重慶雞冠石污水處理(lǐ)廠為(wèi)重慶市規模最大的污水處理(lǐ)廠，臭氣性質(zhì)複雜，布局分(fēn)散，但缺少針對性的除臭裝(zhuāng)置，對周邊環境造成了不利影響。改造工程采取系統性理(lǐ)念，通過組合加蓋模式進行臭氣收集、等距同程風管進行輸送、高效除臭工藝靈活應用(yòng)，結合多(duō)種創新(xīn)手段精(jīng)準施策，實現優于預期的除臭目标。除臭改造工程自投入運行以來，産生的臭氣經處理(lǐ)後均實現達标排放，即滿足《惡臭污染物(wù)排放标準》(GB 14554—1993)二級标準，惡臭源得到有效控制，除臭效果顯著。
1、項目概括
重慶市雞冠石污水處理(lǐ)廠位于南岸區(qū)雞冠石鎮，曆經多(duō)次改擴建，2010年達到規劃規模，為(wèi)165萬m3/d(雨季)和80萬m3/d(旱季)。其中，2008年建成的二期工程(60萬m3/d)執行《城鎮污水處理(lǐ)廠污染物(wù)排放标準》(GB 18918—2002)一級B标準，2010年建成的三期工程(20萬m3/d)執行《城鎮污水處理(lǐ)廠污染物(wù)排放标準》(GB 18918—2002)一級A标準(SS=18 mg/L)，現出水均優于設計排放标準，為(wèi)重慶市的環境保護和COD減排做出了巨大貢獻。
但是，雞冠石污水處理(lǐ)廠内現有除臭設施并不能(néng)滿足除臭要求，對周邊環境造成了一定的危害。粗格栅及進水泵房、細格栅及旋流沉砂池、初沉池、生物(wù)反應池厭缺氧段、好氧段、污泥處理(lǐ)區(qū)等構築物(wù)均為(wèi)敞開式，臭氣無組織排放。大部分(fēn)蓋闆無法有效密封，仍有大量臭氣無組織排入大氣。随着市民(mín)環境意識的加強，人們對污水處理(lǐ)廠飄散的惡臭污染更加關注，僅2020年12月全國(guó)的惡臭投訴事件就有15 952件，占大氣污染投訴的44.1%。重慶市人民(mín)政府為(wèi)消除雞冠石污水處理(lǐ)廠臭氣對周邊環境的不利影響，縮減影響範圍和衛生防護距離，提高廠區(qū)周邊土地的利用(yòng)價值[可(kě)開發約2 564畝(1畝≈666.67 m2)土地，地區(qū)經濟效益達百億元]，确保廠區(qū)周圍良好的環境空氣質(zhì)量，對廠區(qū)中産生臭氣的構建築物(wù)進行針對性的改造，采取切實有效的環保措施，以實現經濟效益、社會效益和環境效益的統一。
根據工程平面布置，本工程拟對初沉池、生反池厭缺氧段、污泥處理(lǐ)區(qū)進行加罩密封，并針對構築物(wù)單體(tǐ)上的蓋闆增加密封措施，總投影面積共計92 560 m2。後續實現負壓吸引、集中除臭，處理(lǐ)能(néng)力達到13.8萬m3/h。
2.2 規模大、源強高、臭源多(duō)、疊加效應強
雞冠石污水處理(lǐ)廠為(wèi)重慶市最大規模的污水處理(lǐ)廠，總處理(lǐ)規模為(wèi)165萬m3/d(雨季)，污水處理(lǐ)量為(wèi)80萬m3/d(旱季)。該廠十餘年内多(duō)次建設，現有處理(lǐ)構建築物(wù)近60座，其中，初沉池3座，每座散發臭氣的敞開水面面積約有0.45萬m2，3座初沉池散發臭氣總面積為(wèi)1.35萬m2左右;AAO生反池4座，每座厭缺氧區(qū)面積約1萬m2，4座生反池散發臭氣總面積為(wèi)4萬m2左右。
污水處理(lǐ)廠現有處理(lǐ)構建築物(wù)近60座，分(fēn)散在4.67×105m2範圍内。臭氣濃度較高的預處理(lǐ)區(qū)和污泥處理(lǐ)區(qū)與廠外敏感點距離僅200 m左右，除臭難度大。業主要求排氣筒出口臭氣濃度需低于200，為(wèi)國(guó)家标準值的1/10，該标準也僅為(wèi)上海市最新(xīn)的地方臭氣标準最高允許值的1/3，達标難度大。
