污水处理与节能降耗

污水处理与节能降耗（精选12篇）

污水处理与节能降耗 篇1

锅炉在很多行业中都有广泛的使用, 要确保锅炉运行的安全, 必须对锅炉用水进行必要的处理, 这也是降低锅炉能耗的必由之路。当前我国的工业锅炉普遍存在着能源消耗过大的问题, 这很大部分是由于用水处理环节存在着问题。这就要求对锅炉用水进行科学的处理, 提高锅炉的热效率, 降低能源消耗, 从而提高经济效益。文章对我国工业锅炉水处理节能降耗的现状进行了分析, 并有针对性的提出了相应的对策。

1 工业锅炉水处理节能技术现状

1.1 给水杂质含量较高, 锅炉结垢问题普遍存在

当前国内锅炉用水一般都是采用一级软化水, 这种一级软化水纯度远远不够, 含有大量的溶解氧和阴离子杂质, 仅仅是除去了水中的硬度杂质, 并且按照当前我国对于锅炉用水的相关标准, 水中往往残留一定的硬度。很多单位在锅炉用水处理环节存在很大的漏洞, 相关的岗位人手严重的不足, 水处理的相关设备老化严重, 且存在很多的问题。这就导致锅炉用水水质远远低于相应的标准, 造成锅炉的结垢和腐蚀程度比较严重。特别是一些沿海地区, 每到枯水季节, 地下水位下降造成海水倒灌, 水的硬度很高, 这使得经过处理之后的水仍然残留较高的硬度, 进一步加重了锅炉结垢和腐蚀的情况。锅炉的热效率随着水垢厚度的增加而不断的降低, 造成了燃料的极大浪费。很多单位为了有效的降低锅炉用水的硬度, 采用反渗透出水作为锅炉的补给水, 有效的降低了锅炉结垢的程度。但是这些单位没有配备专门的技术人员, 对于反渗透装置的运行缺乏必要的维护, 随着使用时间的增加, 有可能因为后膜结垢导致脱盐率急剧下降, 造成锅炉供水硬度达不到相应的标准。

很多的小型锅炉没有对给水进行必要的除氧, 同时在锅炉的运行过程当中也没有使用专用的锅炉除氧剂, 随着长时间的运行, 造成锅炉的腐蚀情况比较严重。很多单位缺乏专门的技术人员, 在停炉的过程当中也没有进行相应的保护, 从而造成锅炉的停炉腐蚀情况比较的严重。锅炉在受到腐蚀以后产生的物质最终也沉积在锅炉的受热面, 降低锅炉的热效率。

还有一些锅炉用水在进行沉淀的过程中添加了偏硅酸钠, 这样使得锅炉用水中的二氧化硅含量超标, 造成锅炉的受热面产生硅垢。还有一些单位由于采用了物理方式对锅炉用水进行处理, 而完全抛弃了锅炉外水处理的方式, 加速了锅炉的结垢速度。

1.2 锅炉排污率高, 热量浪费严重

为了有效的提升锅炉蒸汽的质量, 保证锅炉用水达到相应的标准, 应该对锅炉进行排污。很多工业锅炉使用软化水作为补给水, 这些锅炉的水中含有大量的固形物质。很多单位为了降低水中杂质的浓度, 就对锅炉进行排污, 保证水质达到相应的标准。在排污的过程当中缺乏必要的管理和热量回收手段, 造成了锅炉极大的热量损失, 随着排污率的增加, 这种热量损失也随之不断的增加。很多水质含盐量较高的沿海地区, 随着枯水期的到来, 海水倒灌引起水质硬度上升, 极大的提高了锅炉的排污率, 造成锅炉热效率的降低, 同时也造成大量的水资源浪费, 增加了燃料的消耗, 同时排放出的污水也造成了环境的污染。

1.3 冷凝水未回收或因污染严重无法回收利用

锅炉冷凝水所具有的热量可达蒸汽全热量的20%~30%。回收冷凝水的热量并加以利用, 既可提高锅炉给水温度, 也可减少锅炉补给水量, 是提高锅炉的热效率的有效途径。目前, 工业锅炉冷凝水很多没有回收。主要有以下三个原因:一是锅炉设计安装时没有考虑冷凝水回收;二是企业因冷凝水回收装置一次性投资较大, 企业不愿意安装。三是一些企业虽有回收装置, 但凝结水杂质多, 因没有采取相应的水处理措施, 冷凝水不合格而无法回收利用。软化水作补给水的锅炉冷凝水因含有二氧化碳而导致p H值偏低, 回水系统二氧化碳的腐蚀严重, 冷凝水含铁量高, 水发红、发浑。这种水若进入锅炉, 不仅会导致受热面结生铁垢, 而且会引发受热面炉管电化学腐蚀。这种水不进行净化是不能回收、利用的。现场检测发现, 有的冷凝水全铁离子质量浓度高达314mg/L。有的冷凝水回收系统存在疏水器失灵, 漏汽量过大的问题。

2 工业锅炉水处理节能对策

2.1 对冷凝水采用净化回收

冷凝水的最佳回收利用方式是作为锅炉给水。冷凝水回收系统分为开式和闭式两种。开式系统简单、投资少, 但由于内部有腐蚀性气体和杂质, 水温下降幅度较大, 已基本被闭式所代替。目前的新型闭式冷凝水回收技术, 利用喷射泵的增压原理, 已解决了水泵的汽蚀问题, 而且增加了净化的措施, 回收效率很高, 节能率在10%左右。工业锅炉冷凝水杂质主要以磁性氧化铁为主, 因此净化装置主要是除铁过滤器, 常用的有管式过滤器、覆盖过滤器和电磁过滤器。凝结水温过高的, 可采用加钠型苯乙烯-二乙烯苯阳树脂的过滤器来除铁, 其最高使用温度可达到150℃。

无法安装净化装置或安装经济性不高的锅炉, 可以采用加药与一般回收系统相结合方式。在凝结回水系统或锅炉分汽缸, 通过加成膜胺或挥发性氨来防止回水系统腐蚀的发生, 减少水中铁杂质。

2.2 定期对锅炉除垢

保持锅炉受热面清洁是确保锅炉高热效率的前提之一。对于工业锅炉, 当水垢厚度达到1mm及以上或受热面严重锈蚀时, 应进行除垢。直流和贯流锅炉出现排烟温度升高或出力下降时应进行除垢。工业锅炉清除受热面1mm的水垢可提高锅炉效率3%~5%。工业锅炉除垢的方式有酸洗除垢、碱煮除垢和运行除垢三种方式, 其中酸洗除垢的效果最好。碱煮除垢等因水垢类型的不同而异, 碱煮完毕还要及时清除锅内脱落的水垢, 以防止因脱落的水垢堵塞或淤积在受热面, 而发生过热烧损。在运行除垢可以避免停机的麻烦, 但时间较长, 成本和运行控制要求相对较高。在运行除垢时, 锅水水质必须要符合GB/T1576的规定, 而且要科学控制加药量、排污率和锅炉负荷, 防止除垢药剂被蒸汽携带而影响蒸汽质量。

一般情况下, 工业锅炉除垢采用碱煮加酸洗的方式或直接酸洗。酸洗除垢要制定合适的程序和工艺才能确保最大的除垢率和最小的腐蚀速度。

2.3 优化锅炉除氧方式

锅炉房总蒸发量大于、等于10t/h的锅炉, 可采用真空除氧技术代替热力除氧。真空除氧是一种节能型除氧方法, 最突出的特点是除氧水的温度与锅炉给水温度 (20~60℃) 相匹配, 还可以解决低位安装问题。真空除氧器维持在8k Pa时, 给水温度达到60℃就能达到除氧目的, 既节约蒸汽, 又减少排烟损失。同大气式热力除氧相比, 它更能发挥锅炉省煤器的作用, 降低排烟温度, 提高锅炉效率。对于蒸发量小或采用机械除氧有难度的锅炉房, 在给水系统或锅内添加高效化学除氧剂是一种有效、经济的除氧方式。除氧剂的添加应采用密闭加药系统和加药泵, 这样可降低或消除氧腐蚀而引发的炉管损坏和腐蚀产物的生成。

参考文献

[1]李茂东, 黎华.工业锅炉能耗现状分析与节能措施[J].石油和化工设备, 2009, 7 (12) :67-691.

[2]李茂东.工业锅炉除垢技术现状与展望[J].清洗世界, 2006, 22 (11) :33-361.

[3]樊世川.真空除氧器原理及若干设计参数的确定[J].真空, 2005 (2) :9-13.

污水处理与节能降耗 篇2

改进型BAF水处理及回用装置节能工艺与投资效益分析

曝气生物滤池(BAF)在城市污水处理以及中水回用中有着重要的意义.本文主要介绍改进型的曝气生物滤池--曝气生物滤塔(TBAF)的`主要处理工艺、节能技术;并对应用于居民生活小区或大、中型工业企业以及宾馆等生活污水的处理进行了投资效益分析.

