地下式污水廠通風(fēng)除臭設(shè)計

謝藝強

廣州市市政工程設(shè)計研究總院

0 引言

根據(jù)《國民經(jīng)濟和社會發(fā)展第十三個五年規(guī)劃綱要》要求，十三五期間，加強城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加強市政管網(wǎng)等地下基礎(chǔ)設(shè)施改造與建設(shè)，加大黑臭水體整治力度，地級及以上城市建成區(qū)黑臭水體控制在10%以內(nèi)。新建污水廠日益增多，地面式污水廠污水處理過程暴露于外部空間，污水處理過程中產(chǎn)生的惡臭氣體直接揮發(fā)到大氣中，使得污水廠附近的空氣質(zhì)量相當(dāng)?shù)膼毫?。污水處理廠選址問題成為困擾城市中心區(qū)污水系統(tǒng)完善的瓶頸，地下污水處理廠作為一種高效、集約用地的新模式成為未來城市污水處理規(guī)劃的新方向[1]。圖1為廣州市京溪地下污水廠的模型圖，整體污水處理工藝流程建設(shè)于地下，地面僅為生產(chǎn)調(diào)度中心和部分設(shè)備房。處理污水的過程中有大量的臭氣產(chǎn)生，對于地下式污水廠幾乎為封閉空間，通風(fēng)除臭系統(tǒng)對地下式污水處理廠營造健康的環(huán)境尤為重要。

圖1 廣州市京溪地下污水廠的模型圖

1 地下式污水廠臭氣分布及逸散情況分析

污水處理工藝是污水廠的核心環(huán)節(jié)，近年來城市污水處理工藝呈現(xiàn)多樣性，種類不斷增加和改進。其常見的城鎮(zhèn)污水處理工藝有：A2/O、AB、氧化溝、曝氣生物濾池、SBR等[2]。目前常用于地下污水廠的處理工藝有A2/O工藝、MBR工藝。其中A2/O運行費用低，MBR工藝設(shè)備占地面積小，空間緊湊，各有優(yōu)勢。雖然每個污水處理工藝和設(shè)計各不相同，但其布局基本相似，可分為預(yù)處理區(qū)、污水處理區(qū)和污泥處理區(qū)。根據(jù)文獻[3]，污水處理廠的進水格柵，進水泵，調(diào)節(jié)池，沉砂池，初沉池，配水井（此5個構(gòu)筑物為預(yù)處理區(qū)），厭氧或缺氧池（污水處理區(qū)），污泥泵池，污泥濃縮池，儲泥池，脫水機房，污泥堆棚，污泥消化池，污泥堆場，污泥處理處置車間及污泥貯倉（此9個構(gòu)筑物為污泥處理區(qū)）等構(gòu)筑物宜考慮除臭。主要惡臭點分布及逸散情況如表1所示，最臭區(qū)域為污泥處理區(qū)域。特別對于運泥車間，殘留泥渣不斷逸散臭氣，且其與車道空間上沒有隔斷，臭氣容易通過車道擴散到各個區(qū)域。

表1 為典型地下污水廠惡臭點分布及逸散情況分析

2 除臭技術(shù)比選

由表1可知除臭措施主要是隔絕臭氣源，負(fù)壓通風(fēng)控制臭氣源的逸散。對于臭氣源與車間難以完全隔絕，加強通風(fēng)換氣次數(shù)，且送風(fēng)需具備除臭能力，以便營造較為安全生產(chǎn)環(huán)境。收集的臭氣需要經(jīng)過處理，滿足《惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》二級標(biāo)準(zhǔn)[4]。常用除臭技術(shù)如表2所示[5]，物理法，化學(xué)法和生物法都不能完全適應(yīng)各種場合，都有各自的優(yōu)缺點。污水處理廠應(yīng)結(jié)合自身實際的情況選擇適合的控制方案。對于地下污水廠，由于場地控制，除臭技術(shù)選用原則：占地少，運行相對簡單，效果好以及經(jīng)濟性。因此收集的臭氣選用填充式微生物除臭法，臭氣中的某些成份溶解于水能被附著于填料的微生物吸附分解，微生物除臭法已廣泛應(yīng)用于城鎮(zhèn)污水處理設(shè)施中，其運營成本較低，除臭效果良好。對于預(yù)處理區(qū)車間和污泥運輸車間等臭氣源與車間難以完全隔絕，采用離子送風(fēng)措施。離子發(fā)生裝置發(fā)射出高能正、負(fù)離子，與室內(nèi)空氣當(dāng)中的有機揮發(fā)性氣體分子（VOC）接觸，打開VOC分子的化學(xué)鍵，將其分解成CO2和H2O，對H2S，NH3同樣具有分解作用，達到車間除臭效果。

