地下式城鎮(zhèn)污水處理廠氣體在線監(jiān)測設(shè)計

馬建河，何思源

（中國市政工程中南設(shè)計研究總院有限公司，武漢 430000）

隨著城市化進程的快速推進以及人們對于環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高，地下式城鎮(zhèn)污水處理廠（后文簡稱為地下污水廠）在我國得到了越來越廣泛的建設(shè)。污水處理會產(chǎn)生H2S、NH3等有毒氣體，CH4等易爆氣體；地下式污水廠因空間封閉、空氣流動性差，有毒有害氣體易聚集，給污水廠運行帶來了巨大的安全隱患，如何合理又經(jīng)濟的設(shè)計氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)尤為重要。

1 監(jiān)測氣體種類選擇

地下污水廠常規(guī)工藝流程為預(yù)處理（粗格柵、進水泵房、細格柵、沉砂池、除沉池），生物處理（厭氧區(qū)、缺氧區(qū)、好氧區(qū)），深度處理，消毒及外排，污泥脫水系統(tǒng)，加藥系統(tǒng)，鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)，臭氧制備投加系統(tǒng)等部分，根據(jù)有毒有害氣體產(chǎn)生來源，可分為以下三類。

1.1 污水、污泥方向

污水、污泥會產(chǎn)生大量臭氣，以H2S、NH3最為常見（H2S、NH3有毒，吸入少量H2S 可短時間內(nèi)致命）[1]。

經(jīng)污水管網(wǎng)的污水、生物池厭氧區(qū)、長時間堆積的污泥均會產(chǎn)生沼氣，其主要成分為CH4，占比約為50%～80%，空氣中如含有8.6%～20.8%（按體積計）的沼氣，即可形成爆炸性的混合氣體[1]。

地下式污水廠雖設(shè)置除臭、通風(fēng)措施，但考慮到其空間封閉，泄露、未及時排出的氣體經(jīng)長時間聚集，可能會導(dǎo)致局部空間的有毒有害氣體濃度超過標準值。通過分析臭氣、沼氣的主要組成，地下污水廠需重點監(jiān)測H2S、NH3、CH43 種氣體。

1.2 處理工藝方向

常規(guī)污水廠處理工藝投加的藥劑（如：NaClO、O3等）分解、泄露會產(chǎn)生以下有毒有害氣體。

O3：設(shè)置O3接觸池時，O3投加管、O3接觸池、尾氣破壞器等處可能會有O3泄露。O3有毒，在320 μg/m3O3環(huán)境中活動1 h 就會引起咳嗽、呼吸困難及肺功能下降。

Cl2：NaClO 藥液與空氣中的CO2反應(yīng)生成Cl2。Cl2有毒，在30 ppm 環(huán)境中，引起劇烈咳嗽；在40～60 ppm 環(huán)境中，接觸30～60 min 可能引起嚴重損害。

本文僅針對常規(guī)處理工藝投加的藥劑，地下廠重點監(jiān)測O3、Cl22 種氣體；實際設(shè)計時，應(yīng)根據(jù)處理工藝投加的藥劑，重點監(jiān)測相應(yīng)氣體。

1.3 運行維護方向

污泥車間、加藥間位于地下時，在運行維護階段，泥車、送藥儲罐車頻繁出入地下箱體，產(chǎn)生的氣體尾氣以CO 為主。

地下污水廠設(shè)備、巡檢人員均在地下環(huán)境工作，應(yīng)設(shè)置環(huán)境監(jiān)測（如：溫濕度、O2濃度等），方便管理人員了解地下箱體內(nèi)部環(huán)境。

綜上所述，地下污水廠地下箱體應(yīng)監(jiān)測H2S、NH3、CH4、CO、O3、Cl26 種氣體（根據(jù)處理工藝投加的藥劑，監(jiān)測相應(yīng)氣體）；有條件時，設(shè)置O2監(jiān)測。

2 氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計

污水處理過程中，短時間產(chǎn)生的H2S、NH3、CH4、CO、Cl2等氣體遠不會對人員造成危害，只要及時排出即可，故污水廠氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)不同于化工企業(yè)。

