地下污泥干化車(chē)間冷風(fēng)降溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)

唐宏輝 劉承東

廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院有限公司

0 引言

隨著城市人口增多，工業(yè)企業(yè)增加，城市規(guī)模越來(lái)越大，市政污水產(chǎn)生的污泥量產(chǎn)生得也越來(lái)越多。污泥干化是一種污泥深度脫水方式，是將熱能傳遞至污泥中的水，并使其蒸發(fā)汽化，以降低污泥的含水率的過(guò)程。主要干化方式包括低溫干化和高溫干化。

污泥干化工藝設(shè)置在地下空間，可減少對(duì)地面景觀（地下污水處理廠地面景觀通常被規(guī)劃為濕地、體育公園等）的破壞，也杜絕了作為臭氣污染源對(duì)地面環(huán)境的影響。但由于污泥干化過(guò)程工藝設(shè)備向車(chē)間環(huán)境散發(fā)的熱量較大，且散發(fā)的氣體具有較高臭氣濃度，因此提出針對(duì)地下污泥干化車(chē)間結(jié)合通風(fēng)除臭系統(tǒng)的冷風(fēng)降溫系統(tǒng)設(shè)計(jì)，從而有效降低車(chē)間溫度和臭氣等污染物濃度，改善作業(yè)人員工作環(huán)境。

1 工程概況

廣州市2010 年新建投產(chǎn)了全國(guó)第一座地下污水處理廠——京溪凈水廠[1-2]，開(kāi)創(chuàng)了地下污水處理廠之先河，并在此領(lǐng)域一直走在全國(guó)前列，近年更是在中心城區(qū)新建和擴(kuò)建了多個(gè)地下污水處理廠，并積極推進(jìn)污泥減量，將污泥干化工藝設(shè)置在各地下污水處理廠地下空間內(nèi)。

根據(jù)《廣州市城鎮(zhèn)生活污水處理廠污泥處理處置技術(shù)指引》，廣州市中心城區(qū)污泥處理處置主要方法是首先將污泥脫水到含水率60-80%，然后干化減量至含水率30-40%外運(yùn)堆肥、填埋、焚燒或制作建材。推薦工藝路線為就地廠內(nèi)處理方式：濃縮+深度機(jī)械脫水+熱干化（優(yōu)先選用低溫干化）。

2 冷源方案比選

一般地下污泥干化車(chē)間分為負(fù)一層和負(fù)二層兩層，面積根據(jù)不同工藝和規(guī)模有所不同，但單層小于1000 m2。據(jù)多個(gè)項(xiàng)目估算，冷風(fēng)降溫系統(tǒng)負(fù)荷基本小于1000 kW。

冷源方案可選擇性很多，主要有：風(fēng)冷螺桿冷水系統(tǒng)、水冷（再生水或冷卻塔）螺桿冷水系統(tǒng)、風(fēng)冷直膨式空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)、水冷（再生水或冷卻塔）直膨式空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)。需要通過(guò)比選才能確定究竟選用何種冷源方案適合地下污水處理廠和污泥干化車(chē)間。

中心城區(qū)之所以建設(shè)地下污水處理廠，從很大程度來(lái)講是因?yàn)榈孛嫖鬯幚韽S占地較大，為了集約化利用土地的需要。

首先，地下污水處理廠地面區(qū)域通常被規(guī)劃為濕地、體育公園等，甚至可能用來(lái)作為綜合開(kāi)發(fā)。從景觀，衛(wèi)生和綜合開(kāi)發(fā)考慮，在地面設(shè)置大型室外風(fēng)冷設(shè)備或冷卻塔都不合適。另外，污水處理廠水資源是非常豐富的，尤其是出水或再生水，水量相當(dāng)大，最小的污水處理廠日處理能力都在8 萬(wàn)立方米以上，完全可以用來(lái)進(jìn)行利用。因此選用水冷（再生水）系統(tǒng)是合適的。其次，地下空間可利用面積并不寬裕，各污泥干化工藝設(shè)備布置非常緊湊，很難留出一個(gè)較大面積區(qū)域作為冷水機(jī)房。

