臭气全流程治理技术在全地下水质净化厂的应用

王维康,钟 颖,王 颖,张辉平,黄 海

(1.深圳市利源水务设计咨询有限公司,广东深圳 518031;2.深圳市环境水务集团有限公司,广东深圳 518031)

目前,随着我国工业迅猛发展,城市化进程同步呈现高速发展的趋势。此外,随着全国经济的高速崛起以及公众的环保意识逐渐增强,导致高效发展经济引起的环境问题与居民对美好生活的高追求之间存在高度不平衡。这种不平衡在一线城市尤为突出,水质净化厂已愈来愈接近高密度居民区,“邻避效应”也日趋突出。

因此,城市建设规划时,近年来越来越多的水质净化厂采用全地下或半地下布置,将污水处理单元通过组团布置形成集中的混凝土结构,处理单元均密封在地下或半地下[1]。由于其设置在地下且相对封闭的特点,更易积聚致臭气体并难以通过自然通风稀释和散逸,具有浓度高、扩散慢、分布广、处理难度较大等特点。此外,臭气会腐蚀相关设备降低其使用寿命,需采用针对性的臭气治理技术应对此类水质净化厂臭气治理[2]。

鉴于全地下水质净化厂存在臭气成分复杂、环境要求高、治理难度大等问题,应在满足安全生产和相关标准的基础上,提升水质净化厂工作环境,保障操作人员身心健康。本文就全流程臭气治理技术在全地下式水质净化厂——洪湖水质净化厂的应用相关要点进行阐述,以期在同类项目的臭气治理中提供参考。

1 工程背景

洪湖水质净化厂位于深圳市罗湖区洪湖公园北端,布吉河东侧。该厂以“上园下厂”的模式设计为全地下水质净化厂,地下是处理规模为10万m3/d的水质净化厂,地面建成为荷花主题公园。采用膜生物反应器(MBR)处理工艺,处理后出水补充河道和布吉河,水处理工艺流程如图1所示。该项目周边已被楼宇包围,为避免臭气厂内聚集及外溢造成不利环境影响,同时改善厂内工作人员工作环境,对该厂区一期的预处理区和生化区进行了全流程臭气治理。

图1 水处理工艺流程

2 臭源分析及臭气排放标准

经项目全区域臭源识别,本全地下式水质净化厂臭源点包括格栅、沉砂池、精细格栅、速沉池、厌氧池、缺氧池、好氧池和膜池。由于剩余污泥输送至滨河水质净化厂处理,厂内未设污泥处理设施,不考虑污泥除臭。相关臭源分析和硫化氢浓度如表1所示。

表1 项目臭源分析

本项目臭气污染物排放允许浓度执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级标准(表2)。

表2 项目臭气污染物排放允许浓度

3 除臭工艺

表3 除臭工艺比选分析

通过对比,生物法具有较为明显的优势,但全地下水质净化厂预处理区臭气浓度波动大,可考虑利用工艺组合降低进气负荷并保障出气稳定。组合工艺即根据项目特征及处理要求,将两种或多种除臭工艺进行组合,通过自动化控制技术,形成模块化组合除臭工艺。研究[10]表明,在单独使用高能离子设备达到40%硫化氢去除率的条件下,通过组合光催化氧化工艺可以达到99%以上的硫化氢去除率。天津市港区污水厂通过化学洗涤与生物过滤组合工艺对污水厂散发的臭气进行处理,处理效果不仅能达到天津地标的环保要求,还降低了运行成本[11]。

故本项目主体采用生物法治理,针对浓度波动较高区增加预处理系统,后续处理要求提高时增加深度处理。同时为改善操作空间的环境,降低全厂臭气的本底值,增加可循环生物除臭工艺。

4 技术路线与方案

本项目由封闭系统、臭气收集系统、可循环生物除臭系统、末端模块化除臭系统、负离子新风系统等构成全流程处理除臭系统。其中,针对预处理区和生化区的臭气浓度特征,末端模块化除臭系统分别采用“喷淋预处理+生物法+光催化氧化深度处理”组合工艺和“生物法”处理。除臭工艺流程如图2所示。

