山西某污水處理廠保溫提效工程設計

常 雨， 楊 健

(1.山西省工業設備安裝集團有限公司，山西 太原 030024；2.山東格瑞德集團有限公司，山東 德州 253000)

1 保溫提效工程建設必要性

近幾年，我國進入了污水處理廠排放標準快速提高的新階段，多地相繼出臺了地方排放標準。2019年11月山西省發布了的《污水綜合排放標準》DB14/1928-2019，進一步提高了CODcr、氨氮、總磷排放限值。

污水處理廠脫氮主要采用生物法，生物脫氮主要依靠硝化菌和反硝化菌完成，硝化菌最適宜溫度為20 ℃～30 ℃，反硝化菌最適宜溫度為20 ℃～40 ℃。當水溫低于15 ℃，硝化菌和反硝化菌活性、繁殖速率、代謝速率會急劇下降，進而導致脫氮效率降低[1]。水溫低于5 ℃，硝化和反硝化反應基本停止。

山西地處寒冷或嚴寒地區，省內絕大多數污水廠冬季平均進水水溫為10 ℃以下。《山西省水污染防治2018年行動計劃》要求全省現有城鎮污水處理廠要結合實際，采取截污納管、明渠覆蓋、設施保溫等有效措施，提高污水處理廠冬季出水水質，確保對氨氮等主要污染物的處理效果。

2 保溫提效工程設計

山西某污水處理廠設計處理能力20 000 m3/d。生化處理工藝為“厭氧池+奧貝爾氧化溝”，均為敞口構筑物。擬提標至“計劃”要求排放標準。該污水廠冬季來水溫度10 ℃左右，擬采取加蓋、保溫等措施，提高冬季污水運行溫度。

為強化冬季生化處理系統運行效果，提高氧氣利用率、減少生化池污水熱量耗散，該污水廠已完成了曝氣方式改造，將奧貝爾氧化溝原有轉刷曝氣器更換為“鼓風機+微孔曝氣器”的底部曝氣方式。

本項目保溫提效改造工程包括三個子項。

2.1 保溫工程

本工程對生化處理構筑物池體外側壁和鼓風機至奧貝爾氧化溝之間的曝氣管道進行保溫。

池體保溫材料選用EPS聚苯板，池體保溫系統由EPS聚苯板、聚合物砂漿、耐堿型玻纖網格布和機械錨固件四大部分組成。保溫范圍為厭氧池、奧貝爾氧化溝、二沉池外壁地下1.0 m至池頂。曝氣管道保溫材料采用復合鋁箔玻璃棉保溫管。

經初步計算，池體保溫完成后，較之池體不做保溫，可減少池壁、池體與周圍的導熱熱損失30%左右；曝氣管保溫后可減少與外界的對流和輻射熱損失約80%。

2.2 加蓋工程

為減小厭氧池和奧貝爾氧化溝表面蒸發和傳導熱量損失，在上述兩座構筑物池頂加蓋保溫。目前污水池加蓋形式主要有三種，分別是陽光板+鋼結構、玻璃鋼結構、膜結構。常用污水池加蓋形式優缺點比較，如第225頁表1所示。

近年，膜結構在污水處理廠加蓋中應用逐步增多。污水池加蓋的膜結構形式主要有浮膜結構、充氣膜結構、反吊膜結構和平拉膜結構四種，如第225頁圖1～圖4所示。

2.2.1 浮膜

浮膜的結構形式簡單，造價較低，后期尾氣收集處理量小，經濟性好，主要適用于靜態或流動性不大的水體，但是造型單一，外部造型不美觀，直接接觸水體，對膜材的耐腐蝕抗氧化性能要求高。

表1 常用污水池加蓋形式優缺點比較

圖1 玻璃鋼加蓋 圖2 充氣膜加蓋

圖3 浮膜加蓋 圖4 反吊膜加蓋

本項目厭氧池水面存在一定的浮泥，不利于浮膜與水面貼附，刮大風時，容易導致破壞性撕裂；在好氧池的底部有鼓風設備對水體進行曝氣充氧，浮膜的存在會增加鼓風設備的風阻，長期運行對鼓風設備造成一定的損害。

2.2.2 充氣膜

充氣膜，其結構內部無梁無柱，依靠空氣支撐，造型美觀，造價適中，適用于大面積區域的封閉。但是，充氣膜內部為正壓，與密閉除臭的微負壓收集理念不符，同時，充氣膜內部空間大，會導致尾氣處理風量加大，增加后期運行成本。

2.2.3 反吊膜

鋼結構在外，膜材在鋼結構與池體之間，避免鋼結構與腐蝕性氣體直接接觸，有效延長鋼結構的使用壽命。特點：造型多樣，結構美觀。但是，用于大跨度的池體，結構重量大，對池體的結構尺寸及強度要求高，造價較高。

2.2.4 平拉膜

平拉膜，國外技術，與反吊膜原理類似，鋼結構在外，膜材在鋼結構與池體之間。與反吊膜結構相比，平拉膜結構密閉空間小，后續臭氣處理設備投資和運行費用低；用鋼鎖代替鋼材，用鋼量小，對池體的結構強度要求較低，造價適中。但該技術為專利技術，需支付專利使用費。