3、項目技(jì )術特點
3.1 分(fēn)散收集、分(fēn)散處理(lǐ)
雞冠石污水處理(lǐ)廠除二沉池及之後的深度處理(lǐ)區(qū)之外，預處理(lǐ)區(qū)、污泥處理(lǐ)區(qū)、污水深化處理(lǐ)區(qū)均有産臭構築物(wù)分(fēn)布，分(fēn)散的布局給臭氣收集帶來很(hěn)大不便。結合不同工藝臭氣濃度及成分(fēn)的差異性，給出的解決方案是适度集中、分(fēn)散收集處理(lǐ)。按“大集中”“小(xiǎo)集中”分(fēn)别給出布置方案，比較管道投資及處理(lǐ)設施的投資。“大集中”總共采用(yòng)3套除臭裝(zhuāng)置方案，即預處理(lǐ)區(qū)1套、生反池1套、污泥處理(lǐ)區(qū)1套。該方案可(kě)節省除臭裝(zhuāng)置投資，但管路投資大且風機電(diàn)耗增加;“小(xiǎo)集中”采用(yòng)7套除臭裝(zhuāng)置，預處理(lǐ)區(qū)4套(含初沉池2套)、生反池2套、污泥區(qū)1套。該方案針對收集面積大、臭氣負荷高的初沉池和生反池區(qū)域均采用(yòng)了2套除臭裝(zhuāng)置，收集系統的縮小(xiǎo)對區(qū)域内臭氣的均勻收集非常有利。經綜合比較，最終确定采用(yòng)“小(xiǎo)集中”方案(7套除臭裝(zhuāng)置)，總除臭風量為(wèi)13.8萬m3/h。
3.2 運用(yòng)系統化思維，關注全流程
以往的除臭工程往往隻關注送至除臭裝(zhuāng)置的臭氣要達标排放，而忽視了臭氣收集和輸送的有效性。臭氣的“收集→輸送→處理(lǐ)”是整個除臭系統的三大環節，任何一個環節出現問題都會導緻除臭“功虧一篑”，效果大打折扣。收集指如何對産臭構築物(wù)進行加罩，要點是兼顧運行管理(lǐ)的便利性;輸送指臭氣管路系統，要點是如何保證各個構築物(wù)或構築物(wù)内各點臭氣收集的均衡性。
4、臭氧收集——
加罩設計及風量選取
4.1 加罩材料的選擇
雞冠石污水處理(lǐ)廠現有水池基本均為(wèi)敞開設置，故除臭的第一步是選擇合适的加罩材料對現有水池進行密閉加罩，表2為(wèi)目前國(guó)内常用(yòng)的加罩形式。
綜上，結合雞冠石污水處理(lǐ)廠規模大、不能(néng)長(cháng)時間停水施工、景觀綠化視覺效果要求較高的特點，将以上3種加蓋模式進行組合，在适當的地方采用(yòng)合适的加蓋方式，為(wèi)本工程的最優選擇。
巡檢人員密切觀察區(qū)域，如粗格栅間、粗格栅出渣間、沉砂池細格栅等處采用(yòng)便于觀察的透明加罩形式，采用(yòng)雙層鋼化玻璃加不鏽鋼框架的加罩形式，使用(yòng)壽命長(cháng)、外觀整潔美觀。
設備故障率高且臭氣濃度高、需經常放空檢修的大面積構築物(wù)，比如初沉池，采用(yòng)高強度拱形玻璃鋼滑動蓋闆加罩，該種罩采用(yòng)高低蓋設計，可(kě)雙向實現100%面積開啓，方便鏈闆刮泥機的更換檢修。
雞冠石污水處理(lǐ)廠厭缺氧段和好氧段單格尺寸大，跨度均達到15 m以上，好氧區(qū)大部分(fēn)位置跨度達25 m。AAO生物(wù)反應池池壁較薄，混凝土加蓋蓋闆重量大，且需停水施工，工期長(cháng)，對現有運行影響大，對于本工程來說不适宜采用(yòng);反吊膜和高強度玻璃鋼蓋闆具有自重輕、視覺美觀的特性，适合較大跨度的生物(wù)反應池的加蓋。經多(duō)方案比較，最終選用(yòng)反吊膜和高強度玻璃鋼蓋闆協同加罩方案。經環評單位論證，考慮将來除臭标準進一步提高的可(kě)能(néng)性，在厭缺氧區(qū)采用(yòng)高強拱形玻璃鋼蓋闆加蓋，加蓋跨度為(wèi)15 m;好氧區(qū)采用(yòng)反吊膜加罩，跨度達25 m，罩體(tǐ)下部有2 m騰空段近期不封閉，遠(yuǎn)期除臭标準進一步提高時可(kě)通過增加騰空段膜材實現快速封閉。