綜合以上論述，選擇再生水冷卻直膨式空調(diào)機(jī)組系統(tǒng)方案是符合地下污泥干化車(chē)間實(shí)際情況的。

3 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 空調(diào)負(fù)荷計(jì)算

污泥干化車(chē)間負(fù)荷計(jì)算室內(nèi)、外參數(shù)（工程地點(diǎn)：廣州）如下[3]：室內(nèi)溫度30 ℃，夏季室外空調(diào)計(jì)算干球溫度34.2 ℃，夏季室外空調(diào)計(jì)算濕球溫度27.8 ℃。

地下污泥干化車(chē)間冷風(fēng)降溫負(fù)荷包括三個(gè)部分：污泥脫水，干化設(shè)備散熱負(fù)荷，新風(fēng)負(fù)荷和頂部吊裝口玻璃傳熱負(fù)荷。

污泥干化設(shè)備散熱負(fù)荷需要設(shè)備廠家提供，由于各個(gè)設(shè)備廠家采用的脫水+干化工藝不一樣，有的是離心脫水+薄層干化，有的是板框脫水+圓盤(pán)干化，有的是板框脫水干化一體，有的是板框脫水+干化，因此設(shè)備廠家提供的數(shù)據(jù)沒(méi)有可比性，數(shù)據(jù)可靠性也大打折扣。為了減少和便于核實(shí)污泥干化設(shè)備散熱負(fù)荷，統(tǒng)一要求各設(shè)備廠家提供所有熱源管路和設(shè)備表面積，并保證表面溫度不大于34 ℃，這樣可以通過(guò)34 ℃表面溫度物體傳熱到30 ℃空間計(jì)算出傳熱量。由于有廠家反映不是每個(gè)地方保溫都能保證表面溫度34 ℃，因此考慮一定的系數(shù)，需要與廠家具體溝通確定。

冷風(fēng)降溫的風(fēng)量為全新風(fēng)直流，應(yīng)考慮此部分負(fù)荷，且占比很大。

地下污泥干化車(chē)間吊裝口的封閉有很多種方式，有用膜結(jié)構(gòu)，有用鋼結(jié)構(gòu)+鋼板，有用鋼結(jié)構(gòu)+玻璃罩等。此次建筑專(zhuān)業(yè)均選用鋼結(jié)構(gòu)+玻璃罩的形式進(jìn)行吊裝口封閉，雖然白天可采光，車(chē)間視覺(jué)效果得到改善，但帶來(lái)冷風(fēng)降溫負(fù)荷增加的問(wèn)題。

3.2 風(fēng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.2.1 風(fēng)量計(jì)算

對(duì)于污泥干化車(chē)間環(huán)境控制指標(biāo)，最主要的是H2S，NH3和臭氣濃度（無(wú)量綱）等[4]。為了去除和稀釋這些有毒有害氣體，除臭系統(tǒng)風(fēng)量計(jì)算都是圍繞這些指標(biāo)達(dá)標(biāo)進(jìn)行。除臭系統(tǒng)風(fēng)量計(jì)算換氣次數(shù)取值可參考表1：

表1 風(fēng)量計(jì)算換氣次數(shù)取值

為了防止有臭氣源房間向其它品質(zhì)較好房間擴(kuò)散臭氣，臭氣源房間相對(duì)于其它品質(zhì)好房間一般都做到5～10 Pa 負(fù)壓。污泥干化車(chē)間屬于地下污水處理廠最臭的區(qū)域之一，負(fù)壓控制更加需要重視，要不然整個(gè)地下空間都會(huì)受之影響。因此送風(fēng)量要小于除臭風(fēng)量（排風(fēng)），一般可以按各單體壓差控制計(jì)算，也可按經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)除臭風(fēng)量的70%取值。

