王維康,鐘 穎,王 穎,張輝平,黃 海

(1.深圳市利源水務(wù)設(shè)計(jì)咨詢有限公司,廣東深圳 518031;2.深圳市環(huán)境水務(wù)集團(tuán)有限公司,廣東深圳 518031)

目前,隨著我國(guó)工業(yè)迅猛發(fā)展,城市化進(jìn)程同步呈現(xiàn)高速發(fā)展的趨勢(shì)。此外,隨著全國(guó)經(jīng)濟(jì)的高速崛起以及公眾的環(huán)保意識(shí)逐漸增強(qiáng),導(dǎo)致高效發(fā)展經(jīng)濟(jì)引起的環(huán)境問題與居民對(duì)美好生活的高追求之間存在高度不平衡。這種不平衡在一線城市尤為突出,水質(zhì)凈化廠已愈來愈接近高密度居民區(qū),“鄰避效應(yīng)”也日趨突出。

因此,城市建設(shè)規(guī)劃時(shí),近年來越來越多的水質(zhì)凈化廠采用全地下或半地下布置,將污水處理單元通過組團(tuán)布置形成集中的混凝土結(jié)構(gòu),處理單元均密封在地下或半地下[1]。由于其設(shè)置在地下且相對(duì)封閉的特點(diǎn),更易積聚致臭氣體并難以通過自然通風(fēng)稀釋和散逸,具有濃度高、擴(kuò)散慢、分布廣、處理難度較大等特點(diǎn)。此外,臭氣會(huì)腐蝕相關(guān)設(shè)備降低其使用壽命,需采用針對(duì)性的臭氣治理技術(shù)應(yīng)對(duì)此類水質(zhì)凈化廠臭氣治理[2]。

鑒于全地下水質(zhì)凈化廠存在臭氣成分復(fù)雜、環(huán)境要求高、治理難度大等問題,應(yīng)在滿足安全生產(chǎn)和相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上,提升水質(zhì)凈化廠工作環(huán)境,保障操作人員身心健康。本文就全流程臭氣治理技術(shù)在全地下式水質(zhì)凈化廠——洪湖水質(zhì)凈化廠的應(yīng)用相關(guān)要點(diǎn)進(jìn)行闡述,以期在同類項(xiàng)目的臭氣治理中提供參考。

1 工程背景

洪湖水質(zhì)凈化廠位于深圳市羅湖區(qū)洪湖公園北端,布吉河?xùn)|側(cè)。該廠以“上園下廠”的模式設(shè)計(jì)為全地下水質(zhì)凈化廠,地下是處理規(guī)模為10萬m3/d的水質(zhì)凈化廠,地面建成為荷花主題公園。采用膜生物反應(yīng)器(MBR)處理工藝,處理后出水補(bǔ)充河道和布吉河,水處理工藝流程如圖1所示。該項(xiàng)目周邊已被樓宇包圍,為避免臭氣廠內(nèi)聚集及外溢造成不利環(huán)境影響,同時(shí)改善廠內(nèi)工作人員工作環(huán)境,對(duì)該廠區(qū)一期的預(yù)處理區(qū)和生化區(qū)進(jìn)行了全流程臭氣治理。

圖1 水處理工藝流程

2 臭源分析及臭氣排放標(biāo)準(zhǔn)

經(jīng)項(xiàng)目全區(qū)域臭源識(shí)別,本全地下式水質(zhì)凈化廠臭源點(diǎn)包括格柵、沉砂池、精細(xì)格柵、速沉池、厭氧池、缺氧池、好氧池和膜池。由于剩余污泥輸送至濱河水質(zhì)凈化廠處理,廠內(nèi)未設(shè)污泥處理設(shè)施,不考慮污泥除臭。相關(guān)臭源分析和硫化氫濃度如表1所示。

