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首先,我们来到了从属福州市西区自来水厂的污泥干化厂。福州市西区自来水厂承担着福州市西区的供水任务,每天供水400万吨。这家污泥干化厂的工作目的是处理自来水厂排出的污泥。在老师的讲解下,我们了解到,在制定处理方案时要根据处理对象的性质和处理目标的不同来制定出不同的治理方案。在处理这些污泥时,我们首先是要降低污泥的流动性,也就是降低它的含水率,使之从流动变为不流动,最后变为固体,然后进行填埋或进行再次利用,比如作化肥。在处理污泥时主要的工作目标是将泥水分离,其中水分为游离水、表面水和毛细水三种。未经处理的污泥含水率为99%,一般情况下处理完的污泥含水量降为55%-60%,只有经过焚烧后的污泥含水量才会降至10%,而刚开始的污泥所含的水分中,有10%是游离的,有20%-30%是表面水,其余大多数为毛细水。考虑到治理的目标、成本和治理对象的性质,这里只要求祛除污泥中的游离水和表面水,使固废不流动就可以了。根据污泥的性质,这家干化厂制定了这样的工艺流程:污泥从净水厂产生并被运输到干化厂后;首先,向污泥中投加混凝剂,这是一种混凝工艺,这是为了使表面水游离出来;然后污泥被运送到高密度澄清池,在这里污泥的游离水被分离出来,澄清的水将被直接排放入闽江,这是因为这些澄清水是没有被再次污染的,而被分离出来的沉淀污泥中,大部分是被运送到干化床利用蒸发原理进行干化,在干化后的污泥被外运填埋处置,还有一小部分被分离出来的污泥则经过污泥回流重新进入高密度澄清池再进行处理。在经过这一系列的介绍后,我们开始了参观认识实习。首先,我们来到了加药间。在这里我们看到了一种叫聚丙烯酰胺(PAM)也叫絮凝剂,这种絮凝剂主要起架桥作用,是一种有机的絮凝剂,有机的絮凝剂根据分子量的不同所起的作用也不同,这些絮凝剂首先要进入溶解溶药器用搅拌器使之溶解,然后这些药通过加药泵进入到高密度澄清池中,在此过程中,要应用柱塞原理实现保持稳定的流量,并采用循环方式进行调节,同时,需要注意的是在溶解溶药器周边必须配有梯子和清洗池,这就是对环境工程的要求。从加药间出来之后,我们进入了另一间操作室,在这里有许多的阀门和泵,其中比较重要的就是提升泵了,它通过阀门的开关来控制污泥的提升和回流,同时污泥的浊度和PH值也由在线监控设备进行监督和控制。接下来,我们来到了高密度澄清池,这里有一台搅拌机是用来促进泥药接触的,在这里还有斜管沉淀池,而悬浮的污泥层会形成过滤网,它与污泥的回流保证了高密度澄清池的结构,这也是有考虑到经济问题的。最后,我们来到了干化床,这是污泥干化的地方,污泥从斜管沉淀池经过排泥管的运输最后来到了干化床,干化床的设计与地区的气候规律有关,当蒸发量大于当地的降水量并有足够的面积时,则可以不考虑降水因素,由于干化床也会产生澄清水,所以干化床的周围设有起壁机,通过起壁机来调节池中水面的高度,沙层过滤的澄清水也将被直接排放入闽江。
目前城市净水厂污泥处理处置发展概况如下:在过去的城市净水厂建设中,污泥处理一直被忽视的一个环节,人们更多的关注于工业生产的排污治理,二十世纪七十年代以前,各国建设的净水厂排泥水处理设施,多是沿用污水处理厂的污水和污泥处理方法进行设计和应用,主要采用污泥塘与干化场处理和污泥。随着城市化进程的发展,六十年代开始,研究人员工着手认真研究净水厂排泥水处理和污泥处置工作,调查了净水厂的排泥与净水厂净水工艺间的关系,探讨了净水厂排泥与污水厂排泥的异同,七十年代,美国联邦政府颁布布《水污染控制法》,要求各州制定标准,水厂污泥必须经处理再行排放;并且拟定了一个污泥处理发展草案。其发展目标是:到七十年代末,应用可实行技术合理进行污泥处理,并要求各类水厂排除污水的pH值及总悬浮物达标。到八十年代初,必须考虑污泥处理工艺的经济性,要求对污泥处理后的析出液或滤液回用;到八十年代中期,在全国范围内消除污泥排放造成环境污染。日本于1975年也颁布布了《水质污浊防止法》,规定没有沉淀池和滤池的净水厂,其排出水必须经处理至符合水质排放标准。近年来,美、俄、日、英、法等发达国家的各大、中城市新建的净水厂中均设置了较为完善、自动化程度高的污水和污泥的处理设施。离心脱水、加压脱水等机械脱水方法应用普遍。欧洲有些净水厂,由于原水中的悬浮物含量低,浊度小,水厂排水中泥含量少,往往将排泥直接排入市政污水管理,输送到就近的污水厂统一进行污泥处理,据有关资料,欧洲许多国家净水厂经过浓缩和脱水处理的污泥量,占全部净水厂污泥量的70%。污泥脱采用的具体技术,因各国的自然条件和习惯,有明显差异。然而近年来的总体趋势是,干化声和干化塘的使用减少,离心与压滤脱水逐渐占统治地位。
我国的净水厂污泥处理和处置工作起步较晚,由于净水厂的排泥,在过去一般均认为其组成与水体的原有固体组分相当,只增加了处理过程中的一些絮凝剂,对环境害影响甚微,因而,目前为止绝大数净水厂的排泥还是直接排入水体,但随着我国政府对水资源保护工作的日益重视,特别是城市规模的不断的扩大,净水厂的排泥逐渐突出,据粗略统计,我国最大城市,上海市各净水厂每年能过排泥进入水体的悬浮就达30万tds(吨干固体),有机物按10%含量,可达3万tds以上。净水厂的排泥正受到有关部门的密切关注,《中华人民共和国水法》、《中华人民共和国水污染防治法》等一系列水资源保护法律法规的颁布实行,我国在八十年代净水厂排泥被提上议事日程,对水厂污泥进行无害化处理已成为目前国内城市供水行业的重要任务。