作 者：黄全家  作者单位：厦门市环境监测中心站,厦门市,361009 刊 名：自动化与仪器仪表  ISTIC英文刊名：AUTOMATION & INSTRUMENTATION 年，卷(期)： “”(4) 分类号：F201 关键词：曝气生物滤池   污水处理   投资效益  

污水处理与节能降耗 篇3

关键词 污水处理厂；节能降耗技术；发展趋势；应用策略

中图分类号 X505 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)021-0159-01

人类的发展，离不开能源。但是，随着人类社会的发展，能源短缺成为世界性的问题。因此，当今社会开始提倡“节能降耗”理念，创新节能降耗技术，以期可以实现有效利用能源、降低能源消耗的目的。随着城市建设的不断加快，在城市污水处理问题上，也必须坚持节能降耗理念，应用节能降耗技术，提高污水处理厂的污水处理效率，降低污水处理厂运行的总耗能，进而促进污水处理厂经济效益的提高。

1 我国污水处理厂运行下的节能降耗技术

1）简述我国污水处理厂运行下的节能降耗技术的发展。随着经济全球一体化的逐步深入，全世界各个国家都在为节能降耗、促进经济发展做努力，相关技术人员积极创新能源利用理念，发展节能降耗技术，以实现缓解全球能源紧张局面的目的。在我国污水处理厂运行问题上，钱易院士、聂梅生先生等创新地提出清洁生产、可持续发展的污水处理技术，希望可以将节能降耗型污水处理技术的发展作为我国污水处理厂长期的努力方向。我国相关部门也颁布“新型、高效城市污水处理技术”文件，提出可持续发展的节能降耗技术在污水处理厂中的应用问题，并形成相关政策、法规，规范我国城市污水处理厂运行过程中节能降耗的效率。由此可将，我国对节能降耗技术发展的重视。相关科技人员经过不断地研究与改进，我国节能降耗技术在污水处理方面已经取得初步成果。截止到2007年底，全国城镇污水处理管理信息系统已经全线投入使用，并对全国各大污水处理厂的信息进行管理。其中最主要的就是管理污水处理厂运行下，各单元的能源物质消耗量，并根据这些数据，深入研究节能降耗技术，提高污水处理厂的运行效率，实现节能降耗的目的。

2）我国传统污水处理技术与节能降耗技术的比较。现阶段，污水处理厂作为处理城市污水最重要的场所，其污水处理手段受到社会各界的重视。因此，污水处理厂在节能降耗理念的指导下，以“少用或者不用不可再生资源、回收资源和产生的能源、无跨区污染”为原则，对城市污水进行有效地处理。传统的污水处理技术常常采用强氧化剂进行污水处理，这种技术具有很多弊病，比如，在处理污水时所需要的化学需氧量耗能巨大，一些硝化与氨化反应所需要的能量同样不可忽视；利用生物除磷法处理污水无法回收磷资源或者磷资源回收量少；另外，污水处理过程中，会产生大量的二氧化碳与污泥，这些物质影响大气环境与土壤、河流环境。与传统污水处理技术相比，节能降耗技术在处理污水过程中，应用厌氧技术处理污水以降低能量的消耗，并尽可能产生能源；将生物除磷法与化学除磷法相互结合，在有效去除磷的基础上，大量回收磷资源；同时，减少二氧化碳与污泥的产生量，并将产生的物质通过有效转化，变成可利用的能源物质。利用这种节能降耗技术处理污水，实际耗能大大的降低了，而且所需要的能源物质也在逐渐减少。

2 污水处理厂运行下，节能降耗技术的应用策略

在污水处理厂运行下，各级单元都在耗能，只是所消耗能源的总量不同而已。其中二级处理过程耗能量最大，占污水处理厂总耗能量的70%，其次是预处理单元，占20%。由此可见，在污水处理运行下，节能降耗技术应该重点应用在二级处理过程与预处理过程，对这两个单元的污水处理过程进行深入研究，针对节能潜力最大的部分加大节能降耗技术的投入力度，再对其他单元的设备运行等方面考虑节能降耗途径，从而提高污水处理效率，保证节能降耗目的的实现。

1）二级处理单元节能降耗技术应用途径。在二级处理单元处理污水过程中，对能源的消耗主要表现在处理设备消耗电能上，因此，本文首先对二级处理单元中各个设备的电能消耗过程进行分析。通常，污水处理厂中所用的设备为搅拌器、内回流污泥泵、外回流污泥泵、剩余污泥泵、鼓风机、二沉池刮泥机、加药泵几部分，这些部分对电能消耗的比例（相对二级处理总耗能来说）分别是13.5%、3.0%、7.1%、0.4%、75.3%、0.5%、0.2%，其中耗电能量最大的即是鼓风机。因此，要想有效提高二级处理单元的节能降耗效果，需要参考风量、风压、曝气量等参数，科学、合理地选择鼓风机，并建立精确的曝气流量控制系统，实现智能化曝气调节。并在处理设备中加设回收二氧化碳装置，以降低二氧化碳的产生量。同时还要控制污水处理厂的运行参数，将反应器单体在线数、单位溶剂能量输入、混合液水平等都控制在一定的数值之下，使这些处理组件的运行能够在保证处理污水效率的前提下，降低能源消耗。经过实践证明，这种控制参数的节能降耗技术可以有效节能35%

左右。

2）预处理单元节能降耗技术应用途径。在预处理单元处理污水过程中，对能源的消耗同样表现在处理设备的电能消耗上，其中进水泵的电能消耗占整个预处理单元耗电量的95%，这是一个相当巨大的数字，因此，污水处理厂需要合理选择进水泵，提高进水泵的工作效率。目前，应用效果较好的是改良型A2/O工艺。它是将污水从选择池进入厌氧池进行厌氧细菌的处理，再到缺氧池与好氧池，经过内回流过程，将产生的污泥回流到沉淀池进行分解与过滤，产生剩余污泥与出水。经过改良型A2/O工艺处理的污水，剩余污泥产生量较少，而且所消耗的能源是0.15 kW·h左右，提高了污水处理的效率，达到节能降耗的目标。

3）其他节能降耗技术应用途径。对于其他单元的节能降耗技术应用，主要是对处理污水工艺的设计与改进上。可以根据不同的情况，采用氧化沟工艺或者厌氧氨氧化工艺来降低处理含氮物质的能源消耗，它在短程除氮反应中可以节省近60%的能源；国家相关部门可以出台一些强化污泥处理政策，以降低剩余污泥量；另外，还可以建立沼气池，利用污泥产生的沼气发电、燃烧发热等产生能源，这样既解决了产生废气的问题，又缓解能源紧张局面。

综上所述，城市污水处理厂在发展过程中，节能降耗技术的应用也在不断地发展，对污水处理的效率也得到大大提高。相信，随着技术人员对污水处理厂处理技术的不断研究，工作人员对节能降耗技术的应用也将越来越纯熟，污水处理厂将充分发挥其巨大的节能潜力，缓解社会的能源紧张局面。同时，在污水处理厂运行过程中，应用节能降耗技术，还可以提高污水处理厂的经济效益，为企业的发展起到积极的促进作用。

参考文献

[1]刘礼祥,张金松,施汉昌,何苗.城市污水处理厂全流程节能降耗优化运行策略[J].中国给水排水,2009,16.

[2]张承辉,王冠平,黄年龙.递减式曝气在惠州金山污水处理厂中的应用及探讨[J].给水排水,2011,03.

[3]冯东升,张智华,张金辉.变频节能技术在污水处理中的应用[J].电机与控制应用,2010,07.

[4]高旭,龙腾锐,郭劲松.城市污水处理能耗能效研究进展[J].重庆大学学报(自然科学版),2002,06.

[5]南文.我国城市污水处理厂节能降耗技术成果[J].建设科技,2009,03.

污水处理与节能降耗 篇4

对此,本文从节能减排与合理高效(一级达标排放或回用)的角度出发,对近年来比较流行的且极具有发展前景的几类先进活性污泥法同步脱氮除磷污水处理工艺进行效果比较与技术经济分析,并提出合理的建议,以供各位同行参考。

1 分段进水多级A/O工艺

1.1 工程实践

以下对某市污水处理厂工艺改造项目进行简要介绍,改造所选工艺为四段进水多级A/O工艺。改造前的设计规模为20万t/d,A/O(除磷)工艺,运行稳定,出水水质达到GB 8978-1996污水综合排放标准的二级排放标准。污水水质浓度较高,冬季水温偏低,碳氮比(C/N)偏低。改造后的尾水除回用部分执行一级A标准,其余出水执行一级B标准。为节约投资,改造中对老旧工艺的构筑物进行了充分的利用。具体流程见图1。

1.2 试验研究

本工艺通常由2段~5段缺氧/好氧顺序排列组成。关于此工艺对氮、磷的去除效果及特性,很多高校相继成功地开展了大量的中试试验研究。据文献[1]报道,北京某高校对类似工艺3段进水多级A/O工艺的中试试验结果表明,当进水碳氮比高于5∶1时,系统对氮和磷的去除率分别达到83%和88%,当进水TP约为5 mg/L时,可以保证尾水TP低于1 mg/L,达到一级B标准,其他指标均可高于一级A标准。当进水碳氮比低于5∶1时,则需另设辅助除磷化学投药系统以保证除磷效果。

1.3 技术经济分析

相对于A2/O(除磷脱氮)工艺的优越性:1)不需设混合液内回流,节能效果明显;2)各缺氧段分别按比例进水,原水中的有机物被充分的用于反硝化,节约了曝气量;当原水中有机物足够时,理论脱氮率可达90%,大大削减污水中TN的排放量;3)对于改造工程,原有处理构筑物可得到充分利用,大幅节省基建投资。

工艺弊端:1)进水点较多,各段进水流量及溶解氧控制较严格,需设置比较多的流量计、DO在线检测仪表及控制回路,运行维护费用高;2)各好氧池的曝气量控制要求高,若控制不当,将造成曝气量过剩,浪费能量,甚至影响下游相邻缺氧段缺氧环境的形成。

2 改良JHB与流动生物膜法组合工艺

2.1 工程实践

以下对某市开发区污水处理厂工程进行简要介绍,整体了解改良JHB与流动生物膜法组合工艺的脱氮除磷效果。

本污水处理厂处理规模为6万t/d;主要收集处理工业开发区排放的污水,进水中难降解有机物所占的比例较大,要求出水达到一级B标准。本工艺的实质是在改良JHB的基础上,向好氧池中投加一定量的可供生物生长附着的流动载体。改良JHB工艺也常被称为前置预反硝化A2/O工艺,相对于常规A2/O工艺,当污泥龄控制合理时,其除磷能力可得到优先保障,当进水C/N比为3~5的情况下,常温下即可实现良好的脱氮与除磷效果,如西部某城市污水厂改造工程,日处理规模达到10万t,泥龄控制合理时,出水总磷常年可保持在1 mg/L以下。但此工艺的主要缺陷是,冬季低温条件下(污水温度在13℃左右或更低),泥龄控制难以把握,除磷效果与硝化效果不易兼顾,控制不当则使出水氨氮、总氮超标,甚至没有硝化效果。需在改良JHB工艺好氧池的末端增设硫酸铝投药装置,以确保冬季低温条件下的除磷效果。

通过向改良JHB工艺的好氧池中引入流动生物膜,进行合理组合,可有效保证整个系统低温条件下的同步脱氮除磷效果。在好氧池中投加足够数量的环形流动填料,起到有效固定硝化菌的作用,避免其在频繁排泥时随剩余污泥流失的弊端。改良JHB与流动生物膜法组合工艺的流程图见图2。

2.2 试验研究

据文献[1]报道,哈尔滨某高校对流动生物膜法与传统A2/O组合工艺的中试试验结果表明,系统对BOD5,CODCr,氨氮,TN,TP的平均去除率分别为96.3%,92.66%,97.95%,84.53%,81.77%。实践表明,在同等进水水质条件下,改良JHB工艺的同步脱氮除磷效果要显著好于传统A2/O工艺,因此,将改良JHB与流动生物膜法进行组合,其脱氮除磷效果会更好。