表1 項(xiàng)目臭源分析

本項(xiàng)目臭氣污染物排放允許濃度執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

表2 項(xiàng)目臭氣污染物排放允許濃度

3 除臭工藝

表3 除臭工藝比選分析

通過對(duì)比,生物法具有較為明顯的優(yōu)勢(shì),但全地下水質(zhì)凈化廠預(yù)處理區(qū)臭氣濃度波動(dòng)大,可考慮利用工藝組合降低進(jìn)氣負(fù)荷并保障出氣穩(wěn)定。組合工藝即根據(jù)項(xiàng)目特征及處理要求,將兩種或多種除臭工藝進(jìn)行組合,通過自動(dòng)化控制技術(shù),形成模塊化組合除臭工藝。研究[10]表明,在單獨(dú)使用高能離子設(shè)備達(dá)到40%硫化氫去除率的條件下,通過組合光催化氧化工藝可以達(dá)到99%以上的硫化氫去除率。天津市港區(qū)污水廠通過化學(xué)洗滌與生物過濾組合工藝對(duì)污水廠散發(fā)的臭氣進(jìn)行處理,處理效果不僅能達(dá)到天津地標(biāo)的環(huán)保要求,還降低了運(yùn)行成本[11]。

故本項(xiàng)目主體采用生物法治理,針對(duì)濃度波動(dòng)較高區(qū)增加預(yù)處理系統(tǒng),后續(xù)處理要求提高時(shí)增加深度處理。同時(shí)為改善操作空間的環(huán)境,降低全廠臭氣的本底值,增加可循環(huán)生物除臭工藝。

4 技術(shù)路線與方案

本項(xiàng)目由封閉系統(tǒng)、臭氣收集系統(tǒng)、可循環(huán)生物除臭系統(tǒng)、末端模塊化除臭系統(tǒng)、負(fù)離子新風(fēng)系統(tǒng)等構(gòu)成全流程處理除臭系統(tǒng)。其中,針對(duì)預(yù)處理區(qū)和生化區(qū)的臭氣濃度特征,末端模塊化除臭系統(tǒng)分別采用“噴淋預(yù)處理+生物法+光催化氧化深度處理”組合工藝和“生物法”處理。除臭工藝流程如圖2所示。

圖2 除臭工藝流程

本項(xiàng)目根據(jù)《城鎮(zhèn)污水處理廠臭氣處理技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 243—2016),對(duì)廠區(qū)除臭規(guī)模進(jìn)行了詳盡精準(zhǔn)地核算。因項(xiàng)目周邊居民日益增多、商業(yè)較為發(fā)達(dá)、進(jìn)水污水濃度較高,柵渣間、格柵除臭罩等重點(diǎn)部分換氣次數(shù)以10～15次/h來計(jì),同時(shí)每個(gè)構(gòu)筑物除臭規(guī)模均考慮5%～10%的漏損量。

經(jīng)計(jì)算,預(yù)處理區(qū)除臭規(guī)模為35 000 m3/h,生化區(qū)除臭規(guī)模為60 000 m3/h,總除臭規(guī)模為95 000 m3/h。

4.1 臭氣封閉系統(tǒng)

封閉工程是指對(duì)產(chǎn)生致臭氣體的臭氣源進(jìn)行加罩或者加蓋處理,經(jīng)收集風(fēng)管將臭氣源產(chǎn)生的臭氣輸送到處理單元進(jìn)行處理。由于本項(xiàng)目是全地下水質(zhì)凈化廠,主體構(gòu)筑物在下層,可結(jié)合原有混凝土頂板作為蓋體,對(duì)局部敞開式構(gòu)筑物進(jìn)行針對(duì)性補(bǔ)充封閉,各區(qū)域封閉形式及材質(zhì)如表4所示。

表4 項(xiàng)目臭氣封閉方法及材質(zhì)

4.2 臭氣收集系統(tǒng)

