高，夏季溫度又較低，對(duì)于人體也許更加感覺(jué)舒適，但是由于是污水處理廠，這個(gè)溫度特性就會(huì)使得廠內(nèi)的凝露狀態(tài)嚴(yán)重，環(huán)境的濕度也會(huì)相對(duì)較大，這種濕度如果長(zhǎng)期保持，會(huì)對(duì)場(chǎng)內(nèi)各種設(shè)備產(chǎn)生很大的腐蝕。所以，對(duì)于箱體內(nèi)部的溫濕度監(jiān)測(cè)也是相當(dāng)必要的。

根據(jù)以上分析，以及結(jié)合根據(jù)《城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)電器及自動(dòng)化工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：CJJ/T 120-2018》5.4.1 的相關(guān)要求，基本可以明確，CH4、H2S、O2、NH3這4 種氣體以及環(huán)境溫濕度是應(yīng)當(dāng)在地下式污水處理廠內(nèi)設(shè)置環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表監(jiān)測(cè)的氣體和參數(shù)。

3 地下式污水處理廠中環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表的選擇

根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠防毒技術(shù)規(guī)范：AQ 4209-2010》《城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)電器及自動(dòng)化工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：CJJ/T 120-2018》[1]等技術(shù)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)的要求，地下式污水處理廠的環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表及溫濕度儀表選擇應(yīng)具有如下的要求：

1）根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠防毒技術(shù)規(guī)范：AQ 4209-2010》第11 章11.2 氣體監(jiān)測(cè)部分11.2.5 的規(guī)定：對(duì)于格柵間、加氯間、消化池地下廊道、地下泵站和污水、污泥地下管道間等場(chǎng)所，應(yīng)設(shè)置固定式有毒氣體在線監(jiān)測(cè)和報(bào)警儀，并確保其在有效周期內(nèi)。

2）根據(jù)《城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)電器及自動(dòng)化工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：CJJ/T 120-2018》中3.1.14 章節(jié)的規(guī)定，存在或可能積聚毒性、爆炸性、腐蝕性氣體的場(chǎng)所，應(yīng)設(shè)置連續(xù)的監(jiān)測(cè)和報(bào)警裝置。

3）由于地下式污水處理廠屬于工業(yè)廠房，并且地下式污水處理廠通常采用“無(wú)人值守”的管理模式，所以環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表及溫濕度儀表應(yīng)選用工業(yè)型，具有連續(xù)的信號(hào)遠(yuǎn)傳功能。保證儀表的可靠性，并使位于中控室的廠區(qū)運(yùn)行人員能夠第一時(shí)間對(duì)箱體內(nèi)部的環(huán)境氣體做出反應(yīng)。

4）由于污水處理廠多個(gè)區(qū)域中，每一個(gè)區(qū)域均有多種毒害氣體需監(jiān)測(cè)，故宜選用多通道的監(jiān)測(cè)方式，同時(shí)多通道氣體監(jiān)測(cè)儀表宜預(yù)留備用監(jiān)測(cè)通道。

5）根據(jù)《城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)電器及自動(dòng)化工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：CJJ/T 120-2018》中第5.5.17 章節(jié)、第5.5.18 章節(jié)規(guī)定，CH4、H2S 的毒害氣體報(bào)警儀需具有聲音報(bào)警功能，聲壓級(jí)應(yīng)高于背景噪聲15dB，環(huán)境噪聲較大的場(chǎng)所可增加設(shè)置紅色報(bào)警閃光燈。

4 地下式污水處理廠中環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表位置的確定

地下式污水處理廠中環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表監(jiān)測(cè)氣體探頭根據(jù)上文的探討，應(yīng)包括O2、H2S、NH3，CH44 種。這4種探頭按照《城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)電器及自動(dòng)化工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：CJJ/T 120-2018》《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源 罐區(qū) 現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)控裝置設(shè)置規(guī)范：AQ3036-2010》[3]等規(guī)范的相關(guān)要求，并根據(jù)介質(zhì)與空氣之間的比重關(guān)系，應(yīng)將H2S 監(jiān)測(cè)探頭安裝于地坪上300mm ～600mm，將NH3與CH4探頭安裝與距離頂板300mm 以內(nèi)，而O2在這里并非毒害氣體，故不需根據(jù)介質(zhì)與空氣之間的比重關(guān)系，而是根據(jù)人員長(zhǎng)期活動(dòng)的標(biāo)高，將探頭安裝于距地1.5m ～1.8m 高度，保證巡視檢修人員工作環(huán)境的安全性。