2.3 技术经济分析

本组合工艺流程简单,构筑物少,可操作性强,节省占地,可大大节约改造投资费用,并且从根本上解决了单一活性污泥法硝化泥龄与除磷泥龄在低温条件下难以统一的致命弱点,值得推广,尤其适用于北方冬季低温环境。

3 二段复合活性污泥法工艺

3.1 工程实践

二段复合活性污泥法是AB活性污泥法的改进版,改进后使原A段兼备除磷能力,原B段兼备脱氮能力。以下对东部某市污水厂改造工程进行简要介绍,以概要了解本工艺的高效脱氮除磷效果。

本改造项目的设计规模为7万t/d,原二级处理工艺为常规活性污泥法。本厂进水主要为生活污水,以及少部分工业废水,出水要求达到一级B标准。本工艺类似于AB法的分段方式,主要分为两段。中沉池连同上游的好氧池、厌氧池一起主要完成除碳、除磷、部分硝化与反硝化功能;终沉池连同其上游的好氧池及缺氧池一起主要完成除碳、部分除磷、硝化和反硝化功能。改造采用的工艺流程见图3(图中示意的分流0.3Q为笔者对改造工艺提出的改进建议,不属于原改造工程内容)。

改造后的工艺出水水质除了TN指标比较高外,其他指标均能达到一级B标准或A标准。从流程图可以定性得出,总氮去除效果差(出水总氮高达20 mg/L)的主要原因是,二曝池缺氧段可供反硝化菌脱氮所用的大部分溶解性碳源在一曝池内被消耗,接着又在中沉池内被进一步沉淀去除。对此,笔者认为应将原水进行分流,将约30%的原水分流到二曝池缺氧段,以有效提供反硝化所需足够的碳源,降低出水TN。实际运行中,二曝池内对TP的去除量占整个系统除磷量的45%。由此可见,将30%的原水分流进入二曝池不会对系统的除磷能力造成过多的影响。

3.2 工艺原理

工艺设计的主要理念是,将系统中的聚磷活性污泥和硝化活性污泥在一定程度上分离出来,分别控制其生长在一曝段和二曝段,仅通过少量的循环回流1,2建立一定的污泥接种关系,前段主要完成除磷除碳,后段则主要实现硝化反硝化。二段的剩余污泥很少,通过循环回流1将二段的混合液输送到一段,借助于中沉池完成排泥。

3.3 技术经济分析

在不须引入生物膜法的情况下,本工艺成功地解决了传统活性污泥法工艺面临的低温环境下硝化菌和除磷菌的泥龄不易统一的矛盾,且脱氮除磷效果显著,操作运行简单,出水各项指标可稳定达到一级B标准。缺点是,回流管线比较多,多于常规脱氮除磷工艺如JHB工艺3个回流,构筑物及设备比较多,基建投资大,运行所需动力费用高出常规工艺15%~20%。综合考虑,本工艺比较适合于寒冷的北方地区对AB活性污泥法工艺的提标改造。

4 OWASA活性污泥法工艺

4.1 工程实践

OWASA活性污泥法工艺的特点是,在A2/O工艺二级生化池前增设初沉池,并配套设置初沉污泥发酵池,通过专设管线将发酵之后的上清液分别引入厌氧段和缺氧段。本工艺的处理尾水可稳定达到一级B或A标准,其在世界范围内得到了广泛的应用,节能减排效果显著,具体流程见图4。

4.2 工艺原理

在进水C/N比较低的情况下,进水中大颗粒悬浮态有机物在初沉池中被有效沉淀去除,然后在发酵池中被分解为易降解挥发性脂肪酸。富含大量挥发性脂肪酸的上清液被引入缺氧段和厌氧段,使进水中C/TN和C/TP被大幅提高,为除磷菌和反硝化菌额外增加了食料,进而使系统的反硝化及除磷能力得到了提高。

4.3 技术经济分析

针对进水中易降解有机物含量偏低,工业废水含量高的城市污水,本工艺实现了对原水中难降解有机物的分解产物———挥发性脂肪酸的有效利用,为系统中的反硝化菌和除磷菌提供了足够的易降解有机物,变废为宝,出水氮磷达标,节能减排效果显著。同时,工艺流程简明,便于操控,特别适合于对老污水厂的提标改造,改造工程量小,基建投资省,运行费用略有增加,但不很大,值得在改造工程中推广应用。

5 结语

1)应用分段进水多级A/O工艺处理常规污水,实现了对原水中碳源的高效利用,使污水中TN,TP得到高效去除,适合于对传统推流式曝气池的提标改造,且改造成本比较低。2)应用改良JHB与流动生物膜法组合工艺处理低温污水,根本上解决了单一活性污泥法脱氮泥龄与除磷泥龄难以统一的问题,适合于对A2/O工艺的提标改造,投资成本较低,尤其适用于低温环境。3)应用二段复合活性污泥法工艺,在不引入生物膜法的情况下成功地实现了对聚磷菌和硝化菌泥龄的分段控制,显著提高了系统对污水中氮磷的有效去除,适合于寒冷地区对传统AB两段法的提标改造。4)OWASA活性污泥法工艺对原水沉淀污泥发酵产生的挥发性有机酸进行了充分的利用,有效弥补了系统脱氮除磷所需碳源的不足,实现了高效的脱氮除磷。该工艺运行简单,节能减排效果显著,适用于对原水中工业废水含量高的城市污水处理厂的提标改造。

摘要：从节能减排与合理高效的角度出发,对近年来比较流行的且极具发展前景的几类先进活性污泥法污水同步脱氮除磷工艺进行了总结,对其在设计与改造实践中的应用给出客观的效果比较与技术经济分析,并提出比较合理的建议,以供各位同行参考。

关键词：活性污泥法,脱氮除磷,节能,减排,改造

参考文献

污水处理与节能降耗 篇5

3结语

降低城镇污水处理厂的能源能耗，可以更好的促进城镇的可持续发展。因此在实际工作中，提高对污水处理厂能耗有效认识，选择更为合理工艺系统，在确保处理后污水能够符合排放的标准，更好的实现对水资源环境的保护的目标的同时降低能源消耗。

作者:郭骁玥 单位:西南交通大学土木工程学院

参考文献:

[1]相华旭.城镇污水处理厂的能耗分析及节能降耗措施[J].科技创新与应用,(01):195.

[2]徐一雷.污水处理厂的节能控制及优化方式[J].科技展望,2017(03):80.

[3]王广卿.城镇污水处理节能降耗措施研究应用进展[J].科技视界,(14):257

[4]张虎军.城镇污水厂污泥处理处置节能降耗技术的应用[J].科技展望,2016(31):115-117.

[5]李卫.城镇污水处理厂运行能耗分布特征及工况控制研究[D].西南交通大学,2016.

污水处理与节能降耗 篇6

关键词：控制系统 溶解氧 节能降耗

中图分类号：X703.3 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）07（b）-0092-01

一般污水处理工艺为了保证曝气充分，经常输送过多的鼓风风量，造成了能耗的浪费，所以对污水处理工程中的鼓风节能技术进行研究就十分必要，合理采用先进的计算机技术和控制技术，结合现代管理平台软件，优化处理鼓风风量，达到节能降耗。

1 技术的可行性

控制溶解氧数值采用神经网络模型，由于该模型结构稳定，数据真实，利用间接测量的思路，在变量不相关的情况下，得出变量溶解氧浓度DO的变化规律，使DO能够实时跟踪设定值[1]。根据预测值的浮动变化和溶解氧的DO值误差变化要求，优化鼓风配气调节阀，在系统运行状态稳定的前提下，减少DO值的波动，视系统运行状况进行曝气，利用MATLAB算法得到一个比较合理的阶段性DO预测值[2]。鼓风风量精确控制系统通过鼓风风量信号作为主控制信号、溶解氧为辅助控制信号，结合智能控制算法，实现溶解氧DO稳定精确控制，运用数学处理软件仿真演算，由PLC系统进行参数调整[3]，鼓风风量精确控制系统是鼓风流量控制阀、空气流量计、压力控制器和智能控制装置组成的一个集成曝气控制系统。

2 经济效益的可行性

2.1 经济技术指标

鼓风曝气节能技术应用达到的技术指标：（1）DO值在线监测与设定值之间差值控制在±5%范围以内的数据达到75%以上，生物池DO波动相应减少；（2）与常规方法比较，鼓风风量节气量不低于15%，节能达到10%～15%。

2.2 投资设备估算

为配合鼓风风量精确控制系统，在原有设备的基础上增加设备如下：在线超声波液位计和氨氮检测仪各一台，控制站已有备用点进行采集，在分控室增加一台鼓风风量精确控制系统电脑，使鼓风风量精确控制系统与现场PLC进行实时数据传递，设备改造费用约280万。

2.3 成本效益分析

鼓风曝气精确控制系统调节后，基本实现了稳定控制溶解氧D0值，经现场数据采集，节能曝气的吨水耗电量变化如表1所示。

鼓风曝气控制系统运行，有效减少生物池溶解氧D0值的波动，在出水达标前提下，节省每吨水耗电至0.21度/吨左右，使鼓风机的曝气量节约10%～20%，达到鼓风节能效果。

引进鼓风节能技术每年可节约250万度，按用电标准0.6度计算，年节约费用150万，项目改造投入资金少，节能效果显著，经济效益可观，投资回报率快，项目投资改造后两年即可回收成本。

3 环境效益的可行性

鼓风流量精确控制系统运用智能控制策略和手段，实现精确控制鼓风机组风量，能够根据生物处理过程需要提供，减小生物池中D0值的波幅，既保证污水处理达标排放，又能节约曝气气量，降低能耗[4]。在采用了鼓风曝气流量精确控制后，其环境效益如下：（1）节约电能消耗10%左右，符合国家节能减排的要求，间接减少二氧化碳在大气中的排放量，有利于能源的节约和高效利用。（2）溶解氧D0值在2.2的上下小幅波动，生物池中稳定的溶解氧值，使生物菌群高效工作，保证出水水体水质稳定达标[5]。

4 社会效益的可行性

好氧微生物的活性依赖于曝气，因此鼓风曝气是污水处理中重要的一步。国内对鼓风曝气的节能控制运用时间不长，对节能技术的掌握有待提高。通过鼓风节能技术实施，即达到了节约能源的目标，又为国内许多高能耗污水处理厂提供借鉴，对保护环境、实现经济可持续发展具有重大意义。

5 结语

从鼓风流量精确控制系统工程的生物池曝气段看，基本上达到了稳定控制溶解氧和降低能耗的目标，通过对运行数据的分析，配合现代的计算机技术，建立高效而准确的数学模型，实时调节鼓风曝气控制阀门开度，减少了溶解氧值DO的波动，波动量仅为以前的10%～20%，溶解氧DO值维持稳定，有助微生物群落生长环境稳定，使其处于高效处理环境中，可以节约5%～15%曝气量；稳定溶解氧DO，降低DO设定值，假如出水水质保证的情况下能降低15%，那么就降低鼓风能耗10%，同时减少鼓风机组的频繁启停，降低了设备损耗，节约设备维护成本。鼓风流量精确控制系统的应用，有效改善了污水处理厂的高耗能问题，对于采用鼓风曝气的活性污泥法工艺具有良好的适用性和有效性。

参考文献

[1]黄兆龙.曝气生物滤池污水处理工艺中的自控系统设计[J].微计算机信息，2005（2）：3-5.

