1. 地下污水處理廠污泥干化車間通風除臭系統設計-項目案例-污水池加蓋-反吊膜|膜加蓋-除臭加蓋-膜結構公司-上海華喜膜結構工程有限公司
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                            地下污水處理廠污泥干化車間通風除臭系統設計

                            發布時間:2022年9月28日 點擊數:2915

                            引言

                            隨著城市的快速發展,污水處理廠的數量和污水處理量同步增加[1],導致污泥量快速增大,以往僅將濃縮污泥通過機械脫水的方式處理到80%含水率再進行相關處置,存在二次污染等嚴重影響城市可持續發展的問題。以廣州市為例,中心城區的市政污泥泥質特點為:含水率較高,有機質含量偏小,并呈季節性變化;寄生蟲卵、病原微生物等致病物質普遍超標;部分污水處理廠污泥中存在的銅、鋅、鉻等重金屬超標;含有多氯聯苯等難降解有機物。因此,需要對污泥進行妥善處理處置,避免造成二次污染,滿足污泥處理處置的減量化、穩定化、無害化的要求[2]。國家早在“十三五”時期即對相關重點城市提出“到2015年底,全市污泥無害化處理處置率達到100%”的考核目標。為此,各重點城市對于市政污泥的后續處置開展了專題研究,指出含水率30%~40%的污泥可用作水泥生產、回填土、免燒磚等材料;含有一定有機質的污泥,可用于焚燒和其他熱處理,產生熱能;重金屬達標的污泥也可用于園林業培植植物的基質土。

                            考慮到不同含水率的污泥特性及對各污水處理廠出廠泥質的要求,將污泥在廠內處理至含水率30%~40%是合適的,并以此作為污水處理廠新建和改擴建污泥處理設施技術升級改造的目標。廣州市2010年新建投產了全國第一座全地下膜生物反應器污水處理廠,開創了地下污水處理廠之先河,并在此領域一直走在全國前列,越來越多的地下污水處理廠被建設,但污泥干化設施設置在地下的較少,經調研除廣州外僅有上海市泰和污水處理廠。本文即在此前提下,結合廣州市中心城區8個地下污水處理廠設置污泥干化車間的通風除臭系統實施情況進行介紹。

                            污泥干化車間通風除臭系統重難點分析及應對措施

                            地下污泥干化車間在污泥干化過程中存在如下關鍵問題:

                            1) 污泥干化及傳送過程中易產生粉塵,尤其在裝車時粉塵顆粒細小、濃度較高。如設計考慮不周或運營管理不規范,粉塵逸散到空氣中,在重力作用下沉積在地面及設備表面,日積月累,沉積的粉塵成為臭氣污染源,不斷散發臭味。

                            2) 污泥干化基本采用高溫(高于150 ℃)加熱或低溫真空干化。無論采用何種干化工藝,干化設備外表面的溫度均遠高于室內空氣溫度,雖然污泥干化設備通常設置保溫材料,但仍存在保溫材料厚度不夠、保溫不完全等缺陷,導致干化設備熱量源源不斷傳遞到操作車間。特別是采用高溫干化工藝的污泥干化車間,實測室內空氣溫度一般超過34 ℃,部分污泥干化車間的室內空氣溫度甚至達到39 ℃。較高的室內溫度加劇了惡臭污染物的逸散,導致臭氣濃度增大。

                            3) 污泥中有機質含量較高,存儲轉運中容易發生厭氧發酵反應,產生氨氣、硫化氫等較高濃度臭氣,且對污泥進行加熱會產生更多有機惡臭物質。在檢修、取料和運輸過程中,惡臭物質逸散至操作車間,影響室內空氣品質。同時,污泥干化后的尾氣中臭氣濃度較高,可達5 000~100 000,且臭氣濃度的波動范圍大,較難處理到達標排放。

                            根據上述分析,為有效收集惡臭物質,主要采用加罩及壓差控制方式。脫水機落料及清洗機污泥干化設備取料時均存在臭氣逸散,脫水機設置玻璃除臭罩,干化設備內部設置負壓系統收集臭氣(見圖1)。污泥料斗在干泥裝車時,設置了負壓臭氣系統,避免裝泥時粉塵逸散。通過加罩及負壓收集系統,可有效減少由于檢修門的縫隙或由于檢修開啟門等情況導致的惡臭污染物逸散。

