論成都市第七再生水廠中采用的生物除臭裝置

趙 亞, 張 建 家

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

成都市第七再生水廠二期工程由中國水電七局承建。該項(xiàng)目為地埋式，設(shè)計(jì)污水處理建設(shè)規(guī)模為8萬m3/d，總變化系數(shù)為1.3。除臭介質(zhì)為城市污水處理廠混合致臭氣體，臭氣溫度為5 ℃～40 ℃；生物除臭采用4套FRP材質(zhì)、處理風(fēng)量為40 000 m3/h的高效生物滴濾及生物過濾系統(tǒng)有組織地排放。

該生物除臭裝置按照預(yù)處理、二級(jí)處理和污泥處理流程對(duì)所產(chǎn)生的臭氣進(jìn)行收集與處理。除臭系統(tǒng)出口的出氣指標(biāo)[1]為：NH3≤5 mg/m3，H2S≤0.2 mg/m3，臭氣濃度≤200(無量綱)。

該生物除臭裝置具有建設(shè)成本投入低、綠色環(huán)保、運(yùn)行安全性高、處理效率高等優(yōu)點(diǎn)，是一套經(jīng)濟(jì)且高效的生物除臭裝置。詳細(xì)介紹了該生物除臭裝置具有的特點(diǎn)。

2 生物過濾原理

第一步：濾料表面覆蓋著濕潤的生物膜，廢氣污染物與濾料接觸后逐漸溶解進(jìn)入這層生長(zhǎng)著大量微生物的水膜中，從氣相轉(zhuǎn)化為液相以便于微生物對(duì)其進(jìn)行吸收和分解。濾料的多孔性使其具有超大的比表面積，以保證氣、液相接觸面積，有效增大了氣相化學(xué)物質(zhì)在液相中的傳送擴(kuò)散速率。該溶解滲透過程其實(shí)是一種物理過程，高速的傳送擴(kuò)散意味著氣體在濾床中短暫的停留過程、將臭氣濃度降至極低的水平。

第二步：溶于水的廢氣污染物被微生物吸收利用，自液相進(jìn)入微生物體內(nèi)。

第三步：濾料中的專性細(xì)菌以污染物為食，將污染物轉(zhuǎn)化為自身的營養(yǎng)物質(zhì)，使碳、氫、氧、氮、硫等元素從有機(jī)化合物的形式轉(zhuǎn)化為游離態(tài)或無機(jī)鹽、進(jìn)入微生物的自身循環(huán)過程，從而達(dá)到降解的目的。與此同時(shí)，這些微生物可以實(shí)現(xiàn)自身的繁殖，整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)作為食物的污染物與專性細(xì)菌的營養(yǎng)需要達(dá)到平衡。

3 除臭系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與計(jì)算

40 000 m3/h風(fēng)量的具體設(shè)計(jì)參數(shù)為：

(1)除臭箱體的尺寸。

滴濾尺寸(長(zhǎng)×寬×高)：5 m×5.5 m×3.2 m

過濾尺寸(長(zhǎng)×寬×高)：20 m×5.5 m×3.2 m

一體化箱體尺寸(長(zhǎng)×寬×高)：25.5 m×5.5 m×3.2 m

(2)生物滴濾段的設(shè)計(jì)參數(shù)。

濾床壓差：<490 Pa

濾料類型：LWE

濾料體積：22.4 m3(每座濾池)

EBRT：4 s

循環(huán)水流量：47.5 m3/h(每座濾池)

濾料高度：1.62 m

(3)生物過濾段的設(shè)計(jì)參數(shù)。

濾床壓差：<490 Pa

濾料類型：XLD

濾料體積：222.2 m3(每個(gè)濾池)

EBRT：20 s

濾床灌溉水量：1.1 m3/d(每個(gè)濾池)

空床流速：0.1 m/s

濾料高度：2.02 m

(4)計(jì)算。

①過濾池空床流速v：

②過濾池接觸時(shí)間t1：

滴濾接觸時(shí)間t2：

故其總接觸時(shí)間T=t1+t2=20+4=24(s)。

③循環(huán)水量Qre的計(jì)算。循環(huán)水量Qre根據(jù)進(jìn)氣量確定，單位循環(huán)水量為每1萬m3氣體所需的循環(huán)水量為9～25 m3/h,該系統(tǒng)選擇11.87 m3/h，則：

Qre=11.84 m3/h×4=47.5 m3/h

④系統(tǒng)排水量Qdr的計(jì)算：

系統(tǒng)排水量應(yīng)為循環(huán)水量的0.2%～2%，該系統(tǒng)選擇為0.8%，則：

Qdr=Qre×0.019=47.5 m3/h×0.8%=0.4 m3/h

⑤運(yùn)行費(fèi)用的計(jì)算：

單套40 000 m3/h風(fēng)量生物除臭系統(tǒng)的電耗為63 kW/h，水耗為1.1 m3/d，電價(jià)為0.7元/kW·h，水價(jià)為5元/m3，則每年每套生物除臭系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用為：