兩者結合的效果是“各取所長(cháng)、互補其短”，臭氣散發濃度較高的厭缺氧區(qū)采用(yòng)大跨拱形蓋，15 m跨度時最高處僅有1 m，有效降低了除臭風量;好氧區(qū)不除臭，采用(yòng)反吊膜加蓋既美觀又實用(yòng)。本工程反吊膜加蓋和拱形大跨度玻璃鋼加蓋面積均為(wèi)4.5萬m2。
4.2 除臭風量的确定
目前，國(guó)内除臭設計中均采用(yòng)換風次數法确定各單體(tǐ)除臭風量，該種方法簡單易行，但由于換風次數可(kě)取值範圍很(hěn)大，同一個單體(tǐ)規範上允許的換風次數低值和高值可(kě)相差一倍，導緻投資也有一倍的差距，實際應用(yòng)時設計人員按自我習慣取值，實際應用(yòng)效果無法保障。
從加罩除臭機理(lǐ)角度分(fēn)析，好的加罩換風次數應使加罩後所有縫隙中往罩内吹的風速不低于0.3 m/s，一般取0.4 m/s。此種風速下臭氣不會從縫隙中逸散到罩外，從而達到加罩目的。故換風次數應該和罩子的縫隙比(縫隙面積和加罩總面積的比值)相對應，縫隙比越低，換風次數越少，除臭風量也越小(xiǎo)，除臭裝(zhuāng)置投資越省，也越節能(néng)。
本工程在換風次數确定中，首次進行了加罩縫隙的計算，通過縫隙計算确定除臭風量值。
縫隙法計算的原理(lǐ)是認為(wèi)混凝土現澆闆不存在氣體(tǐ)散發可(kě)能(néng)，所有臭氣均從蓋闆縫隙漏出。故統計水池加罩後蓋闆的邊緣長(cháng)度作(zuò)為(wèi)縫隙的長(cháng)度，縫隙的寬度按蓋闆邊固定方式經驗選用(yòng)，采用(yòng)雙向滑動蓋的為(wèi)便于滑動其縫隙偏大，一般取值為(wèi)10 mm左右;玻璃鋼蓋闆為(wèi)膨脹螺栓加橡膠墊固定，其縫隙寬度一般取值為(wèi)2 mm左右;一般的活動蓋闆和反吊膜加罩區(qū)域縫隙寬度居中，一般取值為(wèi)5 mm左右。具體(tǐ)如表3所示。
初沉池采用(yòng)雙向滑動除臭罩，為(wèi)便于滑動，其縫隙較大，故折算後換風次數需達4次/h。反應池采用(yòng)固定蓋加罩，蓋子與池面采用(yòng)橡膠墊及膨脹螺栓固定，可(kě)控制平均縫隙寬度為(wèi)2 mm左右，此時隻需換風次數2次/h，相比于常規的3~6次/h換風次數計算得到的除臭風管及除臭裝(zhuāng)置的投資均大幅降低。
5、臭氧輸送——風管設計
每個吸風口與總管的距離盡量相同是風管布置中的一個基本原則，但實際應用(yòng)中，由于同程布置導緻管路不可(kě)避免地出現繞路等現象，很(hěn)多(duō)設計人員舍棄了同程設計理(lǐ)念，且存在“反正有風閥可(kě)調節阻力”的想法。經測算，雖然風閥可(kě)以調節阻力，但調節能(néng)力有限，故合理(lǐ)的風管布置原則應該是對于收集主管實現同程布置，支管通過閥門調節。圖1為(wèi)小(xiǎo)型構築物(wù)的風管布置，其收集管道基本實現了同程布局，末端3根支管方面，通過對末端CFD模拟後采用(yòng)中間支管縮徑方式，也實現了3根支管的阻力一緻。圖2為(wèi)旋流沉砂池的風管布置，為(wèi)主管同程布置的方式。
除臭風管的冷凝水排放也很(hěn)重要，尤其對于不鏽鋼管道，如不及時排放，冷凝水會融入硫化氫後轉變為(wèi)弱酸，對不鏽鋼管造成嚴重腐蝕。因此，設計中務(wù)必通過管道支架的墊片調整風管水平安(ān)裝(zhuāng)的坡度，設計坡度取0.5%~1.0%，冷凝水通過管道最低點處的排水閥排出。此外，收集幹管和支管風速設計取值不同，分(fēn)别為(wèi)6.0~10.0 m/s和4.0~7.0 m/s。
