某城市污水泵站邊界惡臭氣體散發(fā)規(guī)律的研究

蘇笑豐

上海市城市排水監(jiān)測(cè)站有限公司 上海 200062

城市污水泵站是現(xiàn)代化城市不可缺少的重要市政基礎(chǔ)設(shè)施，也是城市水污染防治和排澇防洪的骨干工程，不僅起到截污、防洪、排澇的作用，還為水資源的可持續(xù)發(fā)展創(chuàng)造了條件，在社會(huì)可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用。近年來(lái)，隨著城市人口數(shù)量的快速增長(zhǎng)和城市化的加劇，作為城市排水系統(tǒng)重要組成部分的污水泵站數(shù)量和規(guī)模也在不斷地增加。但是，老舊的污水泵站多分布在居住區(qū)、商業(yè)區(qū)等人口稠密地區(qū)，其在運(yùn)行過(guò)程中散發(fā)出的難聞的惡臭氣味已成為擾民的主要環(huán)境問(wèn)題，對(duì)周邊居民的生活質(zhì)量造成影響[1,2]。污水中存在的惡臭氣體擴(kuò)散到污水表面或進(jìn)入空氣層，高濃的含硫以及含氮的惡臭物質(zhì)對(duì)人類(lèi)活動(dòng)會(huì)產(chǎn)生很大的影響[3]。因此，污水泵站的惡臭氣體排放已經(jīng)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。全國(guó)各地也都在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《 惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB 14554-1993）的基礎(chǔ)上出臺(tái)了更加嚴(yán)格的地方標(biāo)準(zhǔn)，例如上海市地方標(biāo)準(zhǔn)《惡臭（異味）污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（DB31/1025-2016）于2017年2月1日開(kāi)始全面實(shí)施。

雖然國(guó)內(nèi)外針對(duì)污水排放的惡臭氣體的測(cè)量方法和污染控制措施進(jìn)行了很多的研究。例如，席勁瑛等對(duì)硫化氫、氨氣濃度研究城市污水處理廠(chǎng)的惡臭污染規(guī)律[4]；陳波等對(duì)污水泵站集水池臭氣散發(fā)規(guī)律及其影響因素做了一定的研究[5]。但對(duì)于污水泵站惡臭氣體排放規(guī)律的認(rèn)識(shí)和研究尚不全面，目前也沒(méi)有應(yīng)用在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備不間斷地對(duì)泵站進(jìn)行惡臭氣體監(jiān)測(cè)的研究報(bào)告。為此，本次研究通過(guò)對(duì)上海市某污水泵站進(jìn)行了不間斷地在線(xiàn)惡臭周界的監(jiān)測(cè)，積累數(shù)據(jù)后進(jìn)行分析和比較惡臭氣體排放水平，研究污水泵站惡臭氣體排放的規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 儀器與設(shè)備

本次研究選用AirOdor413S型電子鼻惡臭在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀。此在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備可直接測(cè)試惡臭氣體，及氣象五參數(shù)值，包括：風(fēng)速、風(fēng)向、溫度、濕度、大氣壓。

1.2 監(jiān)測(cè)點(diǎn)位布設(shè)

污水泵站惡臭氣體產(chǎn)生主要是泵房集水井，因此電子鼻惡臭在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備安裝點(diǎn)位選擇泵房集水井的東南西北四個(gè)角落，靠近泵站的圍墻周界。

此次監(jiān)測(cè)點(diǎn)位的布設(shè)有利于發(fā)揮電子鼻惡臭在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀的最大優(yōu)勢(shì)，7×24小時(shí)不間斷，全方位，多角度測(cè)試泵站內(nèi)惡臭氣體變化情況，有助于提高測(cè)試效率和效果，獲得數(shù)據(jù)也更加真實(shí)可靠。

1.3 方法

1.3.1 臭氣濃度（OU值）在線(xiàn)測(cè)定

AirOdor413S型電子鼻惡臭在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀內(nèi)置4個(gè)金屬氧化物氣敏半導(dǎo)體傳感器，內(nèi)置吸氣泵，可以把環(huán)境空氣直接吸入到監(jiān)測(cè)儀倉(cāng)體，傳感器進(jìn)行響應(yīng)，通過(guò)算法PLSR偏最小二乘法回歸算法進(jìn)行擬合計(jì)算，直接測(cè)試出OU值。監(jiān)測(cè)參數(shù)設(shè)置：采樣時(shí)間100s，清洗時(shí)間200s，采樣氣流量600mL/min，清洗氣流量600mL/min，數(shù)據(jù)發(fā)送頻率1min。

1.3.2 泵站運(yùn)行工況

泵站運(yùn)行工況包括：污水位、雨量等。

1.3.3 氣象五參數(shù)

氣象五參數(shù)儀外置安裝于在線(xiàn)監(jiān)測(cè)設(shè)備采樣口旁，數(shù)據(jù)線(xiàn)連接至串口，數(shù)據(jù)連同OU值一并發(fā)送至數(shù)據(jù)云平臺(tái)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

電子鼻惡臭在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀測(cè)試結(jié)果通過(guò)4G網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至云數(shù)據(jù)平臺(tái)，抽提具有代表性的數(shù)據(jù)組，利用Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理和分析，采用SPSS 24.0數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行顯著性分析、相關(guān)性權(quán)重分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 在線(xiàn)儀器同人工嗅辨比對(duì)結(jié)果

