地下式污水處理廠中環境氣體監測儀表的設置

吳 辰，鄧金穎，張 怡，郭 韜，盧曄楠

（中國市政工程華北設計研究總院有限公司，天津 300070）

0 引言

目前，隨著中國城市的用地越來越緊張，然而景觀、綠化等要求又越來越高的矛盾，越來越多的污水處理廠選擇了地下式污水處理廠的模式來應對這些矛盾。對于儀表專業而言，地下式污水處理廠與傳統的地上式污水處理廠最大的不同之一，就是對于環境氣體監測儀表的增加和儀表安裝位置的選擇。

傳統地上式污水處理廠中，環境氣體監測儀表的應用方式一般為：1）在污泥處理車間內，安裝環境氣體監測儀表（一般為H2S 氣體監測儀表）；2）在預處理區域，安裝了環境氣體監測儀表（一般為H2S 和NH3的氣體監測儀表）。

但是對于地下式污水處理廠，由于其大箱體和地埋式的特性，使得箱體環境較為封閉，箱體內空氣流通較差，導致傳統污水廠的環境氣體監測儀表的配置方式不適用于地下式污水處理廠的特殊情況，所以需要根據地下式污水處理廠的特性，探討出適合其環境氣體監測儀表配置的方式。

1 地下式污水處理廠中環境氣體監測的必要性

地下式污水處理廠由于其箱體地埋式的特點，導致地下箱體內部與外界相對隔離，地下箱體與外界的出入口相對受限制，導致內部自然通風不良，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。對于廠區運行人員來講，地下式污水處理廠的日常巡邏、檢修以及其他運行工作均構成了進入管廊作業、半開敞空間作業的工作性質。根據《城鎮污水處理廠防毒技術規范：AQ 4209-2010》[2]中的定義，地下式污水處理廠內部符合規范中對于密閉空間的定義，故應執行密閉空間內作業應對氣體進行連續監測的要求。同時，由于地下式污水處理廠的日常運行相對常態化，故應設置固定式、帶聲光報警的環境氣體監測儀表以確保運行、檢修等相關人員的安全。

2 地下式污水處理廠中環境氣體監測類型的確定

根據《城鎮污水處理廠防毒技術規范：AQ 4209-2010》對進入密閉空間作業時監測項目的要求，監測項目應包括測含氧量、測爆、測有毒氣體。考慮到污水處理廠處理工藝的性質，這三步對應的環境氣體應為：

1）測含氧量：一般就是空氣中O2的含量。

2）測爆：測爆應為監測環境空間內的爆炸危險氣體濃度，然而爆炸危險性氣體的種類繁多，現實中很難做到一一測量，只能通過處理工藝的性質，有針對性地選擇對應的爆炸危險氣體進行測量。考慮到是污水處理廠，一般針對污水、污泥進行工藝處理，而污水、污泥會產生的主要的爆炸危險氣體便是沼氣，故沼氣應該是主要的爆炸危險氣體監測目標。然而沼氣是一種混合氣體，其組分中主要的爆炸危險氣體是甲烷，所以應該對空氣中的甲烷含量進行監測，達到測爆的目的。

3）測有毒氣體：與爆炸危險氣體一樣，毒害氣體的種類也很多。那么，同樣根據污水處理廠的污水、污泥處理工藝的性質，確定需要監測的有毒氣體應為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，使得其內部的溫度相對于地上有所差別。冬天溫度較高，夏季溫度又較低，對于人體也許更加感覺舒適，但是由于是污水處理廠，這個溫度特性就會使得廠內的凝露狀態嚴重，環境的濕度也會相對較大，這種濕度如果長期保持，會對場內各種設備產生很大的腐蝕。所以，對于箱體內部的溫濕度監測也是相當必要的。

根據以上分析，以及結合根據《城鎮排水系統電器及自動化工程技術標準：CJJ/T 120-2018》5.4.1 的相關要求，基本可以明確，CH4、H2S、O2、NH3這4 種氣體以及環境溫濕度是應當在地下式污水處理廠內設置環境氣體監測儀表監測的氣體和參數。

