某城市污水泵站边界恶臭气体散发规律的研究

苏笑丰

上海市城市排水监测站有限公司 上海 200062

城市污水泵站是现代化城市不可缺少的重要市政基础设施，也是城市水污染防治和排涝防洪的骨干工程，不仅起到截污、防洪、排涝的作用，还为水资源的可持续发展创造了条件，在社会可持续发展中发挥着重要的作用。近年来，随着城市人口数量的快速增长和城市化的加剧，作为城市排水系统重要组成部分的污水泵站数量和规模也在不断地增加。但是，老旧的污水泵站多分布在居住区、商业区等人口稠密地区，其在运行过程中散发出的难闻的恶臭气味已成为扰民的主要环境问题，对周边居民的生活质量造成影响[1,2]。污水中存在的恶臭气体扩散到污水表面或进入空气层，高浓的含硫以及含氮的恶臭物质对人类活动会产生很大的影响[3]。因此，污水泵站的恶臭气体排放已经成为人们关注的焦点。全国各地也都在国家标准《 恶臭污染物排放标准》（GB 14554-1993）的基础上出台了更加严格的地方标准，例如上海市地方标准《恶臭（异味）污染物排放标准》（DB31/1025-2016）于2017年2月1日开始全面实施。

虽然国内外针对污水排放的恶臭气体的测量方法和污染控制措施进行了很多的研究。例如，席劲瑛等对硫化氢、氨气浓度研究城市污水处理厂的恶臭污染规律[4]；陈波等对污水泵站集水池臭气散发规律及其影响因素做了一定的研究[5]。但对于污水泵站恶臭气体排放规律的认识和研究尚不全面，目前也没有应用在线监测设备不间断地对泵站进行恶臭气体监测的研究报告。为此，本次研究通过对上海市某污水泵站进行了不间断地在线恶臭周界的监测，积累数据后进行分析和比较恶臭气体排放水平，研究污水泵站恶臭气体排放的规律。

1 材料与方法

1.1 仪器与设备

本次研究选用AirOdor413S型电子鼻恶臭在线监测仪。此在线监测设备可直接测试恶臭气体，及气象五参数值，包括：风速、风向、温度、湿度、大气压。

1.2 监测点位布设

污水泵站恶臭气体产生主要是泵房集水井，因此电子鼻恶臭在线监测设备安装点位选择泵房集水井的东南西北四个角落，靠近泵站的围墙周界。

此次监测点位的布设有利于发挥电子鼻恶臭在线监测仪的最大优势，7×24小时不间断，全方位，多角度测试泵站内恶臭气体变化情况，有助于提高测试效率和效果，获得数据也更加真实可靠。

1.3 方法

1.3.1 臭气浓度（OU值）在线测定

AirOdor413S型电子鼻恶臭在线监测仪内置4个金属氧化物气敏半导体传感器，内置吸气泵，可以把环境空气直接吸入到监测仪仓体，传感器进行响应，通过算法PLSR偏最小二乘法回归算法进行拟合计算，直接测试出OU值。监测参数设置：采样时间100s，清洗时间200s，采样气流量600mL/min，清洗气流量600mL/min，数据发送频率1min。

1.3.2 泵站运行工况

泵站运行工况包括：污水位、雨量等。

1.3.3 气象五参数

气象五参数仪外置安装于在线监测设备采样口旁，数据线连接至串口，数据连同OU值一并发送至数据云平台。

1.4 数据处理

电子鼻恶臭在线监测仪测试结果通过4G网络发送至云数据平台，抽提具有代表性的数据组，利用Excel进行数据的整理和分析，采用SPSS 24.0数据处理软件进行显著性分析、相关性权重分析。

2 结果与讨论

2.1 在线仪器同人工嗅辨比对结果

2020年7月22日，在本次研究的污水泵站进行电子鼻恶臭在线监测仪数据与手工采样实验室分析数据比对工作。电子鼻恶臭在线监测仪与人工嗅辩采样时间及采样点位保持一致的情况下，最终测试结果OU值一致性达到97.4%，证明恶臭在线监测检测仪可准确反应臭气浓度变化的趋势。

2.2 在线监测仪数据结果

在历时9个月不间断的在线监测后发现，污水泵站运行过程全年绝大多数时间周界的OU值是小于10的。4个周界点位每周至少有3次瞬时OU值大于10，OU值超过20的情况也偶有发生。本次研究主要抽提和分析OU值大于10的相关数据，结合泵站的运行参数和气象条件进行数据分析，尝试找到恶臭气体散发的规律。

2.2.1 泵站集水井污水位高低变化的影响

当污水泵站上游来水增大时，日常输送的泵机开启台数无法满足输送需求时，泵站运行管理部门会增加泵机开启台数。这时泵站集水井的污水位就会发生变化，导致污水发生剧烈涌动，OU值随之会产生变化。污水位升高，OU值升高，污水位的降低，OU也降低，属于正相关的变化。并且，当污水位升高与原水位差值幅度越大， OU值的升高幅度也会随之增大。

2.2.2 降雨的影响

降雨前后的OU值变化也非常明显。未降雨时，OU值保持在10附近的相对正常水平，但降雨发生时，OU值明显发生降低，且随着雨量的增加OU值呈现的下降趋势。

2.2.3 风速的影响

风速是一个重要的影响因子，当风速超过2.5m/s的时候，恶臭气体散发至空气中后被迅速吹散，OU值基本小于10。当风速低于1m/s的时候，在污水泵站下风向点位的OU值会大于10。

2.2.4 大气压变化的影响

当环境大气压值处于低气压的时候，恶臭气体从集水井中向外散发后，不利于在空气中扩散。特别是当环境大气压值低于100kPa时，OU值往往会大于10。

2.2.5 环境温度变化的影响

环境温度的升高也是利于恶臭气体的OU值升高的重要因素。从数据分析中发现，当环境温度大于15℃时，OU值开始慢慢随着温度升高而升高。

2.3 SPSS数据分析软件对数据进行分析

2.3.1 显著性分析

抽取监测数据样本数425组，利用SPSS 24.0进行单因素显著性分析，分析结果见表1：

表1 单因素显著性分析

从表1可以看出，所有影响因素均呈现显著性，这为研究恶臭气体散发规律提供了理论基础。

2.3.2 相关性权重分析

抽取监测数据样本数425组，利用SPSS24.0进行相关性权重分析，分析结果见表2：

表2 相关性权重分析(常量B: 299.258, 标准误差: 232.378)

通过分析权重显著性系数进行比较，得出：大气压＞雨量＞温度＞污水位＞风速。这为建立恶臭气体散发预测模型提供了理论依据。

3 结论

（1）利用电子鼻在线恶臭监测仪，对污水泵站进行不间断的在线监测，获得了大量的数据，这为后期建立恶臭预测模型提供了理论基础。

（2）通过分析泵站的运行工况和气象条件参数与OU值的关系，发现了OU值升高的散发规律，即：污水位升高、环境大气压低、温度升高、风速小会造成OU值升高；雨量增加、风速大于2.5m/s会使OU值降低。

（3）由以上规律，分析了相关性权重，结论：大气压＞雨量＞温度＞污水位＞风速。