污水處理廠廢氣治理設計要點分析

胡立海

（中藍連海設計研究院有限公司，上海 201204）

污水處理廠在運行過程中廢氣主要來自污水處理系統(tǒng)和污泥處理系統(tǒng)，其中污水處理系統(tǒng)中的廢氣源主要分布在格柵間、曝氣池、生化池等，而污泥處理系統(tǒng)中的廢氣源主要分布在污泥濃縮池、污泥脫水干化間以及污泥暫存間等[1]。運行中的污水處理設施，如果不對其進行廢氣的收集和治理，其揮發(fā)出來的廢氣將影響廠區(qū)員工的身體健康，同時也對周圍環(huán)境產(chǎn)生較大的污染，給周邊地區(qū)的工、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及人民生活造成不利影響。因此，污水處理廠廢氣治理工藝的選擇是否經(jīng)濟合理、質(zhì)量可靠，廢氣如何能有效收集并治理成為重點思考的問題。本文針對污水處理廠廢氣工程設計過程中存在的問題進行了簡要概述，并提出了在設計過程中應采取的措施。

1 存在的問題

污水處理廠廢氣治理是一個綜合性極強的系統(tǒng)工程，涉及除臭工藝的選擇、各廢氣源風量的核算、風管管徑計算、風管的布置、廢氣收集、采樣口規(guī)范設置，其中任何一個環(huán)節(jié)的設計不合理都會給廢氣治理系統(tǒng)的運行和監(jiān)測帶來不同程度的影響。下面就污水處理廠廢氣治理設計中存在的一些問題進行簡要概述。

1.1 除臭工藝選擇問題

目前的脫臭方法有物理法（活性炭吸附、分子篩吸附）、化學法（濕式化學吸收、臭氧氧化、植物液法）、生物法（生物濾池、生物滴濾、土壤法）、焚燒法（TO、RTO、CO、RCO）。除臭工藝選擇合理與否，不僅關(guān)系到尾氣能否達標排放，而且也影響項目的投資成本和運行費用。如果在設計過程中片面強調(diào)處理效果，如采用焚燒法，就會導致投資和運行費用過高。若只為減少投資，僅采用酸堿吸收處理，可能會導致尾氣不能達標排放。因此設計人員需熟練掌握多種廢氣處理工藝和各工藝的優(yōu)缺點，在選擇除臭工藝時綜合考慮各種因素，以使投資、運行費用與處理效果達到最優(yōu)。

1.2 風管選材問題

污水處理廠除臭風管主要采用玻璃鋼、UPVC、不銹鋼等耐腐蝕材料制作。設計人在選材時，缺乏對廢氣源進行有效分析，如是否含有腐蝕性組分，廢氣中可燃氣體的濃度是否超標，是否考慮到風管的安裝環(huán)境。以上問題，如果在風管選材時，考慮不周全，極易導致風管使用壽命縮短，而且還存在著安全隱患，影響裝置的長周期運行。

1.3 風管設計問題

風管是將廢氣收集源與廢氣處置設備聯(lián)系起來的重要橋梁。在風管管徑設計中，有些設計人員沒有綜合考慮風速與風阻的關(guān)系。在設計風管管徑時，風速取值過大，計算出的管徑偏小，雖然風管投資費用下降，但風阻提高，引起風機風壓升高，導致電機功率變大，運行費用提高。在規(guī)劃風管布置時，風管收集路線不合理，各分支管壓力不平衡，會導致部分收集效果變差，導致廢氣外溢，沒有達到治理效果。在風管鋪設時，如果沒設計風管坡度，一方面會導致風管低點存液，造成風管低點腐蝕加劇，另一方面由于風道積液會引起氣體通行受阻，廢氣收集效果變差。可見，風管的合理設計在廢氣治理中占據(jù)很重要的地位。

1.4 廢氣收集問題

根據(jù)通風換氣空間范圍的不同，廢氣收集分為全面通風和局部通風。全面通風是對含惡臭氣體的整個空間進行通風換氣，需收集的廢氣量太大，適用于難以局部收集，且無須經(jīng)常性巡視或操作的面污染源。局部通風是在集中產(chǎn)生廢氣的局部位置，設置集氣罩，將有害物抽走，以控制有害物向其他地方擴散，適用于點污染源和線污染源。與全面通風相比，局部通風可以減少廢氣的處理量，降低廢氣處理設施的尺寸，減少項目的投資費用。在廢氣收集時，如果通風形式選擇不合理，就會導致廢氣收集效率低下，達不到預期治理效果。對池體加蓋時，如果蓋板與池頂之間密封不嚴，會導致池內(nèi)負壓程度較低，當池中水位波動較大時，會造成廢氣外泄。在對各構(gòu)（建）筑物設計風量時，如換氣次數(shù)選擇不合理，易導致廢氣收集效果不明顯。根據(jù)規(guī)范，設計補風口位置時，如未考慮抽氣口及池內(nèi)隔板的影響，會導致池內(nèi)氣體短路，換氣效果不佳。