表2 除臭技術(shù)方法的比較

3 除臭系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 除臭風(fēng)量的確定

根據(jù)文獻[6]，稀釋排除臭氣需風(fēng)量可按下式計算確定：

式中：G為通風(fēng)量，kg/h；M為有害氣體的散發(fā)量，mg/h；cy為室內(nèi)有害物質(zhì)容許濃度，mg/m3；cj為送風(fēng)空氣中有害物質(zhì)濃度，mg/m3。

但根據(jù)現(xiàn)行的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)或現(xiàn)有的污水廠運行狀況，室內(nèi)有害氣體的散發(fā)量難以確定。若除臭風(fēng)量太少，低于臭氣擴散速率或達不到密閉空間合理流態(tài)，會導(dǎo)致臭氣外逸。若除臭風(fēng)量太大，會增加投資和運行費用。因此需根據(jù)臭氣分布和臭氣逸散情況，設(shè)置收集方式，計算除臭風(fēng)量。國內(nèi)對污水廠除臭風(fēng)量根據(jù)不同區(qū)域的水面臭氣風(fēng)量加一定的負(fù)壓換氣次數(shù)，對于存在臭氣源車間則根據(jù)臭氣濃度的高低，選取換氣次數(shù)。

預(yù)處理區(qū)池內(nèi)空間除臭風(fēng)量按2次池內(nèi)空間換氣次數(shù)加臭氣風(fēng)量（按單位水面積臭氣風(fēng)量指標(biāo)10m3/(m2·h)計算），其中2次是考慮池內(nèi)空間負(fù)壓所需換氣次數(shù)。預(yù)處理車間考慮4次換氣通風(fēng)，送風(fēng)經(jīng)離子裝置處理后帶正負(fù)氧離子送入室內(nèi)，其中送風(fēng)風(fēng)量為排風(fēng)量的80%～90%，保證該車間負(fù)壓，防止臭氣擴散到其他區(qū)域。

生物反應(yīng)池內(nèi)，除臭風(fēng)量為曝氣量的1.1倍風(fēng)量加1次池內(nèi)空間換氣次數(shù)計算。其中0.1倍曝氣量風(fēng)量和1次池內(nèi)空間換氣量為考慮池內(nèi)空間負(fù)壓所需換氣次數(shù)。

污泥運輸車間按4次換氣通風(fēng)，送風(fēng)經(jīng)離子裝置處理后帶正負(fù)氧離子送入室內(nèi)。其中送風(fēng)風(fēng)量為排風(fēng)量的80%～90%，保證該車間負(fù)壓，防止臭氣擴散到其他區(qū)域。

3.2 除臭系統(tǒng)的設(shè)計

如上所述地下式污水廠選用除臭微生物除臭和離子除臭方式。其中除臭微生物除臭是對收集的臭氣進行分解處理，然后高空排出，系統(tǒng)設(shè)置如圖2所示，主要由收集，輸送和處理等部分組成。對于預(yù)處理車間和污泥運輸車間等的收集采用一般的上部回風(fēng)系統(tǒng)進行收集。對于池面空間的臭氣收集需特別注意，一般池內(nèi)水面至池內(nèi)頂板高度較低，通常為0.8～1.2m，且水流動或者有曝氣區(qū)域容易在水面生成水泡，伸入池內(nèi)空間的收集風(fēng)管易收集到水泡。需要特別處理，具體措施如圖3所示，盡量較少風(fēng)管伸入池內(nèi)空間的長度，同時除臭風(fēng)口做成喇叭形開口，降低風(fēng)口風(fēng)速避免水泡吸入。風(fēng)管局部低點和除臭風(fēng)機的吸入端需設(shè)置排水點。由于收集臭氣濕度大，其帶有腐蝕性，因此選用玻璃鋼風(fēng)管，具有較高的耐腐蝕性能。

