地下餐廚垃圾處理廠安全設(shè)施設(shè)計(jì)

摘要：餐廚垃圾處理廠存在爆炸、中毒等安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)。以深圳市某餐廚垃圾處理廠為例，闡述地下餐廚垃圾處理廠的安全設(shè)施設(shè)計(jì)方案。該項(xiàng)目通過合理布局總圖和車間功能，設(shè)計(jì)完善的除臭、暖通送排風(fēng)和調(diào)節(jié)池應(yīng)急排風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)置可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)（Gas Detection System，GDS）并與送排風(fēng)設(shè)施連鎖控制，實(shí)現(xiàn)各種工況下全廠特別是地下污水調(diào)節(jié)池的安全風(fēng)險(xiǎn)管控。

關(guān)鍵詞：地下餐廚垃圾處理廠；安全設(shè)施設(shè)計(jì)；可燃?xì)怏w；有毒氣體；檢測(cè)；報(bào)警；安全風(fēng)險(xiǎn)管控

中圖分類號(hào)：X799.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1008-9500（2024）06-00-04

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.06.018

Design of Safety Facilities for Underground Kitchen Waste Treatment Plant

—Taking a Kitchen Waste Treatment Plant in Shenzhen City as an Example

XIE Kui

（Shanghai Municipal Engineering Design Institute （Group） Co.， Ltd.， Shanghai 200092， China）

Abstract： There are safety production risks such as explosions and poisoning in kitchen waste treatment plants. Taking a kitchen waste treatment plant in Shenzhen city as an example， the safety facility design scheme of an underground kitchen waste treatment plant is elaborated. Through a reasonable layout of the overall plan and workshop functions， this project has designed a comprehensive deodorization， heating ventilation and air conditioning supply and exhaust， and emergency exhaust system for the regulating pool， and has set up a Gas Detection System （GDS）， which is linked with the supply and exhaust facilities for control， thus achieving safety risk control for the entire plant， especially the underground sewage regulating pool， under various working conditions.

Keywords： underground kitchen waste treatment plant; safety facility design; combustible gases; toxic gases; detection; alarm; safety risk control

近年來，國(guó)家始終將安全生產(chǎn)放在突出位置，但環(huán)境保護(hù)設(shè)施依然屢屢發(fā)生安全生產(chǎn)事故，如厭氧罐沼氣爆炸、生活垃圾處理站有害氣體中毒和污水調(diào)節(jié)池沼氣閃爆等，造成巨大的人員傷亡。統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2006—2016年歐洲發(fā)生的208起沼氣站事故中，火災(zāi)和爆燃/爆炸事故類型占比分別為59%和22%，事故對(duì)象中，厭氧消化罐、沼氣柜和沼氣發(fā)電機(jī)的占比為59%[1]。從原因來看，這些設(shè)施安全生產(chǎn)事故有較大比例涉及可燃?xì)怏w爆炸或有毒氣體中毒。

餐廚垃圾處理廠多采用厭氧消化處理技術(shù)，屬沼氣工程，廠內(nèi)有多個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)涉及沼氣等可燃?xì)怏w，如厭氧消化系統(tǒng)、沼氣存儲(chǔ)及凈化系統(tǒng)、鍋爐系統(tǒng)和發(fā)電系統(tǒng)等，存在燃燒和爆炸風(fēng)險(xiǎn)。另外，餐廚垃圾原料、預(yù)處理漿液和厭氧沼液等會(huì)產(chǎn)生H2S等有毒氣體，污水間及泵坑等有限空間內(nèi)易發(fā)生H2S的聚集而產(chǎn)生安全隱患。目前，餐廚垃圾處理廠的設(shè)計(jì)規(guī)范并不完善，沒有專門的消防安全設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，安全設(shè)施只能參照建筑、石油化工等行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)。以深圳市某餐廚垃圾處理廠為例，闡述該項(xiàng)目地下空間的安全設(shè)施設(shè)計(jì)方案，可以供類似項(xiàng)目參考。

