随着城市化进程加快, 城市中心区不断扩大, 较多已建的污水处理厂也被纳入其中, 厂区周围往往发展成人口密集的居民生活区或公共活动区, 污水厂臭味扰民的现象开始凸现, 严重影响了居民的生活, 也不同程度地降低了所在地块的经济价值。为了尽可能减小污水处理厂对周边环境的影响, 实施污水处理厂构筑物加盖 (罩) 除臭工程势在必行。

1 设计原则

①根据厂区整体建筑风格, 确保加盖 (罩) 设计美观、大方, 并同周边环境协调。

②针对运行维护的需要, 结构形式的设计需考虑设备维护、检修、更换的方便, 体现“以人为本”的设计理念。

③要求加盖结构轻便、抗老化、耐腐蚀, 同时清洁、冲洗方便。

④尽量采用低加盖 (罩) 结构形式, 以减小除臭空间, 减少除臭风量, 节约能源, 降低工程运行费用。

⑤对已建构筑物的加盖 (罩) 工程, 还需尽量减小新增加盖结构负荷, 尽可能减小对原构筑物结构的影响。

⑥尽可能采用有效的方式, 减小加盖施工时对污水处理厂正常运行的影响。

⑦根据厂区不同构筑物特点, 不拘泥于一种结构形式, 因地制宜地将几种加盖 (罩) 结构形式有机结合, 力求技术经济最优。

2 结构形式介绍

目前, 对污水处理厂的构筑物进行加盖除臭的结构形式主要有以下三种:钢筋混凝土顶板加盖;轻型骨架覆面加盖, 即在池顶架设轻型骨架作为结构主体, 采用彩色压型钢板、聚酯玻璃钢、PC板 (玻璃卡普隆或阳光板) 和夹丝 (钢化) 玻璃等作为覆面结构加盖, 必要时, 侧面设便于观察的推拉窗;钢支撑反吊膜结构加盖。

对于新建构筑物, 采用哪种方式主要取决于工艺要求、结构布置和经济合理性;对于已建构筑物, 除了要满足工艺要求外, 还需考虑已建构筑物的结构形式及基础的承受能力、加盖施工对正常运行的影响等因素。

①钢筋混凝土顶板

钢筋混凝土具有稳定的抗腐蚀性能, 在新建工程中, 钢筋混凝土顶板是首选的加盖方式。这种方式不但施工方便、价格经济, 而且能最大限度地减少除臭空间, 有效减小臭气量, 节省能源, 降低工程的运行费用, 同时混凝土盖板上可以因地制宜地覆盖绿化, 对美化厂区的环境、净化厂区空气大有裨益。但采用混凝土结构加盖又受到很多因素的限制, 如跨度过大, 需在构筑物中加设支撑 (柱) 或加大梁高以及采用预应力结构, 加设支撑 (柱) 有时会对水力条件带来影响, 对污水处理效果不利;梁高的增加, 会影响构筑物的有效水深, 从而大大增加构筑物的高度, 构筑物土建成本大幅提高;采用预应力结构, 对池壁的预压应力, 会要求池壁的刚度和配筋均增加, 在一定条件下经济性不高。

在对已建构筑物的加盖工程中, 虽然其经济性较好, 但其结构自重较大, 通常需要对原有结构进行大规模改造。同时, 其种植钢筋、立模、浇筑的施工周期较长, 需要考虑施工对改造构筑物生产运营的影响。鉴于以上原因, 通常只有在污水厂停产大修的情况下才选择钢筋混凝土加盖方案。

②轻型骨架覆面

轻型骨架覆板结构一般在大型工业厂房、仓库等建筑中应用较普遍。用于污水处理构筑物时, 需要解决的问题是骨架钢材的耐腐蚀性和耐久性。钢结构的防腐常规方法有:采用热镀锌钢构件;钢构件表面喷涂防腐涂料等, 表面喷涂的表层抗腐蚀性相对较差, 热镀锌存在环境污染问题。随着表层防腐技术的发展, 目前出现了较为先进的纳米复合粉末渗锌技术以及达克罗涂覆工艺, 达克罗涂覆是使构件表面形成一层片状锌基铬盐防护层, 具有极强的抗腐蚀性能、高耐热性、高渗透性、高附着性, 并且没有环境污染, 只是涂覆构件的大小、涂覆后的电焊等再加工和碰伤、擦伤后的修复均有一定限制。

为满足构件的光洁美观要求, 钢骨架构件也可采用不锈钢或铝合金, 因处于高湿、高腐蚀性的环境中, 应选用316L奥氏体不锈钢或中档以上铝合金, 选择高品质不锈钢, 会造成加盖 (罩) 工程的整体造价较高, 投资比较大。