現(xiàn)有規(guī)范、標準均要求地下污水廠需監(jiān)測H2S、NH3、CH4等氣體，但未對氣體探測器安裝位置、設(shè)置間距做具體要求，筆者從氣體探測器選型、布置位置、系統(tǒng)設(shè)計3 個方面介紹氣體在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計。

2.1 氣體探測器選型

氣體探測器的選型、測量范圍、報警閾值設(shè)定參照《工作場所有害因素職業(yè)接觸限值 第1 部分：化學(xué)有害因素》 GBZ 2.1—2019 要求，并根據(jù)污水廠的特點分析確定，具體要求如下：

（1）H2S 氣體探測器的主要技術(shù)參數(shù)[2]：

（a）監(jiān)測范圍：0～15 mg/m3；

（b）設(shè)置兩級報警，第一級報警閾值不應(yīng)大于5 mg/m3，第二級報警閾值不應(yīng)大于10 mg/m3；響應(yīng)時間不超過60 s；

（c）電氣設(shè)備防爆結(jié)構(gòu)：防爆型或本質(zhì)安全型。

（2）CH4氣體探測器的主要技術(shù)參數(shù)[2]：

（a）監(jiān)測原理：宜采用催化燃燒法；

（b）監(jiān)測范圍應(yīng)為0～100% LEL；

（c）設(shè)置兩級報警，第一級報警閾值不應(yīng)大于10% LEL，第二級報警閾值不應(yīng)大于25% LEL；響應(yīng)時間不超過30 s。

（3）NH3氣體探測器的主要技術(shù)參數(shù)[2]：

（a）監(jiān)測范圍應(yīng)為30 mg/m3；

（b）設(shè)置兩級報警，第一級報警閾值不應(yīng)大于10 mg/m3，第二級報警閾值不應(yīng)大于20 mg/m3；響應(yīng)時間不超過30 s。

（4）CO 氣體探測器的主要技術(shù)參數(shù)[3]：

（a）監(jiān)測范圍應(yīng)為30 mg/m3（非高原地區(qū)）；

（b）設(shè)置兩級報警，第一級報警閾值不應(yīng)大于10 mg/m3，第二級報警閾值不應(yīng)大于20 mg/m3；響應(yīng)時間不超過30 s。

（5）O3氣體探測器的主要技術(shù)參數(shù)：

（a）監(jiān)測范圍應(yīng)為0～0.50 mg/m3；

（b）設(shè)置兩級報警，第一級報警閾值不應(yīng)大于0.15 mg/m3，第二級報警閾值不應(yīng)大于0.3 mg/m3。（O3濃度達到0.15 mg/m3時，應(yīng)自動開啟機械通風(fēng)裝置同時進行預(yù)報報警；當(dāng)室內(nèi)環(huán)境空氣O3含量達到0.3 mg/m3時，應(yīng)進行警報報警并應(yīng)及時關(guān)閉O3發(fā)生裝置）。

（6）Cl 氣體探測器的主要技術(shù)參數(shù)[4]：

（a）監(jiān)測范圍應(yīng)為0～1.5 mg/m3；

（b）設(shè)置兩級報警，第一級報警閾值不應(yīng)大于0.5 mg/m3，第二級報警閾值不應(yīng)大于1.0 mg/m3。

（7）環(huán)境氧氣氣體探測器的主要技術(shù)參數(shù)：

（a）監(jiān)測范圍應(yīng)為0～25% VOL；

（b）環(huán)境氧氣的過氧報警設(shè)定值為23.5% VOL，環(huán)境欠氧報警設(shè)定值宜為19.5% VOL。

筆者建議有毒有害氣體探測器均需設(shè)置兩級報警，第一級報警閾值宜設(shè)置成工作場所危害濃度限定值50%，且達到第一級報警閾值時需聯(lián)動進排風(fēng)機，加大箱體換氣次數(shù)；第二級報警閾值宜設(shè)置成工作場所危害濃度的限定值，且達到第二級報警閾值時，進行聲光報警，非事故處理人員，不得位于地下箱體。