[2]石辛民.模糊控制及MATLAB仿真[M].北京：清华大学出版社，2008.

[3]谭晶.污水处理厂节能控制策略的研究和工程应用[D].上海：上海交通大学，2010.

[4]唐受印，汪大晕.废水处理工程[M].北京：化学工业出版社，2001.

污水处理厂的节能与环境保护 篇7

随着人民生活水平的提高和城市化的日益加快, 我国城市污水排放量持续增长。我国水污染的治理重点已经开始从工业点源为主的控制治理, 逐步转变为以城市生活污水污染为主的控制治理。如何经济有效地解决生活污水的污染问题已成为一个亟待解决的难题, 引起了人民群众和政府部门的极大关注。但现行的处理技术多数面临高额资金投入的难题, 迫切需要低能耗、生态型的污水处理技术。

下面就污水处理厂的整个污水处理的流程进行分析, 找到当前常用的污水处理流程中工艺的不足之处, 并提出更好的解决方法, 使以后的污水处理更加容易, 更加全面, 将污水对环境的污染降到最低的限度。

1 污水处理厂的工艺流程

目前, 常用于我国城市污水处理的方式为集中污水处理系统和传统的三格式化粪池。其它的处理构筑物也都是大同小异的, 其主要流程为:污水收集设施 (包括污水管道、雨水管道、工厂排放水管道等) →污水提升泵站→格栅拦截→沉砂池→初沉池→曝气池、厌氧池等核心处理工艺流程→二次沉淀池→排水管道或渠排入水体。 其中核心处理流程可分为一级处理和二级及以上的深度处理。深度处理流程主要有好氧处理流程、厌氧处理流程及两者相结合的处理方法。

目前, 好氧处理方法有SBR工艺、UASB工艺、氧化沟、氧化塘等工艺, 在曝气池里充入空气或氧气, 让好氧细菌除去污水中的有机物杂质;厌氧处理流程主要有厌氧流化床、两相厌氧发酵、厌氧滤池等利用厌氧菌进行厌氧发酵的方法除去污水中的有机物;另外常用的还有像A210及其变种的工艺流程都是好氧处理和厌氧处理相结合的处理流程, 其处理效果往往比单一的处理方式好得多。

深度处理构筑物包括:曝气池、厌氧池、氧化塘、厌氧反应器及特殊的除磷脱氮设备, 或者是它们的变种工艺, 但是处理原理都是大同小异的。

2 各个处理构筑物的能耗分析

2.1 污水处理系统

目前, 针对污水收集和处理方式而言, 污水处理系统分集中污水处理系统和分散式处理系统。集中污水处理系统是指经预处理符合管道排放标准的各种城市生活污水, 包括工业废水和城市融雪、降水等混合废水经过城市下水管道收集, 然后集中被输往城市污水处理厂, 城市污水处理厂再根据进水的水质, 综合规划, 采用适宜的措施集中处理, 达到国家排放标准后, 排入自然水系的一种污水处理方式。该系统初始投资大, 需要敷设相应的城市污水管网, 运行管理成本很高。一般适用于经济比较发达的大中型城市, 对于经济欠发达地区的中小城市有极大的应用局限性。

分散式污水处理系统, 是指在小区或一个工厂设置化粪池或小型的污水处理设施, 对生活污水进行预处理, 对能够利用的中水进行冲厕所、洗车、浇洒路面花坛等。虽然分散式处理流程可能导致处理费用提升, 但是这种处理方式是有其优势的, 特别是在集中污水处理系统的处理费用越来越高, 处理流量也越来越大的情况下, 分散式处理方式更显示了它的优越性。

2.2 污水提升泵站的能耗分析

现在大多数城市都纷纷建设了污水处理厂, 处理流程也由简单的一级处理升级为二级或更深度的处理。但是对于大中型城市来说, 普遍还是采用集中处理的方式。一般污水处理厂处理的污水面积都很大, 需要用提升泵站将远处的污水提升到污水处理厂进行集中处理, 这些污水提升泵站不仅要保障所有污水都要提升到污水处理厂, 还要适应污水量变化的要求。一般其流量都是很大的, 输送的路程也很远, 再者污水管道一般都埋设较深, 泵站需要有很高扬程, 电耗十分可观。

电耗是污水提升泵站的主要能耗。输送路程越远, 电价越高, 像武汉的龙王嘴污水处理厂就设有5个污水提升泵站, 将附近很大面积的污水汇集起来, 其流量还是不大, 目前正在扩建的工程处理流量也才15万t/d。

2.3 格栅、沉砂池和初沉池的能耗分析

格栅是利用栅条拦截污水中粗大的杂质, 污水经过格栅时, 由于栅条的阻挡会引起水头损失, 这就需要有水泵提升污水以增大污水的势能;再者, 栅渣的机械粉碎处理也是耗能过程。这两者是格栅处理流程的主要能耗根源。

沉砂池和初沉池用以除去污水中粗大的砂粒以及细小的悬浮物, 除了污水在池子中的水损外, 刮砂刮泥设施以及其后续处理会有一定能耗, 但是这些能耗都不大。

2.4 曝气池的能耗分析

曝气池是好氧处理工艺的能耗大户。能降低曝气池的能耗就相当于解决了好氧处理工艺流程的能耗问题。

常规的曝气池都是用机械的方式向污水中鼓入空气或是从池底充入空气, 并且用搅拌等方式让空气和污水充分混合, 从而使空气均匀地分布于污水中, 提高好氧处理的效果。

污水在曝气池里的停留时间一般会在2 h以上, 其容积是相当大的, 不管是采用叶轮旋转曝气还是通气帽在池底鼓入空气的方式曝气, 电机的功率很大, 且要昼夜运行, 其能耗之大是可想而知的了。

2.5 厌氧池及厌氧处理设备的能耗分析

厌氧处理工艺的能耗相对较低, 并且可以产生沼气, 回收利用也很方便。只是厌氧处理过程中, 污水停留时间很长, 并且要保证好的处理效果, 必须要有较好的隔绝空气的措施。尽管如此, 厌氧处理的发展趋势还是被看好的。

2.6 二沉池及其他处理设施的能耗分析

二沉池是处理后的污水进行泥水分离的地方。现在普遍使用的二沉池都设有刮渣挡板、出水排泥等装置, 二沉池的面积也比较大。分离出来的污泥还要用污泥泵输送到污泥泵房, 污泥的压缩处理等也是耗能很大的。

现在常用的污泥机械压缩处理及浓缩后的污泥外运填进等方法, 耗能巨大, 并容易引起二次污染。像污泥中的高浓度污染物很容易随雨水再次进入水循环系统, 造成二次污染。

3 污水处理各个环节的节能途径

3.1 再生水的回用

虽然我国花费大量投资建设了一批城市污水处理厂, 但经过处理后的再生水并没有得到充分利用。在城市污水处理决策中应充分考虑污水的再生利用, 发展再生水在农业灌溉、绿地浇灌、城市杂用、生态恢复和工业冷却等方面的利用。

城市污水再生利用规划建设要遵循客观需要和实际可能的原则, 按照远期规划确定最终规模, 以现状水量及用水需求为主要依据确定实施规模。城市污水再生利用技术选择与工程实施要考虑国情、实际条件和用户需求, 城市污水再生利用规模、处理程度、处理流程、输水方式、再生水质、使用用途的选择上, 既要满足要求, 又要经济合理。目前城市污水再生利用应着重于农业灌溉、市政杂用、景观水体、生活杂用、工业冷却、生态环境和补充地表水。

城市污水再生过程和再生水的使用应确保公众和操作人员的健康安全, 以及周边的环境安全, 尤其要有效地控制病原菌的污染和传播。再生水使用应满足国家和地方有关污水再生利用的水质标准和规定, 尤其是处理工艺的选择, 应经过严格的专家论证, 得到评估和主管部门的批准, 确保工艺的可靠性和安全性。

3.2 环境自净和生态处理

城市污水处理厂出水也可看作是水文循环的组成部分, 将合乎质量要求的出水排放到河流水体中, 使河流水体能维持或变成供下游使用的原水源, 不仅经济可行, 而且可减少风险并发挥河流自净能力。

正是因为自然环境自身有很强的处理污水的能力, 可以用生态的方法处理污水, 这样不仅可以获得很好的处理效果, 还能省去很多的处理费用。

目前的生态处理方法中很多都存在占地多、处理流量小的问题。所以生态处理方法要因地制宜, 用在空地较多、生物生长好的地方。像人工湿地、土壤层微生物滤池、植物浮床等都是很好的生态处理方法, 能耗低, 很值得推广。

3.3 各个处理构筑物的节能途径

(1) 污水提升泵站节能途径。

将现有的集中式污水处理改成分散式处理, 并充分利用一级处理后的中水, 不但减小城市污水处理厂的压力, 还能大大减少深度处理所需的费用。同时污水提升泵站的水量也会适当减少, 甚至可以取消, 全部采用分散处理模式。污水处理厂只负责处理工厂附近、污水量大的用户排放的污水。

(2) 格栅的节能途径。

尽量将污水处理设备安装在地势较低的地方, 减小提升泵的功率。污水经过格栅的时候可以凭借其较快的流速通过栅条, 必要时再用提升泵将污水提升至沉淀池。

(3) 曝气设施的节能途径。

不管是好氧处理还是厌氧处理设施, 其能耗都是非常大的。因为必须要用电力设备将空气充入到污水中, 可以采用多层好氧过滤的方式减小这一能耗开支。好氧过滤的各个滤层的厚度和材料都是不相同的, 实现的过滤效果也大相径庭。由于二级及以上的深度处理流程未完全列出, 只以好氧处理流程中的曝气池为例, 提出了曝气处理的新方法。

