臭氣全流程治理技術在全地下水質凈化廠的應用

王維康,鐘 穎,王 穎,張輝平,黃 海

(1.深圳市利源水務設計咨詢有限公司,廣東深圳 518031;2.深圳市環境水務集團有限公司,廣東深圳 518031)

目前,隨著我國工業迅猛發展,城市化進程同步呈現高速發展的趨勢。此外,隨著全國經濟的高速崛起以及公眾的環保意識逐漸增強,導致高效發展經濟引起的環境問題與居民對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,水質凈化廠已愈來愈接近高密度居民區,“鄰避效應”也日趨突出。

因此,城市建設規劃時,近年來越來越多的水質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布置形成集中的混凝土結構,處理單元均密封在地下或半地下[1]。由于其設置在地下且相對封閉的特點,更易積聚致臭氣體并難以通過自然通風稀釋和散逸,具有濃度高、擴散慢、分布廣、處理難度較大等特點。此外,臭氣會腐蝕相關設備降低其使用壽命,需采用針對性的臭氣治理技術應對此類水質凈化廠臭氣治理[2]。

鑒于全地下水質凈化廠存在臭氣成分復雜、環境要求高、治理難度大等問題,應在滿足安全生產和相關標準的基礎上,提升水質凈化廠工作環境,保障操作人員身心健康。本文就全流程臭氣治理技術在全地下式水質凈化廠——洪湖水質凈化廠的應用相關要點進行闡述,以期在同類項目的臭氣治理中提供參考。

1 工程背景

洪湖水質凈化廠位于深圳市羅湖區洪湖公園北端,布吉河東側。該廠以“上園下廠”的模式設計為全地下水質凈化廠,地下是處理規模為10萬m3/d的水質凈化廠,地面建成為荷花主題公園。采用膜生物反應器(MBR)處理工藝,處理后出水補充河道和布吉河,水處理工藝流程如圖1所示。該項目周邊已被樓宇包圍,為避免臭氣廠內聚集及外溢造成不利環境影響,同時改善廠內工作人員工作環境,對該廠區一期的預處理區和生化區進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準

經項目全區域臭源識別,本全地下式水質凈化廠臭源點包括格柵、沉砂池、精細格柵、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凈化廠處理,廠內未設污泥處理設施,不考慮污泥除臭。相關臭源分析和硫化氫濃度如表1所示。

表1 項目臭源分析

本項目臭氣污染物排放允許濃度執行《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級標準(表2)。

表2 項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

通過對比,生物法具有較為明顯的優勢,但全地下水質凈化廠預處理區臭氣濃度波動大,可考慮利用工藝組合降低進氣負荷并保障出氣穩定。組合工藝即根據項目特征及處理要求,將兩種或多種除臭工藝進行組合,通過自動化控制技術,形成模塊化組合除臭工藝。研究[10]表明,在單獨使用高能離子設備達到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到99%以上的硫化氫去除率。天津市港區污水廠通過化學洗滌與生物過濾組合工藝對污水廠散發的臭氣進行處理,處理效果不僅能達到天津地標的環保要求,還降低了運行成本[11]。

故本項目主體采用生物法治理,針對濃度波動較高區增加預處理系統,后續處理要求提高時增加深度處理。同時為改善操作空間的環境,降低全廠臭氣的本底值,增加可循環生物除臭工藝。

4 技術路線與方案

本項目由封閉系統、臭氣收集系統、可循環生物除臭系統、末端模塊化除臭系統、負離子新風系統等構成全流程處理除臭系統。其中,針對預處理區和生化區的臭氣濃度特征,末端模塊化除臭系統分別采用“噴淋預處理+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

本項目根據《城鎮污水處理廠臭氣處理技術規程》(CJJ/T 243—2016),對廠區除臭規模進行了詳盡精準地核算。因項目周邊居民日益增多、商業較為發達、進水污水濃度較高,柵渣間、格柵除臭罩等重點部分換氣次數以10～15次/h來計,同時每個構筑物除臭規模均考慮5%～10%的漏損量。