綜合考慮一次性投資、使用壽命等因素，最終選用了反吊膜結構。

2.3 除臭工程

需對加蓋后密閉空間內的臭氣進行抽吸處理。為改善污水處理廠職工的勞動條件，以及污水處理廠周邊的空氣質量，將有人員出入且臭氣濃度較高的粗格柵間、細格柵間、污泥脫水間一并考慮除臭處理。

厭氧池、奧貝爾氧化溝缺氧區換氣量按3 m3/m2·h計算。奧貝爾氧化溝好氧區換氣量按曝氣量的1.1倍計算。粗格柵間、細格柵間及污泥脫水間按換氣次數8次/h計算。滲入風量系數為5%。總臭氣處理量為25 000 m3/h。

目前國內外污水處理廠常用的除臭技術有生物除臭、化學除臭、活性炭吸附、高能離子除臭、UV納米真空紫外光解等方法[2]。常用技術優缺點比較如表2所示。

表2 常用除臭技術優缺點比較

2.3.1 化學噴淋

通過利用酸(堿)溶液和堿(酸)性有機氣體的化學反應來對惡臭氣體進行去除，如使用氫氧化鈉去除甲硫醇(CH4S)、甲硫醚(C2H6S)、二硫化碳(CS2)和二甲二硫(C2H6S2)等強惡臭酸性氣體，采用硫酸去除氨氣等堿性氣體等。

2.3.2 生物除臭

通過附著在反應器內填料上的微生物，將廢氣中的污染物轉化為簡單無機物和微生物的細胞質。將揮發性有機污染物分解為二氧化碳、水以及其他簡單的無機物；將硫化物轉化為硫酸鹽，將含氮化合物轉化為硝酸鹽或者氮氣[3]。

2.3.3 高能離子除臭

使用離子發生裝置發射出高能正負離子，與臭氣分子接觸，打開其化學鍵，分解組合為無味物質分子。同時發射的離子與空氣中塵埃粒子、固體顆粒碰撞產生聚合作用，形成大的顆粒，依靠自重沉降下來，又可凈化空氣。

2.3.4 UV納米真空紫外光解

高能紫外線(真空紫外線D波段)將臭氣組分的化學鍵斷裂，氧氣同時被裂解形成游離態的原子或基團，使臭氣中的高分子物質降解成無臭無害的低分子化合物，最終產物為CO2、H2O、NO2等。

綜合考慮設備安全性能、投資、運行成本、凈化效率等因素，本項目除臭采用“化學噴淋+生物過濾除臭技術”。

除臭裝置采用玻璃鋼材質一體化設備。化學洗滌段及水洗段空塔流速為0.5 m/s，液氣比為1 L/m3。生物處理段停留時間為15 s。設備尺寸為：15 m×7 m×3.2 m(L×B×H)，內部分隔為化學洗滌段、水洗段和生物處理段。含布氣管、填料及支架、除霧器、加熱及保溫裝置、循環水箱、噴淋泵等。

臭氣收集風管采用玻璃鋼(FRP)管材，主干路和支管均配有風量調節閥。干管風速為10 m/s，支管風速5 m/s。主干管架空敷設，平均底標高為5.000 m，高度滿足日常及提效改造施工時車輛通行。風管順氣流走向設置抬頭坡，坡度0.005，冷凝水自流至池體內。

風機采用玻璃鋼變頻離心風機，1臺，風量Q=25 000 m3/h,風壓P=3 000 Pa，功率N=37 kW。

3 投資估算及運行成本

本項目工程總投資821.46萬元，其中工程費用659.83萬元，工程建設其他費用100.78萬元，預備費60.85萬元。

經分析計算，本項目建成后，污水處理廠年總成本增加116.67萬元，其中動力費25.97萬元、藥劑費9.9萬元、水費0.11萬元、工資福利費3.6萬元、大修理費16.42萬元、折舊及攤銷費52.03萬元、其它費用8.64萬元。

4 設計要點總結及結論

1) 加蓋工程應充分考慮日常運行操作需要，開設必要的取樣口，觀察口，雨水口。水下安裝有水泵、潛水攪拌機等設備對應區域膜面應設置可開啟式檢修口。

2) 為確保均勻吸風，避免死角，對于大跨度池體，應在吸風口對立面設置補風口。

3) 因污水散發臭氣濕度大，具有腐蝕性，應對加蓋鋼支架、操作平臺鋼制走道板及防護欄桿、池頂風管支架加強防腐，以延長其使用壽命。

4) 污水處理構筑物加蓋后，會導致夏季池內水溫過高，影響生化池正常運行，加蓋設計應考慮蓋板的可拆卸性。

5) 對于初沉池、曝氣沉砂池等設有帶操作平臺的刮泥機等大型上人設備的池體，若將該設備包在加蓋空間以內，應設置強制通風或自然通風措施，避免操作人員缺氧窒息，必要時應安裝有害氣體監測儀表。

綜上，污水處理廠保溫提效改造工程對改善污水處理廠出水水質，節能減排，改善污水廠職工勞動條件、改善周邊地區空氣環境質量、促進當地經濟發展意義重大。