地下污水處理廠通風除臭系統(tǒng)風量平衡及均勻性研究

張 雪，薛 穎，張春鵬

（1.上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司，上海 200092；2.上汽大眾汽車有限公司，上海 201805）

地下污水處理廠將傳統(tǒng)地上污水處理構筑物移至地下一體化箱體內，從而釋放上部地面空間用于進一步開發(fā)建設，提升土地利用價值，近年來在國內外被廣泛采用。地下污水處理廠處于全地下封閉環(huán)境，若通風除臭問題解決不好，造成臭氣聚集或外溢，不僅會降低上部土地的開發(fā)價值，更重要的是會威脅污水處理廠工作人員的人身安全，因此地下污水處理廠通風除臭系統(tǒng)的設計與運行至關重要。本文以泰和污水處理廠為例，進行通風除臭系統(tǒng)風量平衡分析、風管管路及系統(tǒng)均勻性模擬，以期評估通風除臭系統(tǒng)設計的合理性，為同類型設計提供參考。

1 研究背景

泰和污水處理廠位于上海市寶山區(qū)，設計規(guī)模為40 萬m3/d，采用全地下形式建設。地下一體化箱體總長約為350 m，寬約為350 m，地下分兩層，地下一層為操作層，凈高6.5 m，地下二層為構筑物池體及管廊層。本研究主要針對初沉池、生物反應池及二沉池區(qū)域，區(qū)域長約為350 m，寬約為175 m。為提高地下箱體的空氣品質，降低污染物濃度，保障工人安全，泰和污水處理廠地下一體化箱體內共設有5 套機械通風除臭系統(tǒng)，包括暖通系統(tǒng)、大空間除臭系統(tǒng)、離子送風系統(tǒng)、生物除臭系統(tǒng)以及其他風管系統(tǒng)（主要為設備或其他空間排風所設置）。

2 風量平衡理論計算

2.1 排風量計算

排風量計算主要涉及兩個方面，即操作層機械排風系統(tǒng)和蓋板縫隙漏風[1-2]。經(jīng)合計，地下一層總排風量Qout為2 953 029.33 m3/h。因此，地下一層總排風量約為295 萬m3/h。下面說明具體計算過程。

2.1.1 操作層機械排風系統(tǒng)

地下一層大空間機械排風系統(tǒng)有兩套，一套為暖通系統(tǒng)，另一套為大空間除臭系統(tǒng)。暖通系統(tǒng)共設有32 臺低噪聲柜式離心風機（型號HTFC-B-Ⅲ-No33），每臺風量為59 169 m3/h，同時設有8 臺低噪聲柜式離心機（型號HTFC-B-Ⅲ-No36S1），每臺風量為69 536 m3/h。經(jīng)計算，暖通系統(tǒng)總排風量Qbig為2 449 696 m3/h。大空間除臭系統(tǒng)共設有4 套活性炭除臭設備，每套設備排風量為100 000 m3/h。經(jīng)計算，大空間除臭系統(tǒng)總排風量Qod為400 000 m3/h。經(jīng)合計，地下一層總機械排風量Q1為2 849 696 m3/h。

2.1.2 蓋板縫隙漏風

為防止地下二層生物反應池中的臭氣從蓋板縫隙溢出至地下一層大空間中，地下二層蓋板上的生物除臭風口的總排風量大于生物反應池的曝氣量，在生物反應池中形成負壓。由負壓產生的滲透風量來自地下一層，通過蓋板縫隙滲透入生物反應池內。下面計算負壓形成的滲透風量。生物除臭系統(tǒng)的風管位于地下一層大空間中，風口位于地下二層生物反應池的蓋板上，主要用于地下二層曝氣池除臭，共有4 套系統(tǒng)，每套排風量為55 000 m3/h。經(jīng)計算，生物除臭系統(tǒng)總排風量Qodb為220 000 m3/h。地下二層好氧曝氣池內，總曝氣量為116 666.67 m3/h。經(jīng)作差，蓋板縫隙漏風總量Qf為103 333.33 m3/h。

2.2 送風量計算

2.2.1 地下一層機械送風系統(tǒng)

離子送風系統(tǒng)為地下一層大空間的機械送風系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要用于地下一層大空間走廊和中間走道送風，風管設置高度為2 m，多孔垂直立管送風，風口高度為1～2 m，共設有2 套離子送風系統(tǒng)，每套送風量為65 000 m3/h。經(jīng)計算，離子送風系統(tǒng)總送風量Qion為130 000 m3/h。

2.2.2 天窗滲透風

由小節(jié)2.1 可知，地下一層大空間總排風量約為295 萬m3/h。由小節(jié)2.2.1 可知，地下一層大空間總機械送風量為13 萬m3/h。根據(jù)風量平衡，經(jīng)作差，從天窗等位置滲透入室內的新風量Qin約為282 萬m3/h。

2.3 換氣次數(shù)

地下一層大空間模擬區(qū)域長約為350 m，寬約為175 m，高約為6.5 m。經(jīng)計算，其體積V為398 125 m3。根據(jù)式（1）計算，地下一層大換氣次數(shù)n為7.42 次/h。泰和污水處理廠工程設備房間為廠房，上部為公共開放綠地，地下部分為封閉大空間，按照廠房進行設計，采用全面機械通風方式，根據(jù)相關規(guī)范要求，換氣次數(shù)不小于6 次/h，現(xiàn)換氣次數(shù)為7.42 次/h，滿足相關規(guī)范要求。