本項(xiàng)目臭氣收集系統(tǒng)含臭氣收集輸送管道、吸風(fēng)口、負(fù)壓牽引風(fēng)機(jī)等,臭氣經(jīng)負(fù)壓牽引風(fēng)機(jī)離心加壓后經(jīng)不銹鋼風(fēng)管進(jìn)入除臭單元,處理達(dá)標(biāo)后經(jīng)風(fēng)機(jī)排放。所有吸風(fēng)口均采用點(diǎn)式抽風(fēng),廠內(nèi)的收集管道和輸送管道均采用304不銹鋼風(fēng)管,每個(gè)風(fēng)管吸風(fēng)口處均設(shè)置調(diào)節(jié)閥及風(fēng)向標(biāo)。除臭管道設(shè)計(jì)風(fēng)速均滿足《城鎮(zhèn)污水處理廠臭氣處理技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 243—2016)中的要求,干管和支管風(fēng)速分別滿足6～14 m/s和2～8 m/s。

本項(xiàng)目風(fēng)機(jī)共設(shè)5臺(tái),其中預(yù)處理區(qū)除臭風(fēng)機(jī)2臺(tái),生化區(qū)除臭風(fēng)機(jī)3臺(tái),均選用耐腐蝕的玻璃鋼材質(zhì)詳細(xì)參數(shù)如表5所示。

表5 配套風(fēng)機(jī)參數(shù)

4.3 臭氣處理系統(tǒng)

為降低全廠臭氣本底值及全面保障除臭效果,本項(xiàng)目臭氣處理系統(tǒng)包含高效可循環(huán)除臭系統(tǒng)和末端智能模塊化協(xié)同除臭系統(tǒng)。在整個(gè)除臭工況運(yùn)行中,全程通過24 h自動(dòng)化控制技術(shù),對(duì)不同工藝段的除臭設(shè)備參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整和運(yùn)行管理。

4.3.1 高效可循環(huán)生物除臭系統(tǒng)

本項(xiàng)目高效可循環(huán)生物除臭系統(tǒng)包含除臭微生物強(qiáng)化系統(tǒng)和除臭污泥回流系統(tǒng)。其中微生物強(qiáng)化系統(tǒng)投放于生化池,無需提供額外動(dòng)力,共使用14個(gè)生物強(qiáng)化培養(yǎng)罐體,每個(gè)培養(yǎng)罐內(nèi)含2種生物強(qiáng)化填料,懸浮安裝于生化池中,每個(gè)罐直徑為1 650 mm,高度為1 800 mm,SS304不銹鋼材質(zhì),上部和底部設(shè)有多孔板;除臭污泥回流系統(tǒng)將馴化后的除臭微生物污泥回流至污水廠粗格柵前池之前,設(shè)計(jì)回流量為5%,通過活性污泥回流處理達(dá)到降低全廠臭氣本底值。高效可循環(huán)生物除臭系統(tǒng)經(jīng)安裝運(yùn)行后,監(jiān)測(cè)各水處理構(gòu)筑物產(chǎn)生臭氣中硫化氫、氨氣濃度(表6～表7),可得出經(jīng)安裝可循環(huán)生物除臭系統(tǒng)后,各構(gòu)筑物產(chǎn)生臭氣中硫化氫、氨氣濃度監(jiān)測(cè)值顯著下降,去除率可分別達(dá)到64%～88%、68%～92%。

表6 可循環(huán)生物除臭系統(tǒng)安裝前后硫化氫監(jiān)測(cè)值及去除率

表7 可循環(huán)生物除臭系統(tǒng)安裝前后氨氣監(jiān)測(cè)值及去除率

目前國(guó)內(nèi)也有多個(gè)污水處理廠采用了可循環(huán)生物除臭技術(shù),如包頭市北郊水質(zhì)凈化廠(污水處理規(guī)模為10萬m3/d)。同國(guó)內(nèi)其他項(xiàng)目應(yīng)用情況相比,本項(xiàng)目基于除臭菌種的污水處理系統(tǒng)過程臭氣減量技術(shù),利用緩釋投加生物強(qiáng)化填料并采用回流的方式,從源頭上消除致臭物質(zhì),除臭效率高。此外,通過馴化后的生物菌種可有效接種至后續(xù)末端模塊化系統(tǒng)中的生物除臭設(shè)備,大大節(jié)約生物馴化成本。

