山西某污水處理廠保溫提效工程設(shè)計(jì)

常 雨， 楊 健

(1.山西省工業(yè)設(shè)備安裝集團(tuán)有限公司，山西 太原 030024；2.山東格瑞德集團(tuán)有限公司，山東 德州 253000)

1 保溫提效工程建設(shè)必要性

近幾年，我國(guó)進(jìn)入了污水處理廠排放標(biāo)準(zhǔn)快速提高的新階段，多地相繼出臺(tái)了地方排放標(biāo)準(zhǔn)。2019年11月山西省發(fā)布了的《污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》DB14/1928-2019，進(jìn)一步提高了CODcr、氨氮、總磷排放限值。

污水處理廠脫氮主要采用生物法，生物脫氮主要依靠硝化菌和反硝化菌完成，硝化菌最適宜溫度為20 ℃～30 ℃，反硝化菌最適宜溫度為20 ℃～40 ℃。當(dāng)水溫低于15 ℃，硝化菌和反硝化菌活性、繁殖速率、代謝速率會(huì)急劇下降，進(jìn)而導(dǎo)致脫氮效率降低[1]。水溫低于5 ℃，硝化和反硝化反應(yīng)基本停止。

山西地處寒冷或嚴(yán)寒地區(qū)，省內(nèi)絕大多數(shù)污水廠冬季平均進(jìn)水水溫為10 ℃以下?！渡轿魇∷廴痉乐?018年行動(dòng)計(jì)劃》要求全省現(xiàn)有城鎮(zhèn)污水處理廠要結(jié)合實(shí)際，采取截污納管、明渠覆蓋、設(shè)施保溫等有效措施，提高污水處理廠冬季出水水質(zhì)，確保對(duì)氨氮等主要污染物的處理效果。

2 保溫提效工程設(shè)計(jì)

山西某污水處理廠設(shè)計(jì)處理能力20 000 m3/d。生化處理工藝為“厭氧池+奧貝爾氧化溝”，均為敞口構(gòu)筑物。擬提標(biāo)至“計(jì)劃”要求排放標(biāo)準(zhǔn)。該污水廠冬季來水溫度10 ℃左右，擬采取加蓋、保溫等措施，提高冬季污水運(yùn)行溫度。

為強(qiáng)化冬季生化處理系統(tǒng)運(yùn)行效果，提高氧氣利用率、減少生化池污水熱量耗散，該污水廠已完成了曝氣方式改造，將奧貝爾氧化溝原有轉(zhuǎn)刷曝氣器更換為“鼓風(fēng)機(jī)+微孔曝氣器”的底部曝氣方式。

本項(xiàng)目保溫提效改造工程包括三個(gè)子項(xiàng)。

2.1 保溫工程

本工程對(duì)生化處理構(gòu)筑物池體外側(cè)壁和鼓風(fēng)機(jī)至奧貝爾氧化溝之間的曝氣管道進(jìn)行保溫。

池體保溫材料選用EPS聚苯板，池體保溫系統(tǒng)由EPS聚苯板、聚合物砂漿、耐堿型玻纖網(wǎng)格布和機(jī)械錨固件四大部分組成。保溫范圍為厭氧池、奧貝爾氧化溝、二沉池外壁地下1.0 m至池頂。曝氣管道保溫材料采用復(fù)合鋁箔玻璃棉保溫管。

經(jīng)初步計(jì)算，池體保溫完成后，較之池體不做保溫，可減少池壁、池體與周圍的導(dǎo)熱熱損失30%左右；曝氣管保溫后可減少與外界的對(duì)流和輻射熱損失約80%。

2.2 加蓋工程

為減小厭氧池和奧貝爾氧化溝表面蒸發(fā)和傳導(dǎo)熱量損失，在上述兩座構(gòu)筑物池頂加蓋保溫。目前污水池加蓋形式主要有三種，分別是陽(yáng)光板+鋼結(jié)構(gòu)、玻璃鋼結(jié)構(gòu)、膜結(jié)構(gòu)。常用污水池加蓋形式優(yōu)缺點(diǎn)比較，如第225頁(yè)表1所示。

近年，膜結(jié)構(gòu)在污水處理廠加蓋中應(yīng)用逐步增多。污水池加蓋的膜結(jié)構(gòu)形式主要有浮膜結(jié)構(gòu)、充氣膜結(jié)構(gòu)、反吊膜結(jié)構(gòu)和平拉膜結(jié)構(gòu)四種，如第225頁(yè)圖1～圖4所示。

2.2.1 浮膜

浮膜的結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，后期尾氣收集處理量小，經(jīng)濟(jì)性好，主要適用于靜態(tài)或流動(dòng)性不大的水體，但是造型單一，外部造型不美觀，直接接觸水體，對(duì)膜材的耐腐蝕抗氧化性能要求高。