經分(fēn)析，氣體(tǐ)從縫隙的漏風點進入，至吸風口排出，其沿程阻力損失很(hěn)小(xiǎo)可(kě)忽略不計，主要阻力發生在縫隙處和吸風口處。縫隙處按0.4 m/s風速計，吸風口處按3.0~5.0 m/s風速計，阻力共6~14 Pa，對于整個收集管路的損失(300~700 Pa)來說可(kě)忽略。
試驗表明，氣體(tǐ)的輸送與液體(tǐ)輸送存在很(hěn)大差異，氣體(tǐ)輸送對阻力差異更敏感，也就意味着除臭風管風量的調節難度比水輸送管路更大。除臭風管布置的首要原則是同程原則，即每個吸風口與總管的距離盡量相同，從而大幅降低風閥調節的難度，使每個吸風口風量相同。實際應用(yòng)中，由于大部分(fēn)單體(tǐ)外形不規則，且風管還需考慮與人員通道、生産管線(xiàn)的避讓，吸風口距離總管不可(kě)避免的會存在遠(yuǎn)近，無法實現完全同程，此時就需要通過風管上的風閥對風管阻力進行調節。一個收集系統中最近和最遠(yuǎn)風管的阻力差如小(xiǎo)于單個風閥最大阻力，則可(kě)通過風閥進行調平，如大于風閥最大阻力，則靠風閥無法實現調平，此時管路的同程布局就顯得尤為(wèi)重要。
根據以上分(fēn)析，在風管無法完全同程的情況下，隻能(néng)靠風閥對遠(yuǎn)近風管的阻力進行調平，如何準确地實現調節是一個重要的問題。污水處理(lǐ)廠除臭風管一般均采用(yòng)玻璃鋼或不鏽鋼等不透明材質(zhì)，風管的輸送量無法通過肉眼直觀看出差異。鑒于此，雞冠石除臭項目中采用(yòng)了上海市政工程設計研究總院(集團)有限公司創新(xīn)設計的風量指示器，内部風量值直觀顯示在外部刻度上，結合調節風閥可(kě)實現各支管風量的調平，如圖3所示。該風量指示器采用(yòng)類似加藥管路上的轉子流量計原理(lǐ)，通過對不同形式盤片的試驗，最終選用(yòng)特定開孔比及開孔斜度的镂空等距盤片，在極小(xiǎo)的風阻下(最低風速為(wèi)1 m/s)可(kě)将盤片在不同位置懸停并勻速轉動，通過轉動将一些雜質(zhì)撥開，防止盤片被卡。為(wèi)防止長(cháng)時間運行後裏面有污物(wù)，在盤片上設置了再生水接口，可(kě)接入再生水對内部進行沖洗。
6、臭氣處理(lǐ)——除臭裝(zhuāng)置設計
化學(xué)洗滌法、生物(wù)除臭法、離子除臭法、活性炭(化學(xué)過濾)吸附法、除臭劑噴淋法、全過程除臭法是目前較常用(yòng)的除臭處理(lǐ)工藝，幾種工藝各具特點。針對不同的臭氣含量，采用(yòng)不同的除臭設計參數，在确保達标的前提下節省投資。常用(yòng)除臭工藝優缺點如表4所示。
根據以上分(fēn)析，考慮到預處理(lǐ)部分(fēn)和生反池部分(fēn)實測硫化氫質(zhì)量濃度均低于50 mg/m3，為(wèi)生物(wù)濾池可(kě)有效發揮作(zuò)用(yòng)的範疇，且化學(xué)法需使用(yòng)氫氧化鈉和次氯酸鈉，運輸使用(yòng)不便，故确定本工程采用(yòng)生物(wù)濾池法為(wèi)主的除臭工藝。針對高濃度區(qū)域，如初沉池和污泥濃縮池、濃縮機房等設施，采用(yòng)高效靶向型生物(wù)濾池，内部含兩個不同的生物(wù)濾池模塊，分(fēn)别采用(yòng)不同的内部設計和停留時間，培養嗜酸性細菌(25 s停留時間)和嗜中性細菌(15 s停留時間)的優勢種群，分(fēn)别以臭氣中的硫化氫等無機酸性氣體(tǐ)和甲硫醇等醇類臭氣成分(fēn)為(wèi)靶向目标進行高效去除。兩者聯合可(kě)将臭氣的去除效率從常規的90%提到95%~99%。
生物(wù)濾池采用(yòng)的填料不同，其除臭效果及使用(yòng)壽命也有很(hěn)大差異，生物(wù)濾池常用(yòng)的填料及特性如表5所示。