好氧过滤具体的方法是:污水经过格栅拦截之后, 即可以直接进入第一层好氧过滤层, 第一层好氧过滤层的孔隙是很大的, 一般用粗大的砂石铺垫, 主要去除污水中大的悬浮物并通过水流在砂石中紊动的流动将空气中的氧气混入污水中。然后污水进入第二层好氧过滤层, 这一层的砂石粒径相对较小, 污水在这一层的停留时间相对较长, 主要是好氧微生物对有机物的氧化过程, 在这一好氧滤层里, 很容易生成生物膜, 类似于生物膜的处理。如果污水的有机物的含量不是很高的话, 处理水已经基本达到了排放的标准了, 也可以将处理后的水收集起来作中水使用。如果污水的有机物含量很高的话, 可以让污水继续进行下一层的好氧过滤, 滤层的孔隙也将更小, 处理时间更长, 效果也更好。在这一层中, 由于污水的停留时间较长, 对污水中的N和P也有较好的去除效果。

进行好氧过滤处理的排放水已经可以达到排放的要求, 没有必要设置二次沉淀池进行泥水分离。这种处理流程适用于建设在河湖的旁边, 有利于处理水的就近排放, 而且不用清水管道或管渠即可。

4 结论

上面提到的比较节能的污水处理方法主要是生态的处理方法, 其中好氧生物滤池尽管很节能, 但是也有它自身的限制因素所在:

(1) 占地较大。因为这种处理方式全靠生物进行氧化分解有机物的方式处理污水, 污水停留时间很长, 所以处理流量是十分有限的, 但是正如前面提到的, 在大部分污水都用分散式处理方式的情况下, 处理流量都不会很大, 所以这种处理方式是有它的优势所在的。

(2) 不能进行反冲洗, 容易堵塞。由于污水通过滤层的时候, 会生成很厚的生物膜, 老化的生物膜脱落后很容易堵塞住滤层的孔隙, 过滤效果会因此而大为降低。所以只能用孔隙较大的滤料层, 并且尽量避免用垂直分层的布置方式。

(3) 初期造价高, 但是处理费用低。初期造价主要集中在滤层铺砌和滤层上面草皮的种植上, 但是一经运行, 其运行费用是很低的。

该处理方案有以下几个方面的特点:

(1) 如果在滤层上面种植植被的话, 可以将过滤和湿地相结合建设, 处理效果会更好。

(2) 这种处理方案只适用于分散式处理方案中, 处理流量很小, 具体的设施可以同家庭的小花坛、花园合建, 并不会影响建设的美观性。处理后的水可以直接渗透到附近的水池里, 用于花坛的浇灌, 路面浇洒等, 甚至可以回用于冲洗厕所。

(3) 好氧过滤可以结合化粪池共同使用, 有化粪池进行初步处理, 粗大的杂质已经去除, 滤层的堵塞的几率会大大减小。

摘要：介绍并分析污水处理厂流程中各个处理构筑的能耗情况, 并针对各个构筑物提出有效的节能途径。指出常用的污水好氧处理能耗过高的突出问题, 建议改用能耗低, 但造价稍高的好氧过滤等处理方法。污水再生利用也是解决污水处理能耗高的途径之一。

污水处理与节能降耗 篇8

污水处理厂的能耗费用是最具节约潜力的部分, 一般污水处理的能耗费用在运营费用中占较大比例, 约30%左右, 部分污水处理厂更高。因此提高能源的使用效率是提高污水处理厂经济效益的关键。

2 城市污水处理厂曝气系统原理及作用

目前我国的城市污水处理厂曝气技术多样, 但应用最广泛、最具代表性的是通过鼓风曝气系统来实现的, 鼓风曝气系统包括曝气管线、鼓风机以及曝气器等。鼓风曝气的原理主要为:通过曝气管道将空气输送到曝气器, 使空气在曝气器中形成不同尺寸的气泡, 气泡的大小主要由空气扩散装置的形成来决定。

曝气系统是污水处理厂处理过程中的重要环节之一, 曝气的主要作用可归纳为以下几点: (1) 充氧, 曝气系统可向活性污泥微生物提供足够的溶解氧, 从而为代谢过程提供充足的氧量。 (2) 搅动、混合, 使活性污泥在曝气池内处于剧烈搅动的悬浮状态, 能够与废水充分混合、接触。当前城市污水处理厂曝气技术多通过鼓风曝气系统来进行, 而鼓风曝气系统又由曝气管线、鼓风机以及曝气器构成 (如图1所示) 。

3 城市污水处理厂曝气技术的试验和控制分析

在曝气充氧过程中, 由于氧气和水的兼容性不好, 在氧气由气体形态转化为液体形态的过程中, 要冲破液膜的的阻力。氧气在液膜内传递的方程式为:式中:KLa为氧气的转移系数;t为曝气进行的时间;cs为在饱和的状态下氧气的溶解度;c为当时间为t的时候, 氧气的溶解度。在试验过程中, 为了保证试验过程的顺利进行, 通常还要加入一些硫酸钠, 硫酸钠可以与氧气产生化学反应, 从而减少氧气, 起到还原剂的作用。硫酸钠和氧气发生化学反应的公式为:2Na2SO3+O2=2Na2SO4。

在进行曝气试验的时候, 首先, 要向曝气池中注入自来水, 曝气池的容积一般为24.0m3, 注入的水一般要灌满曝气池。接下来, 需要向水中投放相应的硫酸钠, 在投入硫酸钠之前, 要对水中氧气的溶解程度进行确认, 要在确保水中的氧气充分溶解之后, 按照1:8的溶解氧和无水硫酸钠的比例进行投放, 考虑到客观因素, 一般在实际投的时候要按照所计算的比例多投放10%的剂量。在投放硫酸钠后, 为了使水中的氧气和硫酸钠充分发生反应, 需要进行人工的搅拌工作, 直到确认水中的亚硫酸根离子和氧气含量接近零为止, 这时需要再次对水中的氧气的溶解量进行确认。在确认水中的氧气浓度为0的时候, 要开始进行曝气工作。在进行曝气的时候, 要注意曝气时间和DO值, 每间隔1min, 就要更新一次DO值, 同时做好记录工作。曝气试验要一直持续到曝气池内的氧气不再溶解后才可以停止。在试验的时候, 要对相应的空气流量、温度等相关因素做好记录。

3.1 曝气量产生的影响

氧气在水中传播遵循双膜理论。双膜理论指的是, 在气体和液体相接触的地方存在着液膜和气膜, 它们分别以层流状态存在。液相的主体传递方式是通过气体分子的扩散实现传播的, 在传播过程中, 气体分子通过液膜和气膜进行传输。为了增强推动效果, 在实际试验中, 一般可以选择增大通气流量来实现。

3.2 温度和曝气系统充氧的关系

水温的变化也可以对曝气系统产生影响, 具体来说当水温发生变化的时候, 水的物理性质也会发生改变, 从而氧气在水中的传播速度和溶解性能也会收到相应的影响。当水的温度减小的时候, 水中的粘度变大, 分子的活动能力减弱, 液膜厚度将会增大, 从而导致氧气的传播速度下降, 但此时相对应的是氧气的饱和溶解度会升高。所以氧气的饱和溶解度和氧气的传输速度之间呈现出负相关的关系。在进行试验的时候, 要注意这种负相关关系, 选择合适的温度区域确保试验的效果。

3.3 曝气系统的材质会影响充氧性能

上文我们已经分析了微气泡曝气器的运行效率较高, 但因为材料的限制, 微气泡曝气器也比较容易破损和堵塞。同时, 由于使用时间较长, 也极可能导致曝气系统的运转出现问题, 例如产生破碎、破裂的现象。这些问题给曝气系统的正常运转带来了非常不利的影响。在实际操作中, 技术人员要对相关的问题格外注意, 对相关现象进行进一步的研究, 确保曝气系统正常运转的同时保证企业的经济利益。

4 城市污水处理厂曝气节能方法与技术

4.1 智能曝气控制技术

城市污水处理厂在运行的过程中, 进水水质和数量并不是固定的, 经常会发生变化, 这样一来, 在利用微生物对污染物进行降解时, 所需消耗的氧量也会相应的发生变化, 为了保证生化反应的正常进行, 就需要在一定的时间段内, 实现供氧量与耗氧量的平衡, 这样才能保证出水的质量, 实现控制的稳定性及可靠性。智能曝气是一种控制方法, 以活性污泥动力学模型为基础, 通过相应的计算, 来对曝气进行智能控制。在进行污水处理时, 活性污泥法是一种比较重要的方法, 对于微生物生长的环境、曝气池中的有机物去除等工艺, 由人工来进行恰当的控制, 以便于提高控制的有效性。在利用单体设备进行节能时, 具备一定的范畴, 但是应用了智能曝气之后, 实现了范畴的超越, 有效的实现了降低能耗的目的。

4.2 构建智能曝气控制系统

根据相应的动力学数学模型的建立以及相应的计算, 构建起智能曝气控制系统, 在此系统中, 采用四级控制方式, 也就是在进行控制时, 将智能总控制室和PLC控制站结合起来的方式。在智能总控制室中, 设置智能曝气控制模块, 在模块的下方, 再设置PLC控制站, 通过计算机和以太网, 对曝气进行智能控制, 通过PLC站点的采集, 获得相应的实时参数, 进而将各个曝气池中的需氧量科学的计算出来。在智能曝气控制系统中, 智能控制模块是系统中的核心, 通过智能模块的控制作用, 根据曝气池实际的需氧量, 完成氧气的供应, 以实现节能的目的。智能曝气控制系统在实际运行的过程中, 实行人工强制控制模式和正常模式相结合的控制模式, 所谓正常模式, 就是指自动控制模式, 当自动控制模式无法起作用时, 就由工作人员来进行人工强制控制。

4.3 智能曝气系统的性能分析

在对智能曝气系统的性能进行分析时, 通过以下几个部分的控制分析来进行。 (1) 对鼓风机的控制分析, 在智能曝气系统中, 通过对不同时段鼓风机需气量和实际曝气量的对比可知, 即使时段不同, 变化规律也基本一致, 同时, 需气量与实际曝气量的运行曲线基本重叠, 可见, 通过智能曝气系统的调剂作用, 鼓风机的实际曝气量与需求质量基本实现了平衡。另外, 通过对比实际曝气量与总电流的曲线图可知, 二者之间的变化规律也是一致的, 说明通过智能控制, 鼓风机的能耗实现了有效的控制, 达到了降低能耗的目的; (2) 对DO控制的分析, 在未采用此系统之前, DO控制的效果波动性非常大, 呈现出比较明显的不稳定性, 但是DO控制应用了智能曝气控制系统之后, 控制趋于平稳, 波动范围比较小, 由此也说明, 智能曝气系统有利于提升DO控制的稳定性; (3) 对出水水质的影响, 在进行此项分析时, 通过对比分析来实现, 对比的对象为应用系统前后的出水水质, 通过对比可以发现, 智能曝气系统有利于提升出水的水质, 提高能源的利用效率; (4) 节电分析, 通过对比智能曝气实施前后的电耗图可以发现, 在实施了智能曝气之后, 电耗降低了许多。通过这四个方面的分析可知, 城市污水处理厂通过智能曝气系统能够有效地实现曝气节能的目的。

5 结束语

总而言之, 在污水处理厂的建设过程中, 尽可能地选择合理的处理工艺, 使用节能设备及装置。对于已建成投产的污水厂要大胆进行技术改造, 引进新技术、新设备, 加强科学管理, 逐步实现污水资源化, 才能使污水处理技术向低耗、高效率的方向发展。

参考文献

[1]王高峰.城市污水处理厂曝气节能措施探析[J].水能经济, 2015 (12) :277.

