重庆主城区污水管道气体安全风险评估模型研究

摘要

随着我国经济发展，城市容量的不断扩大，城市污水管道产生的有毒易燃易爆气体如隐形定时炸弹随时威胁民众的生命、财产安全，存在着严重的安全隐患。城市污水管道，由于淤泥、工业废料等的淤积极易产生有毒易燃易爆气体，主要有硫化氢、一氧化碳、氨气、甲烷和二氧化碳等。它们均是窒息性气体，可以导致人体缺氧而死亡，尤其硫化氢对人体的危害最大，属于有毒气体，高浓度的硫化氢使人嗅觉减退，瞬间就可使人中毒死亡，一氧化碳和甲烷是易燃易爆气体，很容易在污水管道集聚遇到明火发生爆炸。针对这一情况，建立全面的风险评估指标体系和完善的风险评估模型显得尤为重要。
　　 目前，国内外对污水管道气体安全的研究还停留现场快速检测或在线监测方面，没有形成全面的评估指标体系和完善的评估模型。为了保障污水管道气体安全，建立全面的风险评估指标体系和完善的风险评估模型，本研究通过污水管道现场检测分析、污水管道气体爆炸理论分析与数值模拟以及实验研究，分析出影响污水管道气体安全的影响因素和危害程度，最终建立基于风险矩阵的污水管道气体安全风险评估模型。取得的主要成果有：
　　 威胁污水管道安全的气体主要是甲烷和硫化氢，甲烷造成污水管道爆炸事件的主要原因，硫化氢是造成工作人员井下作业中毒事故的主要原因，做好污水管道气体安全工作的重点就是防止甲烷和硫化氢的产生，尽快排除过高的甲烷和硫化氢浓度。
　　 污水管道气体安全的威胁因素有很多，根据本研究分析得出威胁因素主要有甲烷、二氧化碳、硫化氢、温度、区域环境和检查井位置。
　　 本研究从理论上分析影响爆炸的因素，基于爆炸波模型，在极限的基础上从理论上计算了污水管道体系的爆炸极限。建立了数值模拟的基本物理模型和数学模型，利用fluent软件模拟了爆炸过程，指出CO2对CH4爆炸的影响。
　　 污水管道虽然含有几十甚至上百10-6的H2S，但是相对于H2S的4.3％爆炸下限几乎可以忽略，实验研究证实H2S的存在对污水管道爆炸没有影响，H2S对污水管道气体安全的威胁主要表现在它的毒性方面，是井下作业中毒事故的主要原因。CO2对污水管道气体爆炸有一定的抑制作用，在低浓度的CH4混合气体中，CO2可以有效的抑制爆炸的发生，但是对于较高浓度的CH4混合气体，少量CO2的抑制作用并不明显。在污水管道中存在一定浓度的CO2对污水管道有一定的保护作用。
　　 根据实验研究结果，污水管道CH4的爆炸阈值确定在5.5％左右，相比于以前学者所测得的爆炸下限有所提高，主要是由于污水管道实际气体情况和以前学者测试的情况有所差别，在污水管道有毒爆炸气体在线监测预警系统中CH4阈值设置在5.5％比较适宜。
　　 建立了基于风险矩阵的污水管道气体安全风险评估模型，并以重庆市主城区某商业区3＃生化池检查井为例进行了实例计算。根据风险权重的排序得出：该检查井的甲烷和硫化氢是关键的风险因素，应提前在这方面做好预防措施。