趙 亞, 張 建 家

(中國水利水電第七工程局有限公司，四川 成都 610213)

1 概 述

成都市第七再生水廠二期工程由中國水電七局承建。該項目為地埋式，設(shè)計污水處理建設(shè)規(guī)模為8萬m3/d，總變化系數(shù)為1.3。除臭介質(zhì)為城市污水處理廠混合致臭氣體，臭氣溫度為5 ℃～40 ℃；生物除臭采用4套FRP材質(zhì)、處理風(fēng)量為40 000 m3/h的高效生物滴濾及生物過濾系統(tǒng)有組織地排放。

該生物除臭裝置按照預(yù)處理、二級處理和污泥處理流程對所產(chǎn)生的臭氣進行收集與處理。除臭系統(tǒng)出口的出氣指標[1]為：NH3≤5 mg/m3，H2S≤0.2 mg/m3，臭氣濃度≤200(無量綱)。

該生物除臭裝置具有建設(shè)成本投入低、綠色環(huán)保、運行安全性高、處理效率高等優(yōu)點，是一套經(jīng)濟且高效的生物除臭裝置。詳細介紹了該生物除臭裝置具有的特點。

2 生物過濾原理

第一步：濾料表面覆蓋著濕潤的生物膜，廢氣污染物與濾料接觸后逐漸溶解進入這層生長著大量微生物的水膜中，從氣相轉(zhuǎn)化為液相以便于微生物對其進行吸收和分解。濾料的多孔性使其具有超大的比表面積，以保證氣、液相接觸面積，有效增大了氣相化學(xué)物質(zhì)在液相中的傳送擴散速率。該溶解滲透過程其實是一種物理過程，高速的傳送擴散意味著氣體在濾床中短暫的停留過程、將臭氣濃度降至極低的水平。

第二步：溶于水的廢氣污染物被微生物吸收利用，自液相進入微生物體內(nèi)。

第三步：濾料中的專性細菌以污染物為食，將污染物轉(zhuǎn)化為自身的營養(yǎng)物質(zhì)，使碳、氫、氧、氮、硫等元素從有機化合物的形式轉(zhuǎn)化為游離態(tài)或無機鹽、進入微生物的自身循環(huán)過程，從而達到降解的目的。與此同時，這些微生物可以實現(xiàn)自身的繁殖，整個系統(tǒng)內(nèi)作為食物的污染物與專性細菌的營養(yǎng)需要達到平衡。

3 除臭系統(tǒng)的設(shè)計與計算

40 000 m3/h風(fēng)量的具體設(shè)計參數(shù)為：

(1)除臭箱體的尺寸。

滴濾尺寸(長×寬×高)：5 m×5.5 m×3.2 m

過濾尺寸(長×寬×高)：20 m×5.5 m×3.2 m

一體化箱體尺寸(長×寬×高)：25.5 m×5.5 m×3.2 m

(2)生物滴濾段的設(shè)計參數(shù)。

濾床壓差：<490 Pa

濾料類型：LWE

濾料體積：22.4 m3(每座濾池)

EBRT：4 s

循環(huán)水流量：47.5 m3/h(每座濾池)

濾料高度：1.62 m

(3)生物過濾段的設(shè)計參數(shù)。

濾床壓差：<490 Pa

濾料類型：XLD

濾料體積：222.2 m3(每個濾池)

EBRT：20 s

濾床灌溉水量：1.1 m3/d(每個濾池)

空床流速：0.1 m/s

濾料高度：2.02 m

(4)計算。

①過濾池空床流速v：

②過濾池接觸時間t1：

滴濾接觸時間t2：

故其總接觸時間T=t1+t2=20+4=24(s)。

③循環(huán)水量Qre的計算。循環(huán)水量Qre根據(jù)進氣量確定，單位循環(huán)水量為每1萬m3氣體所需的循環(huán)水量為9～25 m3/h,該系統(tǒng)選擇11.87 m3/h，則：