電費(fèi)：63×365×25×0.7=402 412.5(元)

水費(fèi)：1.1×365×5=2 007.5(元)。

綜上所述，成都市第七再生水廠二期工程的四套生物除臭系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用為：

4×(402 412.5+2 007.5)=1 617 680(元)。

4 生物除臭裝置采用的工藝

該生物除臭裝置包括：生物滴濾過濾一體化除臭箱體、循環(huán)水泵、離心風(fēng)機(jī)、電控箱柜、配套儀表以及使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定、有效和安全運(yùn)行所需的所有設(shè)施和臭氣收集系統(tǒng)。

生物除臭裝置的組成設(shè)備包括：生物滴濾過濾一體化除臭箱體、生物滴濾濾料、生物過濾濾料、濾床灌溉系統(tǒng)、循環(huán)水泵及配套儀表、電磁閥及配套電控柜、水儀表箱、管道、管件、閥門以及使整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定、有效和安全運(yùn)行所需的所有設(shè)施及附件，具體介紹于后。

(1)生物滴濾過濾一體化除臭箱體。該除臭設(shè)備為固定全封閉結(jié)構(gòu)，防腐金屬骨架，骨架的斷面尺寸不小于70 mm×70 mm[2]，壁厚不小于3.5 mm，骨架各向間距不大于1 m，采用周邊連續(xù)焊接而成。其塔體內(nèi)部填料支撐層采用斷面尺寸不低于38 mm×38 mm、壁厚不小于2.5 mm的玻璃鋼格柵板，支撐柱均由耐腐蝕的玻璃鋼材質(zhì)制作。內(nèi)殼為有機(jī)玻璃鋼板(板厚≥6 mm)，底板厚度不小于10 mm。其最內(nèi)層為乙烯基酯材質(zhì)，其余為不飽和間苯型聚酯樹脂材質(zhì)；外層鋼結(jié)構(gòu)采用FRP與內(nèi)層玻璃板相連接，厚度不小于3 mm。

箱體具備填料承托層支架以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)骨架，除臭塔配置有風(fēng)管接口、管道接口、填料收納架、填料、檢修門、噴淋散水裝置等完善的附件。在生物除臭箱體上配備有壓差計(jì)，壓差計(jì)安裝在塔體上，用來監(jiān)測(cè)填料受到的壓損情況。

(2) 生物濾料。填料采用具有BIOREM專利的永久性無機(jī)濾料，其具有以下特點(diǎn)：比表面積須大于350 m2/g，填料顆粒的平均直徑為5～10 mm；具有良好的保濕性和透氣性，載體表面具親水性及抗酸耐腐蝕性；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易板結(jié)，不需連續(xù)散水，使用過程中無壓實(shí)。特別適用于臭氣濃度高、硫化氫濃度低、還原硫化物含量大的污染氣體的處理。填料使用壽命不低于10 a，正常運(yùn)行期間不用更換、不會(huì)腐爛；填料對(duì)人體無害，不會(huì)造成二次污染。養(yǎng)分和酸堿調(diào)節(jié)劑均在填料體內(nèi)，系統(tǒng)運(yùn)行期間不需要添加任何營養(yǎng)液，其能夠在運(yùn)行初期、微生物馴養(yǎng)期間以及沖擊負(fù)荷時(shí)達(dá)到除臭效果。

(3) 生物填料加濕系統(tǒng)。每套生物除臭系統(tǒng)各設(shè)置了1套生物濾池濾床灌溉系統(tǒng)以保證濾床的最佳濕度。濾床灌溉系統(tǒng)由循環(huán)泵、管道系統(tǒng)儀表及噴頭組成。循環(huán)水及生物填料灌溉用的水質(zhì)采用廠區(qū)再生水。為滿足其24 h不中斷運(yùn)行，濾床灌溉系統(tǒng)配有備用循環(huán)水泵。填料的上部和下部均留有不小于0.7 m的噴淋及檢修空間。

每套生物除臭系統(tǒng)配有2臺(tái)噴淋泵(一用一備)，以確保過濾濾床內(nèi)的噴頭正常運(yùn)行，對(duì)生物過濾填料進(jìn)行定期、間斷性的噴淋。過濾濾床的噴淋由電磁閥控制，電磁閥處于常閉狀態(tài)，每天開啟一次，一次噴淋時(shí)間大約需要30 min。

