地下式污水厂通风除臭设计

谢艺强

广州市市政工程设计研究总院

0 引言

根据《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》要求，十三五期间，加强城市基础设施建设，加强市政管网等地下基础设施改造与建设，加大黑臭水体整治力度，地级及以上城市建成区黑臭水体控制在10%以内。新建污水厂日益增多，地面式污水厂污水处理过程暴露于外部空间，污水处理过程中产生的恶臭气体直接挥发到大气中，使得污水厂附近的空气质量相当的恶劣。污水处理厂选址问题成为困扰城市中心区污水系统完善的瓶颈，地下污水处理厂作为一种高效、集约用地的新模式成为未来城市污水处理规划的新方向[1]。图1为广州市京溪地下污水厂的模型图，整体污水处理工艺流程建设于地下，地面仅为生产调度中心和部分设备房。处理污水的过程中有大量的臭气产生，对于地下式污水厂几乎为封闭空间，通风除臭系统对地下式污水处理厂营造健康的环境尤为重要。

图1 广州市京溪地下污水厂的模型图

1 地下式污水厂臭气分布及逸散情况分析

污水处理工艺是污水厂的核心环节，近年来城市污水处理工艺呈现多样性，种类不断增加和改进。其常见的城镇污水处理工艺有：A2/O、AB、氧化沟、曝气生物滤池、SBR等[2]。目前常用于地下污水厂的处理工艺有A2/O工艺、MBR工艺。其中A2/O运行费用低，MBR工艺设备占地面积小，空间紧凑，各有优势。虽然每个污水处理工艺和设计各不相同，但其布局基本相似，可分为预处理区、污水处理区和污泥处理区。根据文献[3]，污水处理厂的进水格栅，进水泵，调节池，沉砂池，初沉池，配水井（此5个构筑物为预处理区），厌氧或缺氧池（污水处理区），污泥泵池，污泥浓缩池，储泥池，脱水机房，污泥堆棚，污泥消化池，污泥堆场，污泥处理处置车间及污泥贮仓（此9个构筑物为污泥处理区）等构筑物宜考虑除臭。主要恶臭点分布及逸散情况如表1所示，最臭区域为污泥处理区域。特别对于运泥车间，残留泥渣不断逸散臭气，且其与车道空间上没有隔断，臭气容易通过车道扩散到各个区域。

表1 为典型地下污水厂恶臭点分布及逸散情况分析

2 除臭技术比选

由表1可知除臭措施主要是隔绝臭气源，负压通风控制臭气源的逸散。对于臭气源与车间难以完全隔绝，加强通风换气次数，且送风需具备除臭能力，以便营造较为安全生产环境。收集的臭气需要经过处理，满足《恶臭污染物排放标准》二级标准[4]。常用除臭技术如表2所示[5]，物理法，化学法和生物法都不能完全适应各种场合，都有各自的优缺点。污水处理厂应结合自身实际的情况选择适合的控制方案。对于地下污水厂，由于场地控制，除臭技术选用原则：占地少，运行相对简单，效果好以及经济性。因此收集的臭气选用填充式微生物除臭法，臭气中的某些成份溶解于水能被附着于填料的微生物吸附分解，微生物除臭法已广泛应用于城镇污水处理设施中，其运营成本较低，除臭效果良好。对于预处理区车间和污泥运输车间等臭气源与车间难以完全隔绝，采用离子送风措施。离子发生装置发射出高能正、负离子，与室内空气当中的有机挥发性气体分子（VOC）接触，打开VOC分子的化学键，将其分解成CO2和H2O，对H2S，NH3同样具有分解作用，达到车间除臭效果。

表2 除臭技术方法的比较

3 除臭系统的设计

3.1 除臭风量的确定

根据文献[6]，稀释排除臭气需风量可按下式计算确定：

式中：G为通风量，kg/h；M为有害气体的散发量，mg/h；cy为室内有害物质容许浓度，mg/m3；cj为送风空气中有害物质浓度，mg/m3。

但根据现行的规范标准或现有的污水厂运行状况，室内有害气体的散发量难以确定。若除臭风量太少，低于臭气扩散速率或达不到密闭空间合理流态，会导致臭气外逸。若除臭风量太大，会增加投资和运行费用。因此需根据臭气分布和臭气逸散情况，设置收集方式，计算除臭风量。国内对污水厂除臭风量根据不同区域的水面臭气风量加一定的负压换气次数，对于存在臭气源车间则根据臭气浓度的高低，选取换气次数。