1.5 排氣筒及采樣口設計問題

廢氣經(jīng)治理后，尾氣通過風機送入排氣筒，排入大氣。環(huán)保管理部門為了對廢氣排放源進行監(jiān)測，制定了相應尾氣排放標準，供設計人員使用，但有些設計人員在設計排氣筒高度、采樣口位置時仍存在較多問題，甚至設計出的成品存在違法行為，迫使裝置停工整改，給甲方正常生產(chǎn)造成損失，也造成了環(huán)境污染。因此設計人員需高度重視廢氣排放的相關(guān)國家標準和規(guī)范，使設計出來的尾氣排放設施滿足排放標準的要求。

2 工程設計要點分析

根據(jù)以上存在的不同問題，以理論分析為指導并結(jié)合工程經(jīng)驗，對設計過程中現(xiàn)存的問題提出了相應的對策，減少后續(xù)運營時問題的產(chǎn)生，提高污水處理廠廢氣的治理效果和監(jiān)測水平。

2.1 除臭工藝合理選擇

除臭工藝選擇性較靈活，但需根據(jù)污水處理廠的廢水成分，因地制宜，按照占地少、投資省、運行費用低、處理效果好、工藝技術(shù)先進的原則選擇除臭工藝。對于市政污水的廢氣，主要成分可分為三大類：含硫化合物（硫化氫、甲硫醇、甲硫醚等），含氮化合物（氨、二元胺、甲基吲哚等），碳、氫、氧等組成的化合物（低級醇、醛、脂肪酸等）[2]，此類廢氣由于廢氣量大，且成分穩(wěn)定，可采用生物法或化學吸收法進行凈化處理。但對于化工廠和煉油廠的廢氣，由于成分復雜，很多都是難生物降解的有機物，有些對生物還有毒性，如果直接采用生物法效果不會很理想，需對污染源產(chǎn)生的廢氣分別收集處理。如前端的隔油池、調(diào)節(jié)池、氣浮池、污油罐等散發(fā)的高濃度VOC氣體可與廠區(qū)的甲乙類倉庫產(chǎn)生的廢氣或反應罐尾氣集中收集后，采用活性炭吸附處理，后端的生化池、污泥濃縮池等廢氣采用生物法處理。通過采用不同除臭工藝，可發(fā)揮各自工藝的優(yōu)越性，不僅能使廢氣更易達標排放，而且還降低了運行和投資費。

2.2 風管選材思路

廢氣治理的風管宜采用玻璃鋼、UPVC、不銹鋼等耐腐蝕材料制作。在選材時，需要考慮以下因素：①廢氣成分的復雜性、腐蝕性；②風管戶外安裝的自然環(huán)境影響；③管材的經(jīng)濟性；④管材的安全性。

對于廢氣中含有氯離子的廢氣，由于氯離子對奧氏體不銹鋼產(chǎn)生點蝕，會造成管道密封性變差，在風管選材時，應選擇玻璃鋼、UPVC等非金屬管道。由于厭氧池、污泥濃縮池產(chǎn)生的廢氣中可燃氣的濃度會較高，在管道選材時，如果使用非金屬材質(zhì)的管道，需考慮管道的防靜電和阻燃性能。為了安全起見，風管的燃燒性能等級為難燃B1級，管道的電阻不大于1.0X106Ω.m。如果將非金屬管道用作室外廢氣收集管，一定要選擇具有抗紫外線能力，在風管制作時，需在風管外面涂防紫外膠衣或添加炭黑，也可考慮采用鋁皮、彩鋼板包裹的方式避免紫外線的影響。

2.3 風管設計要點

為了解決風管管徑與風機風壓匹配問題，設計人員需根據(jù)各廢氣釋放源的分布繪制出收集管道系統(tǒng)圖，對各管道進行編號，標注管長度和風量。根據(jù)設計手冊，先假定各管段的流速，如主管風速10m/s左右，支管5m/s左右。支管與母管連接方式采用45°角黏接的方式，減少風壓損失。各并聯(lián)收集風管的阻力宜保持平衡，各并聯(lián)環(huán)路壓力損失的差額不宜超過10%。根據(jù)以上規(guī)則，調(diào)整風管管徑，直至計算出合適的管徑，最后根據(jù)最不利環(huán)路的管阻進行計算并加以安全系數(shù)得出風機的風壓，由風壓和風量選出合適的風機，最終使得風管投資和運行費最優(yōu)。