[2]刘飞, 张雁秋.污水处理厂曝气池节能及新型生物脱氮技术[J].科技致富向导, 2011 (14) :59~60.

污水处理与节能降耗 篇9

随着社会的发展, 可持续发展已经成为了人们日益关心和研究的问题。在城市发展过程中, 不可避免的会产生污水, 而做好污水处理工作对于城市的生活环境来说至关重要。本文将对城市污水处理厂的发展现状进行阐述, 对曝气技术的运用意义进行探讨, 通过分析曝气节能技术的试验和控制细节, 希望为曝气技术在污水处理中的发展提供帮助。

1 城市污水处理厂概述

城市污水处理厂属于能源密集型行业, 主要通过对污水的处理和再使用, 来解决我国水资源短缺和污染的矛盾。整个污水处理厂要消耗的能源较多, 影响能源消耗的主要因素包括:所要处理污水的质量、需要达到的处理等级、采用的处理方法等。城市污水处理厂在进行污水处理的时候, 要注重对能源的节省, 减低能源的消耗, 达到可持续发展的目的。

2 城市污水处理厂曝气技术概述

目前, 我国的城市污水处理厂的曝气技术要依靠鼓风曝气系统实现。鼓风曝气系统总体来说较为复杂, 组成的构件较多, 其工作原理为:首先, 空气要经由曝气通道进入到曝气器中, 在曝气器中, 空气会形成一些气泡。由于空气扩散设备产生的作用, 这些气泡的大小和形状都有不同, 而气泡大小的不同也决定了鼓风曝气系统的类型不同。这些气泡会在水中不断上升, 最终, 在浮出水面的刹那发生破裂, 而氧气则通过气泡上升的过程, 最终达到了进入污水的目的。气体在进入曝气器之前, 已经受到了加热处理。这种处理是通过通道内的接触和鼓风机在运行过程中进行压缩处理的结果。气体在曝气池内, 会接受降温处理, 从而受冷形成水珠, 这些水珠经由收集管道排除。

曝气器的分类主要有产生的气泡大小决定, 大气泡曝气器释放气泡的空洞较大, 而微气泡系统释放气泡的方式主要是通过多孔材料来进行释放。两者相比较, 大气泡曝气系统的优点是对于氧气的转移效果更好, 但由于通常都设置在曝气区下部的位置, 所以不容易进行清洗, 同时也很容易造成堵塞。而小气泡系统相比来说效率更高些, 这是由于微气泡对于微生物的破碎作用较小, 需要的空气量也不大, 清洗起来也要比大气泡曝气器的清洗更加容易, 但相对来说氧气的转移效率要低些, 同时对于材料和使用时间也有比较严格的要求。

3 城市污水处理厂曝气技术的试验和控制分析

3.1 曝气节能技术的应用原理

在曝气充氧过程中, 由于氧气和水的兼容性不好, 在氧气由气体形态转化为液体形态的过程中, 要冲破液膜的的阻力。氧气在液膜内传递的方程式为:

式中:KL为氧气的转移系数;t为曝气进行的时间;C5为在饱和的状态下氧气的溶解度;c为当时间为t的时候, 氧气的溶解度。在试验过程中, 为了保证试验过程的顺利进行, 通常还要加入一些硫酸钠, 硫酸钠可以与氧气产生化学反应, 从而减少氧气, 起到还原剂的作用。硫酸钠和氧气发生化学反应的公式为:

在进行曝气试验的时候, 首先, 要向曝气池中注入自来水, 曝气池的容积一般为24.0m3, 注入的水一般要灌满曝气池。接下来, 需要向水中投放相应的硫酸钠, 在投入硫酸钠之前, 要对水中氧气的溶解程度进行确认, 要在确保水中的氧气充分溶解之后, 按照1∶8的溶解氧和无水硫酸钠的比例进行投放, 考虑到客观因素, 一般在实际投的时候要按照所计算的比例多投放10%的剂量。在投放硫酸钠后, 为了使水中的氧气和硫酸钠充分发生反应, 需要进行人工的搅拌工作, 直到确认水中的亚硫酸根离子和氧气含量接近零为止, 这时需要再次对水中的氧气的溶解量进行确认。在确认水中的氧气浓度为0的时候, 要开始进行曝气工作。在进行曝气的时候, 要注意曝气时间和DO值, 每间隔一分钟, 就要更新一次DO值, 同时做好记录工作。曝气试验要一直持续到曝气池内的氧气不再溶解后才可以停止。在试验的时候, 要对相应的空气流量、温度等相关因素做好记录。

3.2 曝气量产生的影响

氧气在水中传播要遵循双膜理论。所谓的双膜理论指的是, 在气体和液体相接触的地方存在着液膜和气膜, 它们分别以层流状态存在。液相的主体传递方式是通过气体分子的扩散实现传播的, 在传播过程中, 气体分子通过液膜和气膜进行传输。为了增强推动效果, 在实际试验中, 一般可以选择增大通气流量来实现。

3.3 温度和曝气系统充氧的关系

水温的变化也可以对曝气系统产生影响, 具体来说当水温发生变化的时候, 水的物理性质也会发生改变, 从而氧气在水中的传播速度和溶解性能也会收到相应的影响。当水的温度减小的时候, 水中的粘度变大, 分子的活动能力减弱, 液膜厚度将会增大, 从而导致氧气的传播速度下降, 但此时相对应的是氧气的饱和溶解度会升高。所以氧气的饱和溶解度和氧气的传输速度之间呈现出负相关的关系。在进行试验的时候, 要注意这种负相关关系, 选择合适的温度区域确保试验的效果。

3.4 曝气系统的材质会影响充氧性能

上文我们已经分析了微气泡曝气器的运行效率较高, 但因为材料的限制, 微气泡曝气器也比较容易破损和堵塞。同时, 由于使用时间较长, 也极可能导致曝气系统的运转出现问题, 例如产生破碎、破裂的现象。这些问题给曝气系统的正常运转带来了非常不利的影响。在实际操作中, 技术人员要对相关的问题格外注意, 对相关现象进行进一步的研究, 确保曝气系统正常运转的同时保证企业的经济利益。

3.5 智能曝气系统概述

鼓风曝气系统可以对于污水进行有效处理, 同时能源消耗也有所降低, 但相对来说还有进一步改进的空间, 而智能曝气系统将会是未来曝气系统发展的方向。智能曝气系统的节能范畴较广, 其中涉及到了自我控制、流体力学等一系列的科学, 能够对曝气系统采取精确控制, 在确保节能效果的同时, 为系统的操作提供更多的运行方法, 是一种非常先进的污水处理系统。

4 结语

随着国家对环境保护的重视, 污水处理厂在城市发展中所起到的作用也越来越大。目前, 我国的污水处理系统得到了很大的发展, 在能源消耗方面有了明显的降低。在实际工作中, 科研技术人员要对污水处理中的曝气系统进行科学认识, 对曝气节能的技术原理, 运行机制和未来发展方向进行广泛研究, 注重污水的处理效果和减少能源的消耗, 加强污水处理系统的可操作性, 为我国污水处理工作的有效展开贡献力量。

参考文献

[1]单廷财.城市污水处理厂曝气节能方法与技术[J].甘肃农业, 2015, 14:57-58.

[2]弋舒昱, 马晓力, 李少丛.城市污水处理厂节能技术研究进展[J].能源与环境, 2012, 01:37-38+49.

浅析热处理节能与环保技术 篇10

热处理是指材料处在固体状态下, 通过加热、保温和冷却的手段, 进而改变材料表面或者内部的化学成分与组织, 从而获得所需性能的工艺。机械制造行业的发展水平影响国家经济。因此, 世界各国重视机械制造行业的发展。热处理技术是机械制造行业的重要环节, 是集材料、制造、信息等科学于一体的综合性、边缘科学技术。热处理技术可以保证机械零件内在质量, 充分发挥材料潜力, 进而提高零部件可靠性、服役寿命, 达到节能、节材的效果, 提高了产品竞争力。

2热处理工艺发展现状

热处理行业存在耗能和环境污染问题, 节能减排的压力巨大。我国的热处理行业存在着如下问题:

2.1热处理工艺过程装备落后

中国热处理企业存在很多问题, 包括加热炉炉龄很长、采用的工艺装备陈旧、设备老化、能耗很高等问题。低污染、高效、优质、环保的设备占现有的热处理设备的比例很低。西方发达国家采用的热处理工艺正在朝着智能化、柔性化以及自动化的方向发展, 相比之下, 中国的企业存在较大的差距。我国的热处理的产业化、社会化以及规模生产还未形成, 所以生产效率低, 与发达国家相比差之甚远, 仅为美国的1/26, 设备的利用率与负荷率还不到30%, 但是能耗相比美国要高出40%, 造成的环境的污染严重。