表1 常用污水池加蓋形式優(yōu)缺點(diǎn)比較

圖1 玻璃鋼加蓋 圖2 充氣膜加蓋

圖3 浮膜加蓋 圖4 反吊膜加蓋

本項(xiàng)目厭氧池水面存在一定的浮泥，不利于浮膜與水面貼附，刮大風(fēng)時(shí)，容易導(dǎo)致破壞性撕裂；在好氧池的底部有鼓風(fēng)設(shè)備對(duì)水體進(jìn)行曝氣充氧，浮膜的存在會(huì)增加鼓風(fēng)設(shè)備的風(fēng)阻，長(zhǎng)期運(yùn)行對(duì)鼓風(fēng)設(shè)備造成一定的損害。

2.2.2 充氣膜

充氣膜，其結(jié)構(gòu)內(nèi)部無梁無柱，依靠空氣支撐，造型美觀，造價(jià)適中，適用于大面積區(qū)域的封閉。但是，充氣膜內(nèi)部為正壓，與密閉除臭的微負(fù)壓收集理念不符，同時(shí)，充氣膜內(nèi)部空間大，會(huì)導(dǎo)致尾氣處理風(fēng)量加大，增加后期運(yùn)行成本。

2.2.3 反吊膜

鋼結(jié)構(gòu)在外，膜材在鋼結(jié)構(gòu)與池體之間，避免鋼結(jié)構(gòu)與腐蝕性氣體直接接觸，有效延長(zhǎng)鋼結(jié)構(gòu)的使用壽命。特點(diǎn)：造型多樣，結(jié)構(gòu)美觀。但是，用于大跨度的池體，結(jié)構(gòu)重量大，對(duì)池體的結(jié)構(gòu)尺寸及強(qiáng)度要求高，造價(jià)較高。

2.2.4 平拉膜

平拉膜，國(guó)外技術(shù)，與反吊膜原理類似，鋼結(jié)構(gòu)在外，膜材在鋼結(jié)構(gòu)與池體之間。與反吊膜結(jié)構(gòu)相比，平拉膜結(jié)構(gòu)密閉空間小，后續(xù)臭氣處理設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用低；用鋼鎖代替鋼材，用鋼量小，對(duì)池體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求較低，造價(jià)適中。但該技術(shù)為專利技術(shù)，需支付專利使用費(fèi)。

綜合考慮一次性投資、使用壽命等因素，最終選用了反吊膜結(jié)構(gòu)。

2.3 除臭工程

需對(duì)加蓋后密閉空間內(nèi)的臭氣進(jìn)行抽吸處理。為改善污水處理廠職工的勞動(dòng)條件，以及污水處理廠周邊的空氣質(zhì)量，將有人員出入且臭氣濃度較高的粗格柵間、細(xì)格柵間、污泥脫水間一并考慮除臭處理。

厭氧池、奧貝爾氧化溝缺氧區(qū)換氣量按3 m3/m2·h計(jì)算。奧貝爾氧化溝好氧區(qū)換氣量按曝氣量的1.1倍計(jì)算。粗格柵間、細(xì)格柵間及污泥脫水間按換氣次數(shù)8次/h計(jì)算。滲入風(fēng)量系數(shù)為5%?？偝魵馓幚砹繛?5 000 m3/h。

目前國(guó)內(nèi)外污水處理廠常用的除臭技術(shù)有生物除臭、化學(xué)除臭、活性炭吸附、高能離子除臭、UV納米真空紫外光解等方法[2]。常用技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)比較如表2所示。

表2 常用除臭技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)比較

2.3.1 化學(xué)噴淋

通過利用酸(堿)溶液和堿(酸)性有機(jī)氣體的化學(xué)反應(yīng)來對(duì)惡臭氣體進(jìn)行去除，如使用氫氧化鈉去除甲硫醇(CH4S)、甲硫醚(C2H6S)、二硫化碳(CS2)和二甲二硫(C2H6S2)等強(qiáng)惡臭酸性氣體，采用硫酸去除氨氣等堿性氣體等。

2.3.2 生物除臭

通過附著在反應(yīng)器內(nèi)填料上的微生物，將廢氣中的污染物轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單無機(jī)物和微生物的細(xì)胞質(zhì)。將揮發(fā)性有機(jī)污染物分解為二氧化碳、水以及其他簡(jiǎn)單的無機(jī)物；將硫化物轉(zhuǎn)化為硫酸鹽，將含氮化合物轉(zhuǎn)化為硝酸鹽或者氮?dú)鈁3]。

2.3.3 高能離子除臭

使用離子發(fā)生裝置發(fā)射出高能正負(fù)離子，與臭氣分子接觸，打開其化學(xué)鍵，分解組合為無味物質(zhì)分子。同時(shí)發(fā)射的離子與空氣中塵埃粒子、固體顆粒碰撞產(chǎn)生聚合作用，形成大的顆粒，依靠自重沉降下來，又可凈化空氣。