1 餐廚垃圾處理廠概況

1.1 設(shè)計(jì)規(guī)模及處理工藝

該餐廚垃圾處理廠設(shè)計(jì)處理規(guī)模為1 200 t/d，其中，餐廚垃圾（產(chǎn)生主體是企業(yè)和公共機(jī)構(gòu)）為730 t/d，廚余垃圾（產(chǎn)生主體是居民家庭）為200 t/d，廢棄食用油脂為70 t/d，另預(yù)留大件園林垃圾處理規(guī)模200 t/d。該項(xiàng)目采用“預(yù)處理+濕式厭氧消化”工藝處理餐廚垃圾和廚余垃圾，厭氧消化產(chǎn)生的沼氣凈化后發(fā)電上網(wǎng)利用，厭氧脫水沼渣干化處理后外運(yùn)處置，沼液在廠內(nèi)處理，達(dá)到《污水排入城鎮(zhèn)下水道水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 31962—2015）的A級(jí)標(biāo)準(zhǔn)后排入市政污水管網(wǎng)。

1.2 總圖及功能分區(qū)

根據(jù)《城市環(huán)境衛(wèi)生設(shè)施規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50337—2018），餐廚垃圾集中處理設(shè)施綜合用地指標(biāo)不宜小于85 m2/（t·d），并不宜大于130 m2/（t·d）。項(xiàng)目實(shí)際可用地面積約為3.88 hm2，總圖采用功能豎向疊合布置的方式，充分開發(fā)利用地下空間，以滿足建設(shè)規(guī)模的需求。總平面共分為5大功能分區(qū)，分別為位于場(chǎng)地中央的主生產(chǎn)區(qū)、南側(cè)厭氧罐區(qū)、沼氣及毛油罐區(qū)、東南側(cè)山坳中的大件及綠化垃圾處理區(qū)以及西北側(cè)管理區(qū)。

1.3 綜合處理車間功能分區(qū)

綜合處理車間將預(yù)處理、沼渣脫水、污水處理、沼氣發(fā)電、除臭、辦公管理以及環(huán)保展廳等功能疊合布置，是高度集約化的綜合體。車間為地上局部4層、地下3層的建筑，總建筑面積為54 714 m2，其中地下面積約為31 771 m2，地下室埋深約為27 m。綜合處理車間剖面圖如圖1所示。

2 危險(xiǎn)源及危險(xiǎn)因素分析

2.1 危險(xiǎn)源分析

根據(jù)生產(chǎn)工藝，餐廚垃圾處理廠存在的安全生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)有火災(zāi)、爆炸、中毒窒息、機(jī)械傷害、起重傷害、觸電、高處墜落、淹溺、噪聲和粉塵傷害等[2]，其中可燃?xì)怏w甲烷造成的爆炸、有毒氣體硫化氫與氨造成的人員中毒和窒息是餐廚垃圾處理廠中發(fā)生頻率較高、危害性較大的安全事故。

2.2 不同區(qū)域危險(xiǎn)因素分析

相比傳統(tǒng)的餐廚垃圾處理廠，該項(xiàng)目特點(diǎn)是生產(chǎn)車間的高度集約化布局，較多生產(chǎn)設(shè)施位于地下空間。地下空間屬有限空間，極易發(fā)生可燃?xì)怏w及有毒氣體集聚而產(chǎn)生較大的安全隱患，因此針對(duì)生產(chǎn)車間尤其是其地下空間的危險(xiǎn)因素進(jìn)行分析。結(jié)合綜合處理車間的功能布局，危險(xiǎn)區(qū)域及危險(xiǎn)因素分析如表1所示。

經(jīng)分析，該項(xiàng)目危險(xiǎn)性最大的區(qū)域?yàn)槲鬯{(diào)節(jié)池及其池頂?shù)奈鬯A(yù)處理車間。污水調(diào)節(jié)池總有效容積約為7 000 m3，存儲(chǔ)的介質(zhì)主要包括化學(xué)需氧量（Chemical"Oxygen Demand，COD）為5 000～10 000 mg/L的沼液。高濃度污水在厭氧條件下會(huì)產(chǎn)生沼氣，而大容積調(diào)節(jié)池易集聚大量的沼氣，地下空間泄壓面積不足，如發(fā)生爆炸，破壞性較大。

2.3 不同工況危險(xiǎn)因素分析

沼氣燃爆事故一般發(fā)生于非常規(guī)工況。在調(diào)節(jié)池除臭設(shè)備改造過程中，除臭風(fēng)機(jī)被關(guān)停，池內(nèi)沼氣集聚，若維修作業(yè)火源引燃可燃?xì)怏w，則可能造成爆炸；在厭氧罐接種過程中，罐內(nèi)存在沼氣，作業(yè)人員在罐頂安裝正負(fù)壓保護(hù)器時(shí)，吸煙產(chǎn)生明火，可能引發(fā)罐內(nèi)沼氣燃爆。由于處于非常規(guī)工況，原設(shè)計(jì)的安全環(huán)境被破壞，又因作業(yè)人員混雜，人的不安全行為發(fā)生頻率大幅提高，加之管理疏忽，幾種因素疊加導(dǎo)致事故的發(fā)生。因此，安全設(shè)施設(shè)計(jì)不僅要考慮常規(guī)工況，還應(yīng)兼顧調(diào)試、試運(yùn)行和檢修等各種工況的安全措施。