Qre=11.84 m3/h×4=47.5 m3/h

④系統(tǒng)排水量Qdr的計算：

系統(tǒng)排水量應(yīng)為循環(huán)水量的0.2%～2%，該系統(tǒng)選擇為0.8%，則：

Qdr=Qre×0.019=47.5 m3/h×0.8%=0.4 m3/h

⑤運行費用的計算：

單套40 000 m3/h風(fēng)量生物除臭系統(tǒng)的電耗為63 kW/h，水耗為1.1 m3/d，電價為0.7元/kW·h，水價為5元/m3，則每年每套生物除臭系統(tǒng)的運行費用為：

電費：63×365×25×0.7=402 412.5(元)

水費：1.1×365×5=2 007.5(元)。

綜上所述，成都市第七再生水廠二期工程的四套生物除臭系統(tǒng)年運行費用為：

4×(402 412.5+2 007.5)=1 617 680(元)。

4 生物除臭裝置采用的工藝

該生物除臭裝置包括：生物滴濾過濾一體化除臭箱體、循環(huán)水泵、離心風(fēng)機、電控箱柜、配套儀表以及使整個系統(tǒng)穩(wěn)定、有效和安全運行所需的所有設(shè)施和臭氣收集系統(tǒng)。

生物除臭裝置的組成設(shè)備包括：生物滴濾過濾一體化除臭箱體、生物滴濾濾料、生物過濾濾料、濾床灌溉系統(tǒng)、循環(huán)水泵及配套儀表、電磁閥及配套電控柜、水儀表箱、管道、管件、閥門以及使整個系統(tǒng)穩(wěn)定、有效和安全運行所需的所有設(shè)施及附件，具體介紹于后。

(1)生物滴濾過濾一體化除臭箱體。該除臭設(shè)備為固定全封閉結(jié)構(gòu)，防腐金屬骨架，骨架的斷面尺寸不小于70 mm×70 mm[2]，壁厚不小于3.5 mm，骨架各向間距不大于1 m，采用周邊連續(xù)焊接而成。其塔體內(nèi)部填料支撐層采用斷面尺寸不低于38 mm×38 mm、壁厚不小于2.5 mm的玻璃鋼格柵板，支撐柱均由耐腐蝕的玻璃鋼材質(zhì)制作。內(nèi)殼為有機玻璃鋼板(板厚≥6 mm)，底板厚度不小于10 mm。其最內(nèi)層為乙烯基酯材質(zhì)，其余為不飽和間苯型聚酯樹脂材質(zhì)；外層鋼結(jié)構(gòu)采用FRP與內(nèi)層玻璃板相連接，厚度不小于3 mm。

箱體具備填料承托層支架以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)骨架，除臭塔配置有風(fēng)管接口、管道接口、填料收納架、填料、檢修門、噴淋散水裝置等完善的附件。在生物除臭箱體上配備有壓差計，壓差計安裝在塔體上，用來監(jiān)測填料受到的壓損情況。

(2) 生物濾料。填料采用具有BIOREM專利的永久性無機濾料，其具有以下特點：比表面積須大于350 m2/g，填料顆粒的平均直徑為5～10 mm；具有良好的保濕性和透氣性，載體表面具親水性及抗酸耐腐蝕性；結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，不易板結(jié)，不需連續(xù)散水，使用過程中無壓實。特別適用于臭氣濃度高、硫化氫濃度低、還原硫化物含量大的污染氣體的處理。填料使用壽命不低于10 a，正常運行期間不用更換、不會腐爛；填料對人體無害，不會造成二次污染。養(yǎng)分和酸堿調(diào)節(jié)劑均在填料體內(nèi)，系統(tǒng)運行期間不需要添加任何營養(yǎng)液，其能夠在運行初期、微生物馴養(yǎng)期間以及沖擊負荷時達到除臭效果。

(3) 生物填料加濕系統(tǒng)。每套生物除臭系統(tǒng)各設(shè)置了1套生物濾池濾床灌溉系統(tǒng)以保證濾床的最佳濕度。濾床灌溉系統(tǒng)由循環(huán)泵、管道系統(tǒng)儀表及噴頭組成。循環(huán)水及生物填料灌溉用的水質(zhì)采用廠區(qū)再生水。為滿足其24 h不中斷運行，濾床灌溉系統(tǒng)配有備用循環(huán)水泵。填料的上部和下部均留有不小于0.7 m的噴淋及檢修空間。