净水厂是水源污染的直接受害者,由于原水污染给净水工艺在技术上带来许多困难造成净水成本的不断上升,保护水源,走可持续发展的道路,净水厂的排泥要首先做到达标排放是责无旁代的。
离开了污泥处理厂,我们的下一站就是福州市丰泉环保集团。
到了这里,我们第一步是先参观固废热处理和尾气处理装置垃圾焚烧尾气净化装置,在这里我们所参观的是医疗垃圾热解炉,它主要是对医疗垃圾进行热解焚烧。首先,垃圾先进入热解炉,在热解炉里有1200摄氏度的高温对垃圾进行缺氧燃烧,这样会产生大量的有机气体,其尾气中主要含有HF、HCL、二厄英、和一些有机气体。在此之后,这些气体从热解炉中进入到二燃室和三燃室中,这些气体进入二燃室后会被加料助燃,然后再进入三燃室进行进一步的燃烧,在这一系列的燃烧后,气体中的有机成分就被彻底燃烧了,剩下的就是一些酸性气体和二厄英。而后这些气体将进入急冷塔,在急冷塔中,这些气体的温度将急剧降低,从750摄氏度以上被冷却至200摄氏度左右,其中有气液两向喷嘴可除去HCL并避免二厄英的再生成。接下来,从急冷塔出来的气体将进入半干法除酸塔,在这里,酸性气体将被NaOH、Na2CO3或Ca(OH)2中和而被去除,而且在这个半干法除酸塔中的所有水分会被烟气的温度蒸发,从而是进入的液体只剩下固态,这就避免了废液的处理,在其中还设有旋转喷雾装置,转速达到了16000转/分,这又使得尾气的处理更加完全。接下来尾气进入的是布袋除尘器,此时的尾气的成分主要是粉尘、二厄英和少量有机气体,在布袋除尘器中有活性炭喷粉装置,它用活性炭层处理净化气体污染物和粉尘,这就使得尾气中的有害物质进一步减少。从布袋除尘器中排出的尾气,下一步就会进入活性炭吸附房,在这个活性炭吸附房中有大量的活性炭纤维,它可以进一步将没有被处理转化的有害气体净化吸收,以达到尾气排放标准。在此之后,尾气就可以进入排放系统,这个排放系统应根据尾气的温度、特性来设计排放装置,并排入到外部环境之中。此外,在参观的过程中我们会发现,气体所经的管道都是绕弯的,这是为了延长气体停留的时间,这就是工程设计过程中所要考虑的细节了。以上就是医疗垃圾热解炉的工艺流程原理了,它的图示如下:
热解炉
二燃室
三燃室
急冷塔
半干法除酸塔
布袋除尘器
活性炭吸附房
排放系统
在这里我们还看到了另一套装置,这是一套用于处理生活垃圾的这也是一个焚烧炉,它主要包括旋转炉窑、旋风除尘器、吸收塔,其中旋转炉窑是用于燃烧垃圾,而旋风除尘器则是用于除粉尘,最后的吸收塔是用于除酸的。这就是生活垃圾焚烧炉的大致工艺流程。从这里,我们看得出来,医疗垃圾的处理工艺相对于生活垃圾的处理工艺复杂一些,这是由于医疗垃圾的有害成分较多而且成分也较复杂。
参观完了一系列的固废热处理和尾气处理装置,我们来到了下一个参观对象——搪瓷拼装罐式污水处理成套装备的所在地。
关键词:石臼漾水厂;污泥;生产废水;工艺设计
中图分类号:TU992文献标识码: A
嘉兴石臼漾水厂始建于1992年,以新塍塘为界,水厂分南北2个厂区,其中北岸厂区(一、二期工程)供水能力为17万m3/d,南岸厂区(扩容工程)供水能力为8万m3/d,总供水能力为25万m3/d。目前南北2个厂区的污泥及生产废水均直接排入北岸厂区的2座现状积泥池,水厂委托专业的污泥处置公司定期通过船舶清运积泥池中的污泥,而积泥池中的生产废水则直接溢流至新塍塘。水厂不完善的污泥及生产废水处理系统既不满足当今环境保护的需求,同时因污泥尚未进行浓缩脱水处理,污泥含水率较高,不便于运输与最终处置。为此,嘉兴石臼漾水厂急需寻求一个既不影响正常生产,又能完善水厂污泥及生产废水处理的设计工艺。
1、石臼漾水厂净水主处理工艺简介
(1)北岸厂区净水主处理工艺
(2)南岸厂区净水主处理工艺
2、水厂生产废水及污泥量的确定
2.1 水厂污泥干量
(1)水厂原水水质
根据水厂2010~2012年原水水质统计情况, 结合《室外给水设计规范》(GB 50013-2006)规定水厂排泥水处理系统的规模应按满足全年75%~95%日数的完全处理要求确定,得各年浊度保证率如下表2-1。
2010~2012年各年浊度保证率统计表 表2-1
通过上述原水浊度保证率分析,3年90%保证率的浊度值为42NTU,该值作为本工程原水设计浊度值,其接近2011年全年75%的保障率;本工程原水最大浊度值取55NTU,可涵盖2010及2012年两年的统计浊度,对照2011年,该值也接近当年90%的保证率。同时对水厂常年原水水质资料分析,为满足处理要求,本工程原水设计色度取25度,最大色度取40度。
(2)水厂运行药剂投加量
通过对水厂日常运行相关药剂投加情况了解,各种药剂投加量如下表2-2。
水厂相关药剂投加量一览表表2-2
(3)水厂污泥干量
依据《给水排水设计手册》第3册―城镇给水污泥计算推荐公式:
TDS=K×Q×(T×E1+0.2C+1.53A+B)÷106
式中:TDS―总干泥量(t/d)K―厂区自用水系数,设计取值1.05
Q―设计规模(m3/d) T―设计采用的原水浊度(NTU)
E1―浊度与SS的换算系数,设计取值1.05
C―所去除的色度(Cu)A―铝盐的投加率(以AL2O3计,mg/L)
B―其他添加剂(mg/L)
