深圳市滨河百富策略白菜网规模为30×104m3/d, 分三期建成, 其中三期工程设计能力为25×104m3/d, 处理工艺为AB法。B段采用T型氧化沟, 污泥经过前浓缩池、后浓缩池、匀质池后进入脱水机房。污泥在前、后两座浓缩池内厌氧发酵, 周边区域硫化氢浓度长期高于14 mg/m3, 属高浓度臭气源。对浓缩池进行除臭改造, 将有效解决臭气污染问题, 极大改善周边环境。

污泥浓缩池除臭的总体思路是封闭池体以限制臭气外逸扩散, 并收集臭气进行连续集中处理, 最终达标排放。

除臭工艺流程见图1。

前、后两座污泥浓缩池的直径均为20 m, 在如此大跨度且装有周边传动刮泥机的圆形池体上加盖封闭, 国内污水厂的成熟经验并不多。如何在保证封闭效果的同时兼顾设备维修和投资成本, 是该除臭工程的重点和难点。传统的碳钢或不锈钢骨架与PC板或玻璃钢板的组合在空间适应性、经济性、美观性等方面存在不足, 难以达到理想效果。近几年兴起的膜结构具有强度高、质量轻、耐腐蚀、造型美观、施工简便等优点, 广泛百富策略白菜网于建筑、景观、商业等领域, 移植到环保行业将有助于解决一系列的难题。

膜结构是由高强薄膜材料 (PVDF、PTFE或ET-FE等) 及加强构件 (钢架、钢柱或钢索等) 通过一定方式使其内部产生一定的预张应力以形成某种空间形状, 作为覆盖结构, 并能承受一定的外荷载作用的一种空间结构形式。膜结构分为骨架式、张拉式和充气式三种形式, 在环境工程中百富策略白菜网较多的是骨架式膜结构。针对污泥浓缩池的封闭, 骨架式膜结构可设计成固定式高盖和随动式低盖两种方式。固定式高盖是钢结构将膜反吊, 整个池体和设备笼罩其中, 而钢结构外露隔离。随动式低盖则只封闭池体, 设备外露, 且密封罩随刮泥机一起运转。两种加盖方案的优缺点对比见表1。

经过测算, 低盖的容积仅为高盖的1/2, 而且日常操作时人员无需进入封闭空间, 换气次数也比高盖少, 因此低盖的除臭气量约为高盖的40%, 工程造价可节约40%~50%, 经济效益非常显著。此外, 低盖更有利于人员的作业安全和设备的使用寿命, 是污泥浓缩池封闭的首选方案。

目前膜结构普遍采用专门的商业软件辅助设计。每个浓缩池的膜面由25个均匀布置的拱形支架支撑 (如图2所示) , 支架主材为50 mm×50 mm×2 mm不锈钢方通。拱形支架一端固定在刮泥机中心平台上, 另一端固定在沿池体圆周方向的随转支架上。随转支架与刮泥机的驱动机构连接在一起, 采用160 mm×50 mm×2 mm不锈钢方通制作, 由6英寸 (1英寸=2.54 cm) 聚氨酯轮支撑。完整的钢结构如图3所示, 可以看到, 刮泥机的走道和中心平台并不受影响, 方便巡检和维修。

随动式低盖膜结构的设计关键点是力学平衡。膜结构保持稳定的两个要素是负高斯曲面 (互反曲面) 和预张力, 使得薄膜在任何荷载作用下均受拉, 防止薄膜的任何部分或者任何构件松动, 亦即预张力所产生的拉力应足以抵消薄膜在任何荷载作用下可能产生的压力。污泥浓缩池的膜曲面和预张力示意如图4所示。

任何复杂曲面的膜面都是由简单曲面组合而成的, 以便于膜的加工制作及安装修补。大覆盖面积的膜结构应进行适当的分区, 以减小单片膜面的面积。本工程采用德国赛德乐PVDF膜材, 每座池体总用膜面积约400 m2。膜面分片加工出厂后, 现场施加预张力并热熔焊接, 边缘用螺栓固定在钢结构上。为满足检修需要, 在靠近刮泥机的一侧开门。膜结构施工效果如图5所示。

刮泥机自重为18 t, 驱动功率为2.2 k W, 膜结构施工完毕后, 总重增加约2.5 t。考虑行走阻力和刮泥阻力, 驱动功率满足系统总荷载, 刮泥机运转速度维持在1.9 m/min。

