淺談CFD氣流組織模擬在污水處理廠通風系統中的應用

高峰

研究發現在處理污水過程中會產生一些刺激性氣味氣體，其在污泥的脫水和干化過程中容易大量排放，其所造成的惡臭氣味不僅污染環境還影響著工作人員和周邊居民的身體健康。為優化機房的機械通風，有效排出惡臭氣體，本文以白龍港污泥二期項目的污泥脫水機房為研究對象，通過數值模擬來分析測算污水處理過程中機房內不同位置、不同通風條件下環境中污染性氣體的濃度數值，并以此為依據來實現對環境內氣流分布和整體氣流場分布情況的分析，提出污泥脫水機房的機械通風優化設計方案，以此指導該污水處理廠對惡臭氣體的收集與處理。

脫水機房;干化機房;氣流組織;通風除臭;污染物濃度

污水處理廠作為凈化污水排出，優化利用水資源的環境治理場所，對保護自然環境起到了一定的積極作用。然而，其在污水處理過程中產生的刺激性氣味氣體會對自然環境造成二次影響，并且危害周圍居民的生活，針對污水處理過程大量排出的惡臭氣體的污泥脫水及干化機房通風設計優化和改善刻不容緩。

計算流體動力學技術（簡稱CFD）自投入市場應用以來成效顯著因此，本次試驗借助CFD仿真模擬，實現對污水處理廠污染氣體主要排放場所的通風優化和改善。

脫水機房的模擬分析主要涉及三個部分：一是機房配電控制區，一是脫水機房濾液處置區，最后則是脫水機房一層車間區。平面布置詳情以圖1作參考。為了保證模擬區域內的空氣質量達標，此次模擬中試驗方案初步確定為：從一側沿脫水機房內部結構柱均布送入離子新風，對側沿脫水機房內部結構柱進行均布機械抽風，其中送風口與對側排風口進行特殊設計并設置一定高度差，使得氣流由一側向另一側有序流動（設置機械送風風量小于機械排風風量）實現脫水機房整體大空間形成預定負壓區，使脫水機房內臭氣排出。

依據各個選定區域的實際尺寸，建立同比例的三維模型，將試驗區域分為脫水機房配電控制區、脫水機房濾液處置區及脫水機房一層車間區三部分，由于三區域位置主要是一層車間為主要污染區，因此要對這一區域重點送、排風，其通風模型如下圖2所示，利用RNG k-ε湍流模型對這一區域進行模擬計算。通過對模型計算數據的分析，可以看出在這一區域的主要刺激性污染氣體為硫化氫、甲硫醇以及氨氣，且三種主要污染氣體的濃度均達到5mg/m3左右。在脫水車間預設最容易泄露點4處28個點位污染物質（臭氣濃度表征，無量綱）的總量為198萬;設計離子設備送新風量為120000 m3/h，除臭機械排風風量為145000 m3/h。

根據設計模型中的送風量和在此階段從出風口測得的污染氣體濃度，確定污泥脫水機房一層車間區域污染物散發量為四個主要泄露位置的28個點位，泄露總量為每小時198萬，其中泄露量及散發位置分布見圖3所示：（1）離心機底部污泥液出口與管道連接處共7個泄漏點，每個點泄漏量為：6萬/h，總泄漏量為：42萬/h。（2）離心機底部污泥出口與螺桿泵連接處共7個泄漏點，每個點泄漏量為：6萬/h，總泄漏量為：42萬/h。（3）污泥緩存倉位置共7個泄漏點，每個點泄漏量為：10萬/h，總泄漏量為：70萬/h。（4）污泥切割機位置共7個泄漏點，每個點泄漏量為：6萬/h，總泄漏量為：42萬/h。

以污泥脫水車間送風及排風量數據為依據，將風口的參數確定如下：對于脫水車間一層車間，其送風風量為120000 m3/h，設 24個柱形均勻布孔送風管，均勻布置在 A 軸和C軸所設置的結構柱上，送風口中心位置安裝高度為距離地面1.5米位置，送風管底部落地支撐，周圍側面水平送風，送風管設置尺寸為400mm×300mm矩形管，側面均布直徑50mm圓孔噴氣。其排風風量為145000 m3/h，設 30個柱形均勻布孔排風管，均勻布置在 C 軸和E軸所設置的結構柱上，吸風口底部位置距離地面1.5米位置，排風口尺寸為400mm*500mm矩形管，正面沿豎向均勻布置直徑為300mm外凸百葉吸風口。使脫水車間有組織的形成一側送風，一側排風的有序氣流。

根據模型中對脫水機房一層車間區域的氣體污染物濃度的模擬計算，綜合分析結果如下圖6-11所示。

根據實際污水廠運行要求及現場人員維護流轉情況，重點分析車間內1.5m高度范圍內的污染物濃度分布，以及各標高平面、剖面的氣流組織情況。對于一層車間，1.5m 高度范圍內污染物的平均濃度基本都在可控范圍內。整車間污染物濃度分布相對均勻，車間內設計的在A軸和C軸送風口輸送新鮮空氣，在C軸和E軸排出空氣的循環，可以保障車間內部通風系統建立良好穩定的氣流組織，不斷流、不短路。由此可以說明現有設計方案下的送排風系統布置使空間所形成的氣流是合理且有效的。

本次試驗以CFD模型的應用為依據，通過建立污泥脫水車間的三維模型，對一層脫水車間區域在4處28個點位大量臭氣泄漏情況進行模擬分析，研究了設置120000m3/h離子送風量，145000m3/h臭氣排風量工況下的室內污染物濃度分布特征、氣流組織分布情況以及流場分布情況，根據模擬結果得出具體結論如下：

為了保證功能區域的空氣質量，設計方案為從一側沿脫水機房內部結構柱均布送入離子新風，對側沿脫水機房內部結構柱進行均布機械排風，其中送風口與對側排風口進行特殊設計并設置一定高度差，使得氣流由一側向另一側有序流動實現脫水機房整體大空間形成預定負壓區使脫水機房內臭氣排出，氣體流動不斷流、不短路。因此，現有方案下的送排風系統布置使空間所形成的氣流是合理的、有效的。

（Nishihara Environmental Engineering （Shanghai） Co.， Ltd.， Shanghai ?200120）

The study found that some irritating odor gas will be generated in the process of sewage treatment， which is easily discharged in large quantities during the dehydration and drying of sludge. The malodor caused by it not only pollutes the environment but also affects the staff and surrounding residents. Healthy body. In order to optimize the mechanical ventilation of the machine room and effectively discharge odorous gases， this paper takes the sludge dewatering machine room of the Bailonggang Sludge Phase II project as the research object， and analyzes and calculates the different locations and different ventilation conditions in the machine room during the sewage treatment process through numerical simulation The concentration value of polluting gas in the environment， and on this basis to realize the analysis of the airflow distribution and the overall airflow field distribution in the environment， and propose an optimized design scheme for mechanical ventilation of the sludge dewatering machine room to guide the sewage treatment plant to Collection and treatment of malodorous gas.

dehydration machine room; drying machine room; air distribution; ventilation and deodorization; pollutant concentration