通过计算:TDS(设计)=14.3 T/d、TDS(最大)=19.5 T/d
2.2 生产废水量
(1)沉淀池排泥水量
通过对水厂沉淀池排泥情况调查,各期工程沉淀池的排泥水量如下表2-3。
沉淀池排泥水量统计一览表 表2-3
(2)滤池反冲洗水量
通过对水厂滤池反冲洗情况调查,各期工程滤池的反冲洗水量如下表2-4。
滤池反冲洗水量统计一览表 表2-4
(3)水厂生产废水量
厂区生产废水主要由两部分组成,其中一部分来自于滤池反冲洗水,另一部分来自于沉淀池排泥水,则生产废水总量为13406 m3/d。
3、处理工艺设计原则
(1)处理工艺要基本不影响水厂正常运行。
(2)在基本维持原构筑物不作大的改动下,结合厂内实际情况,采用成熟、稳定、高效的处理技术,对水厂生产废水及污泥进行减量规模的改造。
(3)充分利用厂区现有土地资源,新建构筑物布置尽量紧凑,为水厂今后可能的发展尽量留出空间。
4、处理工艺选择
4.1 污泥处理工艺
(1)污泥处理工艺选择
水厂污泥处理的方法可分为自然干化和机械脱水两种形式。其中污泥自然干化方案具有投资省、工艺简单,作为一种简易的临时处理措施,特别适用于厂区预留用地较多且回填土方量较大的水厂,但其缺点是浓缩后排出污泥浓度较低,减量化效果不明显,处置困难。机械脱水不受自然条件影响,脱水效率高,自动化程度高,脱水污泥便于运输和最终处置,但与自然干化相比,投资费用较高,日常运行费用也高。
虽然机械脱水造价和运行费用较高,但其不受自然条件影响,脱水效率高,占地小,运行管理方便,自动化程度高,对周围环境影响小,故污泥处理选择机械脱水工艺。
(2)污泥机械脱水设备选择
目前在国内外净水厂污泥脱水机械设备采用较多的有带式压滤机、板框压滤机、离心脱水机,3种机械脱水设备相关技术经济比较如下表4-1。
污泥脱水机技术经济比较一览表 表4-1
综上比较,离心脱水机具有占地少、自动化程度高、能连续运行、管理方便、卫生条件好及出泥含固率高等优点,在国内外作为净水厂污泥脱水设备也较为普遍。从工程建设和运行管理角度考虑,本工程选用离心脱水机作为机械脱水设备更贴切水厂的实际情况。
(3)污泥处理工艺流程
目前水厂沉淀池的排泥水均排至北岸厂区的积泥池,根据各期工程沉淀池的排泥水量,结合厂区用地情况,若将整个水厂的沉淀池排泥水统一收集浓缩,则浓缩池的池体较大,其只能设置在南岸厂区预留地内,而北岸厂区拟废弃的积泥池土地资源得不到有效利用。同时因扩容工程的高效沉淀运行过程中投加了PAM药剂,统一浓缩的上清液不利用生产回用。因此本工程考虑将南、北两岸厂区的排泥水分别浓缩,集中机械脱水处理。
为有利用生产废水回用,充分利用厂区土地资源,结合各期沉淀池的排泥水量及厂区预留用地情况,参比目前国内多数净水厂的污泥脱水工艺,确定本工程污泥脱水工艺流程如下。
4.2 生产废水处理工艺
厂区生产废水主要由两部分组成,一部分来自于滤池反冲洗水,另一部分来自于沉淀池排泥水,其中沉淀池排泥水做为生产废水由浓缩池的上清液和脱水机的分离液组成。
(1)北岸厂区生产废水系统处理工艺
为减少生产废水排放量,降低生产废水收集管线改造对水厂运行的影响,本工程拟新建回用水调节池用于收集北岸厂区二期工程的砂滤池反冲洗水,将一期工程砂滤池反冲洗水排水管改造接至现状排水池,新建浓缩池的上清液排至现状排水池,通过改造现状排水池的出水管路,将北岸厂区一期工程砂滤池、活性炭滤池的反冲洗水和浓缩池上清液提升至生物接触池进行回用;北岸厂区的污泥经离心脱水机干化产生的分离液通过新建的污水泵房压力输送至现状市政污水管网。
(2)南岸厂区生产废水系统改造技术方案
目前南岸厂区扩容工程滤池的反冲洗水排至现状回收池,回收池可将反冲洗水回用至高效沉淀池,但为保障高效沉淀池处理效果,目前回收池将反冲洗水排至河道。
为减小对高效沉淀池的负荷冲击,同时使得扩容工程滤池反冲洗水得到有效处理,将南岸厂区回收池内的滤池反冲洗水压力输送至北岸厂区的生物接触池,实现回用。由于高效沉淀运行过程中投加了PAM药剂,其排泥水经浓缩池分离后的上清液不适宜回用至净水主处理工艺,故其浓缩池的上清液与污泥经离心脱水机干化产生的分离液通过新建的污水泵房压力输送至现状市政污水管网。
(3)生产废水处理工艺流程
5、处理构筑物布置
为尽量减小工程实施对水厂日常运行的影响,充分利用厂区土地资源,根据处理工艺,结合厂区实际情况,拟将北岸厂区现状的两座积泥池填埋,排入积泥池的雨水管道顺接至河道。一、二期工程的排泥水调节池与二期工程的回用水调节池拟合建于北岸厂区二期积泥池的位置,一、二期工程的污泥浓缩池拟建于北岸厂区一期积泥池的位置。同时为节约用地,将南岸厂区扩容工程的污泥浓缩池、全厂的污泥平衡池、及污水泵房合建,该合建构筑物与污泥脱水机房均拟建于南岸厂区预留地内。
6、工程实施方案
石臼漾水厂是嘉兴市城市供水系统的重要组成部分,其供水量占市区总需水量的60%以上,对当地生活和经济社会协调发展都起到至关重要的作用。因此本工程施工期间,须保证水厂净水工艺正常运行。
为使得施工期间不停厂运行,根据处理工艺,结合构筑物布置方案,工程可先期实施对水厂运行影响较小的南岸厂区处理构筑物,待南岸厂区新建的南岸污泥浓缩池、污泥总平衡池、污水泵房及脱水机房实施完成后,将扩容工程高效沉淀池的污泥进行脱水处理,同时将扩容工程回收池内的炭砂滤池反冲洗水压力输送至北岸厂区的生物接触池回用。