經計算,預處理區除臭規模為35 000 m3/h,生化區除臭規模為60 000 m3/h,總除臭規模為95 000 m3/h。

4.1 臭氣封閉系統

封閉工程是指對產生致臭氣體的臭氣源進行加罩或者加蓋處理,經收集風管將臭氣源產生的臭氣輸送到處理單元進行處理。由于本項目是全地下水質凈化廠,主體構筑物在下層,可結合原有混凝土頂板作為蓋體,對局部敞開式構筑物進行針對性補充封閉,各區域封閉形式及材質如表4所示。

表4 項目臭氣封閉方法及材質

4.2 臭氣收集系統

本項目臭氣收集系統含臭氣收集輸送管道、吸風口、負壓牽引風機等,臭氣經負壓牽引風機離心加壓后經不銹鋼風管進入除臭單元,處理達標后經風機排放。所有吸風口均采用點式抽風,廠內的收集管道和輸送管道均采用304不銹鋼風管,每個風管吸風口處均設置調節閥及風向標。除臭管道設計風速均滿足《城鎮污水處理廠臭氣處理技術規程》(CJJ/T 243—2016)中的要求,干管和支管風速分別滿足6～14 m/s和2～8 m/s。

本項目風機共設5臺,其中預處理區除臭風機2臺,生化區除臭風機3臺,均選用耐腐蝕的玻璃鋼材質詳細參數如表5所示。

表5 配套風機參數

4.3 臭氣處理系統

為降低全廠臭氣本底值及全面保障除臭效果,本項目臭氣處理系統包含高效可循環除臭系統和末端智能模塊化協同除臭系統。在整個除臭工況運行中,全程通過24 h自動化控制技術,對不同工藝段的除臭設備參數進行實時調整和運行管理。

4.3.1 高效可循環生物除臭系統

本項目高效可循環生物除臭系統包含除臭微生物強化系統和除臭污泥回流系統。其中微生物強化系統投放于生化池,無需提供額外動力,共使用14個生物強化培養罐體,每個培養罐內含2種生物強化填料,懸浮安裝于生化池中,每個罐直徑為1 650 mm,高度為1 800 mm,SS304不銹鋼材質,上部和底部設有多孔板;除臭污泥回流系統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,設計回流量為5%,通過活性污泥回流處理達到降低全廠臭氣本底值。高效可循環生物除臭系統經安裝運行后,監測各水處理構筑物產生臭氣中硫化氫、氨氣濃度(表6～表7),可得出經安裝可循環生物除臭系統后,各構筑物產生臭氣中硫化氫、氨氣濃度監測值顯著下降,去除率可分別達到64%～88%、68%～92%。

表6 可循環生物除臭系統安裝前后硫化氫監測值及去除率

表7 可循環生物除臭系統安裝前后氨氣監測值及去除率

目前國內也有多個污水處理廠采用了可循環生物除臭技術,如包頭市北郊水質凈化廠(污水處理規模為10萬m3/d)。同國內其他項目應用情況相比,本項目基于除臭菌種的污水處理系統過程臭氣減量技術,利用緩釋投加生物強化填料并采用回流的方式,從源頭上消除致臭物質,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末端模塊化系統中的生物除臭設備,大大節約生物馴化成本。

4.3.2 末端智能模塊化除臭系統

將生物濾池除臭工藝、光催化負離子氧化除臭工藝、噴淋預洗滌工藝進行整合,開發智能模塊化組合除臭設備,可根據臭氣負荷及波動情況全自動智能化運行。本項目末端模塊化除臭系統包含預處理區噴淋洗滌預處理設備、生物除臭設備、光催化氧化后處理設備以及生化區生物除臭設備。