3 地下式污水處理廠中環境氣體監測儀表的選擇

根據《城鎮污水處理廠防毒技術規范：AQ 4209-2010》《城鎮排水系統電器及自動化工程技術標準：CJJ/T 120-2018》[1]等技術規范和標準的要求，地下式污水處理廠的環境氣體監測儀表及溫濕度儀表選擇應具有如下的要求：

1）根據《城鎮污水處理廠防毒技術規范：AQ 4209-2010》第11 章11.2 氣體監測部分11.2.5 的規定：對于格柵間、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所，應設置固定式有毒氣體在線監測和報警儀，并確保其在有效周期內。

2）根據《城鎮排水系統電器及自動化工程技術標準：CJJ/T 120-2018》中3.1.14 章節的規定，存在或可能積聚毒性、爆炸性、腐蝕性氣體的場所，應設置連續的監測和報警裝置。

3）由于地下式污水處理廠屬于工業廠房，并且地下式污水處理廠通常采用“無人值守”的管理模式，所以環境氣體監測儀表及溫濕度儀表應選用工業型，具有連續的信號遠傳功能。保證儀表的可靠性，并使位于中控室的廠區運行人員能夠第一時間對箱體內部的環境氣體做出反應。

4）由于污水處理廠多個區域中，每一個區域均有多種毒害氣體需監測，故宜選用多通道的監測方式，同時多通道氣體監測儀表宜預留備用監測通道。

5）根據《城鎮排水系統電器及自動化工程技術標準：CJJ/T 120-2018》中第5.5.17 章節、第5.5.18 章節規定，CH4、H2S 的毒害氣體報警儀需具有聲音報警功能，聲壓級應高于背景噪聲15dB，環境噪聲較大的場所可增加設置紅色報警閃光燈。

4 地下式污水處理廠中環境氣體監測儀表位置的確定

地下式污水處理廠中環境氣體監測儀表監測氣體探頭根據上文的探討，應包括O2、H2S、NH3，CH44 種。這4種探頭按照《城鎮排水系統電器及自動化工程技術標準：CJJ/T 120-2018》《危險化學品重大危險源 罐區 現場安全監控裝置設置規范：AQ3036-2010》[3]等規范的相關要求，并根據介質與空氣之間的比重關系，應將H2S 監測探頭安裝于地坪上300mm ～600mm，將NH3與CH4探頭安裝與距離頂板300mm 以內，而O2在這里并非毒害氣體，故不需根據介質與空氣之間的比重關系，而是根據人員長期活動的標高，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境的安全性。

地下式污水處理廠由于其內部結構復雜，既具有一般污水廠中的格柵間、污泥處理車間等環境氣體監測儀表的常規配置點，同時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，通風性較差，導致一些本來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。為了應對這些不同的情況，應對地下式污水處理廠的各個區域分開討論，確定環境氣體監測儀表的安裝位置。

4.1 預處理區

無論是在地上式污水處理廠還是地下式污水處理廠中，預處理區的格柵區域都是需要進行環境氣體監測的重點區域，每一個格柵區域均有必要配備環境氣體監測儀表，格柵的柵渣處理區域也有配置環境氣體監測儀表的必要。但是，不同于地上式污水處理廠在曝氣沉砂池區域配備環境氣體監測儀表也是有一定必要的。主要是因為曝氣會使氣體從水中逸出，對于地上式污水處理廠來說，由于環境空氣流通性強，這些逸出的氣體很快會擴散至大氣中，不會產生危害。但是，地下式污水處理廠封閉性較強、通風性較差，這些逸散出的氣體容易在箱體內積聚，對人體產生危害，所以應在曝氣沉砂池區域也配備環境氣體監測儀表。