在南岸厂区工程实施期间,同步对北岸厂区的相关管线进行详细调查。待南岸厂区处理构筑物建成运行后,实施北岸厂区工程前期准备工作。在北岸厂区东侧围墙外的河道内构筑面积约900m2的临时积泥区,敷设管道将一、二期工程沉淀池的排泥水、二期工程砂滤池的反冲洗排放水及排入二期积泥池的雨水管接入临时积泥区,施工期间每周定期清运临时积泥区内的底泥。改造北岸厂区现状排水池,将一期工程砂滤池反冲洗水及一、二期工程炭滤池反冲洗水压力输送至生物接触池回用。同时现状排水池预留北岸污泥浓缩池上清液接入口,将排入一期积泥池的雨水管改排至河道。待上述施工前期准备工作完成,填埋现状积泥池不影响水厂制水工艺运行后,实施拟建的排泥水及回用水调节池合建构筑物与北岸污泥浓缩池。待整个工程正常运行后,拆除在河道内临时构筑的积泥区,恢复河道水系。
7、结语
嘉兴石臼漾水厂污泥及生产废水处理工程于2013年11月完成工程设计,在工程设计过程中,工艺专业根据处理工艺要求,充分节约厂区土地资源,不断优化组合各处理构筑物,采用了多种改良措施及创新设计。本工程处理工艺既能完善水厂的污泥及生产废水处理系统,又不影响水厂在工程建设过程中的正常运行。
参考文献
[1]郑志明等.嘉兴石臼漾水厂深度处理工程设计与运行[J],给水排水,2005.
【关键词】污水厂;改造设计;注意事项
中图分类号:U664文献标识码: A
为适应城市发展的需要,适应城市发展带来的更高的环境需求,现在污水厂需要不断地进行改造,提高效率,适应新的污水处理标准集要求。
1 污水厂需要改造的原因
污水厂需要改造的原因很多,大体表现为:(1)污水厂服务范围内的人口的变化、产业性质的调整,以及污水厂服务范围增大等都会导致污水量的增加、污水的进水水质不同于设计水质,为适应污水量的增长及水质的变化,污水厂必须及时进行扩容、改造;(2)随着国家经济实力的提升以及大众保护环境意识的增强,国家的污泥、污水、臭气的排放标准不断地提高,这也使得污水厂必须要通过提标改造来满足新的标准;(3)目前很多污水厂都运行多年,其设备和技术都很陈旧,工作效率不高,这也是污水厂需要进行改造的原因;(4)采用更为先进的技术和设备在一定程度上能够提高机械设备的自动化程度以此来减少物力和人力。
2 污水厂改造的步骤以及注意事项
污水厂改造的首要原则是在目标可达的前提下,通过对现有的污水厂的污水处理容量进行科学准确的评估,最大程度的对污水厂现有的处理能力充分利用,在现有设施的基础上,不做较大的土建改动。其次优选在不进行较大土建大改动的前提下,通过优化污水厂原有的运行方案、维护程序等进行改造,从而实行提高污水处理效率的目的。总之,改造方案的确定本着最经济、合理的原则。其改造的步骤一般包括:
2.1 对需要改造的污水厂进行全面分析评估
对需要改造的污水厂进行全面的分析和评估是改造设计的前提,目的是通过对实际运行数据的收集,配合采用工艺计算、水力计算等方法对收集到的数据进行分析,同时了解设备运行状态并作出评价、了解操作规程并作出评价等等手段对污水厂的生产现状及运行状态进行评价,以期对污水处理厂的现状设施的挖掘潜力进行评估,对污水厂的扩建改造提供依据。具体的工作包括:分析历史数据,如污水的进出水水质、水量(平均流量、峰值流量等)、各单体的运行参数(如生化池的污泥浓度、溶氧等等),初步提出污水厂运行中存在的问题;对现有的污水厂设施,包括单体容积、配套的设备、连通的管渠等,进行工艺复核,对照现行的标准校核原有工艺的实际处理能力,对现有工艺可能存在的瓶颈点进行确定,如无法解决,则需要重新核算确定扩建的规模。
2.2改造方案总体论证
在对污水厂全面分析评估的基础上,首先要进行总体方案论证,从而确定适合本工程的改造方案。总体论证包括如下的几方面内容:
1、确定改造工程的原则,包括适用的排水体制等等。
2、对改造规模进行论证。改造工程的规模论证和新建工程是有区别的,不同在于,要针对新确定的处理要求,对原有工程的处理能力进行论证,不足的部分由新建的工程内容解决。
3、分别对污水、污泥、臭气的国内外成熟的处理工艺进行综述,初步提出适用于本工程的两到三种改扩建方案,这里指的方案包括对原有设施进行改造的方案,新建工程内容采用的方案。对比选工艺列出流程图及主要设计内容,并从工艺的功能适应性方面、施工的难易程度方面、社会环境影响等多方面进行技术比较,并从总投资、运行成本等方面进行经济比较,最终通过综合比较确定适合本工程特点的推荐方案。
有条件的情况下,可以完善:(1)现场测试;(2)新技术的小试;(3)该中技术在其他污水厂的工艺计算以及运行调研情况。将这三项的分析结果作为方案最终选择的依据。
2.3 对推荐的改造比选方案进行详细设计
详细的工程设计至少需要包括如下的内容:
1、总图的设计。改造工程的总图设计是改造的重点,因为改造工程一般希望对现有设施的运行降低到最小,希望在不停水或尽量短时间的停水的状态下,完成改造工程,因此在总图的布置上,要多方案比选优化。
2、各专业设计要配套进行。工艺、电气、自控、建筑、结构、机械、暖通等专业是相互关联的,缺一不可。
2.4 实施改造工程
改造方案确定之后,需要建设新构筑物以及安装新的设备,运行新的维护程序,同时要注意开展操作人员的培训工作。
3 污水厂改造过程中常用技术
3.1 水力改造