覆面盖板通常有彩色压型钢板、聚酯玻璃钢、PC板 (玻璃卡普隆或阳光板) 、夹丝玻璃等。

压型钢板是用彩钢板压制后形成的板材, 在两层彩钢板中加入夹芯保温板还可制成彩钢夹芯板, 彩钢板表面经过耐腐蚀处理, 在一般大气环境条件下, 可以达10~15年使用寿命。压型钢板产品规格多, 安装加工方便, 设计、加工安装具有成套技术。由于加盖工程所处的均为污水、臭气丰富的高腐蚀性环境, 故必须选用具有更高耐腐蚀性能的镀铝锌彩板。

聚酯玻璃钢板材的特点是耐腐蚀性能好, 但玻璃钢制品老化现象相对比较严重。上海白龙港污水处理厂、竹园污水处理厂采用了该技术 (见图1) 。

图1 玻璃钢加盖工程Fig.1 下载原图

PC板是一种新型保温透光的化学建材, 以高分子工程塑料聚碳酸酯为原料, 具有耐冲击、抗紫外线、透光、隔热、阻燃、易切割、加工方便、耐老化等优点, 产品分为中空板、实心板、波纹板, 目前已较广泛地用于顶棚、高架道路隔音屏等。但考虑到化学相容性的复杂性, 所有与PC板有接触的物质都应试验, 以便确定其适用性和密封条、衬垫的相容性, 比较而言, 该板材耐碱能力差。近期, 在污水厂大面积水池中也应用于局部的加盖, 效果不错, 但是否适用于大面积、大跨度加盖尚需时间的检验。

③钢支撑反吊膜结构

膜结构是空间结构中最新发展起来的一种类型, 它以性能优良的织物为材料, 利用柔性钢索以及刚性骨架将膜面绷紧, 从而形成具有一定刚度并能覆盖大跨度的结构体系, 是一种全新的建筑结构型式, 集建筑学、结构学、精细化工、计算机技术于一体, 具有很高的技术含量, 并且与传统结构相比, 其质量大大减轻, 仅为一般盖板质量的1/10~1/30, 相应地对支撑体系的要求也大大降低, 具有艺术性、经济性、大跨度、自洁性、工期短、抗腐性等优点, 广泛用于体育场大型顶棚、小区景观小品等公共建筑。

钢支撑反吊氟碳纤膜结构是专门针对污水池加盖开发的新型结构方式, 选用了耐腐蚀的氟碳纤膜作为覆盖材, 并通过反吊的形式来适应污水池的腐蚀性环境。在国内, 新昌制药厂、新和成股份有限公司、永宁制药厂 (见图2) 等污水站已率先使用了钢支撑反吊氟碳纤膜进行污水池加盖, 取得了良好的效果。

图2 钢支撑反吊氟碳纤膜结构 (浙江永宁制药厂) Fig.2 Steel-- ( )下载原图

钢支撑反吊氟碳纤膜结构成功应用于巴黎污水池 (见图3) , 该工厂有10座圆形贮水池 (每座直径为55m) 。

图3 巴黎污水池加盖Fig.3 , Paris下载原图

经过试验, 氟碳纤膜完全适合污水处理环境。厂商同时对化学品对膜材的破坏老化影响进行了分析, 试验包括:a.超长时间浸泡在含有NH3和H2SO4的不同水溶液中。b.在浸之前和之后检测抗拉强度的变化, 以评估面料的机械性能的变化。c.抗水解作用试验, 严格按照NFG 37122进行。经过以上防腐试验的验证, 能提供详细的防腐耐久性报告, 具有15年的品质保证。

钢支撑反吊氟碳纤膜结构的巧妙之处在于“反吊”, 采用了抗腐蚀能力很强的氟碳纤膜把废气罩住, 钢结构在外侧将氟碳纤膜悬吊。这样既充分发挥了氟碳纤膜的抗腐蚀性能, 又从根本上解决了钢结构与腐蚀性气体接触带来的腐蚀问题, 因而钢构件可以按普通建筑结构等级考虑, 具有50年的使用寿命, 充分发挥了钢支撑的结构性能, 实现了结构骨架与覆盖材性能的完美结合, 但由于其综合造价较高, 在一定程度上限制了该种加盖形式的大范围推广。目前在国内一些大型污水厂的改建工程中, 该结构形式取得了良好的经济效益和社会效益。

3 主要建 (构) 筑物常用加盖 (罩) 形式

污水处理厂恶臭发生源主要构筑物有粗格栅、沉砂池、曝气池、生物反应池、储泥池 (污泥浓缩池) , 主要建筑物有脱水机房及污泥堆场。在选择除臭加盖方式时, 要根据构筑物的结构特点以及工艺设备的安装、操作需要, 进行全面的技术经济比选, 有针对性地选取不同的加盖方式或将几种加盖方式相结合, 互相取长补短, 达到最优的效果。

