地下污水处理厂通风除臭系统风量平衡及均匀性研究

张 雪，薛 颖，张春鹏

（1.上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司，上海 200092；2.上汽大众汽车有限公司，上海 201805）

地下污水处理厂将传统地上污水处理构筑物移至地下一体化箱体内，从而释放上部地面空间用于进一步开发建设，提升土地利用价值，近年来在国内外被广泛采用。地下污水处理厂处于全地下封闭环境，若通风除臭问题解决不好，造成臭气聚集或外溢，不仅会降低上部土地的开发价值，更重要的是会威胁污水处理厂工作人员的人身安全，因此地下污水处理厂通风除臭系统的设计与运行至关重要。本文以泰和污水处理厂为例，进行通风除臭系统风量平衡分析、风管管路及系统均匀性模拟，以期评估通风除臭系统设计的合理性，为同类型设计提供参考。

1 研究背景

泰和污水处理厂位于上海市宝山区，设计规模为40 万m3/d，采用全地下形式建设。地下一体化箱体总长约为350 m，宽约为350 m，地下分两层，地下一层为操作层，净高6.5 m，地下二层为构筑物池体及管廊层。本研究主要针对初沉池、生物反应池及二沉池区域，区域长约为350 m，宽约为175 m。为提高地下箱体的空气品质，降低污染物浓度，保障工人安全，泰和污水处理厂地下一体化箱体内共设有5 套机械通风除臭系统，包括暖通系统、大空间除臭系统、离子送风系统、生物除臭系统以及其他风管系统（主要为设备或其他空间排风所设置）。

2 风量平衡理论计算

2.1 排风量计算

排风量计算主要涉及两个方面，即操作层机械排风系统和盖板缝隙漏风[1-2]。经合计，地下一层总排风量Qout为2 953 029.33 m3/h。因此，地下一层总排风量约为295 万m3/h。下面说明具体计算过程。

2.1.1 操作层机械排风系统

地下一层大空间机械排风系统有两套，一套为暖通系统，另一套为大空间除臭系统。暖通系统共设有32 台低噪声柜式离心风机（型号HTFC-B-Ⅲ-No33），每台风量为59 169 m3/h，同时设有8 台低噪声柜式离心机（型号HTFC-B-Ⅲ-No36S1），每台风量为69 536 m3/h。经计算，暖通系统总排风量Qbig为2 449 696 m3/h。大空间除臭系统共设有4 套活性炭除臭设备，每套设备排风量为100 000 m3/h。经计算，大空间除臭系统总排风量Qod为400 000 m3/h。经合计，地下一层总机械排风量Q1为2 849 696 m3/h。

2.1.2 盖板缝隙漏风

为防止地下二层生物反应池中的臭气从盖板缝隙溢出至地下一层大空间中，地下二层盖板上的生物除臭风口的总排风量大于生物反应池的曝气量，在生物反应池中形成负压。由负压产生的渗透风量来自地下一层，通过盖板缝隙渗透入生物反应池内。下面计算负压形成的渗透风量。生物除臭系统的风管位于地下一层大空间中，风口位于地下二层生物反应池的盖板上，主要用于地下二层曝气池除臭，共有4 套系统，每套排风量为55 000 m3/h。经计算，生物除臭系统总排风量Qodb为220 000 m3/h。地下二层好氧曝气池内，总曝气量为116 666.67 m3/h。经作差，盖板缝隙漏风总量Qf为103 333.33 m3/h。

2.2 送风量计算

2.2.1 地下一层机械送风系统

离子送风系统为地下一层大空间的机械送风系统，该系统主要用于地下一层大空间走廊和中间走道送风，风管设置高度为2 m，多孔垂直立管送风，风口高度为1～2 m，共设有2 套离子送风系统，每套送风量为65 000 m3/h。经计算，离子送风系统总送风量Qion为130 000 m3/h。

2.2.2 天窗渗透风

由小节2.1 可知，地下一层大空间总排风量约为295 万m3/h。由小节2.2.1 可知，地下一层大空间总机械送风量为13 万m3/h。根据风量平衡，经作差，从天窗等位置渗透入室内的新风量Qin约为282 万m3/h。