对污水厂的水力改造能够改善或者解决流量分配不均、死水区、短流、密度流、污泥流失、射流等问题。
3.1.1 水力改造能够均匀分配流量
一般老厂由于建设较早,分期相对比较多,流量分配不均的情况比较普遍,有条件时,通过建设配水井,或者改造配水堰,通过建立多个堰配水,尽量使每个堰都能对应一组处理单元,通过设置合适的堰宽,控制堰上水头,使得处理单元流量与总流量的比例呈正比。如果采用孔口配水的方式,孔口的尺寸所对应的水头损失应与其处理流量成正比,在此基础上还可以在各处理单元前安装控制阀和流量计,保障流量的均匀分配。
3.1.2完善构筑物内导流设施
导流设施最有效的是挡板的设置。例如沉淀池内进水挡板能够消能、均匀进配水、防止断流、解决污泥絮凝的问题,刮泥板设置的挡板能够起到消能、减少密度流形成的作用;出水挡板能够防止活性污泥系统因为密度流而导致污泥随出水而流失的问题。
导流设施还包括在导流墙的转角设置倒角,在生化池的厌缺氧段需要进行改善。考虑增设推流器进行导流,并保证一定的底流速度,防止淤积。
3.2 设备的改造
由于各类新技术、新设备的推陈出新以及自动化水平和控制技术不断提高,污水厂的设备也是有一定的使用期限的,因此污水厂在处理过程中的要对设备定期进行维护,不满足使用功能的设备适时更换。设备更换要注意:(1)设备选择要考虑在不改造或简单改造原有土建的前提下进行;(2)要采用无堵塞、高效的潜水泵以及变频设备,以此来提高污水厂的输水能力;(3)要采用新型机械的细格栅以及新型的除砂设备,以来来提高污水厂的预处理能力;(4)要采用高效曝气设备,以此来提高污水厂的供氧可靠性、充氧能力同时降低能耗;(5)增设在线监测系统和自控设备来提高污水厂处理污水的能力;(6)采取先进的控制方法,在保证供氧充足的基础上,小幅度的降低供氧量,达到降低能耗的目的。
3.3 工艺改造
3.3.1增加水量水质的调节设施
如果污水厂的总图布置允许,可以考虑增设调节水池,用于适应进水的水量、水质变化。
3.3.2 营养物去除
营养物去除是指对污水中氮磷的去除。采用在污水反应池内加入聚合物或者金属盐等化学药剂的方式去除池内有机物以及除磷的目的是可行的,但是成本较高,并对环境负面影响较大,建议作为生物除磷的辅助。污水中氮磷的去除还是立足于优化工艺的流程,有限通过生物的方法去除。例如优化生化池的流程,控制厌氧、缺氧、好氧的分区,调整进出水的配置等等各种方式,达到生物去除为主的目的。
3.3.3 对污泥膨胀的控制
在一般情况下污泥膨胀是由于大量的丝状菌存在而引起的。控制污泥膨胀的方法为改变二沉池的运行模式,以污泥在曝气或者多点进水的方法,降低二沉池内的固体负荷量;可以辅助对活性污泥加氯处理,在回流污泥内或者在反应池的混合液内直接加氯处理,以此来减少丝状菌的数量。
3.3.4深度处理
一般通过(1)混凝、沉淀、过滤等等处理方法;(2)增设曝气生物滤池;(3)膜技术;(4)将膜分离技术和生物反应池相结合的膜生物反应器进行深度处理。
3.3.5 污泥处理
污泥处理的目的是为了使污泥能够减量、稳定、无害。通常污泥处理的方法书通过储存、浓缩、厌氧或好氧消化、堆肥、干化、湿式氧化、焚烧等方式进行。
结束语:
随着新工艺、新技术以及人们对环境的重视,污水厂的改造会受到人们越来越多的关注。对污水厂的改造一般包括:(1)设备更新、(2)污泥污水处理的工艺改造;(3)检测以及控制技术的应用等。在改造的过程中要注意:(1)必须建立实时、完整的数据收集体系,尽可能的多收集实际数据以及对各类突发状况的应对记录;(2)由专业的设计公司、咨询公司对污水厂进行整体全面的评价、分析,科学确定污水厂需要改造的重点,制定出有效、经济的方案;(3)提高污水厂操作人员和管理人员的专业水平。
【参考文献】
关键词:污水处理厂;DE型氧化沟;脱氮除磷;
中图分类号:U664.9+2 文献标识码:A 文章编号:
1 工程概况
乌鲁木齐河西地区将未经处理的污水直接排入宣仁墩村和百园新村附近的露天砂坑,长期以来对该区域的自然环境和地下水源造成了严重的污染。为了从根本解决河西片区污水污染问题,保证城市绿化及农业生产等用水的需要,缓解城市水资源紧张的矛盾,促进当地经济发展,改善当地居民生活水平,新建河西污水处理厂。乌鲁木齐河西污水处理厂近期规模为10×104 m3/d,远期规模为20×104 m3/d,出水水质执行《城镇污水处理厂污染物排放标准》(GB18918-2002)一级B标准。
设计进、出水水质见表1。
表1 设计进、出水水质
2 工艺流程和主要建(构)筑物
该工程工艺流程见图1。
图1 工艺流程图
本工程预处理工艺为粗细格栅间、曝气沉砂池、生物选择池,生化处理采用了DE型氧化沟工艺;采用紫外消毒渠,污泥处理采用机械浓缩脱水工艺。
2.1 粗、细格栅间及曝气沉砂池
粗、细格栅与曝气沉砂池合建。粗、细格栅间前端建有进水控制井,将进入污水厂的污水引入处理系统,并在污水厂出现事故时超越污水厂。进水井安装φ1200闸板两套,设DN1200溢流管,配φ1200闸板一套,生产废水接入控制井内,设DN400废水管。粗格栅选用机械格栅除污机,三条地下式渠道,各装有格栅除污机一台,栅条间隙:20mm,根据栅前栅后水位差或设定时间间隔,机械自动耙渣,也可人工控制耙渣。栅渣由从渠底捞至渣箱收集后运往厂外填埋。每台除污机前后加装手动方闸板。污水经过粗格栅通过渠道进入细格栅出水井。细格栅是四条渠道,每条渠道上各安装一台阶梯式细格栅, 栅条间隙:5mm,每台格栅前后加装检修渠道闸板,栅渣由螺旋输送机输送至渣箱收集后运往厂外填埋。