①粗格栅及进水泵房

粗格栅是城市污水处理厂的主要构筑物之一。污水在城市下水道输送过程中厌氧发酵分解出散发恶臭的物质, 在粗格栅处第一次得到“释放”, 其臭气的浓度往往比较高。由于处于城市污水输送管线的末端, 粗格栅的深度往往较深 (在地面以下10m左右, 最深可达15~20m) , 一般采用沉井的施工方法, 其顶板形式为钢筋混凝土结构, 在格栅机处为预留孔洞, 以便格栅安装, 格栅处的除臭常采用轻型骨架上覆阳光板的方式加盖;在顶板上污水泵所对应的位置, 由于跨度不大 (一般为1.5~2.5m) , 采用玻璃钢覆面盖板的方式加盖, 泵房内除臭主要依靠通风管道强制通风除臭。

②沉砂池

平流式沉砂池是目前较常用的沉砂池形式, 一般为狭长水池, 单格跨度不大 (5~8m) 。沉砂池的加盖方式取决于沉砂池的设备选型, 常用以下两种形式:a.链板式刮砂机。其设备的运行完全在水池内部, 池顶标高以上无设备, 一般选用混凝土顶板加盖, 池壁处安装通风设备将内部臭气集中排出后统一处理。b.桁车式吸砂机。其设备需要在池顶标高以上来回移动, 一般选用在轻型骨架上覆阳光板的方式加盖。

③储泥池 (污泥浓缩池)

矩形储泥池一般分区格, 每区格的边长为7~15m, 池体埋深较浅, 池内仅有搅拌器等小型设备, 一般采用钢筋混凝土顶板加盖。

污泥浓缩池结构为圆形, 直径一般为10~30m。根据直径不同及设备的差异, 其加盖方式一般有三种:a.钢筋混凝土盖板结合侧面推拉窗。对于直径较小 (直径

④生物反应池

生物反应池是污水处理厂最重要的水处理构筑物之一, 无论是构筑物的体量, 还是其产生的臭气量, 以及对周边环境的影响都是最大的。由于其池体尺寸及单格跨度均较大, 区域划分功能多且复杂, 每个区域的设备也不尽相同, 各个区域的臭气量也区别较大, 故对生物反应池加盖除臭是一项浩大而复杂的工程。加盖后还应充分考虑运行管理人员巡池以及设备维护和检修的方便, 其复杂性是污水处理厂所有构筑物都无法比拟的。因此, 在结构处理方面, 对生物反应池的加盖可以说是污水处理厂加盖除臭工程的重点、难点所在。

以目前国内污水处理厂较常用的A/A/O工艺生物反应池为例, 简单分析如何因地制宜地将几种加盖方式相结合。

生物反应池分为厌氧区、缺氧区、好氧区以及出水区等几部分。

出水区一般范围较小, 臭气量也较小, 常采用钢筋混凝土顶板结构, 局部需要观察水位及设备运行情况的部位, 采用玻璃钢覆面盖板。

厌 (缺) 氧区一般面积较大, 该区域的设备主要为水下搅拌器, 需要考虑设备的维护和起吊方便, 该区域的臭气量往往较大, 而且池顶一般考虑土壤除臭或绿化设计, 常规选择钢筋混凝土结构直接加盖, 跨度较大时可在池内设钢筋混凝土立柱支撑的无梁楼盖结构体系, 跨度不大时可采用主次梁体系。在设备需要起吊和检修的部位, 选择可拆装轻型骨架阳光盖板加盖。

一般好氧区的面积最大, 该区域仅在池底布置有曝气器, 需经常观察, 但无需经常对设备进行检修, 一般选择便于观察且相对固定的加盖方式进行, 较常用的有两种:一种为轻钢龙骨 (混凝土结构) 结合夹丝玻璃顶盖结合侧面推拉窗, 另一种为反吊膜结构结合侧面观察窗。前一种方式土建造价较低, 其侧面设推拉窗, 不仅便于观察池内运行情况, 同时也为事故时应急通风创造了条件, 宜优选在新建工程中应用;后一种方式费用较高, 但其不仅外形美观、耐腐蚀性好, 而且自重较轻, 加盖 (罩) 后对反应池主体结构的附加荷载较小, 较适用于改建工程, 尤其对建造时间较早、结构本身承受附加荷载能力较差的构筑物, 其优势明显。

针对生物反应池的诸多“个性”, 加盖 (罩) 工程宜因地制宜地选取几种加盖方式相结合的形式, 方可达到“节能高效、美观方便”的效果。

4 结论

城市污水处理发展至今, 加盖 (罩) 除臭工程已逐渐成为污水处理厂设计中的新课题。

在设计加盖 (罩) 结构时, 需综合考虑构筑物结构形式、设备类型、加盖 (罩) 材料的耐腐蚀性能及抗老化性能等因素, 并进行全面细致的技术经济比较, 选择合理的加盖 (罩) 结构形式, 以达到因地制宜、以人为本、节能高效、安全美观的工程效果。