地下式污水處理廠由于其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，既具有一般污水廠中的格柵間、污泥處理車間等環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表的常規(guī)配置點(diǎn)，同時(shí)管道層的形式又與污水管廊間基本相同，而且地下式污水處理廠箱體封閉性較強(qiáng)，通風(fēng)性較差，導(dǎo)致一些本來(lái)在地上式污水處理廠中不易積聚大量毒害氣體的工藝建筑物在地下箱體中具有了積聚毒害氣體的可能。為了應(yīng)對(duì)這些不同的情況，應(yīng)對(duì)地下式污水處理廠的各個(gè)區(qū)域分開(kāi)討論，確定環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表的安裝位置。

4.1 預(yù)處理區(qū)

無(wú)論是在地上式污水處理廠還是地下式污水處理廠中，預(yù)處理區(qū)的格柵區(qū)域都是需要進(jìn)行環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)的重點(diǎn)區(qū)域，每一個(gè)格柵區(qū)域均有必要配備環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表，格柵的柵渣處理區(qū)域也有配置環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表的必要。但是，不同于地上式污水處理廠在曝氣沉砂池區(qū)域配備環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表也是有一定必要的。主要是因?yàn)槠貧鈺?huì)使氣體從水中逸出，對(duì)于地上式污水處理廠來(lái)說(shuō)，由于環(huán)境空氣流通性強(qiáng)，這些逸出的氣體很快會(huì)擴(kuò)散至大氣中，不會(huì)產(chǎn)生危害。但是，地下式污水處理廠封閉性較強(qiáng)、通風(fēng)性較差，這些逸散出的氣體容易在箱體內(nèi)積聚，對(duì)人體產(chǎn)生危害，所以應(yīng)在曝氣沉砂池區(qū)域也配備環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表。

另外，地下式污水處理廠中的初次沉淀池、污泥泵房一般會(huì)與初次沉淀池合建，所以初次沉淀池尤其是污泥泵房附近區(qū)域也有必要設(shè)置環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表。

4.2 生物處理區(qū)

由于現(xiàn)階段中國(guó)主流的生物處理工藝為AAO 的處理工藝，該工藝在好氧段會(huì)采取曝氣措施，情況與曝氣沉砂池類似，所以在生物處理區(qū)尤其是好氧段附近也需要設(shè)置環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表。同時(shí)一般地下式污水處理廠的AAO 生物池均與剩余及回流污泥泵房合建，所以生物處理區(qū)剩余及回流污泥泵房周圍也需要設(shè)置環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表。

4.3 深度處理區(qū)

對(duì)于深度處理區(qū)，一般來(lái)說(shuō)，只有因?yàn)楣に囘x擇不同而會(huì)出現(xiàn)的污泥、污水泵房需要設(shè)置環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表，其他的位置不需要設(shè)置環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表。

4.4 污泥處理區(qū)

污泥處理區(qū)域無(wú)論是在地上式污水處理廠還是地下式污水處理廠，都是毒害氣體產(chǎn)生的“重災(zāi)區(qū)”，尤其是污泥輸送和存儲(chǔ)設(shè)置周圍，都應(yīng)設(shè)置環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表。

4.5 管廊間區(qū)域

現(xiàn)階段地下式污水處理廠箱體的下層，基本上均為污水、污泥管廊區(qū)域。這個(gè)地上式污水處理廠一般沒(méi)有的特殊區(qū)域，按照《城鎮(zhèn)污水處理廠防毒技術(shù)規(guī)范：AQ 4209-2010》中11.2.5 的規(guī)定，也應(yīng)設(shè)置環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表。