每套生物除臭系統(tǒng)配有2臺噴淋泵(一用一備)，以確保過濾濾床內(nèi)的噴頭正常運行，對生物過濾填料進行定期、間斷性的噴淋。過濾濾床的噴淋由電磁閥控制，電磁閥處于常閉狀態(tài)，每天開啟一次，一次噴淋時間大約需要30 min。

(4)生物除臭系統(tǒng)的排水系統(tǒng)。在生物滴濾過濾一體化箱體底部設(shè)有排水系統(tǒng)，其作用為最終將水排入水廠的排污系統(tǒng)。

(5)除臭風(fēng)機。生物除臭系統(tǒng)離心風(fēng)機的風(fēng)量Q為40 000 m3/h，風(fēng)壓P為3 200 Pa。4套生物除臭系統(tǒng)各自配置2臺離心風(fēng)機，采用變頻控制。

風(fēng)機采用FRP制造，為離心式并配模制加強外殼，外殼為一體成形，外層為樹脂含量高的涂層并加UV抑制劑。風(fēng)機由三角皮帶帶動并設(shè)計為連續(xù)運行。風(fēng)扇軸心由SUS316L制造，須超徑以保證其在臨界速度下運行。葉輪和軸均通過靜態(tài)和動態(tài)平衡。

風(fēng)機的電機功率與風(fēng)量配套，防護等級為IP55，50Hz，F(xiàn)絕緣等級，B級溫升，配置散熱風(fēng)扇，機座為滑軌式設(shè)計以易于調(diào)整及更換。電機由變頻器(VFD)起動，配置風(fēng)扇散熱。電機服務(wù)系數(shù)為額定軸能力的15倍，并能滿足整個風(fēng)機性能曲線要求。電機的效能最小為88.5%。

風(fēng)機的軸承為SKF，軸承座為油浴式，機油填加省時方便，采用密閉式軸承設(shè)計，可防止酸堿氣體的侵入，以避免軸承、軸心直接受腐蝕氣體侵蝕，軸承壽命達100 000 h。

風(fēng)機性能測試：對全機組進行了ANSYS力及RSR轉(zhuǎn)子動態(tài)分析，強化結(jié)構(gòu)安全。葉輪動平衡符合現(xiàn)行規(guī)范，振動等級小于2.5 mm/s[3]。風(fēng)機組裝后依據(jù)相關(guān)規(guī)范進行了測試，其振動等級小于4.5 mm/s[4]。風(fēng)機配有隔音罩，風(fēng)機噪音不大于70 dBA[5](在距離風(fēng)機1 m處度量)。

離心風(fēng)機與閥門間設(shè)置有柔性連接，以避免風(fēng)機的正常震動影響到風(fēng)管及除臭設(shè)備。該風(fēng)閥的調(diào)節(jié)范圍為50%～100%。

離心風(fēng)機可以通過人在就地控制柜上或中央控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)，并與VFD聯(lián)動以達到0%～100%的送風(fēng)。

(6)電氣控制柜。每套除臭系統(tǒng)配套一臺電氣控制柜，電氣控制柜的防護等級為IP65，防腐等級為WF2。

每套生物除臭系統(tǒng)各配置了1套PLC(集成安裝于電氣控制柜內(nèi))，主要控制范圍為每套除臭系統(tǒng)內(nèi)的所有機械設(shè)備及配套閥門、儀表等，該PLC設(shè)備的選型與廠區(qū)控制系統(tǒng)兼容(廠區(qū)主控制設(shè)備能夠直接讀取和直接控制CPU和I/O模塊控制點)，其具有以太網(wǎng)接口并通過以太網(wǎng)接口向廠區(qū)自動控制系統(tǒng)傳輸設(shè)備手動、自動狀態(tài)、開停情況以及故障等工況狀態(tài)信號，在自動控制方式下可以通過該以太網(wǎng)接口接受廠區(qū)自動控制系統(tǒng)信號以用于控制系統(tǒng)的開停。所選用的以太網(wǎng)通訊協(xié)議與廠區(qū)自動控制系統(tǒng)一致，其與廠區(qū)自控系統(tǒng)不經(jīng)任何轉(zhuǎn)換即可正常通訊。