曝气沉砂池一座两格,停留时间7min,有效容积652.8m3。设计水平流速为0.08m/s,每格有效水深2.4m,池深4.40m,桥式吸砂机跨度8.3m,流量22m3/h,总功率3.54Kw。
2.2 生物选择池
生物选择池两组,每组配有4台混合搅拌器,每台混合搅拌器的功率为3.0Kw。设出水调节2台,单台堰长5.0m,功率0.55 Kw。生物选择池的水力停留时间约为90分钟。在进入曝气池之前污水及回流污泥在池中充分混合,在缺氧环境下使有利于生物处理的成絮状细菌大量繁殖,而抑制导致终沉池污泥膨胀的丝状细菌的生长,有利于氧化沟和终沉池的运转,同时有一定的水解和去除COD的作用,使进入氧化沟的BOD5/COD提高,增加污水的可生化性;另外细菌在厌氧环境下使磷从化合状态下释放出来。
2.3 DE型氧化沟
氧化沟共2组,每组有效容积31240m3,每组池宽44m,沟长142m,有效水深5.0m,水力停留时间:15.0hr,污泥龄:22d。底部设有微孔曝气器13440个,直径φ215mm,每组池设有低速潜水推进器16台,可调出水堰板2套。污水在氧化沟中形成缺氧、好氧的环境,从而实现有机物的降解过程、硝化和反硝化过程,氧化沟呈周期性运行,在一个周期内交替进出水,通过调节曝气器运行数量,使氧化沟交替处于好氧,缺氧状态使污水中的有机物、氮得以有效去除。每座氧化沟两格内的曝气器交替间歇运转,在曝气器停止曝气期间开动推进器推动氧化沟内混合液流动,与选择池对应实现两个氧化沟的交替出水,氧化沟出水设调节堰,与选择池对应实现两个氧化沟的交替出水。
2.4终沉池
终沉池采用中心进水周边出水沉淀池。最大表面负荷: 0.98 m3/m2・hr,平均表面负荷:0.75m3/m2・hr,设计沉淀时间:2.0 hr,直径42m钢筋砼圆形沉淀池4座。设中心传动刮泥4台。终沉池是生物处理过程中不可缺少的一个组成部分。其主要作用是进行混合液的固液分离,与(氧化沟)生物反应配合达到最终从污水中去除、分离有机物的目的。
2.5 紫外消毒渠
紫外线消毒渠1组,渠内设有紫外线消毒设备1套,自动水位控制器和缓流器1套。
2.6 回流及剩余污泥泵房
回流及剩余污泥泵房2座,每座对应两座终沉池。最大污泥回流比:100%,内设回流污泥潜污泵2台,Q=1250m3/h,H=11m,N=55Kw,其中一台变频。剩余污泥潜水泵1台,Q=60m3/h,H=12m,N=4Kw。
2.7 污泥浓缩脱水机房
污泥脱水机房一座。脱水后泥饼含水率80%。污泥浓缩机、离心脱水机3台,各2用一备,螺旋输送机2台。全自动投药装置1套,内含计量泵等。Fe盐投加装置2套。
2.8 鼓风机房
鼓风机房设计总供气量为26400m3/h,供气压力为6m。内设5台离心风机(3用2备)连续运行,单机设计风量为8800m3/h,风压为6m,单机功率为200KW。
3 运行特点
本工程采用DE型氧化沟工艺。DE型氧化沟由双沟组成,通过曝气器交替间歇运转,使双沟分别交替处于好氧、缺氧状态,污水交替进入其中的一条沟道。该沟前一阶段均以好氧状态运行,产生了大量的硝酸盐,进水则提供了充足的碳源,进水时该沟道约有75%的时间以缺氧状态运行,在此条件下,使得反硝化反应进行的很彻底。避免了其他工艺反硝化的硝酸盐需要从好氧区回流,以及反硝化碳源不足的缺点。
该工艺单独设置了前置生物选择池有厌氧、生物选择的功能,加之反硝化彻底,回流污泥中硝酸盐浓度低,大大提高了聚磷菌在厌氧区磷的释放,相应提高了在好氧区的磷吸收率,除磷效果好。并以高BOD5负荷的环境抑制丝状菌生长,避免了终沉池污泥膨胀现象,保证出水SS值低。该工艺因其水力停留时间和污泥泥龄较长,沟内水流不断循环特点,对进水水量水质的变化有较大的适应性,能承受冲击负荷而不至影响性能。
4 运行结果
该工程于2011年4月开始试运行,因水量不足,只能实现单组运行,由于进水水质TP
数值超出设计值较多,出水TP不达标,因此在氧化沟出水口中加入聚合硫酸铁实施化学除磷。2011年10月开始,河西污水处理厂处理水质效果较好,出水稳定达到一级B排放标准。(见表2)。
表 2 2012年全年实测进、出水水质
5 结论
乌鲁木齐河西污水处理厂近期规模为10×104 m3/d。工艺处理采用DE型氧化沟工艺,运行灵活,有较好的脱氮除磷效果及抗水量冲击能力。
参考文献:
【关键字】:污水处理 电气节能 措施
中图分类号:[TU992.3]文献标识码: A 文章编号:
目前国家已经非常重视节约能源,这就对污水处理厂能源消耗提出了很高的要求。在保障污水处理量和尾水达标排放的前提下,合理的选择设备,优化运行管理方案,采取有效的节能措施,才能节约能源的使用,并有效降低投资成本及处理成本。本文以重庆某生活污水厂为例,通过对该污水处理厂能耗构成的分析,着重对能耗构成中电气节能措施进行分析和探讨。
1污水处理厂能耗构成分析
污水处理厂由于需要提升污水并需生化处理污水,需要大量的工艺用电设备(如提升泵及鼓风机等),为之需配套大量的供电及配电设备,并需设置较大的车间及水池池体。因此,污水处理厂在运行过程中会产生较大的设备电能消耗及电气设备自身损耗,所以必须采取有效的节能措施。措施主要分为工艺节能、建筑节能和电气节能三部分。