并且，在環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表具體設(shè)置位置上，由于地下式污水處理廠的下層管廊間一般為狹長(zhǎng)型多段的雙層空間。由于管廊間內(nèi)污水、污泥管線較多，可能會(huì)出現(xiàn)部分少有人員經(jīng)過(guò)，且空氣流通相對(duì)更差的“死角”區(qū)域。而對(duì)于環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表的探頭位置，除了人員巡視、檢修經(jīng)常活動(dòng)的區(qū)域外，也更應(yīng)將環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表的探頭設(shè)置于這些“死角”區(qū)域內(nèi)。因?yàn)橄鄬?duì)于人員巡視，檢修經(jīng)常活動(dòng)的通風(fēng)相對(duì)良好的區(qū)域，這些“死角”區(qū)域更有可能積聚毒害氣體，而且如果通風(fēng)相對(duì)良好的區(qū)域（如通道出入口、樓梯間進(jìn)口等位置），毒害氣體都發(fā)生超標(biāo)的話，這些“死角”區(qū)域的毒害氣體很有可能嚴(yán)重超標(biāo)甚至產(chǎn)生爆炸危害，造成嚴(yán)重的事故。

但是，不論環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表的探頭設(shè)置于哪個(gè)位置，應(yīng)把環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表的變送器以及對(duì)應(yīng)的聲光報(bào)警器都應(yīng)設(shè)置在每一段管廊間的出入口附近，保證進(jìn)入該區(qū)域的巡視、檢修人員能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并采取相關(guān)措施。

5 結(jié)論及建議

5.1 結(jié)論

本文通過(guò)對(duì)地下式污水處理廠結(jié)構(gòu)特征分析以及環(huán)境氣體危害的討論，并結(jié)合《城鎮(zhèn)污水處理廠防毒技術(shù)規(guī)范：AQ 4209-2010》《城鎮(zhèn)排水系統(tǒng)電器及自動(dòng)化工程技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：CJJ/T 120-2018》《危險(xiǎn)化學(xué)品重大危險(xiǎn)源 罐區(qū) 現(xiàn)場(chǎng)安全監(jiān)控裝置設(shè)置規(guī)范：AQ3036-2010》等規(guī)范的相關(guān)要求，系統(tǒng)闡述了目前地下式污水處理廠中環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表應(yīng)用的必要性、監(jiān)測(cè)類型、監(jiān)測(cè)形式、監(jiān)測(cè)點(diǎn)選擇等多方面內(nèi)容，并參照工程設(shè)計(jì)中的實(shí)際情況，提出了地下式污水處理廠中環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表的應(yīng)用方案。

1）推薦地下式污水處理廠中環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表應(yīng)包括O2、CH4、H2S、NH34 種氣體的檢測(cè)，并且應(yīng)設(shè)置溫濕度檢測(cè)儀表。

2）推薦地下式污水處理廠中環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表應(yīng)采用工業(yè)級(jí)、固定式、多通道，具有連續(xù)的信號(hào)遠(yuǎn)傳功能，能連續(xù)地監(jiān)測(cè)和直接進(jìn)行聲、光報(bào)警的可靠?jī)x表。

3）推薦地下式污水處理廠中環(huán)境氣體監(jiān)測(cè)儀表的傳感器應(yīng)設(shè)置在格柵、污泥處理區(qū)等明確會(huì)產(chǎn)生毒害氣體的區(qū)域，曝氣沉砂池、生物池好氧段等具有曝氣狀態(tài)的區(qū)域，污泥、污水泵房區(qū)域以及下層污水，污泥管廊層尤其是管廊層的日常運(yùn)行路線以外的“死角”區(qū)域，并應(yīng)將對(duì)應(yīng)的變送器及聲光報(bào)警器放置于這些區(qū)域的主要出入口附近。

5.2 建議

建議相關(guān)部門針對(duì)地下式污水處理廠環(huán)境的特點(diǎn)和環(huán)境氣體的狀態(tài)，盡快制定地下污水處理廠環(huán)境氣體檢測(cè)儀表設(shè)計(jì)規(guī)范以指導(dǎo)相關(guān)設(shè)計(jì)。