由于污水處理廠，各水處理單體占地較大，廢氣源較多，特別是某些池體的廢氣收集量與實際收集氣量存在較大差異，為了使設計出的風管具有較大的適應性，本污水處理廠廢氣收集管網(wǎng)的設計采用樹形結(jié)構(gòu)，即采用干管、支管、分支管的三級布管結(jié)構(gòu)。在干管、支管、分支管合適位置上安裝風閥，起到靈活調(diào)配風量的作用。在開工調(diào)試時，如果有些池子抽氣效果不好，可以通過風閥來調(diào)節(jié)池內(nèi)的換氣量。為了便于校核每個抽氣口的風量，需在抽氣口的管道上預留測風孔，此孔平時用盲法蘭封堵。對于北方的污水處理廠，由于冬天氣溫較低，池內(nèi)大量的水汽進入管道后會在管道低點聚集凝結(jié)，管道宜按5‰的坡度進行敷設，并在低處設“U”形排水管，并對“U”形排水管進行電伴熱和保溫，避免冬天“U”形排水管凍結(jié)，保證正常自動排凝。

2.4 廢氣高效收集

為了保證污水池產(chǎn)生的廢氣能高效收集，對調(diào)節(jié)池、事故池、氣浮池、A/O生化池、污泥濃縮池、污泥儲池等污染源進行密閉加蓋收集廢氣。蓋板與池壁接觸的邊緣采用氫化丁腈橡膠圈進行密封，較少氣體通過縫隙無序化進出。蓋板安裝要考慮設備檢修，各檢測儀器、日常檢查的洞口留設，并在池蓋上設計一定數(shù)量的吸風口和補氣口，通過補氣口引入的新風將池中散發(fā)出的惡廢氣體帶走，降低池中廢氣的濃度。在設計吸風口和補氣口位置時，兩開口位置應較遠，避免氣體短路。如果想高效收集廢氣，可以利用CFD軟件模擬氣流在池內(nèi)的流動，在合適的部位設計吸風口和補氣口。

為了使池內(nèi)呈現(xiàn)微負壓，避免氣體向池外泄漏，補氣口的面積按如下公式計算：

式中：A為補氣口面積，m2；Q為廢氣量，m2；Δp為密閉后池內(nèi)外壓差，建議20～30Pa[3]。

另外為避免補氣口開口尺寸過大，可以在補氣口上增設風閥，并在每個吸氣口上增設正負壓表來檢測池體內(nèi)的壓力。

2.5 排氣筒及采樣口設計

污水處理廠的廢氣經(jīng)凈化設備處理后進入排氣筒高點排放。為了監(jiān)測尾氣能達標排放，需設置合理的排氣筒高度和采樣設施。排氣筒高度要求在多個標準和規(guī)范中有要求，有些已經(jīng)由企業(yè)環(huán)評編制單位按照相關(guān)標準和規(guī)范規(guī)定了排氣筒高度。設計人員在設計排氣筒時，遵行環(huán)評報告及環(huán)評批復的高度要求即可。如果沒有環(huán)評報告，則需根據(jù)廢氣治理設施的工藝、廢氣排放量、廢氣排放速率，對照相應的標準和規(guī)范，來確定排氣筒的高度。為了計算治理設施的去除率，企業(yè)應在廢氣治理設施前后風管的合適位置開永久性規(guī)范采樣口。采樣孔內(nèi)徑、采樣孔管長度、采樣孔開口位置、采樣平臺尺寸、平臺梯子形式等應符合HJ/T 397—2007《固定源廢氣監(jiān)測技術(shù)規(guī)范》及GB/T 16157—1996《固定污染源排氣中顆粒物和氣態(tài)污染物采樣方法》的規(guī)定。特別是采樣口位置設置不合理，會導致采樣數(shù)據(jù)不準，無法計算治理設施的去除率，且監(jiān)測數(shù)據(jù)也不準確，不能實時反映廢氣是否排放達標。

3 結(jié)束語

污水處理廠廢氣治理效果受到多種因素影響，其中工藝選擇、風管選材、風管設計、廢氣收集以及排氣筒、采樣口的規(guī)范設計是影響污水處理廠廢氣治理效果的主要因素，因此設計人員需要對污水污水處理廠廢氣源產(chǎn)生原因進行分析，結(jié)合廢氣成分和排放指標效果，采取合理措施，減少污水處理廠廢氣的排放量，并配置必要的監(jiān)測儀表，以改善環(huán)境質(zhì)量，保障公眾健康。