調(diào)節(jié)池及污水預(yù)處理車間是該項(xiàng)目危險(xiǎn)性最大的區(qū)域，下面分析調(diào)節(jié)池各種工況的危險(xiǎn)因素。調(diào)試期間，除臭裝置未全量開啟，造成調(diào)節(jié)池除臭排風(fēng)量不足，池內(nèi)可燃?xì)怏w及有毒氣體集聚；調(diào)節(jié)池區(qū)域除臭風(fēng)閥被人為調(diào)小或關(guān)閉，或者其他區(qū)域風(fēng)閥調(diào)大，造成調(diào)節(jié)池排風(fēng)量減小，池內(nèi)可燃?xì)怏w及有毒氣體集聚；除臭風(fēng)機(jī)、裝置停機(jī)檢修或除臭風(fēng)管遭到破壞，造成調(diào)節(jié)池區(qū)域除臭排風(fēng)量不足，池內(nèi)可燃?xì)怏w及有毒氣體集聚；調(diào)節(jié)池蓋板被打開，造成排風(fēng)氣流短流，調(diào)節(jié)池遠(yuǎn)端可燃?xì)怏w及有毒氣體集聚，蓋板多處開啟可能造成可燃?xì)怏w及有毒氣體逸散到房間內(nèi)。

3 安全設(shè)施設(shè)計(jì)方案

應(yīng)遵循本質(zhì)安全化的設(shè)計(jì)原則，從根本上減少人的不安全行為、物的不安全狀態(tài)和環(huán)境的不安全因素，降低事故概率，減輕事故后果。地下空間通風(fēng)條件較差，可燃?xì)怏w和有毒氣體的排放相對(duì)困難，危險(xiǎn)性較大?？扇?xì)怏w和有毒氣體的危險(xiǎn)規(guī)避主要體現(xiàn)在3個(gè)方面，即減少有毒氣體的產(chǎn)生、加強(qiáng)有毒氣體的收集及擴(kuò)散和完善有毒氣體的報(bào)警[3]。

3.1 合理布局總圖和車間

總圖布局中，將厭氧罐、沼氣柜和沼氣凈化裝置等甲類設(shè)施以及毛油罐等丙類儲(chǔ)罐布置在室外，將其劃分為防爆區(qū)，同時(shí)在設(shè)施四周設(shè)置圍欄或圍堰隔離。綜合處理車間布局中，優(yōu)先將鍋爐房、發(fā)電機(jī)房等使用沼氣的房間布置在一層靠外墻部位，便于沼氣泄漏時(shí)室內(nèi)空氣的強(qiáng)排，降低爆炸事故發(fā)生時(shí)引發(fā)的次生災(zāi)害。由于結(jié)構(gòu)受力因素，調(diào)節(jié)池設(shè)置在綜合處理車間地下三層，池頂所在的地下二層污水預(yù)處理車間采用隔墻與其他區(qū)域分隔，形成獨(dú)立房間。同時(shí)，調(diào)節(jié)池內(nèi)設(shè)置曝氣風(fēng)管，定時(shí)開啟，改變池內(nèi)長(zhǎng)時(shí)間的厭氧狀態(tài)，減少沼氣的產(chǎn)生。