2.2 氣體探測器布置位置

根據(jù)污水廠短時間產(chǎn)生的H2S、NH3、CH4、CO、Cl2等氣體遠不會對人員造成危害的特點，氣體探測器應(yīng)裝于有毒有害氣體產(chǎn)生較多區(qū)域、空氣流通差易聚集區(qū)域。

筆者就對地下污水廠的理解，將預(yù)處理區(qū)域、生物處理區(qū)域、除臭裝置區(qū)域、污泥存儲及處理區(qū)、負二層區(qū)域、NaClO 儲罐區(qū)域、O3接觸池區(qū)域等幾處區(qū)域列為重點監(jiān)測區(qū)域。

（1）氣體探測器安裝位置[5-6]：

（a）地下箱體負二層，多為管廊、放空、污泥管道泵房區(qū)域，且屬于通風(fēng)效果較差、氣體易聚集區(qū)域。至少監(jiān)測H2S、CH42 種氣體，建議將變送器設(shè)置在負二層樓梯間前室，便于運行人員進入負二層區(qū)域前了解負二層環(huán)境；當(dāng)負二層單個防火分區(qū)較大或較長時，建議增設(shè)1 處或幾處監(jiān)測點；

（b）預(yù)處理區(qū)域、生物處理區(qū)域、除臭裝置區(qū)域、污泥存儲及處理區(qū)等區(qū)域，是有害氣體產(chǎn)生較多區(qū)域，應(yīng)設(shè)置氣體探測器，至少可以監(jiān)測H2S、NH3、CH43 種氣體；當(dāng)單個防火分區(qū)較大或較長時，建議增設(shè)1 處或幾處監(jiān)測點；

（c）為了解地下箱體空氣質(zhì)量，在每個防火分區(qū)至少設(shè)置1 處CO、O2氣體探測器，當(dāng)單個防火分區(qū)較大或較長時，建議增設(shè)1 處或幾處監(jiān)測點；車輛停留時間較長區(qū)域建議增設(shè)1 處CO 氣體探測器；

（d）地下箱體設(shè)置電梯時，考慮到電梯井較為密閉，建議監(jiān)測電梯井中H2S、NH3、CH4、CO、O2的氣體濃度；

（e）考慮到H2S 較重且屬于低濃度毒性較大，在泥庫、設(shè)備坑等低洼處設(shè)置獨立的H2S 探測器，在粗格柵、細格柵、膜格柵除臭罩外設(shè)置獨立的H2S探測器；

（f）O3接觸池區(qū)域、O3投加管途徑區(qū)域需設(shè)置O3氣體探測器；

（g）NaClO 儲罐旁需設(shè)置Cl2氣體探測器。

（2）氣體探測器安裝高度如表1所示。

表1 氣體探測器安裝高度Tab.1 Installation height of gas detector

2.3 氣體監(jiān)測報警系統(tǒng)設(shè)計

常規(guī)地上污水廠，氣體探測器數(shù)量較少，信號接入就近現(xiàn)場控制站（PLC 柜）。地下式污水廠，氣體探測器數(shù)量較多，從氣體監(jiān)測的可靠性、穩(wěn)定性、整體性、經(jīng)濟性考慮，筆者建議在每個防火分區(qū)設(shè)置氣體報警控制器，負責(zé)本防火分區(qū)的氣體探測器、聲光報警器信號采集與供電，實現(xiàn)本區(qū)域的氣體探測器的管理、報警等任務(wù)，系統(tǒng)接線如圖1所示。

圖1 氣體監(jiān)測報警系統(tǒng)設(shè)備接線示意圖Fig.1 Wiring diagram of gas detection and alarm system

3 結(jié)語

氣體監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計時，需分析污水污泥、處理工藝、運行維護可能產(chǎn)生的有毒有害氣體，并根據(jù)氣體產(chǎn)生特點，合理選擇氣體探測器量程、布置位置、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計，在保護工作環(huán)境、污水廠正常運行的同時，提高穩(wěn)定性、經(jīng)濟性。