                            圖1 玻璃罩負壓收集臭氣

                            玻璃罩負壓收集臭氣   下載原圖


                            高濃度的污泥干化區與低濃度區域、車道、走道連通區域設置緩沖間(見圖2),緩沖間送入離子風,保證其相對臭氣源區域維持正壓,有效控制臭氣逸散至非臭氣源區域。

                            圖2 污泥處理區域緩沖間設置情況

                            污泥處理區域緩沖間設置情況   下載原圖


                            為減少和便于核實污泥干化設備散熱負荷,統一要求各設備廠家提供所有熱源管路和設備表面積,并保證表面溫度不高于34 ℃。污泥干化車間設置空調降溫,將室內空氣溫度有效控制在30 ℃以下,減弱惡臭污染物逸散,提高工作人員的熱舒適感。

                            污泥干化車間除臭系統設計

                            2.1 廣州8個地下污水處理廠污泥干化工藝簡介

                            2018—2020年廣州新建8個地下污水處理廠的污泥干化車間基本情況如表1所示,除瀝滘三期污泥干化車間在地上,其他污泥干化車間均在地下。采用了4種污泥干化工藝,其中4個廠的熱源為蒸汽鍋爐,其他4個廠為熱泵。上述工藝是基于在全國范圍內開展的污泥干化工藝調研結果,綜合各方面因素(包括產能、粉塵、臭氣等),選取的適宜在地下設置的污泥干化工藝。

                            2.2 地下污泥干化車間通風除臭系統設計

                            污泥干化車間根據臭氣源分布特點和臭氣污染物的濃度,設置除臭系統。高濃度臭氣源區域為污泥干化設備內部、污泥運輸管道及污泥儲存設備,采用多級除臭進行處理,根據臭氣源臭氣濃度和排放限值要求選擇除臭工藝。以西朗二期、大沙地擴建及健康城污水處理廠采用的板框壓濾機+圓盤干化機為例,簡要介紹高濃度臭氣源的除臭工藝選擇。

                            廣州8個地下污水廠污泥干化工藝基本情況 導出到EXCEL




                            形式 設備產能規模/(t/d) 工藝方案

                            西朗二期
                            地下 42 板框壓濾機(60%)+圓盤干化機(30%~40%);熱源為電鍋爐,提供200 ℃蒸汽

                            大沙地擴建
                            地下 37 板框壓濾機(60%)+圓盤干化機(30%~40%),熱源為電鍋爐,提供200 ℃蒸汽

                            健康城污水處理廠
                            地下 14 板框壓濾機(60%)+圓盤干化機(30%~40%),熱源為電鍋爐,提供200 ℃蒸汽

                            瀝滘三期
                            地上 35.0 離心脫水機(75%)+臥式薄層干化機(30%~40%);熱源為電鍋爐,提供200 ℃蒸汽

                            龍歸三期
                            地下 21.0 板框壓濾機(60%)+熱干化機(30%~40%);熱源為空氣源熱泵機組,提供熱風

                            大觀污水處理廠
                            地下
                            32.8
                            低溫真空深度脫水干化一體機(深度機械脫水(60%)+真空干化(30%~40%));熱源為污水源熱泵機組,提供85 ℃熱水

                            石井凈二期
                            地下
                            21.0
                            低溫真空深度脫水干化一體機(深度機械脫水(60%)+真空干化(30%~40%));熱源為污水源熱泵機組,提供85 ℃熱水

                            江高污水處理廠
                            地下
                            22.4
                            低溫真空深度脫水干化一體機(深度機械脫水(60%)+真空干化(30%~40%));熱源為污水源熱泵機組,提供85 ℃熱水

                            注:括號中的數值指處理完的污泥的含水率。


                            根據該工藝臭氣處理的以往項目,平均臭氣濃度為4 100,考慮臭氣源臭氣濃度存在波動情況,最高濃度可達8 200,因此設置了活性炭吸附作為應急措施,保證尾氣達標排放。根據該工藝的特點,高濃度臭氣處理選用了水洗+堿洗+生物除臭+次氯酸鈉酸洗+活性炭應急吸附。高濃度初始進氣濃度和主要污染物在各工藝段的去除效率如表2所示,處理完的臭氣濃度為224,滿足廣州凈水公司控制在300以下的要求,硫化氫和氨氣濃度均在限值以下。多級除臭工藝流程如圖3所示;钚蕴课昭b置設置有旁通管路,正常運營時,活性炭吸收裝置不開啟,尾氣由旁通管高空排放;檢測到出口濃度超標時,關閉旁通管,尾氣經活性炭應急裝置處理達標后高空排放。