3.2 地下空間送排風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

地下空間的通風(fēng)換氣主要依靠除臭系統(tǒng)和暖通消防系統(tǒng)，是防止地下空間內(nèi)可燃?xì)怏w及有毒氣體集聚的主要措施。

3.2.1 除臭排風(fēng)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目臭氣收集系統(tǒng)按照全過程控制、源頭優(yōu)先和分質(zhì)收集的原則設(shè)計(jì)。所有污水池均加蓋，處理裝置采用密閉化或加罩設(shè)計(jì)，采取源頭阻隔的方式，將可燃?xì)怏w及有毒氣體隔離在較小空間。餐廚預(yù)處理設(shè)備間、污水預(yù)處理間和脫水機(jī)房等污染區(qū)域與清潔區(qū)域采用墻體分隔。臭氣收集局部排風(fēng)和全面排風(fēng)相結(jié)合，設(shè)置2套臭氣收集風(fēng)管（高、低濃度）。高濃度風(fēng)管負(fù)責(zé)收集污水池、處理裝置的局部排風(fēng)，使其內(nèi)部維持微負(fù)壓狀態(tài)，盡可能避免可燃?xì)怏w和有毒氣體逸散到所在房間內(nèi)。低濃度風(fēng)管收集預(yù)處理車間等污染區(qū)的全面排風(fēng)。地下污染區(qū)房間內(nèi)同時(shí)設(shè)機(jī)械送新風(fēng)系統(tǒng)。末端除臭裝置同樣分高、低濃度設(shè)置。設(shè)計(jì)3套高濃度除臭裝置，風(fēng)機(jī)6用3備；設(shè)計(jì)3套低濃度除臭裝置，風(fēng)機(jī)6用3備。通過設(shè)置多套并聯(lián)運(yùn)行的除臭裝置和備用風(fēng)機(jī)，確保在單套除臭裝置檢修時(shí)，除臭區(qū)域仍能保證60%以上的排風(fēng)量，在風(fēng)機(jī)檢修時(shí)不會(huì)影響除臭排風(fēng)量。

3.2.2 暖通消防送排風(fēng)設(shè)計(jì)

地下空間所有清潔區(qū)域設(shè)置平時(shí)送排風(fēng)系統(tǒng)（兼消防排煙及補(bǔ)風(fēng)），通風(fēng)系統(tǒng)24 h常開。

3.2.3 重點(diǎn)區(qū)域應(yīng)急排風(fēng)設(shè)計(jì)

污水調(diào)節(jié)池位于重點(diǎn)安全防控區(qū)，除臭裝置關(guān)停與檢修、除臭風(fēng)管破損、風(fēng)閥被調(diào)小或關(guān)閉、蓋板被打開等非常規(guī)工況會(huì)導(dǎo)致池內(nèi)可燃?xì)怏w和有毒氣體集聚或逃逸到污水預(yù)處理車間，產(chǎn)生較大的安全風(fēng)險(xiǎn)。因此，除了設(shè)置常規(guī)除臭排風(fēng)系統(tǒng)外，調(diào)節(jié)池增設(shè)

1套應(yīng)急排風(fēng)系統(tǒng)，通過單獨(dú)的排風(fēng)管和防爆風(fēng)機(jī)置換調(diào)節(jié)池內(nèi)空氣，以確保各種工況下調(diào)節(jié)池的排風(fēng)量。

3.3 可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)

項(xiàng)目設(shè)可燃?xì)怏w和有毒氣體檢測(cè)報(bào)警系統(tǒng)（Gas Detection System，GDS），監(jiān)控全廠特別是地下空間的安全狀態(tài)，并與除臭、暖通消防送排風(fēng)系統(tǒng)連鎖控制。GDS系統(tǒng)設(shè)計(jì)范圍包括綜合處理車間調(diào)節(jié)池、污水預(yù)處理間、餐廚垃圾料斗設(shè)備坑、沼渣干化車間、鍋爐房、發(fā)電機(jī)房、室外沼氣區(qū)與厭氧區(qū)等存在可燃?xì)怏w、有毒氣體釋放源的場(chǎng)所。GDS系統(tǒng)獨(dú)立于工藝過程控制系統(tǒng)。主機(jī)柜置于綜合處理車間一層消防控制室，并接入消防控制室消防聯(lián)動(dòng)主機(jī)及全廠監(jiān)視與控制系統(tǒng)。當(dāng)可燃?xì)怏w、有毒氣體泄漏超標(biāo)時(shí)，現(xiàn)場(chǎng)、消控室與中控室聲光報(bào)警器均報(bào)警，同時(shí)聯(lián)動(dòng)相關(guān)閥門和通風(fēng)裝置。

3.4 重點(diǎn)區(qū)域GDS系統(tǒng)與送排風(fēng)系統(tǒng)連鎖控制設(shè)計(jì)

調(diào)節(jié)池及污水預(yù)處理間為全廠安全的重點(diǎn)防范區(qū)，根據(jù)送排風(fēng)系統(tǒng)流程，GDS系統(tǒng)與送排風(fēng)系統(tǒng)的安全連鎖控制分為2種工況。