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域也有必要設置環境氣體監測儀表。

4.2 生物處理區

由于現階段中國主流的生物處理工藝為AAO 的處理工藝，該工藝在好氧段會采取曝氣措施，情況與曝氣沉砂池類似，所以在生物處理區尤其是好氧段附近也需要設置環境氣體監測儀表。同時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，所以生物處理區剩余及回流污泥泵房周圍也需要設置環境氣體監測儀表。

4.3 深度處理區

對于深度處理區，一般來說，只有因為工藝選擇不同而會出現的污泥、污水泵房需要設置環境氣體監測儀表，其他的位置不需要設置環境氣體監測儀表。

4.4 污泥處理區

污泥處理區域無論是在地上式污水處理廠還是地下式污水處理廠，都是毒害氣體產生的“重災區”，尤其是污泥輸送和存儲設置周圍，都應設置環境氣體監測儀表。

4.5 管廊間區域

現階段地下式污水處理廠箱體的下層，基本上均為污水、污泥管廊區域。這個地上式污水處理廠一般沒有的特殊區域，按照《城鎮污水處理廠防毒技術規范：AQ 4209-2010》中11.2.5 的規定，也應設置環境氣體監測儀表。

并且，在環境氣體監測儀表具體設置位置上，由于地下式污水處理廠的下層管廊間一般為狹長型多段的雙層空間。由于管廊間內污水、污泥管線較多，可能會出現部分少有人員經過，且空氣流通相對更差的“死角”區域。而對于環境氣體監測儀表的探頭位置，除了人員巡視、檢修經常活動的區域外，也更應將環境氣體監測儀表的探頭設置于這些“死角”區域內。因為相對于人員巡視，檢修經常活動的通風相對良好的區域，這些“死角”區域更有可能積聚毒害氣體，而且如果通風相對良好的區域（如通道出入口、樓梯間進口等位置），毒害氣體都發生超標的話，這些“死角”區域的毒害氣體很有可能嚴重超標甚至產生爆炸危害，造成嚴重的事故。

但是，不論環境氣體監測儀表的探頭設置于哪個位置，應把環境氣體監測儀表的變送器以及對應的聲光報警器都應設置在每一段管廊間的出入口附近，保證進入該區域的巡視、檢修人員能夠第一時間發現問題并采取相關措施。

5 結論及建議

5.1 結論

本文通過對地下式污水處理廠結構特征分析以及環境氣體危害的討論，并結合《城鎮污水處理廠防毒技術規范：AQ 4209-2010》《城鎮排水系統電器及自動化工程技術標準：CJJ/T 120-2018》《危險化學品重大危險源 罐區 現場安全監控裝置設置規范：AQ3036-2010》等規范的相關要求，系統闡述了目前地下式污水處理廠中環境氣體監測儀表應用的必要性、監測類型、監測形式、監測點選擇等多方面內容，并參照工程設計中的實際情況，提出了地下式污水處理廠中環境氣體監測儀表的應用方案。

1）推薦地下式污水處理廠中環境氣體監測儀表應包括O2、CH4、H2S、NH34 種氣體的檢測，并且應設置溫濕度檢測儀表。

2）推薦地下式污水處理廠中環境氣體監測儀表應采用工業級、固定式、多通道，具有連續的信號遠傳功能，能連續地監測和直接進行聲、光報警的可靠儀表。

3）推薦地下式污水處理廠中環境氣體監測儀表的傳感器應設置在格柵、污泥處理區等明確會產生毒害氣體的區域，曝氣沉砂池、生物池好氧段等具有曝氣狀態的區域，污泥、污水泵房區域以及下層污水，污泥管廊層尤其是管廊層的日常運行路線以外的“死角”區域，并應將對應的變送器及聲光報警器放置于這些區域的主要出入口附近。

5.2 建議

建議相關部門針對地下式污水處理廠環境的特點和環境氣體的狀態，盡快制定地下污水處理廠環境氣體檢測儀表設計規范以指導相關設計。