                            主要污染物在各工藝段的去除效率分析 導出到EXCEL



                            特征
                            污染物
                            初始濃度
                            水洗塔
                            去除率/%
                            下一級
                            入口濃度
                            堿洗塔
                            去除率/%
                            下一級
                            入口濃度
                            生物除臭
                            去除率/%
                            下一級
                            入口濃度
                            次氯酸鈉酸洗
                            去除率/%
                            預計出口
                            濃度

                            氨氣
                            21.5 mg/m3 30 15.02 mg/m3 0 15.05 mg/m3 90 1.505 mg/m3 30 1.053 mg/m3

                            硫化氫
                            1.5 mg/m3 10 1.35 mg/m3 20 1.08 mg/m3 90 0.108 mg/m3 30 0.075 mg/m3

                            臭氣
                            4 100 20 3 280 0 3 280 90 320 30 224



                            圖3 多級除臭系統工藝流程

                            多級除臭系統工藝流程   下載原圖


                            多級除臭工藝滿足污泥干化車間高濃度臭氣源尾氣處理要求,設置應急處理滿足其濃度波動處理要求的同時,降低運行能耗,減少活性炭更換量。不同污泥干化工藝臭氣源的臭氣濃度和污染物的種類及其濃度不盡相同,需根據特性,組合不同除臭工藝。

                            在布置臭氣收集風口時,根據地下污水處理設施各區域臭氣濃度和臭氣源的分布特點,按照臭氣濃度高低、有無臭氣源等情況,通過控制送排風量,實現臭氣低濃度區域相對高濃度區、無臭氣源區相對于低濃度區保持10 Pa的壓力梯度,盡量減少臭氣向低濃度或無臭氣源區域逸散。污泥干化車間各區域送風量為排風量的70%,各區域排風換氣次數[3]見表3。

                            污泥干化車間各區域排風換氣次數 h-1 導出到EXCEL




                            裝泥間
                            12

                            脫水機、干化機密閉罩
                            10

                            脫水機、干化機設備
                            15

                            脫水機房污泥料倉
                            6

                            污泥濃縮池操作間
                            8

                            脫水機房
                            6

                            污泥干化間
                            6



                            在污泥干化車間其他構筑物中,由于污泥存儲、轉運輸送工程中存在臭氣逸散到空間的情況,采用空間隔離、設備加蓋或設置密封等形式將臭氣控制在盡可能小的范圍內,負壓收集至生物除臭裝置處理,生物除臭裝置的工藝流程如圖4所示。

                            圖4 生物除臭裝置工藝流程

                            生物除臭裝置工藝流程   下載原圖


                            2.3 地下污泥干化車間空調系統設計

                            污泥干化車間主要負荷包括:污泥干化設備散熱量和直流送風的新風負荷,有透明玻璃吊裝孔的污泥干化車間的冷負荷還包括太陽直射得熱和玻璃傳熱得熱引起的冷負荷。

                            根據GB 50019—2015《工業建筑供暖通風與空氣調節設計規范》要求[4],當工藝無特殊要求時,生產廠房夏季工作地點的溫度可根據夏季通風室外計算溫度及其與工作地點的允許最大溫差進行設計,并不得超過表4規定值。

                            夏季工作地點溫度 ℃ 導出到EXCEL




                            夏季通風室外計算溫度

                            ≤22 23 24 25 26 27 28 29~32 33

                            允許最大溫差
                            10 9 8 7 6 5 4 3 2

                            工作地點溫度
                            ≤32 32 32 32 32 32 32 32~35 35



                            生產廠房不同相對濕度下空氣溫度的上限值應符合表5的規定。

                            生產廠房不同相對濕度下空氣溫度的上限值 導出到EXCEL




                            相對濕度φ

                            <55%
                            55%≤φ
                            <65%
                            65%≤φ
                            <75%
                            75%≤φ
                            <85%
                            ≥85%