2020年7月22日，在本次研究的污水泵站進(jìn)行電子鼻惡臭在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀數(shù)據(jù)與手工采樣實(shí)驗(yàn)室分析數(shù)據(jù)比對(duì)工作。電子鼻惡臭在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀與人工嗅辯采樣時(shí)間及采樣點(diǎn)位保持一致的情況下，最終測(cè)試結(jié)果OU值一致性達(dá)到97.4%，證明惡臭在線(xiàn)監(jiān)測(cè)檢測(cè)儀可準(zhǔn)確反應(yīng)臭氣濃度變化的趨勢(shì)。

2.2 在線(xiàn)監(jiān)測(cè)儀數(shù)據(jù)結(jié)果

在歷時(shí)9個(gè)月不間斷的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)后發(fā)現(xiàn)，污水泵站運(yùn)行過(guò)程全年絕大多數(shù)時(shí)間周界的OU值是小于10的。4個(gè)周界點(diǎn)位每周至少有3次瞬時(shí)OU值大于10，OU值超過(guò)20的情況也偶有發(fā)生。本次研究主要抽提和分析OU值大于10的相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合泵站的運(yùn)行參數(shù)和氣象條件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，嘗試找到惡臭氣體散發(fā)的規(guī)律。

2.2.1 泵站集水井污水位高低變化的影響

當(dāng)污水泵站上游來(lái)水增大時(shí)，日常輸送的泵機(jī)開(kāi)啟臺(tái)數(shù)無(wú)法滿(mǎn)足輸送需求時(shí)，泵站運(yùn)行管理部門(mén)會(huì)增加泵機(jī)開(kāi)啟臺(tái)數(shù)。這時(shí)泵站集水井的污水位就會(huì)發(fā)生變化，導(dǎo)致污水發(fā)生劇烈涌動(dòng)，OU值隨之會(huì)產(chǎn)生變化。污水位升高，OU值升高，污水位的降低，OU也降低，屬于正相關(guān)的變化。并且，當(dāng)污水位升高與原水位差值幅度越大， OU值的升高幅度也會(huì)隨之增大。

2.2.2 降雨的影響

降雨前后的OU值變化也非常明顯。未降雨時(shí)，OU值保持在10附近的相對(duì)正常水平，但降雨發(fā)生時(shí)，OU值明顯發(fā)生降低，且隨著雨量的增加OU值呈現(xiàn)的下降趨勢(shì)。

2.2.3 風(fēng)速的影響

風(fēng)速是一個(gè)重要的影響因子，當(dāng)風(fēng)速超過(guò)2.5m/s的時(shí)候，惡臭氣體散發(fā)至空氣中后被迅速吹散，OU值基本小于10。當(dāng)風(fēng)速低于1m/s的時(shí)候，在污水泵站下風(fēng)向點(diǎn)位的OU值會(huì)大于10。

2.2.4 大氣壓變化的影響

當(dāng)環(huán)境大氣壓值處于低氣壓的時(shí)候，惡臭氣體從集水井中向外散發(fā)后，不利于在空氣中擴(kuò)散。特別是當(dāng)環(huán)境大氣壓值低于100kPa時(shí)，OU值往往會(huì)大于10。

2.2.5 環(huán)境溫度變化的影響

環(huán)境溫度的升高也是利于惡臭氣體的OU值升高的重要因素。從數(shù)據(jù)分析中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)環(huán)境溫度大于15℃時(shí)，OU值開(kāi)始慢慢隨著溫度升高而升高。

2.3 SPSS數(shù)據(jù)分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析

2.3.1 顯著性分析

抽取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)樣本數(shù)425組，利用SPSS 24.0進(jìn)行單因素顯著性分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1：

表1 單因素顯著性分析

從表1可以看出，所有影響因素均呈現(xiàn)顯著性，這為研究惡臭氣體散發(fā)規(guī)律提供了理論基礎(chǔ)。

2.3.2 相關(guān)性權(quán)重分析

抽取監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)樣本數(shù)425組，利用SPSS24.0進(jìn)行相關(guān)性權(quán)重分析，分析結(jié)果見(jiàn)表2：

表2 相關(guān)性權(quán)重分析(常量B: 299.258, 標(biāo)準(zhǔn)誤差: 232.378)

通過(guò)分析權(quán)重顯著性系數(shù)進(jìn)行比較，得出：大氣壓＞雨量＞溫度＞污水位＞風(fēng)速。這為建立惡臭氣體散發(fā)預(yù)測(cè)模型提供了理論依據(jù)。

3 結(jié)論

（1）利用電子鼻在線(xiàn)惡臭監(jiān)測(cè)儀，對(duì)污水泵站進(jìn)行不間斷的在線(xiàn)監(jiān)測(cè)，獲得了大量的數(shù)據(jù)，這為后期建立惡臭預(yù)測(cè)模型提供了理論基礎(chǔ)。

（2）通過(guò)分析泵站的運(yùn)行工況和氣象條件參數(shù)與OU值的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)了OU值升高的散發(fā)規(guī)律，即：污水位升高、環(huán)境大氣壓低、溫度升高、風(fēng)速小會(huì)造成OU值升高；雨量增加、風(fēng)速大于2.5m/s會(huì)使OU值降低。

（3）由以上規(guī)律，分析了相關(guān)性權(quán)重，結(jié)論：大氣壓＞雨量＞溫度＞污水位＞風(fēng)速。