根據以上分(fēn)析，鑒于本工程對除臭效果要求高，且要求設施使用(yòng)壽命長(cháng)，經多(duō)方位比選最終确定選用(yòng)竹炭填料。竹炭填料價格較高，但其比表面積大，單位體(tǐ)積承載生物(wù)量大，強度高，不宜破碎，且其具有一定吸附作(zuò)用(yòng)，可(kě)在沒有挂膜的時候吸附臭氣發揮除臭功能(néng)，對于着急發揮效用(yòng)的應急項目尤其适用(yòng)。
生物(wù)濾池設計中還有個關鍵性指标，即停留時間。停留時間越長(cháng)，除臭效果越好，但投資和運行成本越高，一般單級生物(wù)濾池停留時間為(wèi)15~40 s。本工程考慮到不同設施臭氣濃度不同，故在停留時間上進行了精(jīng)細化考量，對于濃度較低的粗格栅進水泵房、生反池區(qū)域，設置生物(wù)濾池填料區(qū)停留時間為(wèi)25 s，對于濃度較高的細格栅旋流沉砂池、初沉池、污泥濃縮池，設置生物(wù)濾池填料區(qū)停留時間為(wèi)40 s。
一般除臭微生物(wù)需要一定的溫度才能(néng)保持活性，如在北方地區(qū)需要增加加熱器對噴淋水進行加溫，而重慶地區(qū)尚不需要，且臭氣來自于污水池，在冬天臭氣的溫度也不會低于10 ℃。生物(wù)濾池采用(yòng)玻璃鋼外殼，玻璃鋼本身的低傳熱效率也有利于保溫。
另外，雞冠石污水處理(lǐ)廠内建有一座污泥幹化機房，設計規模為(wèi)450 t/d(進泥含水率為(wèi)80%)，采用(yòng)蘇伊士的兩段法幹化工藝(薄層+帶式幹化)。該工藝共産生兩種臭氣，一種為(wèi)幹化過程中産生的高溫高濃度臭氣(50 ℃左右)，另一種為(wèi)房間内的低濃度臭氣，其中薄層幹化機密閉性好，房間内無需除臭，帶式幹化機無法做到完全密閉，房間内有明顯臭味，且帶機體(tǐ)型大，整體(tǐ)加罩實施難度大。幹化機房緊鄰廠界西側圍牆，圍牆外200 m即住宅小(xiǎo)區(qū)，故本次對幹化機房重點除臭。
鑒于此，針對幹化機房的除臭方案如下：高溫高濃度幹化廢氣采取洗滌降溫+化學(xué)除臭+生物(wù)濾池+活性炭吸附(可(kě)超越)的組合除臭工藝，其中活性炭吸附作(zuò)為(wèi)保障措施，在進氣異常波動或設備檢修造成出氣超标情況下短期使用(yòng)，化學(xué)除臭填料區(qū)接觸時間不小(xiǎo)于3 s，生物(wù)濾池填料區(qū)停留時間不少于40 s;房間内的低濃度臭氣為(wèi)廠房内無組織散發臭氣，采用(yòng)離子送新(xīn)風除臭工藝。
7、處理(lǐ)效果
2019年7月，除臭改造工程完成安(ān)裝(zhuāng)調試工作(zuò)。同年9月，市級環境保護部門通過驗收，處理(lǐ)後達到《惡臭污染物(wù)排放标準》(GB 14554—1993)二級标準。其中排氣筒的實測臭氣濃度也始終低于200。
8、結論
雞冠石污水處理(lǐ)廠除臭專項工程為(wèi)西南地區(qū)首個大型除臭專項工程，采用(yòng)了大量創新(xīn)性的技(jì )術和理(lǐ)念。如在風量計算上采用(yòng)縫隙面積法，在确保除臭效果的基礎上降低了風量，節省了投資;在除臭工藝選用(yòng)上對設計參數進行了精(jīng)細化設計;生物(wù)濾池選型上創新(xīn)采用(yòng)了高效靶向型生物(wù)濾池，提高除臭效率到99%;收集管路上創新(xīn)應用(yòng)了同程管路技(jì )術及可(kě)視化技(jì )術，提高了運行管理(lǐ)質(zhì)量，從而實現了 “收集-輸送-處理(lǐ)”全流程對除臭技(jì )術進行了全面升級。本工程為(wèi)大型污水處理(lǐ)廠的除臭改造工程提供了可(kě)複制、可(kě)借鑒的經驗。