图2 除臭工艺流程

本项目根据《城镇污水处理厂臭气处理技术规程》(CJJ/T 243—2016),对厂区除臭规模进行了详尽精准地核算。因项目周边居民日益增多、商业较为发达、进水污水浓度较高,栅渣间、格栅除臭罩等重点部分换气次数以10～15次/h来计,同时每个构筑物除臭规模均考虑5%～10%的漏损量。

经计算,预处理区除臭规模为35 000 m3/h,生化区除臭规模为60 000 m3/h,总除臭规模为95 000 m3/h。

4.1 臭气封闭系统

封闭工程是指对产生致臭气体的臭气源进行加罩或者加盖处理,经收集风管将臭气源产生的臭气输送到处理单元进行处理。由于本项目是全地下水质净化厂,主体构筑物在下层,可结合原有混凝土顶板作为盖体,对局部敞开式构筑物进行针对性补充封闭,各区域封闭形式及材质如表4所示。

表4 项目臭气封闭方法及材质

4.2 臭气收集系统

本项目臭气收集系统含臭气收集输送管道、吸风口、负压牵引风机等,臭气经负压牵引风机离心加压后经不锈钢风管进入除臭单元,处理达标后经风机排放。所有吸风口均采用点式抽风,厂内的收集管道和输送管道均采用304不锈钢风管,每个风管吸风口处均设置调节阀及风向标。除臭管道设计风速均满足《城镇污水处理厂臭气处理技术规程》(CJJ/T 243—2016)中的要求,干管和支管风速分别满足6～14 m/s和2～8 m/s。

本项目风机共设5台,其中预处理区除臭风机2台,生化区除臭风机3台,均选用耐腐蚀的玻璃钢材质详细参数如表5所示。

表5 配套风机参数

4.3 臭气处理系统

为降低全厂臭气本底值及全面保障除臭效果,本项目臭气处理系统包含高效可循环除臭系统和末端智能模块化协同除臭系统。在整个除臭工况运行中,全程通过24 h自动化控制技术,对不同工艺段的除臭设备参数进行实时调整和运行管理。

4.3.1 高效可循环生物除臭系统

本项目高效可循环生物除臭系统包含除臭微生物强化系统和除臭污泥回流系统。其中微生物强化系统投放于生化池,无需提供额外动力,共使用14个生物强化培养罐体,每个培养罐内含2种生物强化填料,悬浮安装于生化池中,每个罐直径为1 650 mm,高度为1 800 mm,SS304不锈钢材质,上部和底部设有多孔板;除臭污泥回流系统将驯化后的除臭微生物污泥回流至污水厂粗格栅前池之前,设计回流量为5%,通过活性污泥回流处理达到降低全厂臭气本底值。高效可循环生物除臭系统经安装运行后,监测各水处理构筑物产生臭气中硫化氢、氨气浓度(表6～表7),可得出经安装可循环生物除臭系统后,各构筑物产生臭气中硫化氢、氨气浓度监测值显著下降,去除率可分别达到64%～88%、68%～92%。

表6 可循环生物除臭系统安装前后硫化氢监测值及去除率

表7 可循环生物除臭系统安装前后氨气监测值及去除率

目前国内也有多个污水处理厂采用了可循环生物除臭技术,如包头市北郊水质净化厂(污水处理规模为10万m3/d)。同国内其他项目应用情况相比,本项目基于除臭菌种的污水处理系统过程臭气减量技术,利用缓释投加生物强化填料并采用回流的方式,从源头上消除致臭物质,除臭效率高。此外,通过驯化后的生物菌种可有效接种至后续末端模块化系统中的生物除臭设备,大大节约生物驯化成本。

4.3.2 末端智能模块化除臭系统

将生物滤池除臭工艺、光催化负离子氧化除臭工艺、喷淋预洗涤工艺进行整合,开发智能模块化组合除臭设备,可根据臭气负荷及波动情况全自动智能化运行。本项目末端模块化除臭系统包含预处理区喷淋洗涤预处理设备、生物除臭设备、光催化氧化后处理设备以及生化区生物除臭设备。