4.3.2 末端智能模塊化除臭系統(tǒng)

將生物濾池除臭工藝、光催化負(fù)離子氧化除臭工藝、噴淋預(yù)洗滌工藝進(jìn)行整合,開發(fā)智能模塊化組合除臭設(shè)備,可根據(jù)臭氣負(fù)荷及波動(dòng)情況全自動(dòng)智能化運(yùn)行。本項(xiàng)目末端模塊化除臭系統(tǒng)包含預(yù)處理區(qū)噴淋洗滌預(yù)處理設(shè)備、生物除臭設(shè)備、光催化氧化后處理設(shè)備以及生化區(qū)生物除臭設(shè)備。

(1)預(yù)處理設(shè)備

考慮到預(yù)處理區(qū)的臭氣濃度較高、波動(dòng)大,為保障生物除臭菌群的穩(wěn)定性并降低后續(xù)生物處理負(fù)荷,預(yù)處理區(qū)除臭增設(shè)噴淋洗滌設(shè)備。設(shè)304不銹鋼材質(zhì)洗滌塔1座,采用廠內(nèi)中水洗滌,配備循環(huán)水泵及在線pH監(jiān)測(cè)儀表。詳細(xì)參數(shù)如表8所示。

表8 噴淋洗滌設(shè)備參數(shù)

(2)生物除臭設(shè)備

生物除臭裝置是整個(gè)除臭系統(tǒng)的核心環(huán)節(jié),本項(xiàng)目除臭塔采用玻璃鋼材質(zhì)拼裝制成,除臭塔為全封閉結(jié)構(gòu),并設(shè)有合理的檢修孔、進(jìn)氣孔、出氣孔等。塔體分為4個(gè)區(qū)域:上層的霧化噴淋系統(tǒng),中間的生物填料過濾層,下部的生物填料支撐系統(tǒng)以及底部的配氣系統(tǒng)與廢液收集系統(tǒng)。通過控制表面負(fù)荷以及停留時(shí)間實(shí)現(xiàn)臭氣均勻通過填料,從而達(dá)到理想的除臭效果。

生物填料是整個(gè)除臭裝置的關(guān)鍵,本項(xiàng)目采用生物炭組合填料,該類填料孔隙率高、有效面積大、氣水的透過性好、傳質(zhì)速率快,更利于微生物在其表面附著、生長(zhǎng)和繁殖,從而達(dá)到更好的臭氣凈化效果。

本項(xiàng)目預(yù)處理區(qū)和生化區(qū)除臭系統(tǒng)均各設(shè)置2座生物除臭裝置,詳細(xì)參數(shù)如表9所示。

表9 除臭塔設(shè)計(jì)參數(shù)

(3)光催化氧化后處理設(shè)備

因預(yù)處理區(qū)臭氣濃度較高,為防止臭氣濃度異常超高時(shí)生物系統(tǒng)降解不徹底,增加深度處理裝置即光催化氧化后處理設(shè)備。生化區(qū)臭氣濃度較低,生物除臭可以處理達(dá)標(biāo),故未設(shè)深度處理。深度處理主要參數(shù)如表10所示。

表10 深度處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)參數(shù)

4.4 負(fù)離子新風(fēng)系統(tǒng)

