地下污泥干化車間冷風降溫系統設計

唐宏輝 劉承東

廣州市市政工程設計研究總院有限公司

0 引言

隨著城市人口增多，工業企業增加，城市規模越來越大，市政污水產生的污泥量產生得也越來越多。污泥干化是一種污泥深度脫水方式，是將熱能傳遞至污泥中的水，并使其蒸發汽化，以降低污泥的含水率的過程。主要干化方式包括低溫干化和高溫干化。

污泥干化工藝設置在地下空間，可減少對地面景觀（地下污水處理廠地面景觀通常被規劃為濕地、體育公園等）的破壞，也杜絕了作為臭氣污染源對地面環境的影響。但由于污泥干化過程工藝設備向車間環境散發的熱量較大，且散發的氣體具有較高臭氣濃度，因此提出針對地下污泥干化車間結合通風除臭系統的冷風降溫系統設計，從而有效降低車間溫度和臭氣等污染物濃度，改善作業人員工作環境。

1 工程概況

廣州市2010 年新建投產了全國第一座地下污水處理廠——京溪凈水廠[1-2]，開創了地下污水處理廠之先河，并在此領域一直走在全國前列，近年更是在中心城區新建和擴建了多個地下污水處理廠，并積極推進污泥減量，將污泥干化工藝設置在各地下污水處理廠地下空間內。

根據《廣州市城鎮生活污水處理廠污泥處理處置技術指引》，廣州市中心城區污泥處理處置主要方法是首先將污泥脫水到含水率60-80%，然后干化減量至含水率30-40%外運堆肥、填埋、焚燒或制作建材。推薦工藝路線為就地廠內處理方式：濃縮+深度機械脫水+熱干化（優先選用低溫干化）。

2 冷源方案比選

一般地下污泥干化車間分為負一層和負二層兩層，面積根據不同工藝和規模有所不同，但單層小于1000 m2。據多個項目估算，冷風降溫系統負荷基本小于1000 kW。

冷源方案可選擇性很多，主要有：風冷螺桿冷水系統、水冷（再生水或冷卻塔）螺桿冷水系統、風冷直膨式空調機組系統、水冷（再生水或冷卻塔）直膨式空調機組系統。需要通過比選才能確定究竟選用何種冷源方案適合地下污水處理廠和污泥干化車間。

中心城區之所以建設地下污水處理廠，從很大程度來講是因為地面污水處理廠占地較大，為了集約化利用土地的需要。

首先，地下污水處理廠地面區域通常被規劃為濕地、體育公園等，甚至可能用來作為綜合開發。從景觀，衛生和綜合開發考慮，在地面設置大型室外風冷設備或冷卻塔都不合適。另外，污水處理廠水資源是非常豐富的，尤其是出水或再生水，水量相當大，最小的污水處理廠日處理能力都在8 萬立方米以上，完全可以用來進行利用。因此選用水冷（再生水）系統是合適的。其次，地下空間可利用面積并不寬裕，各污泥干化工藝設備布置非常緊湊，很難留出一個較大面積區域作為冷水機房。

綜合以上論述，選擇再生水冷卻直膨式空調機組系統方案是符合地下污泥干化車間實際情況的。

3 系統設計

3.1 空調負荷計算

污泥干化車間負荷計算室內、外參數（工程地點：廣州）如下[3]：室內溫度30 ℃，夏季室外空調計算干球溫度34.2 ℃，夏季室外空調計算濕球溫度27.8 ℃。

地下污泥干化車間冷風降溫負荷包括三個部分：污泥脫水，干化設備散熱負荷，新風負荷和頂部吊裝口玻璃傳熱負荷。

污泥干化設備散熱負荷需要設備廠家提供，由于各個設備廠家采用的脫水+干化工藝不一樣，有的是離心脫水+薄層干化，有的是板框脫水+圓盤干化，有的是板框脫水干化一體，有的是板框脫水+干化，因此設備廠家提供的數據沒有可比性，數據可靠性也大打折扣。為了減少和便于核實污泥干化設備散熱負荷，統一要求各設備廠家提供所有熱源管路和設備表面積，并保證表面溫度不大于34 ℃，這樣可以通過34 ℃表面溫度物體傳熱到30 ℃空間計算出傳熱量。由于有廠家反映不是每個地方保溫都能保證表面溫度34 ℃，因此考慮一定的系數，需要與廠家具體溝通確定。

冷風降溫的風量為全新風直流，應考慮此部分負荷，且占比很大。

地下污泥干化車間吊裝口的封閉有很多種方式，有用膜結構，有用鋼結構+鋼板，有用鋼結構+玻璃罩等。此次建筑專業均選用鋼結構+玻璃罩的形式進行吊裝口封閉，雖然白天可采光，車間視覺效果得到改善，但帶來冷風降溫負荷增加的問題。

3.2 風系統設計

3.2.1 風量計算

對于污泥干化車間環境控制指標，最主要的是H2S，NH3和臭氣濃度（無量綱）等[4]。為了去除和稀釋這些有毒有害氣體，除臭系統風量計算都是圍繞這些指標達標進行。除臭系統風量計算換氣次數取值可參考表1：