圖2 微生物除臭系統(tǒng)原理圖

圖3 池內(nèi)空間收集風(fēng)管設(shè)置示意圖

對于存在臭氣源且經(jīng)常有人員操作的車間，除對收集的排風(fēng)進行微生物除臭滿足排放標(biāo)準(zhǔn)外，設(shè)置離子送風(fēng)系統(tǒng)，對車間人員操作區(qū)域進行離子風(fēng)除臭。其系統(tǒng)設(shè)置原理如圖4所示，離子風(fēng)直接送入人員操作區(qū)域，分解臭氣，保證操作人員的生產(chǎn)環(huán)境。由于離子風(fēng)具有一定的時效性，新風(fēng)經(jīng)離子發(fā)生器生產(chǎn)的應(yīng)盡快送入室內(nèi)，為保證更好的與臭氣物質(zhì)接觸，離子風(fēng)采用多孔送風(fēng)管（如圖5）。一方面保證送風(fēng)風(fēng)速，另一方面保證送風(fēng)盡快與室內(nèi)空間混合，提高離子風(fēng)分解臭氣物質(zhì)的效率。風(fēng)機和風(fēng)管極及其附件均采用不銹鋼風(fēng)管，既可以防銹蝕，也可防正負(fù)陽離子腐蝕。

圖4 離子風(fēng)除臭系統(tǒng)原理圖

圖5 多孔送風(fēng)管立管

4 結(jié)語

地下污水廠的通風(fēng)除臭對于其地下空間室內(nèi)環(huán)境和地面廠區(qū)空氣環(huán)境的治理至關(guān)重要。通過對地下污水廠臭氣源以及逸散情況分析，并對比不同除臭技術(shù)優(yōu)缺點，針對存在臭氣源區(qū)域兩種不同情況（是否有人員經(jīng)常操作的區(qū)域），設(shè)計兩種適用于地下污水廠的通風(fēng)除臭系統(tǒng)。微生物除臭系統(tǒng)，適用于臭氣收集后處理排放。離子除臭系統(tǒng)，適用于經(jīng)常有人員操作區(qū)域的室內(nèi)空間除臭。并對于臭氣收集和離子送風(fēng)關(guān)鍵問題進行分析，保證通風(fēng)除臭系統(tǒng)的除臭效果。兩種除臭設(shè)計方案已經(jīng)應(yīng)該于現(xiàn)有運行的地下污水廠，如京溪地下污水廠和昆明第九、十地下污水廠，根據(jù)現(xiàn)場感受和實際測量結(jié)果，除臭系統(tǒng)效果顯著，可供相關(guān)設(shè)計人員借鑒。地下式污水廠建設(shè)正處在發(fā)展階段，對于通風(fēng)除臭設(shè)計，相應(yīng)的規(guī)范和理論研究還相對欠缺，且其涉及污水處理工藝，是一個跨專業(yè)問題，需要更多理論和實測，定性和定量分析臭氣成分，方能更好指導(dǎo)通風(fēng)除臭系統(tǒng)設(shè)計。

[1] 汪傳新,邱維.廣州京溪地下污水處理廠建設(shè)實踐與思考[J].中國給水排水,2011,27(8):10-13.

[2] 葛靜茹.北京郊區(qū)旅游型小村鎮(zhèn)污水處理研究[D].北京:北京林業(yè)大學(xué),2013.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.CJJ/T243-2016城鎮(zhèn)污水處理廠臭氣處理技術(shù)規(guī)程[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2016.

[4] 國家環(huán)境保護局,國家技術(shù)監(jiān)督局.GB 14554-1993惡臭污染物排放標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,1994.

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[6] 陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊(第二版)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008.