城市排水管网有害气体分布分析

城市排水管网有害气体分布分析

刘鹏程

济南城建集团有限公司

[摘要]由于有毒有害气体直接威胁着人类的生存,因此有必要认识与评估城市中排水管网有毒有害气体对城市公共安全的危害。本文对由有毒有害气体的分布及环境进行了分析。

[关键词] 有害气体；排水管网；公共安全

1调研过程及检测方法

1.1区域概况

某市位于陕西省东南部，地处秦巴腹地，汉江横贯东西将城区划分为江南与江北，且两地区都具有独立的排水管网系统，互不干扰；江南城区为老城区，城区面积约14.2平方公里，调研工作量小；且学校、商场、医院等公共设施齐全具有很好的代表性，因此选择江南城区作为城市排水管网有害气体分布特征的调研地点。

1.2检测方法

有害气体的检测方法根据适用条件可分为实验室检测和现场监测。实验室监测方法主要侧重于数据的准确性，对设备的准确性要求较高。通常使用气相色谱仪。检测过程是以气体为流动相，进入色谱系统，根据各组分在色谱柱上的吸附和分布能力的差异进行分离，并将其转换为电信号以记录色谱图，然后比较和分析浓度值。该方法具有灵敏度高、精度高的特点，但仪器体积大，适合实验研究和分析，不适合现场监测。现场监测方法除精度要求外，主要考虑现场可操作性，简单易操作。通常使用便携式气体探测器。目前，便携式气体探测器主要有两种：固定式和泵式。两者都使用传感器作为传感元件，不同之处在于进气方式。固定式气体监测仪是依靠空间气体的自然扩散，将仪器固定在某个地方，并与传感器接触。主要适用于管道维护人员下井时携带气体报警器；泵吸式气体检测仪采用泵吸密闭空间中的有害气体，无需人员进入被测空间即可进行测量，安全性高。

本次调研采用检测设备是泵吸式英斯科M40-PRO多组分气体检测仪，可同时检测甲烷、氧气、硫化氢和一氧化碳。检测方法是将导管从人孔盖的预留孔伸入污水人孔，然后将其与设备接口连接，避免与有害气体直接接触，保护调查人员的人身安全。此外按照《城镇排水设施气体检测方法》标准要求，有害气体检测位置为井内液面与井口间距的二分之一处，每处监测点测量三次取平均值进行数据处理。

2气体分布特征分析

2.1空间分布特征

有害气体浓度沿污水流向累计现象明显，在该市的江南城区排水系统内普遍都检测到了硫化氢气体，且表现出H2S浓度沿污水流向逐渐增大，主干管＞干管＞支管，下游管道＞上游管道。污水主干管气体浓度普遍在3-5ppm之间，而处于上游的兴安西路段浓度在3 ppm以下，H2S浓度沿线呈增加趋势；调研所选择的四大支干管体系也均表现出越靠近主干管，H2S气体浓度越大，支管浓度普遍在3ppm以下，部分始段管道浓度在1 ppm以下。原因分析有两点：

（1） 在污水流动的同时，由于气液接触面的摩擦系数会对顶部空间中的气体产生同方向的牵引作用，在主管或管道的下游区域，除了自身管段产生的气体外，更多来自支管或上游管道的气体被替代。

（2） 厌氧环境更容易形成。下游管段，如干管和干管，大多位于干道下方，连接的接入管较少，缺乏有效的气体扩散通道。管道系统环境更封闭，厌氧环境更容易形成，因此有害气体的输出也更大。

在本次调查中，仅在主管和支管系统的下游检测到CH4气体，浓度不高，其他管段未检测到CH4气体。原因是CH4气体是由微生物的厌氧发酵产生的。产甲烷菌产气过程缓慢，对环境条件敏感。因此，只有在污水长时间运行的管道下游区域才能创造合适的产气环境，否则由于管道长期堵塞而形成的污水滞留区容易产生甲烷。因此，该调查区域的管道系统之前已进行过清淤，因此生物膜厚度较薄，甲烷产生量较少。随后分析的有害气体特征主要是硫化氢气体。

3.2空间分布特征

井深越大，H2S气体浓度越大，在整个城市管道系统内，H2S气体浓度表现出主干管＞干管＞支管，然而，对于距离较短的污水管道，由于管道埋深、污水流量等因素的影响，并没有表现出明显的增加趋势，气体浓度具有一定的波动性。对于北郑街-南郑街主干管系统，虽然重力流管道系统沿污水流向流动，管底标高不断降低，但由于地表标高的变化，管道系统的埋深也会发生不规则的变化，在北正街→南正街的污水管道埋深在2-4m间，最大埋深位置为3.8m，最小埋深位置为2.7m。

3.3时间分布特征

H2S浓度的日变化规律与生活用水规律基本一致。选取某街道污水管段作为监测管线，分析其日变化规律，共8个监测点。监测时间为上午6点至下午12点，每两小时检测一次有害气体浓度。每天污水管道系统中有害气体浓度的波动非常剧烈。在上午6点和下午12点，系统中的H2S浓度明显低于其他初始段，甚至在一些检查井中未检测到H2S气体；在8:00、12:00、18:00和22:00时，系统中的H2S浓度处于峰值，显著高于之前和后续时期。系统中H2S浓度基本符合生活用水规律。早上8:00、12:00和18:00，是人们吃饭的时间。晚上22:00左右是一天中重要的洗涤时间。与其他时间点相比，用水量更高，污水流量更大，H

2S气体浓度也会随着污水流量的增加而增加。原因是一方面，随着污水流量的增加，丰富的有机物提高了微生物的活性，产气量也大大增加；另一方面，污水流量的增加导致污水流量的增加，管道系统中污水流型的强烈湍流，有害气体的扩散速度加快。因此，管道系统中有害气体的浓度变化规律与居民用水规律一致。

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