3.4.1 常規(guī)工況

全廠滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，3套高濃度除臭裝置均全量運(yùn)行，調(diào)節(jié)池達(dá)到設(shè)計(jì)的排風(fēng)量。調(diào)試、試運(yùn)行或運(yùn)行初期，高濃度除臭排風(fēng)機(jī)未全量運(yùn)行，開啟調(diào)節(jié)池應(yīng)急排風(fēng)機(jī)（防爆風(fēng)機(jī)），使調(diào)節(jié)池排風(fēng)量達(dá)到設(shè)計(jì)值，池內(nèi)氣體通過單獨(dú)管路接入高濃度除臭主風(fēng)管。

3.4.2 GDS系統(tǒng)報(bào)警工況

當(dāng)調(diào)節(jié)池內(nèi)1個(gè)探頭報(bào)警時(shí)，高濃度除臭排風(fēng)機(jī)連鎖全部開啟，增大池內(nèi)排風(fēng)量；若5 min報(bào)警未解除，報(bào)警儀表所在調(diào)節(jié)池應(yīng)急排風(fēng)管的閥門打開，調(diào)節(jié)池應(yīng)急排風(fēng)機(jī)開啟，繼續(xù)增大池內(nèi)換氣次數(shù)，將池內(nèi)氣體排入高濃度除臭主風(fēng)管。當(dāng)調(diào)節(jié)池內(nèi)2個(gè)及以上探頭報(bào)警時(shí)，高濃度除臭排風(fēng)機(jī)連鎖全部開啟，調(diào)節(jié)池應(yīng)急排風(fēng)機(jī)開啟，增加池內(nèi)換氣次數(shù)。應(yīng)急排風(fēng)電動(dòng)閥切換，應(yīng)急排風(fēng)管路氣體排入風(fēng)井內(nèi)，通過高空緊急排放。當(dāng)污水預(yù)處理車間1個(gè)探頭報(bào)警時(shí)，高濃度除臭排風(fēng)機(jī)、離子新風(fēng)系統(tǒng)連鎖全部開啟；若5 min報(bào)警未解除，消防補(bǔ)風(fēng)機(jī)、排煙風(fēng)機(jī)全部開啟，對(duì)大空間空氣進(jìn)行置換。當(dāng)污水預(yù)處理車間2個(gè)探頭報(bào)警時(shí)，高濃度除臭排風(fēng)機(jī)、離子新風(fēng)系統(tǒng)、消防補(bǔ)風(fēng)機(jī)和排煙風(fēng)機(jī)連鎖全部開啟，對(duì)大空間空氣進(jìn)行置換。

3.5 其他安全設(shè)施設(shè)計(jì)

除上述工藝措施外，該項(xiàng)目在設(shè)計(jì)中同時(shí)考慮一系列管理設(shè)施。污水預(yù)處理車間入口處設(shè)置門禁，禁止人員的隨意出入。地下空間設(shè)置視頻監(jiān)控，覆蓋地下所有區(qū)域，在污水預(yù)處理車間出入口等重點(diǎn)部位設(shè)有正對(duì)大門的監(jiān)控設(shè)施。在地下二層、地下三層設(shè)置應(yīng)急固定電話，在緊急情況下，地下區(qū)域無線網(wǎng)絡(luò)失效時(shí)，仍可通過內(nèi)部有線電話聯(lián)絡(luò)控制室。

4 結(jié)論

地下餐廚垃圾處理廠的地下空間通風(fēng)條件較差，可能產(chǎn)生沼氣、H2S的區(qū)域是安全防控的重點(diǎn)。安全設(shè)施設(shè)計(jì)應(yīng)考慮日常運(yùn)行、調(diào)試、試運(yùn)行、檢修、事故等各種工況的系統(tǒng)安全。該項(xiàng)目通過合理布局總圖和車間，設(shè)計(jì)完善的除臭、暖通送排風(fēng)及調(diào)節(jié)池應(yīng)急排風(fēng)系統(tǒng)，設(shè)置GDS系統(tǒng)并與送排風(fēng)設(shè)施連鎖控制，實(shí)現(xiàn)各種工況下全廠特別是地下污水調(diào)節(jié)池的安全風(fēng)險(xiǎn)管控。

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作者簡(jiǎn)介：謝奎（1980—），男，湖南株洲人，高級(jí)工程師。研究方向：固廢處理、污水處理。