预处理区池内空间除臭风量按2次池内空间换气次数加臭气风量（按单位水面积臭气风量指标10m3/(m2·h)计算），其中2次是考虑池内空间负压所需换气次数。预处理车间考虑4次换气通风，送风经离子装置处理后带正负氧离子送入室内，其中送风风量为排风量的80%～90%，保证该车间负压，防止臭气扩散到其他区域。

生物反应池内，除臭风量为曝气量的1.1倍风量加1次池内空间换气次数计算。其中0.1倍曝气量风量和1次池内空间换气量为考虑池内空间负压所需换气次数。

污泥运输车间按4次换气通风，送风经离子装置处理后带正负氧离子送入室内。其中送风风量为排风量的80%～90%，保证该车间负压，防止臭气扩散到其他区域。

3.2 除臭系统的设计

如上所述地下式污水厂选用除臭微生物除臭和离子除臭方式。其中除臭微生物除臭是对收集的臭气进行分解处理，然后高空排出，系统设置如图2所示，主要由收集，输送和处理等部分组成。对于预处理车间和污泥运输车间等的收集采用一般的上部回风系统进行收集。对于池面空间的臭气收集需特别注意，一般池内水面至池内顶板高度较低，通常为0.8～1.2m，且水流动或者有曝气区域容易在水面生成水泡，伸入池内空间的收集风管易收集到水泡。需要特别处理，具体措施如图3所示，尽量较少风管伸入池内空间的长度，同时除臭风口做成喇叭形开口，降低风口风速避免水泡吸入。风管局部低点和除臭风机的吸入端需设置排水点。由于收集臭气湿度大，其带有腐蚀性，因此选用玻璃钢风管，具有较高的耐腐蚀性能。

图2 微生物除臭系统原理图

图3 池内空间收集风管设置示意图

对于存在臭气源且经常有人员操作的车间，除对收集的排风进行微生物除臭满足排放标准外，设置离子送风系统，对车间人员操作区域进行离子风除臭。其系统设置原理如图4所示，离子风直接送入人员操作区域，分解臭气，保证操作人员的生产环境。由于离子风具有一定的时效性，新风经离子发生器生产的应尽快送入室内，为保证更好的与臭气物质接触，离子风采用多孔送风管（如图5）。一方面保证送风风速，另一方面保证送风尽快与室内空间混合，提高离子风分解臭气物质的效率。风机和风管极及其附件均采用不锈钢风管，既可以防锈蚀，也可防正负阳离子腐蚀。

图4 离子风除臭系统原理图

图5 多孔送风管立管

4 结语

地下污水厂的通风除臭对于其地下空间室内环境和地面厂区空气环境的治理至关重要。通过对地下污水厂臭气源以及逸散情况分析，并对比不同除臭技术优缺点，针对存在臭气源区域两种不同情况（是否有人员经常操作的区域），设计两种适用于地下污水厂的通风除臭系统。微生物除臭系统，适用于臭气收集后处理排放。离子除臭系统，适用于经常有人员操作区域的室内空间除臭。并对于臭气收集和离子送风关键问题进行分析，保证通风除臭系统的除臭效果。两种除臭设计方案已经应该于现有运行的地下污水厂，如京溪地下污水厂和昆明第九、十地下污水厂，根据现场感受和实际测量结果，除臭系统效果显著，可供相关设计人员借鉴。地下式污水厂建设正处在发展阶段，对于通风除臭设计，相应的规范和理论研究还相对欠缺，且其涉及污水处理工艺，是一个跨专业问题，需要更多理论和实测，定性和定量分析臭气成分，方能更好指导通风除臭系统设计。

[1] 汪传新,邱维.广州京溪地下污水处理厂建设实践与思考[J].中国给水排水,2011,27(8):10-13.

[2] 葛静茹.北京郊区旅游型小村镇污水处理研究[D].北京:北京林业大学,2013.

[3] 中华人民共和国住房和城乡建设部.CJJ/T243-2016城镇污水处理厂臭气处理技术规程[S].北京:中国建筑工业出版社,2016.

[4] 国家环境保护局,国家技术监督局.GB 14554-1993恶臭污染物排放标准[S].北京:中国标准出版社,1994.

[5] 李建军,张甜甜,孙国萍,等.生物过滤技术在恶臭污染治理中的应用研究[J].环境工程学报,2008,2(5):712-714.

[6] 陆耀庆.实用供热空调设计手册(第二版)[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.