表1 風量計算換氣次數取值

為了防止有臭氣源房間向其它品質較好房間擴散臭氣，臭氣源房間相對于其它品質好房間一般都做到5～10 Pa 負壓。污泥干化車間屬于地下污水處理廠最臭的區域之一，負壓控制更加需要重視，要不然整個地下空間都會受之影響。因此送風量要小于除臭風量（排風），一般可以按各單體壓差控制計算，也可按經驗數據除臭風量的70%取值。

3.2.2 空氣處理過程

首先，污泥干化工藝專業一般將脫水工藝設置在負一層，干化工藝布置在負二層。其次，地下污泥干化車間風量比較大，設置一臺空調機組對風系統管路設計帶來較大困難。因而負一層和負二層各設置一臺直膨式空調機組，分別對各層所需新風進行了冷風降溫處理。

負一層和負二層冷風降溫負荷構成不一致，負一層負荷包括玻璃傳熱，新風負荷和板框壓濾設備散熱負荷。負二層包括新風負荷和干化設備散熱負荷。風量計算換氣次數也不相同。因此空調機組的空氣處理過程也不一樣。必須要根據冷量和風量的匹配，核實空調機組能否處理到所需送風狀態點。

由于受建筑布局影響和自身設備特點，有部分污泥干化工藝專業將脫水和干化工藝兩者同層布置，空調機組可以根據現場情況合設一臺也可分設兩臺，合設一臺時需校核脫水間和干化間風量與冷量的匹配關系。

3.2.3 氣流組織設計

冷風降溫系統送風方式和送風口位置及形式需結合除臭系統臭氣收集管路和收集口位置統一考慮。首先，污泥干化車間為高大空間，新風經空調機組冷風降溫后又經過氧離子發生器，既有降溫作用，又有除臭功能，故送風應送至工作人員經常檢修及行走的區域，如設備檢修處、通道、板框壓濾機玻璃罩內走道等地方。

其次應杜絕送風口與臭氣收集口短路，以免浪費能源和離子除臭效能，臭氣收集口設置在臭氣源內（干化機、板框壓濾機、料倉、凝水箱、調理罐、濃縮池、提升運輸系統）和大空間、裝泥間上部空間。送風口與臭氣收集口在水平，垂直空間上拉開距離。

3.3 水系統設計

目前污水處理廠的再生水水質指標符合《城市污水再生利用景觀環境用水水質》GB/T18921-2019 要求，對比《采暖空調系統水質》GB/T29044-2012 開式循環冷卻水水質和《城鎮污水熱泵熱能利用水質》CJ/T337-2010 再生水水質標準，污水處理再生水水質和冷卻水水質兩者關注的指標略有不同，尤其在濁度，電導率，鈣硬度，總堿度和氯離子（CL-）等指標上，再生水水質沒有要求。

筆者收集了部分污水廠的再生水水質測試數據，部分冷卻水水質關注的指標如鈣硬度還單獨做了試驗，均低于《城市污水再生利用景觀環境用水水質》GB/T18921-2019 要求，故直接將再生水作為空調系統冷卻水。

根據負一層和負二層空調負荷數據，計算水冷直膨式空調機組冷卻水流量，冷卻水采用廠區再生水，設計進、出水溫度28/33 ℃，共設置兩臺冷卻水泵，一用一備。

典型水系統原理圖見圖1。

圖1 水系統原理圖

4 設計重點與難點

污泥干化工藝設備以及其連接的管道發熱是車間熱負荷主要來源，必須由設備廠家進行保溫，保溫層表面溫度應≤34 ℃，在避免燙傷作業人員的同時降低車間內散熱。

污泥干化工藝設備漏風率高，不僅臭氣會泄露，散熱量也會增高，導致所需除臭風量和送風量相應增大，車間熱負荷也增大。因此需要規定廠家設備漏風率不高于0.01%。

建筑專業對設備吊裝口的封閉措施和處理方式對降低車間內熱負荷也有較大的作用，比如如果建筑專業采用鋼結構+玻璃罩方式，則建議玻璃罩優先選用low-e 玻璃。

對暖通空調專業來說，冷卻水系統為直流式，只要知道取水點與排水點在何處，引管取水和排水即可。但對污水處理工藝而言，與工藝的設計有直接關系。取水點是設在消毒段后，如果取水點設在巴式計量槽前，則排水點也需設在巴式計量槽前，保證此部分再生水能夠被計量。如果設在巴式計量槽后，則排水點也必須設在巴式計量槽后，避免此部分再生水被重復計量。另外還需避免取水點與排水點距離過近。

應充分與污水處理工藝專業溝通，并告知冷卻水會有大約5 ℃[5]的溫升，且不存在冷卻水被污染的情況。如果工藝專業認為有污染，則冷卻水會排至污水處理工藝進水段。

如果水質標準不完全滿足，則需要針對具體水質情況考慮設置中間換熱器或對機組冷卻水側換熱器材質防腐性能予以提高。因此無論采用何種設計，均應該以再生水水質試驗分析結果為前提。

5 結語

各污水處理廠配置污泥干化工藝，對污泥減量有積極的意義。當污泥干化設備設置在地下時，在南方地區如果通過通風不能解決污泥干化車間排熱時，需考慮冷風降溫問題。利用再生水采用水冷直膨式末端設備冷卻新風經氧離子發生器后送入車間，既滿足污泥干化車間通風除臭的要求，也滿足冷風降溫的需要，改善了生產環境，保障了員工健康，同時對地面景觀不造成影響。