(1)預處理設備

考慮到預處理區的臭氣濃度較高、波動大,為保障生物除臭菌群的穩定性并降低后續生物處理負荷,預處理區除臭增設噴淋洗滌設備。設304不銹鋼材質洗滌塔1座,采用廠內中水洗滌,配備循環水泵及在線pH監測儀表。詳細參數如表8所示。

表8 噴淋洗滌設備參數

(2)生物除臭設備

生物除臭裝置是整個除臭系統的核心環節,本項目除臭塔采用玻璃鋼材質拼裝制成,除臭塔為全封閉結構,并設有合理的檢修孔、進氣孔、出氣孔等。塔體分為4個區域:上層的霧化噴淋系統,中間的生物填料過濾層,下部的生物填料支撐系統以及底部的配氣系統與廢液收集系統。通過控制表面負荷以及停留時間實現臭氣均勻通過填料,從而達到理想的除臭效果。

生物填料是整個除臭裝置的關鍵,本項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、傳質速率快,更利于微生物在其表面附著、生長和繁殖,從而達到更好的臭氣凈化效果。

本項目預處理區和生化區除臭系統均各設置2座生物除臭裝置,詳細參數如表9所示。

表9 除臭塔設計參數

(3)光催化氧化后處理設備

因預處理區臭氣濃度較高,為防止臭氣濃度異常超高時生物系統降解不徹底,增加深度處理裝置即光催化氧化后處理設備。生化區臭氣濃度較低,生物除臭可以處理達標,故未設深度處理。深度處理主要參數如表10所示。

表10 深度處理系統設計參數

4.4 負離子新風系統

由于是全地下水質凈化廠設計,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壓空間,對重點區域預處理區和速沉池巡檢區增設離子新風系統,其他區域因暖通專業已考慮送風,不再設離子新風系統。預處理區及速沉池操作空間各設計負離子送風設備1套,規模分別為10 000 m3/h和5 000 m3/h。新風系統針對有人員進入的空間,按照特定區域換氣次數為6次/h設計,主要由新風機、離子/臭氧發生設備、送風管道和風幕機組成,通過輸送新鮮空氣或者森林型新風,達到操作空間內臭味減輕的效果。

5 運行效果

洪湖水質凈化廠一期全流程除臭系統于2020年5月投入運行,年運行成本為76.8萬元,折合到污水為0.04元/m3。近1～2年內通過對一期排放口下風向5 m處進行硫化氫、氨氣、甲烷和臭氣濃度無組織監測,得監測數據如圖3所示,對比《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)的一級標準,可以看出氨氣和硫化氫濃度雖然隨季節呈現一定的波動,但均遠低于GB 18919—2002中一級標準,甚至低于深圳市環境水務集團企業內控限值(硫化氫質量濃度為0.02 mg/m3;氨氣質量濃度為0.76 mg/m3;甲烷質量分數為0.5%),甲烷濃度監測長期處于超低濃度,臭氣濃度均為未檢測出。表明全流程除臭技術應用于全地下式水質凈化廠的除臭效果穩定可靠。

圖3 近1～2年內無組織排放氨氣、硫化氫、甲烷監測濃度

6 結論

(1)本項目通過對臭氣源全識別、全封閉,利用可循環生物除臭系統及末端模塊化除臭系統對全地下水質凈化廠臭氣進行全流程治理,主體采用生物法治理,針對性地配合化學噴淋及光催化氧化法,整體除臭規模為95 000 m3/h,處理后臭氣控制標準要嚴于《城鎮污水處理廠污染物排放標準》(GB 18918—2002)一級標準。項目實施為今后全綠色無臭全地下水質凈化廠的建設提供了指導,對大城市污水處理廠提標改造具有重要意義。

(2)本文針對地下水質凈化廠全流程超凈處理臭氣排放進行了長期監測和數據跟蹤,為相關建設標準、排放標準、技術路線等提供數據支撐,對相關管理體系建設具有較好的參考意義。

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