污泥浓缩池封闭后, 需将其内部的臭气抽送至除臭装置处理, 只要保证封闭空间为微负压状态, 臭气则不会泄漏。两座浓缩池各设6个吸风口, 呈对称分布, 所有吸风口经DN400支管汇入DN600干管, 由离心风机将臭气抽吸输送至除臭装置, 系统布置如图6所示。风管和风机均采用耐腐蚀的玻璃钢材质。

风机的选型视封闭容积、换气次数而定, 计算依据见表2。

两座浓缩池收集的总气量为11 390 m3/h, 考虑10%左右的风损, 单台风机的处理能力确定为12 700 m3/h, 现场安装两台风机, 一用一备。

目前百富策略白菜网采用的除臭方法包括物理法、化学法、生物法三大类, 生物法以运行稳定、经济高效、二次污染少的优点成为主流。生物法分为土壤法、生物滤池法和生物滴滤法, 虽然都是微生物降解原理, 但构造、载体等存在明显差别。土壤法是利用土壤吸附、降解臭气, 配套设备简单, 无需添加药剂, 但土壤风阻大, 容易板结, 已很少采用。生物滤池法是利用树皮、木屑等天然多孔物质接种微生物, 需要定期更换载体, 且占地面积较大。生物滴滤法则是利用陶粒、竹炭等惰性填料表面覆盖生物膜, 并循环喷淋营养物质 (氮、磷、钾等) 。由于生物滴滤法的占地面积较小, 反应条件易于控制, 对高浓度臭气的去除率较高, 因此为本工程所采用。

生物滴滤法的主要反应器为生物滴滤塔, 塔体采用模块化设计, 由铝合金框架和玻璃钢板材拼装而成, 占地面积约40 m2, 结构如图7所示。塔体内部分成四个区域, 上层为雾化喷淋区, 中间为填料过滤区和支撑区, 底层为配气和排水区。臭气被湿润后通过填料区被微生物降解, 从而达到去除污染物的目的。

完整的臭气处理系统如图8所示, 水泵为滴滤塔提供喷淋水和营养液, 而营养液由计量泵直接投入出水总管, 可节省一套专门的稀释水泵和喷淋器。为了实现对风机、水泵等设备的启停切换和状态监测, 以及喷淋周期的调整与设定, 配置一面成套电控柜, 采用PLC控制整个除臭系统的运行, 控制模式包括手动、自动、远程三种。

除臭系统按照《城镇百富策略白菜网污染物排放标准》 (GB 18918—2002) 的一级标准设计, 主要污染物———硫化氢的排放浓度不应超过0.03 mg/m3 (约20 ppb) 。除臭系统建成后, 按每天4次、连续7天的频率对硫化氢浓度进行了检测, 进气浓度由安装在进风管上的在线硫化氢仪读取, 出气浓度在距离排放口5 m边缘处测定, 结果见图9。

从检测结果来看, 硫化氢的进气浓度约11~15mg/m3, 出气浓度为0.004~0.016 mg/m3, 去除率相当高, 说明除臭系统的设计和施工是成功的。

除臭系统的运行成本主要是电费和药费 (系统用水为厂内中水, 水费忽略不计) 。系统总装机容量约20 k W, 风机每天24 h连续运行 (变频) , 水泵和计量泵间歇运行, 实际电耗约250 k W·h/d, 按工业电价为0.76元/ (k W·h) 计算, 每年电费约7万元。投加氮、磷、钾等药剂的费用约5 000元/a, 则除臭系统的总运行成本约7.5万元/a。

(1) 随动式低盖膜结构很好地适应了污泥浓缩池的封闭特点, 最大限度地减小了密闭空间的体积, 减少了除臭风量, 兼顾了人员巡检和设备维护, 降低了除臭系统的投资和运行成本, 值得推广。

(2) 换气次数采用8.5次/h, 比一般不进人空间的经验值要大, 虽然一定程度上增加了除臭气量, 但是适当提升系统的处理能力有助于应对臭气浓度的波动, 抵抗负荷冲击, 保证除臭效果。

(3) 生物滴滤法技术成熟, 运行费用较低, 维护管理简单, 对硫化氢的去除率很高, 且处理过程不产生二次污染, 是城市百富策略白菜网除臭的优选方案。