(1)预处理设备

考虑到预处理区的臭气浓度较高、波动大,为保障生物除臭菌群的稳定性并降低后续生物处理负荷,预处理区除臭增设喷淋洗涤设备。设304不锈钢材质洗涤塔1座,采用厂内中水洗涤,配备循环水泵及在线pH监测仪表。详细参数如表8所示。

表8 喷淋洗涤设备参数

(2)生物除臭设备

生物除臭装置是整个除臭系统的核心环节,本项目除臭塔采用玻璃钢材质拼装制成,除臭塔为全封闭结构,并设有合理的检修孔、进气孔、出气孔等。塔体分为4个区域:上层的雾化喷淋系统,中间的生物填料过滤层,下部的生物填料支撑系统以及底部的配气系统与废液收集系统。通过控制表面负荷以及停留时间实现臭气均匀通过填料,从而达到理想的除臭效果。

生物填料是整个除臭装置的关键,本项目采用生物炭组合填料,该类填料孔隙率高、有效面积大、气水的透过性好、传质速率快,更利于微生物在其表面附着、生长和繁殖,从而达到更好的臭气净化效果。

本项目预处理区和生化区除臭系统均各设置2座生物除臭装置,详细参数如表9所示。

表9 除臭塔设计参数

(3)光催化氧化后处理设备

因预处理区臭气浓度较高,为防止臭气浓度异常超高时生物系统降解不彻底,增加深度处理装置即光催化氧化后处理设备。生化区臭气浓度较低,生物除臭可以处理达标,故未设深度处理。深度处理主要参数如表10所示。

表10 深度处理系统设计参数

4.4 负离子新风系统

由于是全地下水质净化厂设计,除臭空间均位于地下操作空间的池盖以下,形成空气流从操作空间流向池盖下的负压空间,对重点区域预处理区和速沉池巡检区增设离子新风系统,其他区域因暖通专业已考虑送风,不再设离子新风系统。预处理区及速沉池操作空间各设计负离子送风设备1套,规模分别为10 000 m3/h和5 000 m3/h。新风系统针对有人员进入的空间,按照特定区域换气次数为6次/h设计,主要由新风机、离子/臭氧发生设备、送风管道和风幕机组成,通过输送新鲜空气或者森林型新风,达到操作空间内臭味减轻的效果。

5 运行效果

洪湖水质净化厂一期全流程除臭系统于2020年5月投入运行,年运行成本为76.8万元,折合到污水为0.04元/m3。近1～2年内通过对一期排放口下风向5 m处进行硫化氢、氨气、甲烷和臭气浓度无组织监测,得监测数据如图3所示,对比《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)的一级标准,可以看出氨气和硫化氢浓度虽然随季节呈现一定的波动,但均远低于GB 18919—2002中一级标准,甚至低于深圳市环境水务集团企业内控限值(硫化氢质量浓度为0.02 mg/m3;氨气质量浓度为0.76 mg/m3;甲烷质量分数为0.5%),甲烷浓度监测长期处于超低浓度,臭气浓度均为未检测出。表明全流程除臭技术应用于全地下式水质净化厂的除臭效果稳定可靠。

图3 近1～2年内无组织排放氨气、硫化氢、甲烷监测浓度

6 结论

(1)本项目通过对臭气源全识别、全封闭,利用可循环生物除臭系统及末端模块化除臭系统对全地下水质净化厂臭气进行全流程治理,主体采用生物法治理,针对性地配合化学喷淋及光催化氧化法,整体除臭规模为95 000 m3/h,处理后臭气控制标准要严于《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB 18918—2002)一级标准。项目实施为今后全绿色无臭全地下水质净化厂的建设提供了指导,对大城市污水处理厂提标改造具有重要意义。

(2)本文针对地下水质净化厂全流程超净处理臭气排放进行了长期监测和数据跟踪,为相关建设标准、排放标准、技术路线等提供数据支撑,对相关管理体系建设具有较好的参考意义。

(3)本文以全地下水质净化厂——深圳市洪湖水质净化厂一期预处理区和生化区的臭气作为治理对象,以全流程臭气治理理念贯穿项目全周期建设,致力打破“邻避效应”,化邻避为邻利。文章以期为全地下水质净化厂臭气治理技术提供良好的思路,为同类项目建设提供积极的示范意义。