2.3.4 UV納米真空紫外光解

高能紫外線(真空紫外線D波段)將臭氣組分的化學(xué)鍵斷裂，氧氣同時(shí)被裂解形成游離態(tài)的原子或基團(tuán)，使臭氣中的高分子物質(zhì)降解成無臭無害的低分子化合物，最終產(chǎn)物為CO2、H2O、NO2等。

綜合考慮設(shè)備安全性能、投資、運(yùn)行成本、凈化效率等因素，本項(xiàng)目除臭采用“化學(xué)噴淋+生物過濾除臭技術(shù)”。

除臭裝置采用玻璃鋼材質(zhì)一體化設(shè)備?；瘜W(xué)洗滌段及水洗段空塔流速為0.5 m/s，液氣比為1 L/m3。生物處理段停留時(shí)間為15 s。設(shè)備尺寸為：15 m×7 m×3.2 m(L×B×H)，內(nèi)部分隔為化學(xué)洗滌段、水洗段和生物處理段。含布?xì)夤?、填料及支架、除霧器、加熱及保溫裝置、循環(huán)水箱、噴淋泵等。

臭氣收集風(fēng)管采用玻璃鋼(FRP)管材，主干路和支管均配有風(fēng)量調(diào)節(jié)閥。干管風(fēng)速為10 m/s，支管風(fēng)速5 m/s。主干管架空敷設(shè)，平均底標(biāo)高為5.000 m，高度滿足日常及提效改造施工時(shí)車輛通行。風(fēng)管順氣流走向設(shè)置抬頭坡，坡度0.005，冷凝水自流至池體內(nèi)。

風(fēng)機(jī)采用玻璃鋼變頻離心風(fēng)機(jī)，1臺(tái)，風(fēng)量Q=25 000 m3/h,風(fēng)壓P=3 000 Pa，功率N=37 kW。

3 投資估算及運(yùn)行成本

本項(xiàng)目工程總投資821.46萬(wàn)元，其中工程費(fèi)用659.83萬(wàn)元，工程建設(shè)其他費(fèi)用100.78萬(wàn)元，預(yù)備費(fèi)60.85萬(wàn)元。

經(jīng)分析計(jì)算，本項(xiàng)目建成后，污水處理廠年總成本增加116.67萬(wàn)元，其中動(dòng)力費(fèi)25.97萬(wàn)元、藥劑費(fèi)9.9萬(wàn)元、水費(fèi)0.11萬(wàn)元、工資福利費(fèi)3.6萬(wàn)元、大修理費(fèi)16.42萬(wàn)元、折舊及攤銷費(fèi)52.03萬(wàn)元、其它費(fèi)用8.64萬(wàn)元。

4 設(shè)計(jì)要點(diǎn)總結(jié)及結(jié)論

1) 加蓋工程應(yīng)充分考慮日常運(yùn)行操作需要，開設(shè)必要的取樣口，觀察口，雨水口。水下安裝有水泵、潛水?dāng)嚢铏C(jī)等設(shè)備對(duì)應(yīng)區(qū)域膜面應(yīng)設(shè)置可開啟式檢修口。

2) 為確保均勻吸風(fēng)，避免死角，對(duì)于大跨度池體，應(yīng)在吸風(fēng)口對(duì)立面設(shè)置補(bǔ)風(fēng)口。

3) 因污水散發(fā)臭氣濕度大，具有腐蝕性，應(yīng)對(duì)加蓋鋼支架、操作平臺(tái)鋼制走道板及防護(hù)欄桿、池頂風(fēng)管支架加強(qiáng)防腐，以延長(zhǎng)其使用壽命。

4) 污水處理構(gòu)筑物加蓋后，會(huì)導(dǎo)致夏季池內(nèi)水溫過高，影響生化池正常運(yùn)行，加蓋設(shè)計(jì)應(yīng)考慮蓋板的可拆卸性。

5) 對(duì)于初沉池、曝氣沉砂池等設(shè)有帶操作平臺(tái)的刮泥機(jī)等大型上人設(shè)備的池體，若將該設(shè)備包在加蓋空間以內(nèi)，應(yīng)設(shè)置強(qiáng)制通風(fēng)或自然通風(fēng)措施，避免操作人員缺氧窒息，必要時(shí)應(yīng)安裝有害氣體監(jiān)測(cè)儀表。

綜上，污水處理廠保溫提效改造工程對(duì)改善污水處理廠出水水質(zhì)，節(jié)能減排，改善污水廠職工勞動(dòng)條件、改善周邊地區(qū)空氣環(huán)境質(zhì)量、促進(jìn)當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展意義重大。