某城市污水泵站邊界惡臭氣體散發規律的研究

蘇笑豐

上海市城市排水監測站有限公司 上海 200062

城市污水泵站是現代化城市不可缺少的重要市政基礎設施，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發展創造了條件，在社會可持續發展中發揮著重要的作用。近年來，隨著城市人口數量的快速增長和城市化的加劇，作為城市排水系統重要組成部分的污水泵站數量和規模也在不斷地增加。但是，老舊的污水泵站多分布在居住區、商業區等人口稠密地區，其在運行過程中散發出的難聞的惡臭氣味已成為擾民的主要環境問題，對周邊居民的生活質量造成影響[1,2]。污水中存在的惡臭氣體擴散到污水表面或進入空氣層，高濃的含硫以及含氮的惡臭物質對人類活動會產生很大的影響[3]。因此，污水泵站的惡臭氣體排放已經成為人們關注的焦點。全國各地也都在國家標準《 惡臭污染物排放標準》（GB 14554-1993）的基礎上出臺了更加嚴格的地方標準，例如上海市地方標準《惡臭（異味）污染物排放標準》（DB31/1025-2016）于2017年2月1日開始全面實施。

雖然國內外針對污水排放的惡臭氣體的測量方法和污染控制措施進行了很多的研究。例如，席勁瑛等對硫化氫、氨氣濃度研究城市污水處理廠的惡臭污染規律[4]；陳波等對污水泵站集水池臭氣散發規律及其影響因素做了一定的研究[5]。但對于污水泵站惡臭氣體排放規律的認識和研究尚不全面，目前也沒有應用在線監測設備不間斷地對泵站進行惡臭氣體監測的研究報告。為此，本次研究通過對上海市某污水泵站進行了不間斷地在線惡臭周界的監測，積累數據后進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律。

1 材料與方法

1.1 儀器與設備

本次研究選用AirOdor413S型電子鼻惡臭在線監測儀。此在線監測設備可直接測試惡臭氣體，及氣象五參數值，包括：風速、風向、溫度、濕度、大氣壓。

1.2 監測點位布設

污水泵站惡臭氣體產生主要是泵房集水井，因此電子鼻惡臭在線監測設備安裝點位選擇泵房集水井的東南西北四個角落，靠近泵站的圍墻周界。

此次監測點位的布設有利于發揮電子鼻惡臭在線監測儀的最大優勢，7×24小時不間斷，全方位，多角度測試泵站內惡臭氣體變化情況，有助于提高測試效率和效果，獲得數據也更加真實可靠。

1.3 方法

1.3.1 臭氣濃度（OU值）在線測定

AirOdor413S型電子鼻惡臭在線監測儀內置4個金屬氧化物氣敏半導體傳感器，內置吸氣泵，可以把環境空氣直接吸入到監測儀倉體，傳感器進行響應，通過算法PLSR偏最小二乘法回歸算法進行擬合計算，直接測試出OU值。監測參數設置：采樣時間100s，清洗時間200s，采樣氣流量600mL/min，清洗氣流量600mL/min，數據發送頻率1min。

1.3.2 泵站運行工況

泵站運行工況包括：污水位、雨量等。

1.3.3 氣象五參數

氣象五參數儀外置安裝于在線監測設備采樣口旁，數據線連接至串口，數據連同OU值一并發送至數據云平臺。

1.4 數據處理

電子鼻惡臭在線監測儀測試結果通過4G網絡發送至云數據平臺，抽提具有代表性的數據組，利用Excel進行數據的整理和分析，采用SPSS 24.0數據處理軟件進行顯著性分析、相關性權重分析。

2 結果與討論

2.1 在線儀器同人工嗅辨比對結果

2020年7月22日，在本次研究的污水泵站進行電子鼻惡臭在線監測儀數據與手工采樣實驗室分析數據比對工作。電子鼻惡臭在線監測儀與人工嗅辯采樣時間及采樣點位保持一致的情況下，最終測試結果OU值一致性達到97.4%，證明惡臭在線監測檢測儀可準確反應臭氣濃度變化的趨勢。

2.2 在線監測儀數據結果

在歷時9個月不間斷的在線監測后發現，污水泵站運行過程全年絕大多數時間周界的OU值是小于10的。4個周界點位每周至少有3次瞬時OU值大于10，OU值超過20的情況也偶有發生。本次研究主要抽提和分析OU值大于10的相關數據，結合泵站的運行參數和氣象條件進行數據分析，嘗試找到惡臭氣體散發的規律。

2.2.1 泵站集水井污水位高低變化的影響

當污水泵站上游來水增大時，日常輸送的泵機開啟臺數無法滿足輸送需求時，泵站運行管理部門會增加泵機開啟臺數。這時泵站集水井的污水位就會發生變化，導致污水發生劇烈涌動，OU值隨之會產生變化。污水位升高，OU值升高，污水位的降低，OU也降低，屬于正相關的變化。并且，當污水位升高與原水位差值幅度越大， OU值的升高幅度也會隨之增大。

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，OU值保持在10附近的相對正常水平，但降雨發生時，OU值明顯發生降低，且隨著雨量的增加OU值呈現的下降趨勢。

2.2.3 風速的影響

風速是一個重要的影響因子，當風速超過2.5m/s的時候，惡臭氣體散發至空氣中后被迅速吹散，OU值基本小于10。當風速低于1m/s的時候，在污水泵站下風向點位的OU值會大于10。

2.2.4 大氣壓變化的影響

當環境大氣壓值處于低氣壓的時候，惡臭氣體從集水井中向外散發后，不利于在空氣中擴散。特別是當環境大氣壓值低于100kPa時，OU值往往會大于10。

2.2.5 環境溫度變化的影響

環境溫度的升高也是利于惡臭氣體的OU值升高的重要因素。從數據分析中發現，當環境溫度大于15℃時，OU值開始慢慢隨著溫度升高而升高。

2.3 SPSS數據分析軟件對數據進行分析

2.3.1 顯著性分析

抽取監測數據樣本數425組，利用SPSS 24.0進行單因素顯著性分析，分析結果見表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顯著性，這為研究惡臭氣體散發規律提供了理論基礎。

2.3.2 相關性權重分析

抽取監測數據樣本數425組，利用SPSS24.0進行相關性權重分析，分析結果見表2：

表2 相關性權重分析(常量B: 299.258, 標準誤差: 232.378)

通過分析權重顯著性系數進行比較，得出：大氣壓＞雨量＞溫度＞污水位＞風速。這為建立惡臭氣體散發預測模型提供了理論依據。

3 結論

（1）利用電子鼻在線惡臭監測儀，對污水泵站進行不間斷的在線監測，獲得了大量的數據，這為后期建立惡臭預測模型提供了理論基礎。

（2）通過分析泵站的運行工況和氣象條件參數與OU值的關系，發現了OU值升高的散發規律，即：污水位升高、環境大氣壓低、溫度升高、風速小會造成OU值升高；雨量增加、風速大于2.5m/s會使OU值降低。

（3）由以上規律，分析了相關性權重，結論：大氣壓＞雨量＞溫度＞污水位＞風速。