浅谈CFD气流组织模拟在污水处理厂通风系统中的应用

高峰

研究发现在处理污水过程中会产生一些刺激性气味气体，其在污泥的脱水和干化过程中容易大量排放，其所造成的恶臭气味不仅污染环境还影响着工作人员和周边居民的身体健康。为优化机房的机械通风，有效排出恶臭气体，本文以白龙港污泥二期项目的污泥脱水机房为研究对象，通过数值模拟来分析测算污水处理过程中机房内不同位置、不同通风条件下环境中污染性气体的浓度数值，并以此为依据来实现对环境内气流分布和整体气流场分布情况的分析，提出污泥脱水机房的机械通风优化设计方案，以此指导该污水处理厂对恶臭气体的收集与处理。

脱水机房;干化机房;气流组织;通风除臭;污染物浓度

污水处理厂作为净化污水排出，优化利用水资源的环境治理场所，对保护自然环境起到了一定的积极作用。然而，其在污水处理过程中产生的刺激性气味气体会对自然环境造成二次影响，并且危害周围居民的生活，针对污水处理过程大量排出的恶臭气体的污泥脱水及干化机房通风设计优化和改善刻不容缓。

计算流体动力学技术（简称CFD）自投入市场应用以来成效显著因此，本次试验借助CFD仿真模拟，实现对污水处理厂污染气体主要排放场所的通风优化和改善。

脱水机房的模拟分析主要涉及三个部分：一是机房配电控制区，一是脱水机房滤液处置区，最后则是脱水机房一层车间区。平面布置详情以图1作参考。为了保证模拟区域内的空气质量达标，此次模拟中试验方案初步确定为：从一侧沿脱水机房内部结构柱均布送入离子新风，对侧沿脱水机房内部结构柱进行均布机械抽风，其中送风口与对侧排风口进行特殊设计并设置一定高度差，使得气流由一侧向另一侧有序流动（设置机械送风风量小于机械排风风量）实现脱水机房整体大空间形成预定负压区，使脱水机房内臭气排出。

依据各个选定区域的实际尺寸，建立同比例的三维模型，将试验区域分为脱水机房配电控制区、脱水机房滤液处置区及脱水机房一层车间区三部分，由于三区域位置主要是一层车间为主要污染区，因此要对这一区域重点送、排风，其通风模型如下图2所示，利用RNG k-ε湍流模型对这一区域进行模拟计算。通过对模型计算数据的分析，可以看出在这一区域的主要刺激性污染气体为硫化氢、甲硫醇以及氨气，且三种主要污染气体的浓度均达到5mg/m³左右。在脱水车间预设最容易泄露点4处28个点位污染物质（臭气浓度表征，无量纲）的总量为198万;设计离子设备送新风量为120000 m³/h，除臭机械排风风量为145000 m³/h。

根据设计模型中的送风量和在此阶段从出风口测得的污染气体浓度，确定污泥脱水机房一层车间区域污染物散发量为四个主要泄露位置的28个点位，泄露总量为每小时198万，其中泄露量及散发位置分布见图3所示：（1）离心机底部污泥液出口与管道连接处共7个泄漏点，每个点泄漏量为：6万/h，总泄漏量为：42万/h。（2）离心机底部污泥出口与螺杆泵连接处共7个泄漏点，每个点泄漏量为：6万/h，总泄漏量为：42万/h。（3）污泥缓存仓位置共7个泄漏点，每个点泄漏量为：10万/h，总泄漏量为：70万/h。（4）污泥切割机位置共7个泄漏点，每个点泄漏量为：6万/h，总泄漏量为：42万/h。

以污泥脱水车间送风及排风量数据为依据，将风口的参数确定如下：对于脱水车间一层车间，其送风风量为120000 m³/h，设 24个柱形均匀布孔送风管，均匀布置在 A 轴和C轴所设置的结构柱上，送风口中心位置安装高度为距离地面1.5米位置，送风管底部落地支撑，周围侧面水平送风，送风管设置尺寸为400mm×300mm矩形管，侧面均布直径50mm圆孔喷气。其排风风量为145000 m³/h，设 30个柱形均匀布孔排风管，均匀布置在 C 轴和E轴所设置的結构柱上，吸风口底部位置距离地面1.5米位置，排风口尺寸为400mm*500mm矩形管，正面沿竖向均匀布置直径为300mm外凸百叶吸风口。使脱水车间有组织的形成一侧送风，一侧排风的有序气流。

根据模型中对脱水机房一层车间区域的气体污染物浓度的模拟计算，综合分析结果如下图6-11所示。

根据实际污水厂运行要求及现场人员维护流转情况，重点分析车间内1.5m高度范围内的污染物浓度分布，以及各标高平面、剖面的气流组织情况。对于一层车间，1.5m 高度范围内污染物的平均浓度基本都在可控范围内。整车间污染物浓度分布相对均匀，车间内设计的在A轴和C轴送风口输送新鲜空气，在C轴和E轴排出空气的循环，可以保障车间内部通风系统建立良好稳定的气流组织，不断流、不短路。由此可以说明现有设计方案下的送排风系统布置使空间所形成的气流是合理且有效的。

本次试验以CFD模型的应用为依据，通过建立污泥脱水车间的三维模型，对一层脱水车间区域在4处28个点位大量臭气泄漏情况进行模拟分析，研究了设置120000m³/h离子送风量，145000m³/h臭气排风量工况下的室内污染物浓度分布特征、气流组织分布情况以及流场分布情况，根据模拟结果得出具体结论如下：

为了保证功能区域的空气质量，设计方案为从一侧沿脱水机房内部结构柱均布送入离子新风，对侧沿脱水机房内部结构柱进行均布机械排风，其中送风口与对侧排风口进行特殊设计并设置一定高度差，使得气流由一侧向另一侧有序流动实现脱水机房整体大空间形成预定负压区使脱水机房内臭气排出，气体流动不断流、不短路。因此，现有方案下的送排风系统布置使空间所形成的气流是合理的、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