2.3 换气次数

地下一层大空间模拟区域长约为350 m，宽约为175 m，高约为6.5 m。经计算，其体积V为398 125 m3。根据式（1）计算，地下一层大换气次数n为7.42 次/h。泰和污水处理厂工程设备房间为厂房，上部为公共开放绿地，地下部分为封闭大空间，按照厂房进行设计，采用全面机械通风方式，根据相关规范要求，换气次数不小于6 次/h，现换气次数为7.42 次/h，满足相关规范要求。

3 风管内风量均匀性研究

3.1 暖通系统单根排风风管

暖通系统排风管基本平行布置，每根暖通风管接1 个独立排风风机，不同风管的形状基本相似，因此选取最长的单根管路（长153.2 m）进行模拟，研究该排风风管的风量均匀性，三维模型按照暖通设计图纸原样建成。由模拟结果可知，该排风管压力分布不均匀。左端接排风风机的风口静压在163～190 Pa（负压），越靠近右端，风管内静压越低。风管内的速度分布也不均匀，同时存在远端风口风量极低的情况。距离左端排风风机最近的排风口风量最大，之后每个排风口的排风量逐渐递减，最远端5 个排风口的风量基本为零。

3.2 生物除臭系统支管

生物除臭系统的风管管路复杂，多根平行支管与主管相连，主管最终连接至活性炭除臭设备中。主管与支管间存在阀门，因此选取单根支管进行风管内风量均匀性的模拟分析。由模拟结果可知，支管接主管的风口静压在21～24 Pa（负压），距离支管总风口越远，风管内静压越低。该支管的速度分布与风量分布也不均匀，距离总管最近的排风口风速最高、风量最大，距离主管越远，风速与排风量均越低，但不存在排风口风量为零的情况。

3.3 生物除臭系统阀门调节

生物除臭系统每个排风口处均设置有调节阀，由于阀门调节对生物除臭系统的影响效果不明确，因此选取1 套生物除臭风管系统，模拟阀门调节前后生物除臭风管内部气流组织的分布。首先对生物除臭风管进行无阀门情况下的管路均匀性模拟，在得到管路流场分布后，再模拟阀门调节后管路内的气流组织分布。

阀门调节前，生物除臭系统的模拟结果如图1所示。由此可以看出，远端管段左侧风管内的风速极低，风管均匀性较差，气流在左边管路入口处形成涡流，可能是因为右侧管路管径较大，阻力较低，风速较大。左侧回风口形成涡流，阻碍管内的流动。阀门调节后，生物除臭系统的模拟结果如图2所示。

图1 阀门调节前生物除臭系统流速分布

图2 阀门调节后生物除臭系统流速分布

由此可以看出，阀门调节后，各管段的速度分布基本均匀，相较于阀门调节前，风管均匀性明显提高。调节前几乎不抽风的远端左侧管段，经过阀门调节，抽风量与其余管段相近。阀门调节前，远端管段左侧风管内由于阻力形成涡流，调节后，涡流基本消失，气流组织正常。综上所述，对于管路长且复杂的生物除臭系统，若不设置阀门调节，除臭风管的均匀性较差，尤其远端风管存在抽不动风的情况。可以通过控制调节阀，调整各支管的风管阻力，使得风管均匀性提高。

4 结语

本文根据泰和污水处理厂通风除臭系统的设计图纸建立详细的三维模型，并对风管、设备等结构做适当简化，对风管系统的排布做细微调整。研究表明，根据大空间内排风量和送风量、盖板的渗透风量和天窗的进风量，经风量平衡计算，大空间的换气次数为7.42 次/h，满足相关规范设计要求。通过对暖通风管、生物除臭风管的单根风管风量均匀性进行模拟，结果发现，暖通风管风口排风量不均匀，且回风口并没有风阀，需要进一步优化。生物除臭系统的支管阀门调节前，管路内的流场较为不均匀，管内局部会形成涡流，阻碍流动，阀门调节后，管内流场与流量分布较为均匀，因此可以通过控制调节阀，调整各支管的风管阻力，提高风管均匀性。地下污水处理厂通风除臭系统的布置对于维持污水处理厂的正常运行、保障人员安全具有重要意义，随着污水处理厂处理规模的增加，通风除臭系统的工程投资也相应增加。经模拟分析，对于大空间的机械排风系统，没有必要按整个区域通长布置，建议根据风管均匀性模拟结果，减少风管长度，在保障通风安全的基础上节省工程投资。此外，对于地下污水处理厂的除臭系统，建议在支管处设置风量调节阀，平衡各个点的除臭风量，保证区域排风均匀，增强控制灵活性。