(7)臭氣收集系統(tǒng)。以除臭濾池為界限，用于收集的除臭風(fēng)管為有機玻璃鋼風(fēng)管，排放風(fēng)管采用不銹鋼材質(zhì)。

有機玻璃鋼風(fēng)管采用的樹脂為優(yōu)質(zhì)不飽和聚酯樹脂，其不含氧化鎂、氯化鎂、氫氧化鎂、碳酸鈣等無機玻璃鋼材料附加添加劑，結(jié)構(gòu)層樹脂含量不大于40%，防腐層樹脂含量不小于60%。

(8)附屬設(shè)施。風(fēng)閥泄漏率小于2%。順時針方向開啟，逆時針方向關(guān)閉且具有開啟角度指示、鎖定調(diào)節(jié)限位指示和允許氣流方向指示。

外層密封罩材質(zhì)為不銹鋼骨架+透明輕質(zhì)材料。

5 生物過濾系統(tǒng)具有的優(yōu)點

(1)綠色環(huán)保。全系統(tǒng)采用生物法處理，不使用化學(xué)藥品，無二次污染，為真正的綠色方法。系統(tǒng)在保證處理效果的前提下，能夠滿足企業(yè)環(huán)保化的設(shè)計要求，對環(huán)境無不利影響。

(2)低成本。生物除臭系統(tǒng)與生物滴濾濾料(生物菌種生長環(huán)境：PH1-9)和生物過濾濾料(生物菌種生長環(huán)境：PH5-9)均為無機濾料，其表面含營養(yǎng)涂層，無需營養(yǎng)液、無需加藥，其建設(shè)投入成本低，運行成本低于其他所有廢氣處理技術(shù)。

(3)耐腐蝕。鑒于污染物氣體具有較強的腐蝕性，該生物除臭裝置使用的結(jié)構(gòu)材料、管道材料、風(fēng)機水泵等設(shè)備均滿足耐腐蝕要求。

(4)生物填料為無機填料，具有良好的機械強度與生物適應(yīng)性。適用于間歇性處理，不會因為短期氣流中斷而影響處理效果；大比表面積有利于生物膜的生長，降低停留時間，能夠減小工程投資及占地面積；濾料性質(zhì)均勻，具有長期、穩(wěn)定的運行效果，系統(tǒng)免維護，使用壽命不低于15 a。

(5)生物填料本身具備酸堿平衡功能，無需另外添加調(diào)節(jié)溶液。

(6)生物濾池的系列產(chǎn)品設(shè)計靈活，方便維護與檢修，占地面積小，安裝簡便，調(diào)試時間短。

(7)該工藝經(jīng)多年工程應(yīng)用和技術(shù)革新成熟可靠。

(8)該生物濾池除臭設(shè)備的運行采用全自動控制，無需人工干預(yù)。

(9)該生物除臭設(shè)備運行過程中不需要提供特殊菌種。

(10)在設(shè)備調(diào)試初期即可確保臭氣排放達標，效率高。

(11)臭氣收集系統(tǒng)在大面積的臭氣源設(shè)有多個集氣口，從而保證了構(gòu)筑物的惡臭氣體能夠被均勻抽吸；該裝置在每個臭氣源構(gòu)筑物上配備了必要的閥門，用以調(diào)節(jié)風(fēng)量和風(fēng)壓，保證了集氣系統(tǒng)壓力和風(fēng)量平衡。

6 結(jié) 語

成都市第七再生水廠二期工程的生物除臭裝置結(jié)構(gòu)布置緊湊，與廠內(nèi)以及周圍環(huán)境協(xié)調(diào)一致，與水廠的整體設(shè)計風(fēng)格一致，能夠滿足企業(yè)景觀化要求。生物除臭裝置系統(tǒng)設(shè)計時充分考慮了污染氣體直排的影響、封閉系統(tǒng)易燃易爆因素，以保證工人健康為宗旨，設(shè)計符合國家安全規(guī)范要求，構(gòu)筑物的強度符合相關(guān)要求。該生物除臭裝置采用的無機填料為全球首創(chuàng)的永久性無機工程填料，其處理后的尾氣達到相應(yīng)排放標準。同時，該生物除臭裝置具有除臭處理效率高、運行穩(wěn)定可靠、管理方便、投資合理等諸多優(yōu)點，可在類似市政污水處理廠的廢氣處理工程中推廣運用。