(4)生物除臭系統(tǒng)的排水系統(tǒng)。在生物滴濾過濾一體化箱體底部設(shè)有排水系統(tǒng)，其作用為最終將水排入水廠的排污系統(tǒng)。

(5)除臭風(fēng)機(jī)。生物除臭系統(tǒng)離心風(fēng)機(jī)的風(fēng)量Q為40 000 m3/h，風(fēng)壓P為3 200 Pa。4套生物除臭系統(tǒng)各自配置2臺(tái)離心風(fēng)機(jī)，采用變頻控制。

風(fēng)機(jī)采用FRP制造，為離心式并配模制加強(qiáng)外殼，外殼為一體成形，外層為樹脂含量高的涂層并加UV抑制劑。風(fēng)機(jī)由三角皮帶帶動(dòng)并設(shè)計(jì)為連續(xù)運(yùn)行。風(fēng)扇軸心由SUS316L制造，須超徑以保證其在臨界速度下運(yùn)行。葉輪和軸均通過靜態(tài)和動(dòng)態(tài)平衡。

風(fēng)機(jī)的電機(jī)功率與風(fēng)量配套，防護(hù)等級(jí)為IP55，50Hz，F(xiàn)絕緣等級(jí)，B級(jí)溫升，配置散熱風(fēng)扇，機(jī)座為滑軌式設(shè)計(jì)以易于調(diào)整及更換。電機(jī)由變頻器(VFD)起動(dòng)，配置風(fēng)扇散熱。電機(jī)服務(wù)系數(shù)為額定軸能力的15倍，并能滿足整個(gè)風(fēng)機(jī)性能曲線要求。電機(jī)的效能最小為88.5%。

風(fēng)機(jī)的軸承為SKF，軸承座為油浴式，機(jī)油填加省時(shí)方便，采用密閉式軸承設(shè)計(jì)，可防止酸堿氣體的侵入，以避免軸承、軸心直接受腐蝕氣體侵蝕，軸承壽命達(dá)100 000 h。

風(fēng)機(jī)性能測(cè)試：對(duì)全機(jī)組進(jìn)行了ANSYS力及RSR轉(zhuǎn)子動(dòng)態(tài)分析，強(qiáng)化結(jié)構(gòu)安全。葉輪動(dòng)平衡符合現(xiàn)行規(guī)范，振動(dòng)等級(jí)小于2.5 mm/s[3]。風(fēng)機(jī)組裝后依據(jù)相關(guān)規(guī)范進(jìn)行了測(cè)試，其振動(dòng)等級(jí)小于4.5 mm/s[4]。風(fēng)機(jī)配有隔音罩，風(fēng)機(jī)噪音不大于70 dBA[5](在距離風(fēng)機(jī)1 m處度量)。

離心風(fēng)機(jī)與閥門間設(shè)置有柔性連接，以避免風(fēng)機(jī)的正常震動(dòng)影響到風(fēng)管及除臭設(shè)備。該風(fēng)閥的調(diào)節(jié)范圍為50%～100%。

離心風(fēng)機(jī)可以通過人在就地控制柜上或中央控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，并與VFD聯(lián)動(dòng)以達(dá)到0%～100%的送風(fēng)。

(6)電氣控制柜。每套除臭系統(tǒng)配套一臺(tái)電氣控制柜，電氣控制柜的防護(hù)等級(jí)為IP65，防腐等級(jí)為WF2。

每套生物除臭系統(tǒng)各配置了1套PLC(集成安裝于電氣控制柜內(nèi))，主要控制范圍為每套除臭系統(tǒng)內(nèi)的所有機(jī)械設(shè)備及配套閥門、儀表等，該P(yáng)LC設(shè)備的選型與廠區(qū)控制系統(tǒng)兼容(廠區(qū)主控制設(shè)備能夠直接讀取和直接控制CPU和I/O模塊控制點(diǎn))，其具有以太網(wǎng)接口并通過以太網(wǎng)接口向廠區(qū)自動(dòng)控制系統(tǒng)傳輸設(shè)備手動(dòng)、自動(dòng)狀態(tài)、開停情況以及故障等工況狀態(tài)信號(hào)，在自動(dòng)控制方式下可以通過該以太網(wǎng)接口接受廠區(qū)自動(dòng)控制系統(tǒng)信號(hào)以用于控制系統(tǒng)的開停。所選用的以太網(wǎng)通訊協(xié)議與廠區(qū)自動(dòng)控制系統(tǒng)一致，其與廠區(qū)自控系統(tǒng)不經(jīng)任何轉(zhuǎn)換即可正常通訊。

(7)臭氣收集系統(tǒng)。以除臭濾池為界限，用于收集的除臭風(fēng)管為有機(jī)玻璃鋼風(fēng)管，排放風(fēng)管采用不銹鋼材質(zhì)。