3.2.2 空氣處理過(guò)程

首先，污泥干化工藝專(zhuān)業(yè)一般將脫水工藝設(shè)置在負(fù)一層，干化工藝布置在負(fù)二層。其次，地下污泥干化車(chē)間風(fēng)量比較大，設(shè)置一臺(tái)空調(diào)機(jī)組對(duì)風(fēng)系統(tǒng)管路設(shè)計(jì)帶來(lái)較大困難。因而負(fù)一層和負(fù)二層各設(shè)置一臺(tái)直膨式空調(diào)機(jī)組，分別對(duì)各層所需新風(fēng)進(jìn)行了冷風(fēng)降溫處理。

負(fù)一層和負(fù)二層冷風(fēng)降溫負(fù)荷構(gòu)成不一致，負(fù)一層負(fù)荷包括玻璃傳熱，新風(fēng)負(fù)荷和板框壓濾設(shè)備散熱負(fù)荷。負(fù)二層包括新風(fēng)負(fù)荷和干化設(shè)備散熱負(fù)荷。風(fēng)量計(jì)算換氣次數(shù)也不相同。因此空調(diào)機(jī)組的空氣處理過(guò)程也不一樣。必須要根據(jù)冷量和風(fēng)量的匹配，核實(shí)空調(diào)機(jī)組能否處理到所需送風(fēng)狀態(tài)點(diǎn)。

由于受建筑布局影響和自身設(shè)備特點(diǎn)，有部分污泥干化工藝專(zhuān)業(yè)將脫水和干化工藝兩者同層布置，空調(diào)機(jī)組可以根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況合設(shè)一臺(tái)也可分設(shè)兩臺(tái)，合設(shè)一臺(tái)時(shí)需校核脫水間和干化間風(fēng)量與冷量的匹配關(guān)系。

3.2.3 氣流組織設(shè)計(jì)

冷風(fēng)降溫系統(tǒng)送風(fēng)方式和送風(fēng)口位置及形式需結(jié)合除臭系統(tǒng)臭氣收集管路和收集口位置統(tǒng)一考慮。首先，污泥干化車(chē)間為高大空間，新風(fēng)經(jīng)空調(diào)機(jī)組冷風(fēng)降溫后又經(jīng)過(guò)氧離子發(fā)生器，既有降溫作用，又有除臭功能，故送風(fēng)應(yīng)送至工作人員經(jīng)常檢修及行走的區(qū)域，如設(shè)備檢修處、通道、板框壓濾機(jī)玻璃罩內(nèi)走道等地方。

其次應(yīng)杜絕送風(fēng)口與臭氣收集口短路，以免浪費(fèi)能源和離子除臭效能，臭氣收集口設(shè)置在臭氣源內(nèi)（干化機(jī)、板框壓濾機(jī)、料倉(cāng)、凝水箱、調(diào)理罐、濃縮池、提升運(yùn)輸系統(tǒng)）和大空間、裝泥間上部空間。送風(fēng)口與臭氣收集口在水平，垂直空間上拉開(kāi)距離。

3.3 水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

目前污水處理廠的再生水水質(zhì)指標(biāo)符合《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》GB/T18921-2019 要求，對(duì)比《采暖空調(diào)系統(tǒng)水質(zhì)》GB/T29044-2012 開(kāi)式循環(huán)冷卻水水質(zhì)和《城鎮(zhèn)污水熱泵熱能利用水質(zhì)》CJ/T337-2010 再生水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，污水處理再生水水質(zhì)和冷卻水水質(zhì)兩者關(guān)注的指標(biāo)略有不同，尤其在濁度，電導(dǎo)率，鈣硬度，總堿度和氯離子（CL-）等指標(biāo)上，再生水水質(zhì)沒(méi)有要求。

筆者收集了部分污水廠的再生水水質(zhì)測(cè)試數(shù)據(jù)，部分冷卻水水質(zhì)關(guān)注的指標(biāo)如鈣硬度還單獨(dú)做了試驗(yàn)，均低于《城市污水再生利用景觀環(huán)境用水水質(zhì)》GB/T18921-2019 要求，故直接將再生水作為空調(diào)系統(tǒng)冷卻水。