2.2热处理消耗能源高

钢件在奥氏体化过程中温度要求处在900~1100℃之间, 铝合金要求处在500℃, 所以热处理过程消耗能源很高。热处理的用电量可以达到企业总用电总量的25%~30%。中国热处理专业厂、设备制造厂、工艺材料生产厂以及主机厂的热处理分厂、车间大约为1600家, 总的员工为38万人, 中国热处理加热设备15万台, 目前正在服役的热处理加热设备中, 电炉所占的比例很大, 每年的耗电量1.1×109 k W·h。如果单台设备的平均生产率为100 kg/h, 按平均每天12小时计算, 其年生产能力为4.5×107t。如果考虑加热设备的平均利用率可以达到30%, 那么这些设备的每年的生产量可以达到1.35×107t, 则消耗电能的总量可以达到9.9×109k W·h。现国际上以热处理平均单位电耗 (k W·h/t) 作为参考:我国733, 欧美400, 日本300, 由此判断我国热处理行业能源浪费现象较发达国家较大, 存在很大的节能空间。

2.3热处理工艺过程造成的环境污染严重

热处理企业给环境造成极为严重的污染, 污染形式包括水、空气、辐射、固体废弃物及噪声等形式。整个行业每年存在大量淬火油产生蒸发或者局部燃烧, 生成大量的Cm Hn、CO及烟尘等污染物;其排放不当可能导致水源污染;燃煤加热炉排放SO2是酸雨的罪魁祸首, 产生的灰分给环境造成严重污染;喷砂机要产生Si O2和有害粉尘量十分惊人。近年来, 由于企业向郊区移动, 污染也从城市向农村转移。先进的制造技术使产品竞争能力得到保证, 机械产品质量好坏取决于热处理技术的先进程度。当今中国机械产品与世界先进水平存在20年的差距, 其工艺装备与技术水平落后, 行业里对加强热处理工艺的节能和环保达成了共识。

3热处理工艺过程节能和环保的途径

3.1新能源和先进燃烧技术

热处理的能源由电能或者燃料充当。用何种燃料要根据实际条件决定, 具体体现在生产成本, 操作与控制方面的难易程度、设备的可靠性、能源方面供应条件、热处理工艺方面的特性及对生态环境产生影响等综合因素。天燃气热效率能够达到50%, 是煤电的热效率的2倍。热处理炉除了采用直接燃烧能够获得30%的热效率, 此外烟道气产生的废热用于预热燃烧, 加上其他加热亮利用, 可以使设备的绝对热利用率达到80%以上。天然气能源具有节能和环保双重优势。天然气应用在热处理设备生产工艺上取得了很大的经济效益, 节能和环保效果良好。国内外科研单位研究开发的其他具有高效节能并且污染低的新技术主要包括:微小型燃烧、高红外节能、燃气红外线辐射器、强辐射传热节能、洁净燃烧等技术, 并且已经在热处理行业中获得了应用。

3.2节能、环保的热处理新技术

3.2.1氮基气氛热处理技术

氮基气氛用于退火、淬火、渗碳、渗氮等工艺, 可以用来防止工件在加热过程中氧化、脱碳现象。在氮基气氛用于渗碳或渗氮处理过程中, 氮气可以保证原料气消耗减少, 促使炭黑的生成量减少。氮基气氛可以促进、加速渗碳或者渗氮过程, 并且降低工件在渗碳时的内氧化程度, 同时能够提高工件的疲劳强度, 这种工艺节约能源和渗剂并且具有安全无污染、气源丰富、成本低廉和适用面广等特点, 符合我国国情, 是我国热处理技术的一个发展方向。

3.2.2真空热处理技术

真空加热的原理是将工件放置于真空的加热方法。热处理加热规定的最高真空度不能超过10-5Pa。采用真空加热可以用于防止工件的脱碳、氧化以及元素贫化, 同时具有脱脂、脱气、净化表面和变形少等特点。工件可以在具有真空的条件中进行低压渗氮、渗碳等表面处理, 采用在真空碳氮或者渗碳共渗以后进行高压气淬的方法, 可以缩短工期的目的, 这时还能获得优良的性能, 行业认为是比较理想的自动化、柔性化和清洁热处理技术。现已经广泛应用在生产模具、汽车零件等热处理工艺。发达国家的当今的真空热处理设备占其热处理设备总量的比例为15%-20%, 而我国则小于5%。

3.2.3离子渗技术

离子渗技术具体包括离子渗氮和离子渗碳两种, 其技术原理是在放电过程的作用下, 利用带电粒子去轰击放置于低压容器内的工件表面, 达到使其温度升高、原子渗入表层的目的。与化学热处理相比较, 此种工艺过程的特点是渗速快、节约能源、工件变形小、热效率高, 而且不会产生烟雾和废气污染。

4结束语

现代制造业产中, 热处理工艺需要走社会化和专业化的道路, 运用材料科学工程, 替换传统的材料, 运用新材料, 运用高新的工艺技术, 研发新型设备。转变观念、增强环保与节能的管理是我国今后热处理行业的发展方向之一。

参考文献

[1]朱祖昌.热处理技术发展和热处理行业市场的分析[J].热处理, 2009.

[2]陈志远.热处理节能[M].上海:上海工程技术大学, 1988.

污水处理与节能降耗 篇11

【关键词】建筑节能；外围保温； 隔热处理 ；施工技术

前言

伴随着节能技术的迅速发展，人们也逐渐的意识到了建筑节能的重要性，与此同时外围保温隔热处理施工技术开始广泛的运用于我国的建筑中，这一方面提高了我国建筑物的使用寿命，维护了建筑物的主体结构，另一方面也有效的降低了建筑物的能耗损失，减少了建筑物与室外空气的热传递作用，从而实现了建筑物节能的目标。通过相关的实际调查与分析发现建筑外围节能保温隔热处理施工技术是新建建筑的首选方案。但是我国目前的建筑节能外围保温隔热处理施工技术相对来说还不够完善，并没有形成一个系统性的技术方案，这很难实现我国建筑节能的预定目标，所以针对建筑节能外围保温隔热处理施工技术展开研究是十分迫切及必要的。

一、建筑节能的概念与主要材料

建筑节能主要是指为了能够有效的提高社会能源的利用效率，在整个建筑项目的设计、建设、改造以及使用过程中，采用合理的节能型能源，从而有效的降低能源的能耗。就目前的发展情况来看，市场上建筑节能的材料种类已经有很多种，这里只简单介绍几种常用的材料。一般来说界面层主要起增强附着力的作用， 在基层与保温材料的中间部分可以考虑使用。粘结层主要作用是为了确保保温材料的粘接，一般情况下采用聚合物。通常用到网格布主要用于分散抗裂层的受力。常用的保温材料主要有聚苯板和挤塑板等， 其中聚苯板可以制造出密度、形状以及厚度都不相同的泡沫塑料成品。挤塑板的专业名称为聚苯乙烯挤塑泡沫板， 它的主要成分是聚苯乙烯树脂，把聚合物与发泡剂等混合在一起，在高温条件下熔融并挤出，制作成硬质的泡沫塑料，这种类型的板材一般情况下不会出现缝隙，同时具有吸水少、抗压强的优点。

二、 建筑外围保温隔热处理施工技术

1、外墻保温隔热处理施工技术

在建筑物外围护结构中，外墙约占据了25%～30%相当大的传热比例，为此应重视对外墙保温隔热处理施工技术的应用，以有效降低外墙的能源损耗。

（1）外墙外保温系统组成材料应由外保温系统供应厂商统一提供，不能分别采购。施工单位应严格按照《民用建筑节能工程施工质量验收规程》（DGJ32/J19-2006）和《建筑节能工程施工质量验收规范》（GB50400-2007）的要求对外保温施工材料进行复检，监理单位做好见证工作。

（2）采用新型保温、隔热材料，如矿渣棉、玻璃棉、岩棉、膨胀珍珠岩、膨胀蛭石、聚苯乙烯泡沫、加气混凝土及胶粉聚苯颗粒浆料等新型材料作为墙体节能工程材料，并严格要求保温、隔热材料的密度、压缩强度、导热系数、抗压强度都符合设计要求。保温砌块砌筑的墙体，通常要求采用具有保温功能的砂浆砌筑，但由于灰缝饱满度和密实性对节能效果有一定影响，故对于保温砌体灰缝砂浆饱满度的要求应严于普通灰缝，通常规范要求水平的灰缝饱满度不应低于90%，竖直灰缝不应低于80%。

（3）外保温材料应全面粘贴，凡与室内有关联的天沟、檐沟、窗侧处（即热桥部位）均应铺设保温层，如有变化应由原设计单位出具书面变更并履行相关程序。墙体保温板和基层以及各构造层之间的连接必须牢固，连接方式应符合相应设计要求，保温板材和基层的粘接强度应做现场拉拔试验。当使用保温浆料做外保温时，基层和保温层之间的应粘接牢固，不允许空鼓、开裂或脱层等情况发生。若保温层使用预埋或后置锚固件固定时，锚固件的位置、深度、数量均应符合相应设计要求，并进行现场拉拔试验。

（4）对于涂料饰面保温砂浆系统，抗裂砂浆总厚度宜控制在3～6 mm，在阴阳角部位和窗边应用加强网加强；涂料饰面前应采用柔性耐水腻子。对于面砖饰面保温砂浆系统，抗裂砂浆总厚度宜控制在7～9 mm，加强钢丝网搭接不超过四层，膨胀钉有效锚固深度不小于25 mm，应使用柔性面砖黏结剂和柔性面砖勾缝剂。

2、屋面保温隔热处理施工技术

屋面的保温隔热处理是建筑节能的重点之一，在夏季时采取的措施是阻止太阳辐射热进入室内，在冬季时则是阻止室内的热量散失。常用的施工方法有正铺法和反铺法两种，正铺法是在屋面的防水层下设置如玻璃棉、珍珠岩等导热系数小的轻质材料用作屋面的隔热保温；反铺法则是在屋面的防水层上方设置聚乙烯泡沫等材料用于隔热保温。

（1）施工单位严格按照相关技术规范要求进行屋面的保温隔热施工。因屋面保温隔热层的基层质量不仅影响到屋面工程的质量，而且对保温隔热效果造成严重影响，为此对基层敷设质量应严格要求，必须符合设计规范要求。

（2）因影响屋面隔热保温效果的主要因素除保温隔热材料的性能以外，还包括了材料的厚度、敷设方式以及热桥部位的处理等等。为此应对材料位置、敷设方式以及缝隙填充方式进行严格检查，以满足相应设计要求标准。

（3）影响屋面架空隔热的效果主要包括了三个方面：一是通风口尺寸、架空层高度以及架空通风的安装形式；二是架空层内是否保持畅通；三是架空层的材料品质和完整性。为此，在屋面保温隔热处理施工中，应逐一检查通风口尺寸、架空层高度和通风安装形式，并保证架空层内没有杂物的存在，保持畅通和完整性。

