地下式污水廠通風除臭設計

謝藝強

廣州市市政工程設計研究總院

0 引言

根據《國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》要求，十三五期間，加強城市基礎設施建設，加強市政管網等地下基礎設施改造與建設，加大黑臭水體整治力度，地級及以上城市建成區黑臭水體控制在10%以內。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，污水處理過程中產生的惡臭氣體直接揮發到大氣中，使得污水廠附近的空氣質量相當的惡劣。污水處理廠選址問題成為困擾城市中心區污水系統完善的瓶頸，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于地下，地面僅為生產調度中心和部分設備房。處理污水的過程中有大量的臭氣產生，對于地下式污水廠幾乎為封閉空間，通風除臭系統對地下式污水處理廠營造健康的環境尤為重要。

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節，近年來城市污水處理工藝呈現多樣性，種類不斷增加和改進。其常見的城鎮污水處理工藝有：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工藝設備占地面積小，空間緊湊，各有優勢。雖然每個污水處理工藝和設計各不相同，但其布局基本相似，可分為預處理區、污水處理區和污泥處理區。根據文獻[3]，污水處理廠的進水格柵，進水泵，調節池，沉砂池，初沉池，配水井（此5個構筑物為預處理區），厭氧或缺氧池（污水處理區），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個構筑物為污泥處理區）等構筑物宜考慮除臭。主要惡臭點分布及逸散情況如表1所示，最臭區域為污泥處理區域。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 除臭技術比選

由表1可知除臭措施主要是隔絕臭氣源，負壓通風控制臭氣源的逸散。對于臭氣源與車間難以完全隔絕，加強通風換氣次數，且送風需具備除臭能力，以便營造較為安全生產環境。收集的臭氣需要經過處理，滿足《惡臭污染物排放標準》二級標準[4]。常用除臭技術如表2所示[5]，物理法，化學法和生物法都不能完全適應各種場合，都有各自的優缺點。污水處理廠應結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，除臭技術選用原則：占地少，運行相對簡單，效果好以及經濟性。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用于城鎮污水處理設施中，其運營成本較低，除臭效果良好。對于預處理區車間和污泥運輸車間等臭氣源與車間難以完全隔絕，采用離子送風措施。離子發生裝置發射出高能正、負離子，與室內空氣當中的有機揮發性氣體分子（VOC）接觸，打開VOC分子的化學鍵，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 除臭技術方法的比較

3 除臭系統的設計

3.1 除臭風量的確定

根據文獻[6]，稀釋排除臭氣需風量可按下式計算確定：

式中：G為通風量，kg/h；M為有害氣體的散發量，mg/h；cy為室內有害物質容許濃度，mg/m3；cj為送風空氣中有害物質濃度，mg/m3。

但根據現行的規范標準或現有的污水廠運行狀況，室內有害氣體的散發量難以確定。若除臭風量太少，低于臭氣擴散速率或達不到密閉空間合理流態，會導致臭氣外逸。若除臭風量太大，會增加投資和運行費用。因此需根據臭氣分布和臭氣逸散情況，設置收集方式，計算除臭風量。國內對污水廠除臭風量根據不同區域的水面臭氣風量加一定的負壓換氣次數，對于存在臭氣源車間則根據臭氣濃度的高低，選取換氣次數。

預處理區池內空間除臭風量按2次池內空間換氣次數加臭氣風量（按單位水面積臭氣風量指標10m3/(m2·h)計算），其中2次是考慮池內空間負壓所需換氣次數。預處理車間考慮4次換氣通風，送風經離子裝置處理后帶正負氧離子送入室內，其中送風風量為排風量的80%～90%，保證該車間負壓，防止臭氣擴散到其他區域。

生物反應池內，除臭風量為曝氣量的1.1倍風量加1次池內空間換氣次數計算。其中0.1倍曝氣量風量和1次池內空間換氣量為考慮池內空間負壓所需換氣次數。

污泥運輸車間按4次換氣通風，送風經離子裝置處理后帶正負氧離子送入室內。其中送風風量為排風量的80%～90%，保證該車間負壓，防止臭氣擴散到其他區域。

3.2 除臭系統的設計

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，系統設置如圖2所示，主要由收集，輸送和處理等部分組成。對于預處理車間和污泥運輸車間等的收集采用一般的上部回風系統進行收集。對于池面空間的臭氣收集需特別注意，一般池內水面至池內頂板高度較低，通常為0.8～1.2m，且水流動或者有曝氣區域容易在水面生成水泡，伸入池內空間的收集風管易收集到水泡。需要特別處理，具體措施如圖3所示，盡量較少風管伸入池內空間的長度，同時除臭風口做成喇叭形開口，降低風口風速避免水泡吸入。風管局部低點和除臭風機的吸入端需設置排水點。由于收集臭氣濕度大，其帶有腐蝕性，因此選用玻璃鋼風管，具有較高的耐腐蝕性能。

圖2 微生物除臭系統原理圖

圖3 池內空間收集風管設置示意圖

對于存在臭氣源且經常有人員操作的車間，除對收集的排風進行微生物除臭滿足排放標準外，設置離子送風系統，對車間人員操作區域進行離子風除臭。其系統設置原理如圖4所示，離子風直接送入人員操作區域，分解臭氣，保證操作人員的生產環境。由于離子風具有一定的時效性，新風經離子發生器生產的應盡快送入室內，為保證更好的與臭氣物質接觸，離子風采用多孔送風管（如圖5）。一方面保證送風風速，另一方面保證送風盡快與室內空間混合，提高離子風分解臭氣物質的效率。風機和風管極及其附件均采用不銹鋼風管，既可以防銹蝕，也可防正負陽離子腐蝕。

圖4 離子風除臭系統原理圖

圖5 多孔送風管立管

4 結語

地下污水廠的通風除臭對于其地下空間室內環境和地面廠區空氣環境的治理至關重要。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優缺點，針對存在臭氣源區域兩種不同情況（是否有人員經常操作的區域），設計兩種適用于地下污水廠的通風除臭系統。微生物除臭系統，適用于臭氣收集后處理排放。離子除臭系統，適用于經常有人員操作區域的室內空間除臭。并對于臭氣收集和離子送風關鍵問題進行分析，保證通風除臭系統的除臭效果。兩種除臭設計方案已經應該于現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，根據現場感受和實際測量結果，除臭系統效果顯著，可供相關設計人員借鑒。地下式污水廠建設正處在發展階段，對于通風除臭設計，相應的規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，方能更好指導通風除臭系統設計。

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

[2] 葛靜茹.北京郊區旅游型小村鎮污水處理研究[D].北京:北京林業大學,2013.

[3] 中華人民共和國住房和城鄉建設部.CJJ/T243-2016城鎮污水處理廠臭氣處理技術規程[S].北京:中國建筑工業出版社,2016.

[4] 國家環境保護局,國家技術監督局.GB 14554-1993惡臭污染物排放標準[S].北京:中國標準出版社,1994.

[5] 李建軍,張甜甜,孫國萍,等.生物過濾技術在惡臭污染治理中的應用研究[J].環境工程學報,2008,2(5):712-714.

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