1.1工艺节能
本项目运行中主要能耗是工艺设备用电、药剂、电气设备损耗等。而主要耗能设备是污水提升泵、污泥提升泵和鼓风机设备、送水泵等,用电量约占65%。污水处理厂污水提升泵、污泥提升泵采用高效率的潜水式污水泵。在确定水泵型号时力求水泵的实际运行工况点位于水泵特性曲线的高效段,并且进水泵及回流污泥泵装有变频调速及软启装置,可根据水量情况由PLC自动控制以达到节能目的。曝气池采用低速潜水推进器,其池形和推进器布置合理,使其单位体积输入功率最低。此外微孔曝气器选用微孔橡胶膜管式曝气器,提高了供氧量能力及转移效率。鼓风机选用高速离心风机效率高,采用变频控制供气,根据生化池溶解氧DO值,控制风机转数,风量调节范围为50%~100%,降低能耗,节约电能。污水处理厂部分出水进行深度处理后充分回用于厂区绿化、道路浇洒、冲洗水等,减少新鲜水用量,此外还可用作脱水机滤带冲洗水。
此外本工程工艺流程尽量减少转折和迂回,降低污水、污泥提升扬程,节省电耗。并尽量采用渠道配水,使水头损失降低到最低限度,以节约能源。
1.2 建筑节能
屋面采用膨胀珍珠岩作保温、隔热处理。单层建筑外墙采用240mm厚灰砂砖,外贴聚苯板做保温。建筑门、窗采用铝合金节能材质。
1.3 电气节能
除上述工艺节能措施以及建筑节能措施外,电气系统的节能措施同样至关重要。主要包含供配电系统节能、电气线路节能、电气设备节能、控制系统节能、照明系统节能等措施。下文着重分析探讨各项电气节能措施。
2污水处理厂电气节能措施分析
2.1供配电系统的节能措施
2.1.1变配电间的合理布置
由于本项目主要用电设备是鼓风机,额定功率为132KW,故在贴邻鼓风机房侧设置变配电间,满足变配电间应尽量布置在负荷中心的要求。本变配电间又在厂区中心位置,这样可减少配电半径、降低供电电缆的初始投资及线路损耗,而且对供电的稳定性、安全性也有提升作用。
2.1.2 供配电级数应减少
本污水处理厂总用电负荷为 1400kW,供电电源电压采用 10kV,用电设备为 0.4kV,考虑尽量减少配电级数,减少电源配电环节的损耗采用10 kV直变 0.4 kV 的变压器,有效降低由于配电级数过多造成的电能损失。
2.1.3 合理选择变压器容量及台数
合理选择变压器容量及台数,可以使其运行在最佳经济负载率附近,并且可以根据用电性质合理调整变压器的运行台数,减少变压器轻载导致的电能浪费。根据变压器的有功功率损耗特性曲线可知,其最低损耗率一般发生在电力变压器负载率为0.6~0.7之间。负载率太高或太低都会使变压器有功损耗增加,因此考虑变压器的合理运行,一般根据污水厂负荷变化特性,使变压器负载率控制在0.5~0.7 之间为宜。
根据上述原则,本项目采用2台800KVA变压器,2台变压器同时使用,使负载率为63%,达到了低损耗运行范围。同时由于本工程属于二级负荷,两台变压器又同时互为热备,事故保障率可达80%,在单台变压器事故状态下另一台变压器能保证全厂80%的负荷运行。按此设置也降低了设置冷备变压器的前期投资。
2.1.4优化供电系统的无功补偿
对于污水处理厂来说,一般仅设置一座变配电间,厂区供电由敌他配电室内低压配电柜来实现,一般采用低压配电柜集中补偿,在低压配电系统内设置无功补偿装置进行集中补偿。根据污水处理厂实际的负荷状况进行无功量的自动调整,增加电网中有功功率的输送比例,降低线路和变压器因输送无功功率造成的电能损耗,同时降低变压器额定容量。本工程要求污水厂设置无功补偿装置后使功率因素达到0.9以上。
另外由于污水厂非线性负载(如需变频控制的水泵、风机)等较多,变频器产生的谐波电流对供电质量及供电外网都有一定损害,使变配电和用电设备效率降低,加速电缆绝缘老化而使其容易被击穿。本工程在补偿柜内设置削峰扼流器及消谐阻抗器,能有效降低谐波对系统的危害,减少自身电能损耗。
2.2 电气线路的节能措施
2.2.1合理分配电气的负荷
在电气负荷方面的分配上,要尽可能的使三相负荷能够平衡,尤其是对于照明负荷供电、路灯负荷供电等供电设备的回路上,应该要考虑其平衡以及合理性,这样可以很好的规避由于单相负荷太大所造成的线路损耗。本工程建筑物内照明配电箱内配电回路单路按L1、L2、L3顺序依次分配三相负荷,并使各单相的容量总和接近相等。路灯配电箱内配电回路单路按三相负荷分配,路灯电缆为三相五线制,路灯按相序L1、L2、L3分别接线,达到三相负荷平衡。
2.2.2正确对电缆以及导线截面进行选择
在进行电缆的选择时,要根据导线及电缆的经济电流截面进行。在进行导线以及电缆的选择时,还要考虑工作电流以及短路电流,根据电缆的投资以及使用寿命进行合理经济的选择。线路阻抗以及电流是配电线路出现电能损耗的重要原因,根据公式 P损耗= I2R 可知,线路损耗与线路的阻抗成正比、与电流的平方成正比,再由公式 R = ρL/S截面可知,线路的阻抗与导线的导电率和长度成正比,与导线的截面积成反比。所以,在进行配电线的选择时,要尽量选择具有高导电率的导体,同时还要适当增大导线以及电缆的截面,这样方可降低线路的电能损耗。本工程所有电力电缆及控制电缆均选用铜芯电缆,选用原则:电缆载流量>=断路器额定电流值>=设备额定运行电流值。同时考虑线路电压降,保证压降控制在5%以内。
2.2.3缩短线路的长度