根據(jù)負(fù)一層和負(fù)二層空調(diào)負(fù)荷數(shù)據(jù)，計(jì)算水冷直膨式空調(diào)機(jī)組冷卻水流量，冷卻水采用廠區(qū)再生水，設(shè)計(jì)進(jìn)、出水溫度28/33 ℃，共設(shè)置兩臺(tái)冷卻水泵，一用一備。

典型水系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖1。

圖1 水系統(tǒng)原理圖

4 設(shè)計(jì)重點(diǎn)與難點(diǎn)

污泥干化工藝設(shè)備以及其連接的管道發(fā)熱是車(chē)間熱負(fù)荷主要來(lái)源，必須由設(shè)備廠家進(jìn)行保溫，保溫層表面溫度應(yīng)≤34 ℃，在避免燙傷作業(yè)人員的同時(shí)降低車(chē)間內(nèi)散熱。

污泥干化工藝設(shè)備漏風(fēng)率高，不僅臭氣會(huì)泄露，散熱量也會(huì)增高，導(dǎo)致所需除臭風(fēng)量和送風(fēng)量相應(yīng)增大，車(chē)間熱負(fù)荷也增大。因此需要規(guī)定廠家設(shè)備漏風(fēng)率不高于0.01%。

建筑專(zhuān)業(yè)對(duì)設(shè)備吊裝口的封閉措施和處理方式對(duì)降低車(chē)間內(nèi)熱負(fù)荷也有較大的作用，比如如果建筑專(zhuān)業(yè)采用鋼結(jié)構(gòu)+玻璃罩方式，則建議玻璃罩優(yōu)先選用low-e 玻璃。

對(duì)暖通空調(diào)專(zhuān)業(yè)來(lái)說(shuō)，冷卻水系統(tǒng)為直流式，只要知道取水點(diǎn)與排水點(diǎn)在何處，引管取水和排水即可。但對(duì)污水處理工藝而言，與工藝的設(shè)計(jì)有直接關(guān)系。取水點(diǎn)是設(shè)在消毒段后，如果取水點(diǎn)設(shè)在巴式計(jì)量槽前，則排水點(diǎn)也需設(shè)在巴式計(jì)量槽前，保證此部分再生水能夠被計(jì)量。如果設(shè)在巴式計(jì)量槽后，則排水點(diǎn)也必須設(shè)在巴式計(jì)量槽后，避免此部分再生水被重復(fù)計(jì)量。另外還需避免取水點(diǎn)與排水點(diǎn)距離過(guò)近。

應(yīng)充分與污水處理工藝專(zhuān)業(yè)溝通，并告知冷卻水會(huì)有大約5 ℃[5]的溫升，且不存在冷卻水被污染的情況。如果工藝專(zhuān)業(yè)認(rèn)為有污染，則冷卻水會(huì)排至污水處理工藝進(jìn)水段。

如果水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)不完全滿(mǎn)足，則需要針對(duì)具體水質(zhì)情況考慮設(shè)置中間換熱器或?qū)C(jī)組冷卻水側(cè)換熱器材質(zhì)防腐性能予以提高。因此無(wú)論采用何種設(shè)計(jì)，均應(yīng)該以再生水水質(zhì)試驗(yàn)分析結(jié)果為前提。

5 結(jié)語(yǔ)

各污水處理廠配置污泥干化工藝，對(duì)污泥減量有積極的意義。當(dāng)污泥干化設(shè)備設(shè)置在地下時(shí)，在南方地區(qū)如果通過(guò)通風(fēng)不能解決污泥干化車(chē)間排熱時(shí)，需考慮冷風(fēng)降溫問(wèn)題。利用再生水采用水冷直膨式末端設(shè)備冷卻新風(fēng)經(jīng)氧離子發(fā)生器后送入車(chē)間，既滿(mǎn)足污泥干化車(chē)間通風(fēng)除臭的要求，也滿(mǎn)足冷風(fēng)降溫的需要，改善了生產(chǎn)環(huán)境，保障了員工健康，同時(shí)對(duì)地面景觀不造成影響。