3 風管內風量均勻性研究

3.1 暖通系統(tǒng)單根排風風管

暖通系統(tǒng)排風管基本平行布置，每根暖通風管接1 個獨立排風風機，不同風管的形狀基本相似，因此選取最長的單根管路（長153.2 m）進行模擬，研究該排風風管的風量均勻性，三維模型按照暖通設計圖紙原樣建成。由模擬結果可知，該排風管壓力分布不均勻。左端接排風風機的風口靜壓在163～190 Pa（負壓），越靠近右端，風管內靜壓越低。風管內的速度分布也不均勻，同時存在遠端風口風量極低的情況。距離左端排風風機最近的排風口風量最大，之后每個排風口的排風量逐漸遞減，最遠端5 個排風口的風量基本為零。

3.2 生物除臭系統(tǒng)支管

生物除臭系統(tǒng)的風管管路復雜，多根平行支管與主管相連，主管最終連接至活性炭除臭設備中。主管與支管間存在閥門，因此選取單根支管進行風管內風量均勻性的模擬分析。由模擬結果可知，支管接主管的風口靜壓在21～24 Pa（負壓），距離支管總風口越遠，風管內靜壓越低。該支管的速度分布與風量分布也不均勻，距離總管最近的排風口風速最高、風量最大，距離主管越遠，風速與排風量均越低，但不存在排風口風量為零的情況。

3.3 生物除臭系統(tǒng)閥門調節(jié)

生物除臭系統(tǒng)每個排風口處均設置有調節(jié)閥，由于閥門調節(jié)對生物除臭系統(tǒng)的影響效果不明確，因此選取1 套生物除臭風管系統(tǒng)，模擬閥門調節(jié)前后生物除臭風管內部氣流組織的分布。首先對生物除臭風管進行無閥門情況下的管路均勻性模擬，在得到管路流場分布后，再模擬閥門調節(jié)后管路內的氣流組織分布。

閥門調節(jié)前，生物除臭系統(tǒng)的模擬結果如圖1所示。由此可以看出，遠端管段左側風管內的風速極低，風管均勻性較差，氣流在左邊管路入口處形成渦流，可能是因為右側管路管徑較大，阻力較低，風速較大。左側回風口形成渦流，阻礙管內的流動。閥門調節(jié)后，生物除臭系統(tǒng)的模擬結果如圖2所示。

圖1 閥門調節(jié)前生物除臭系統(tǒng)流速分布

圖2 閥門調節(jié)后生物除臭系統(tǒng)流速分布

由此可以看出，閥門調節(jié)后，各管段的速度分布基本均勻，相較于閥門調節(jié)前，風管均勻性明顯提高。調節(jié)前幾乎不抽風的遠端左側管段，經(jīng)過閥門調節(jié)，抽風量與其余管段相近。閥門調節(jié)前，遠端管段左側風管內由于阻力形成渦流，調節(jié)后，渦流基本消失，氣流組織正常。綜上所述，對于管路長且復雜的生物除臭系統(tǒng)，若不設置閥門調節(jié)，除臭風管的均勻性較差，尤其遠端風管存在抽不動風的情況?？梢酝ㄟ^控制調節(jié)閥，調整各支管的風管阻力，使得風管均勻性提高。

4 結語

本文根據(jù)泰和污水處理廠通風除臭系統(tǒng)的設計圖紙建立詳細的三維模型，并對風管、設備等結構做適當簡化，對風管系統(tǒng)的排布做細微調整。研究表明，根據(jù)大空間內排風量和送風量、蓋板的滲透風量和天窗的進風量，經(jīng)風量平衡計算，大空間的換氣次數(shù)為7.42 次/h，滿足相關規(guī)范設計要求。通過對暖通風管、生物除臭風管的單根風管風量均勻性進行模擬，結果發(fā)現(xiàn)，暖通風管風口排風量不均勻，且回風口并沒有風閥，需要進一步優(yōu)化。生物除臭系統(tǒng)的支管閥門調節(jié)前，管路內的流場較為不均勻，管內局部會形成渦流，阻礙流動，閥門調節(jié)后，管內流場與流量分布較為均勻，因此可以通過控制調節(jié)閥，調整各支管的風管阻力，提高風管均勻性。地下污水處理廠通風除臭系統(tǒng)的布置對于維持污水處理廠的正常運行、保障人員安全具有重要意義，隨著污水處理廠處理規(guī)模的增加，通風除臭系統(tǒng)的工程投資也相應增加。經(jīng)模擬分析，對于大空間的機械排風系統(tǒng)，沒有必要按整個區(qū)域通長布置，建議根據(jù)風管均勻性模擬結果，減少風管長度，在保障通風安全的基礎上節(jié)省工程投資。此外，對于地下污水處理廠的除臭系統(tǒng)，建議在支管處設置風量調節(jié)閥，平衡各個點的除臭風量，保證區(qū)域排風均勻，增強控制靈活性。