由于是全地下水質(zhì)凈化廠設(shè)計(jì),除臭空間均位于地下操作空間的池蓋以下,形成空氣流從操作空間流向池蓋下的負(fù)壓空間,對(duì)重點(diǎn)區(qū)域預(yù)處理區(qū)和速沉池巡檢區(qū)增設(shè)離子新風(fēng)系統(tǒng),其他區(qū)域因暖通專業(yè)已考慮送風(fēng),不再設(shè)離子新風(fēng)系統(tǒng)。預(yù)處理區(qū)及速沉池操作空間各設(shè)計(jì)負(fù)離子送風(fēng)設(shè)備1套,規(guī)模分別為10 000 m3/h和5 000 m3/h。新風(fēng)系統(tǒng)針對(duì)有人員進(jìn)入的空間,按照特定區(qū)域換氣次數(shù)為6次/h設(shè)計(jì),主要由新風(fēng)機(jī)、離子/臭氧發(fā)生設(shè)備、送風(fēng)管道和風(fēng)幕機(jī)組成,通過輸送新鮮空氣或者森林型新風(fēng),達(dá)到操作空間內(nèi)臭味減輕的效果。

5 運(yùn)行效果

洪湖水質(zhì)凈化廠一期全流程除臭系統(tǒng)于2020年5月投入運(yùn)行,年運(yùn)行成本為76.8萬元,折合到污水為0.04元/m3。近1～2年內(nèi)通過對(duì)一期排放口下風(fēng)向5 m處進(jìn)行硫化氫、氨氣、甲烷和臭氣濃度無組織監(jiān)測(cè),得監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)如圖3所示,對(duì)比《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)的一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),可以看出氨氣和硫化氫濃度雖然隨季節(jié)呈現(xiàn)一定的波動(dòng),但均遠(yuǎn)低于GB 18919—2002中一級(jí)標(biāo)準(zhǔn),甚至低于深圳市環(huán)境水務(wù)集團(tuán)企業(yè)內(nèi)控限值(硫化氫質(zhì)量濃度為0.02 mg/m3;氨氣質(zhì)量濃度為0.76 mg/m3;甲烷質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.5%),甲烷濃度監(jiān)測(cè)長(zhǎng)期處于超低濃度,臭氣濃度均為未檢測(cè)出。表明全流程除臭技術(shù)應(yīng)用于全地下式水質(zhì)凈化廠的除臭效果穩(wěn)定可靠。

圖3 近1～2年內(nèi)無組織排放氨氣、硫化氫、甲烷監(jiān)測(cè)濃度

6 結(jié)論

(1)本項(xiàng)目通過對(duì)臭氣源全識(shí)別、全封閉,利用可循環(huán)生物除臭系統(tǒng)及末端模塊化除臭系統(tǒng)對(duì)全地下水質(zhì)凈化廠臭氣進(jìn)行全流程治理,主體采用生物法治理,針對(duì)性地配合化學(xué)噴淋及光催化氧化法,整體除臭規(guī)模為95 000 m3/h,處理后臭氣控制標(biāo)準(zhǔn)要嚴(yán)于《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》(GB 18918—2002)一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。項(xiàng)目實(shí)施為今后全綠色無臭全地下水質(zhì)凈化廠的建設(shè)提供了指導(dǎo),對(duì)大城市污水處理廠提標(biāo)改造具有重要意義。

(2)本文針對(duì)地下水質(zhì)凈化廠全流程超凈處理臭氣排放進(jìn)行了長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)跟蹤,為相關(guān)建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、排放標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)路線等提供數(shù)據(jù)支撐,對(duì)相關(guān)管理體系建設(shè)具有較好的參考意義。

(3)本文以全地下水質(zhì)凈化廠——深圳市洪湖水質(zhì)凈化廠一期預(yù)處理區(qū)和生化區(qū)的臭氣作為治理對(duì)象,以全流程臭氣治理理念貫穿項(xiàng)目全周期建設(shè),致力打破“鄰避效應(yīng)”,化鄰避為鄰利。文章以期為全地下水質(zhì)凈化廠臭氣治理技術(shù)提供良好的思路,為同類項(xiàng)目建設(shè)提供積極的示范意義。