线路应该尽可能的走直线,将导线以及电缆的长度降低。进行电路设计时 ,应当合理设置电缆走向,将污水处理厂的变配电房安放在鼓风机房附近,而将回流污泥泵房等负荷集中、距离较远的负荷点处设置分配电房,以实现对电能的二次分配。这样就可以有效的降低电能损耗,同时还可以很好的提高用电的可靠性以及安全性。
2.3 电气设备的节能措施
2.3.1选择和使用节能型变压器
型号不同的变压器,因为其材料以及工艺原理等不同,在进行电能传递时的效率就不同。在进行变压器的使用和选择时,应该尽可能的使用节能型变压器。根据不同变压器节能和价格差的回收年限计算,绝大部分低损耗节能型变压器资金( 比普通变压器投资高出部分) 的回收年限为2~5 年,因此应优先选用高效、低损耗、节能型变压器。本工程选用SCB10真空浇铸干式变压器,该产品具有过载性能强、绝缘性能好等特点。同时总损耗比同容量油浸变压器少20%~30%,具有节约能源的特点。
2.3.2选择和使用高效能电动机
在配合工艺专业进行电动机的选择和使用时,应该尽可能的采用高效能的电动机。由于污水处理厂对于电动机的能耗具有特别的要求,因此在进行电动机的选择时一定要注重节能型和高效性两方面因素。对于污水厂来说,节能型高效电动机尤为重要,尤其是一些大容量潜水设备,在设备选择时一定要剔除不合格产品,电机达不到节能要求的必须禁用。在本项目上要求电动机效率必须大于90%,尽量减小电机功率,减少电动机的自身损耗和电能消耗。
2.4 控制系统的节能措施
2.4.1正确的对变频调速节能设备进行选择
在污水处理厂中,风机、水泵等设备的负荷数量及容量均比较高,在进行设备的选择时,通常是按照污水处理厂的最大需量来进行选择。但实际上,这些设备正常运转时的负载比设计的时候要小很多,势必造成能源的利用率偏低,造成能源的浪费。因此,一定要选择合理的变频调速机。污水处理厂的电机一直处在高速运转中,电机的磨损较为厉害,相应的电机的维护成本就较高。根据流体学相似定律可以知道,水的流量同转速是正比关系,因为功率同转速的三次方是成比例的,同时,因水泵是采用调速控制的,当流量减少的时候,转速所需要的功率就近似的按照流量的三次方进行下降。通过使用较为新型的节能设备,通过计算机进行控制,对设备的负荷状态进行实时的跟踪,并在此过程中对风机的风量以及水泵的流量进行调节,不仅能够节约电耗,控制效果还比较明显。本工程变频器选用针对水泵和风机的西门子MM430系列,该产品采用最新 IGBT 技术、具有数字微处理器控制、线性v/f特性及平方v/f特性等特点,完全满足使用要求。
2.4.2加强对控制系统的选择力度
由于污水处理厂的设备较多,同时污水处理的工艺比较复杂,所以选择设置智能化的精确控制系统。本工程采用先进的中型PLC控制系统,根据厂区构筑物及设备分布,设置3套PLC分站,分别对分站控制范围内仪表及设备进行信号采集及智能化控制。同时在中控室设置一套SCADA系统,作为人机界面,工人能直观的了解污水厂设备及工艺运行情况。该系统可以对相关的参数进行调节,结合上位机内设置的专家系统,保证污水处理厂的供电设备的开停以及运行的时间更加的合理,同时还能够最大限度的实现节能。如本工程进水泵池一期设四台潜水泵三用一备,一台水泵带有变频调节装置,泵池设液位计一台。泵的运行采用水位控制,即将泵池的液位控制在给定值要求范围内。PLC根据泵池水位通过变频自动进行调节控制水泵运转台数,根据每台水泵的运行时间,自动轮转同级别水泵使运行时间相等。尽量保持泵池高水位运行,这样可降低泵的工作扬程,在保证抽升量的前提下,降低电耗,实现节能。水泵的开停次数不可过于频繁,保证每台水泵的投运次数及运行时间基本均等,降低设备损耗。
2.5照明系统的节能措施
2.5.1 最大限度的使用高效的光源
由于污水处理厂的大型车间及大型池体比较多,应当尽可能的采用金属卤化物灯或大功率细管径荧光灯等高效节能型光源。对于污水处理厂的办公室、值班室、控制室这些场所使用三基色细管径荧光灯、紧凑型荧光灯或小功率金属卤化物灯等,不采用白炽灯。在满足照度的前提下,尽可能采用高光通量产品,降低单位面积功率值,这样有利于电气的节能降耗。
2.5.2对节能型光源的用电附件进行正确的选择
气体放电灯镇流器质量参差不齐,应淘汰普通电感型镇流器,使用低损耗的镇流器,如电子镇流器及低损耗电感镇流器等。电子镇流器的PFC电路提高了线路的功率因数,减少线路电流,再者电子镇流器没有电感镇流器的涡流损耗,可减小线路损失,提高供电质量。选用的气体放电灯应在灯具内设就地补偿电容,可提高功率因数,降低额定电流,从而降低线路损耗。
2.5.3对灯具的控制方式进行调整
污水处理厂的办公室、值班室内的灯具一般采用一灯一控的方式,对于污水处理厂的大型车间一般采用多区域的控制,不仅实现了电气节能,同时还能够很好的满足照明的需要。对于污水处理厂的公共通道可以采用声控开关,对于污水处理厂的道路照明选择光控和根据季节设置时间控制相结合的方式,避免一些人工误操作,尽量减少道路灯具开启时间,有利于电气节能。
3结束语
本文通过理论结合实际案例,对污水处理厂进行全面能耗分析,采取有效的电气节能措施,降低生产过程中的电能消耗,节约能源,满足国家对污水厂提出的节能建设要求,并使污水处理厂整体经济效益有所提高。
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