3、门窗保温隔热施工技术

门窗具有围护、通风和采光的作用，在建筑中有着不可替代的作用，但同时和外围的墙体、屋面比较，外门窗属于轻质薄壁结构，在建筑结构中是保温隔热的薄弱环节，为此应加强对门窗保温隔热施工技术的应用。

（1）为保证外门窗保温隔热施工质量，应按照相应规范标准，在进入施工现场时对外门窗材料进行复验。在严寒地区对外门窗保温节能要求更高，应着重对门窗的气密性能和传热系数进行复验；而炎热地区更多门窗考虑隔热问题，可仅对气密性能进行复验。

（2）外门窗的保温隔热效果在很大程度上取决于采用的玻璃形式、种类以及加工形式，为了达到保温隔热的处理要求，施工中采用的玻璃品种应符合相应设计要求。在门窗材料方面，近年来钢塑整体挤出型材、塑木复合型材、铝木复合型材、铝合金断热型材以及UPVC 塑料型材等一些技术含量较高的节能门窗材料在隔热处理施工中相继得到了应用。

（3）外门窗玻璃和门窗扇的密封条性能和安装对保温隔热效果有很大影响，如密封条安装不当，不仅会影响到门窗的气密性，严重时还会造成门窗的渗水。因此要求密封条安装完整和镶嵌牢固，保证在外门窗关闭时密封条的接触严密和不脱槽。

结束语

总之，合理科学的实施建筑外围保温隔热技术，可在实现保护建筑的主体结构的目标的同时，有效隔避免室内外的热传递作用，从而达到高效节能的目的。虽然我国建筑节能外围保温隔热能技术体系已经得到了一定程度的运用和发展，但相比部分发达国家来说，依然存在着一定的差距，面向未来，我们还需要进一步探索和发现，只有不断总结经验，不断实践改进和创新，才能使建筑外围保温隔热技术发挥其最大的节能功效。

参考文献

[1] 张健. 外墙保温技术及建筑节能材料的应用[J]. 中国新技术新产品. 2010（03）

[2] 陈端俤. 节能建筑外墙保温工程施工质量控制分析[J]. 福建建材. 2010（01）

[3] 董越秀. 浅谈民用建筑节能设计中的措施[J]. 科技情报开发与经济. 2010（05）

污水处理与节能降耗 篇12

某市一污水泵站是该市污水处理的主要泵站之一,主要用于提升城市污水的高度,以便流向下一级泵站,完成污水的输送。该泵站共有6台污水泵,其中5用1备,2台变频器,每台变频器可以在2台泵之间切换使用。其中1#和4#泵为定速泵,第一台变频器可以切换控制2#或3#泵的转速,第二台变频器可以切换控制5#或6#泵的转速。污水泵为立式蜗壳混流泵,泵的额定功率为1600kW,额定流量为7.5m3/s,额定扬程为13.5m。污水泵设置于前池和高位井之间,每台污水泵使用一条单独的输送管路将污水由前池输送至高位井。泵站的设计污水流量为:雨季高峰 流量31.28 m3/s,旱季低峰 流量6.1m3/s,即泵站的来水流量Qe将在6.1~35m3/s之间变化。

2泵站运行模式建模

目前泵站根据来水流量控制水泵的启停,而且优先启动变速泵,一定程度上可以降低水泵的能耗。但是目前的运行控制方式未对泵的启动数量进行最优化的计算,不能根据来水流量的变化使泵尽可能地运行在较高效率区,令水泵机组总的轴功率降低,从而使泵站的综合能耗尽可能最低。采用最小轴功率法建模,即以轴功率最小为目标函数的最优解。

目标函数为:

约束条件为:

式中,m为泵站水泵最大运行台数;ωi为决策变量,取0或1;Pi为i#泵的功率(kW);He为管路所需扬程(m);Hi为i#泵的扬程(m);ΔH为前池与高位井的液位差(m);ΔHmin为前池与高位井最小液位差(m);ΔHmax为前池与高位井最大液位差(m);S为管路阻抗(Pa/m3·h);Qe为来水流量(m3/s),可根据前池液位的变化率进行计算;Qi为i#泵的流量(m3/s);A为前池液面表面积(m2);dh/dt为前池液位变化率(m/s),可由前池超声波液位计测得。

由于各台泵相同且管路布置相同,因此我们假设各台泵的管路特性曲线近似为同一条曲线,当然在具体测量后,若发现不同,则按各自的管路特性曲线进行分析。

为了减少管路特性曲线因液位差变化频繁引起的震荡,减小自动控制的难度,可将管路特性曲线分为数档,例如将ΔH每隔一定区间分为一档。由于管路阻抗S可以计算出来,并为固定值,所以ΔH一旦确定,其管路特性曲线随之确定。因此由测得的液位差,选择液位差的区间,并令该管路特性曲线为区间对应的曲线。即可取ΔHmin≤ΔH≤ΔHmax的范围为某个区间。

3泵站节能运行方案

当泵运行在不同转速时,对应的有一条Q—η曲线,假设取最大效率值ηmax的90%作为高效区(高效区的范围可根据具体情况设定),则每一条曲线上都有一段高效区,运用做图法,可以得出各个转速条件下的高效区(Q1,Q2)。

如图1所示,当泵运行在额定转速时,所对应的高效区为AB段;当泵运行在额定转速的60%时,所对应的高效区为CD段;同理,其他各个转速条件下对应的高效区也可依次做出。现将高效区左右两端分别连接,得到高效区域的范围ABCD。运行时,应尽量使泵运行在该高效区域内。

对于多台泵同时运行,主要考虑使总的轴功率尽可能小,在满足流量的前提下,总的轴功率应控制在一个相对比较小的范围内。

3.1单台泵的运行情况

首先,设定第一台泵的启动液位,水泵编号i=1~6,其中2#、3#、5#、6#泵为变频泵。

当来水流量为Qe,当液位上升到其启动液位时,变频泵启动,出于降低启动电流的考虑,将转速调至额定转速60%的速度启动运行。取编号i=2,即启动2#泵。

此时,可以计算出2#泵所在管路2的特性曲线:He=ΔH+SQ2。做出来水流量Qe与管路2特性曲线的交点E,便能得出E点对应转速nQe,然后再查对应的效率ηQe。依此判断如果按此时的来水流量Qe将2#泵的流量调到与来水流量相等,即令Q2=Qe,此时看2#泵是否能运行在高效区内。若不能运行在高效区内,则不能将2#泵的流量Q2调节到Q2=Qe,此时调节2#泵的转速使其运行在高效区内的最小轴功率处,则必然导致Q2Qe。然后需要针对上述各种情况进行相应处理。

(1)如果E点已经处于高效区内,则可将2#泵的转速调至E点所对应的转速nQe,即使2#泵的实际流量Q2等于来水流量Qe,并使2#泵稳定运行即可。如图1所示,E处于高效区的情况。

(2)如果E点处于高效区外,则不宜将2#泵的流量Q2调节到Q2=Qe,而应将2#泵的流量向高效区方向调节,使泵处于高效区运行。

(3)E点不在高效区,且2#泵的管路特性曲线与高效区无交点。即此时无论怎样调节,都无法使泵处于高效区。

3.2两台变频泵运行时的情况

当将2#泵的流量调节到高效区后,其实际转速n

此时,可以绘制出5#泵Q—H曲线与管路特性曲线He=ΔH+SQ2的交点H,H即此时泵的稳定运行点,流量为Q5。如图2所示,2#泵调速后的稳定运行点为F点(F点已在高效区),F对应转速n2,Qe与管路特性曲线5相交于G点。接下来可能出现如下情况:

(1)若能将两台变频泵的流量点分别调节至高效区范围内,且能符合。则可通过计算最终确定两台变频泵的最佳流量点。

已知i=2和5,两台变频泵的管路特性曲线同为和Q5与管路特性曲线的交点必须处于高效区,且功率为流量的函数:),由这些约束条件可计算出轴功率之和最小时的Q2和Q5。分别将2#和5#泵调速至Q2和Q5对应的转速n2、n5下运行,此时耗功相对最小。

(2)如果在高效区内无法满足Q2+Q5=Qe。

1)若两泵在高效区范围内,Q2+Q5>Qe,而单开一台泵时的流量Q又小于来水流量Qe。

即如果两台泵都调至高效区内的最低转速,其流量和最小时,仍有Q2+Q5>Qe。此时,会使前池液位下降,达到停泵液位。之后由于一台泵的流量又满足不了来水流量,又会使液位上升至第二台泵的启动液位,很容易造成泵的频繁启停。

对于这种高效区内一台泵不能满足来水流量要求,两台泵在高效区内的流量和最小的流量又大于来水流量的情况,从安全和满足流量的要求出发,可以采取只启动一台泵,使单台泵的流量Q=Qe;也可以启动两台泵使∑Q=Qe;此时采取最小轴功率法,计算出哪种模式耗功相对较小,并调节频率到各台泵所需流量对应的转速。

2)若在高效区范围内,两台泵在高效区内的流量无论怎样组合仍有Q2+Q5

此时,对于两台变频泵可以通过最小轴功率法,计算出在高效区内各自的流量,并将各自的转速调节至与各自高效区内各自的流量对应的转速。由于此时的来水流量大于两台泵的流量总和,液位将会逐步上升,直至第三台泵的启动液位。

由上述分析可知,通过计算,在满足泵运行在高效区范围内的情况下,尽可能使泵的总功率最小,从而可以将泵调速到最佳的转速,这种运行过程处于相对节能状态。

3.3多台泵的运行情况

同理,当3台泵、4台泵、5台泵启动运行时,按照上述满足泵站安全和流量要求的前提下,采取变频泵高效区运行,总的轴功率最小的方法作为控制的理论基础对泵站的运行进行控制调节。

4结语

泵站是城市给排水系统的主要组成部分,是工业用电中的高耗能设备。本文对某污水泵站进行了节能运行控制方案的分析讨论,基于泵站现有条件,在满足安全运行和排污要求的前提下,尽可能使泵运行在高效工作区域内,实现整个泵站总的轴功率相对最小,达到节能的目的。

摘要：为某污水泵站设计了节能运行控制方案,采用最小轴功率法进行建模,对单台泵和两台变频泵运行的情况进行分析,给出基于泵站现有条件实现整个泵站总的轴功率相对最小的控制方案,达到节能的目的。