有機(jī)玻璃鋼風(fēng)管采用的樹脂為優(yōu)質(zhì)不飽和聚酯樹脂，其不含氧化鎂、氯化鎂、氫氧化鎂、碳酸鈣等無機(jī)玻璃鋼材料附加添加劑，結(jié)構(gòu)層樹脂含量不大于40%，防腐層樹脂含量不小于60%。

(8)附屬設(shè)施。風(fēng)閥泄漏率小于2%。順時(shí)針方向開啟，逆時(shí)針方向關(guān)閉且具有開啟角度指示、鎖定調(diào)節(jié)限位指示和允許氣流方向指示。

外層密封罩材質(zhì)為不銹鋼骨架+透明輕質(zhì)材料。

5 生物過濾系統(tǒng)具有的優(yōu)點(diǎn)

(1)綠色環(huán)保。全系統(tǒng)采用生物法處理，不使用化學(xué)藥品，無二次污染，為真正的綠色方法。系統(tǒng)在保證處理效果的前提下，能夠滿足企業(yè)環(huán)?；脑O(shè)計(jì)要求，對(duì)環(huán)境無不利影響。

(2)低成本。生物除臭系統(tǒng)與生物滴濾濾料(生物菌種生長(zhǎng)環(huán)境：PH1-9)和生物過濾濾料(生物菌種生長(zhǎng)環(huán)境：PH5-9)均為無機(jī)濾料，其表面含營養(yǎng)涂層，無需營養(yǎng)液、無需加藥，其建設(shè)投入成本低，運(yùn)行成本低于其他所有廢氣處理技術(shù)。

(3)耐腐蝕。鑒于污染物氣體具有較強(qiáng)的腐蝕性，該生物除臭裝置使用的結(jié)構(gòu)材料、管道材料、風(fēng)機(jī)水泵等設(shè)備均滿足耐腐蝕要求。

(4)生物填料為無機(jī)填料，具有良好的機(jī)械強(qiáng)度與生物適應(yīng)性。適用于間歇性處理，不會(huì)因?yàn)槎唐跉饬髦袛喽绊懱幚硇Ч?；大比表面積有利于生物膜的生長(zhǎng)，降低停留時(shí)間，能夠減小工程投資及占地面積；濾料性質(zhì)均勻，具有長(zhǎng)期、穩(wěn)定的運(yùn)行效果，系統(tǒng)免維護(hù)，使用壽命不低于15 a。

(5)生物填料本身具備酸堿平衡功能，無需另外添加調(diào)節(jié)溶液。

(6)生物濾池的系列產(chǎn)品設(shè)計(jì)靈活，方便維護(hù)與檢修，占地面積小，安裝簡(jiǎn)便，調(diào)試時(shí)間短。

(7)該工藝經(jīng)多年工程應(yīng)用和技術(shù)革新成熟可靠。

(8)該生物濾池除臭設(shè)備的運(yùn)行采用全自動(dòng)控制，無需人工干預(yù)。

(9)該生物除臭設(shè)備運(yùn)行過程中不需要提供特殊菌種。

(10)在設(shè)備調(diào)試初期即可確保臭氣排放達(dá)標(biāo)，效率高。

(11)臭氣收集系統(tǒng)在大面積的臭氣源設(shè)有多個(gè)集氣口，從而保證了構(gòu)筑物的惡臭氣體能夠被均勻抽吸；該裝置在每個(gè)臭氣源構(gòu)筑物上配備了必要的閥門，用以調(diào)節(jié)風(fēng)量和風(fēng)壓，保證了集氣系統(tǒng)壓力和風(fēng)量平衡。

6 結(jié) 語

成都市第七再生水廠二期工程的生物除臭裝置結(jié)構(gòu)布置緊湊，與廠內(nèi)以及周圍環(huán)境協(xié)調(diào)一致，與水廠的整體設(shè)計(jì)風(fēng)格一致，能夠滿足企業(yè)景觀化要求。生物除臭裝置系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了污染氣體直排的影響、封閉系統(tǒng)易燃易爆因素，以保證工人健康為宗旨，設(shè)計(jì)符合國家安全規(guī)范要求，構(gòu)筑物的強(qiáng)度符合相關(guān)要求。該生物除臭裝置采用的無機(jī)填料為全球首創(chuàng)的永久性無機(jī)工程填料，其處理后的尾氣達(dá)到相應(yīng)排放標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí)，該生物除臭裝置具有除臭處理效率高、運(yùn)行穩(wěn)定可靠、管理方便、投資合理等諸多優(yōu)點(diǎn)，可在類似市政污水處理廠的廢氣處理工程中推廣運(yùn)用。