                            溫度/℃
                            30 29 28 27 26



                            對于地下污泥干化車間,其冷負荷主要為干化設備的散熱量,工藝生產過程一般無散濕量,熱濕比較大。根據筆者所在單位開展的相關研究,室內溫度越高,污泥干化時產生的惡臭污染物的逸散速率越大,當室溫控制在20 ℃時,其逸散速率相對較低。綜合能耗及室內環境要求,新建地下污泥干化車間設計溫度取30 ℃,相對濕度φ<55%。

                            除石井污水處理廠二期、大觀污水處理廠由于土建和運營管理原因,其他5個地下污水處理廠均設置了空調系統,各水廠的送風量及冷負荷統計見表6。中心城區建設的地下污水處理廠的地面區域通常被規劃為濕地、體育公園等,甚至可能用來進行綜合開發。從景觀、衛生和綜合開發考慮,地面不適合設置冷卻塔或者風冷型空調機組?紤]到地下污水處理廠有豐富的中水,利用處理完的中水作為冷卻水,采用中水源直膨式空調機組系統,其水系統原理圖見圖5。

                            廣州地下污水處理廠污泥干化冷負荷 導出到EXCEL



                            冷風送風
                            量/(m3/h)
                            冷負荷/
                            kW
                            設備發熱
                            量/kW
                            圍護結構冷
                            負荷/kW
                            新風負
                            荷/kW

                            健康城污水處理廠
                            33 872 311 77 113 121

                            大沙地擴建
                            41 538 334 48 136 150

                            西朗二期
                            45 451 391 94 143 154

                            江高污水處理廠
                            37 570 201 50 10.5 135.5

                            龍歸三期
                            60 516 548 268 75 205.4



                            圖5 水系統原理圖

                            水系統原理圖   下載原圖


                            注:L1、L2分別為中水冷卻水供水管和排水管。

                            試運行效果

                            改善了地下空間空氣環境狀況,根據摘自第三方對污水處理廠內外部環境的監測報告(見表7、8),脫水機房、干化機房的臭氣濃度控制在20以下,經處理后的尾氣集中排放口臭氣濃度控制在300以下,達到國際領先水平,廠界處的污染物濃度均低于國家標準規定數值,對于周邊環境沒有造成二次污染,實現了和諧共生。

                            地下污水處理廠內部環境第三方監測報告 導出到EXCEL




                            濃度測定結果 濃度設計限值

                            脫水機房 干化機房

                            總粉塵
                            0.80 mg/m3 0.70 mg/m3 1.00 mg/m3

                            呼吸性粉塵
                            0.30 mg/m3 0.50 mg/m3 0.70 mg/m3

                            硫化氫
                            未檢測到 未檢測到 10.00 mg/m3

                            1.16 mg/m3 1.18 mg/m3 20.00 mg/m3

                            二硫化碳
                            未檢測到 未檢測到 0.50 mg/m3

                            臭氧
                            未檢測到 未檢測到 0.16 mg/m3

                            甲醛
                            未檢測到 未檢測到 0.50 mg/m3

                            氯氣
                            未檢測到 未檢測到 1.00 mg/m3

                            一氧化碳
                            1.20 mg/m3 1.60 mg/m3 10.00 mg/m3

                            臭氣
                            15 16 20



                            地下污水處理廠外部環境第三方監測報告 導出到EXCEL




                            廠界濃度 除臭風塔出口濃度

                            測定結果 設計限值 測定結果 設計限值

                            硫化氫
                            未檢測到 0.06 mg/m3 0.000 03 mg/m3 0.06 mg/m3

                            0.20 mg/m3 1.50 mg/m3 0.053 mg/m3 0.60 mg/m3

                            臭氣
                            12 20 173 300



                            結語

                            廣州近年新建的8個地下污水處理廠中有7個污水處理廠的污泥干化車間設置在地下,其關鍵問題是污泥干化車間的臭氣污染物能否有效控制,以確保室內外的工作和生活環境最大限度地不受污染。在缺乏實際成功案例的情況下,結合多年的科研成果,根據對既有地面污泥干化車間的室內外環境實地測試情況進行分析總結,提出了相關解決方案。此輪建設的污泥干化車間基本完工,從污泥干化車間3天連續運行的第三方監測效果來看,總體達到設計要求,全年運行效果有待持續檢驗。

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