一、概述
城市生活污水处理自200年前工业革命以来,越来越受到人们的重视。城市污水处理率已成为一个地区文明与否的一个重要标志。近200年来,城市污水处理已从原始的自然处理、简单的一级处理发展到利用各种先进技术、深度处理污水,并回用。处理工艺也从传统活性污泥法、氧化沟工艺发展到A/O、A2/O、AB、SBR(包括CCAS工艺)等多种工艺,以达到不同的出水要求。我国城市污水处理相对于国外发达国家、起步较晚,目前城市污水处理率只有6.7%。在我们大力引起国外先进技术、设备和经验的同时,必须结合我国发展,尤其是当地实际情况,探索适合我国实际的城市污水处理系统。
结合我国实际情况,参考国外先进技术和经验,建设城市污水处理厂应符以下几个发展方向:
1.总投资省。我国是一个发展中国家,经济发展所需资金非常庞大,因此严格控制总投资对国民经济大有益处。
2.运行费用低。运行费用是污水处理厂能否正常运行的重要因素,是评判一套工艺优劣的主要指标之一。
3.占地少。我国人口众多,人均土地资源极其紧缺。土地资源是我国许多城市发展和规划的一个重要因素。
4.脱氮除磷效果。随着我国大面积水体环境的富营养化,污水的脱氮除磷已经成为一个迫切的问题。我国最新实施的国家《污水综合排放标准》(GB8978-1996)也明确规定了适用于所有排污单位,非常严格地规定了磷酸盐排放标准和氨氮排放标准。这就意味着今后绝大多数城市污水处理厂都要考虑脱氮除磷的问题。
5.现代先进技术与环保工程的有机结合。现代先进技术,尤其是计算机技术和自控系统设备的出现和完善,为环保工程的发展提供了有力的支持。目前,国外发达国家的污水处理厂大都采用先进的计算机管理和自控系统,保证了污水处理厂的正常运行和稳定的合格出水,而我国在这方面还比较落后。计算机控制和管理也必将是我国城市污水处理厂发展的方向。
二、污水处理工艺及变频改造可行性变与频节能原理
1.原污水处理系统工艺
为了选择出工艺上最可靠,投资上最经济,管理上最方便的城市污水处理系统,结合当地的实际情况,我们调研了国内外污水处理厂的成熟经验和发展趋势,并进行了比较。目前,国内外城市污水处理厂处理工艺大都采用一级处理和二级处理。
A.一级处理是采用物理方法:主要通过格栅拦截、沉淀等手段去除废水中大块悬浮物和砂粒等物质。这一处理工艺国内外都已成熟,差别不大。
B.二级处理则是采用生化方法:主要通过微生物的生命运动等手段来去除废水中的悬浮性,溶解性有机物以及氮、磷等营养盐。目前,这一处理工艺有多种方法,归结起来,有代表性的工艺主要有传统活性污泥、氧化沟、A/O或A2/O工艺、SBR及CCAS工艺等。目前,这几种代表工艺在国内外都有实际应用。
C.曝气机和潜水泵是污水处理的核心设备,也是主要的运行耗能设备。污水处理厂曝气机的鼓风机是全天候运转的,曝气机的主要作用就是向待处理污水中通入空气,空气中的氧融解在污水中,污水处理好坏在溶解氧部分,溶解氧浓度对处理结果有很大影响,溶解氧浓度太低,污水不能达标;溶解浓度太高,不仅浪费电能还可能使活性污泥上浮使出水也不能达标。溶解氧浓度主要靠鼓风机通入的风量来调节。
D.目前大部分鼓风机的风量调节是靠进风门及出风门来调节的,对鼓风机电机不做速度调节,此种调节方式节能有限,在不同的污水量及处理工艺的不同阶段,随然需要的风量不一样,但鼓风机电机消耗的电能基本不变,造成极大的电能浪费。
2.变频改造的可行性
随着交流变频调速的日益普及,变频器补广泛应用于各行各业当中。曝气机的鼓风机加装变频器,鼓风机变频控制后,能随时根据污水量、污水处理的不同工艺阶段所需的风量来调节鼓风机转速,从而控制供风理,最终将曝气池溶解氧的浓度控制在污水处理工艺所需值。
变频调速能是一项节电环保的技术,污水厂设备一般全天候运行,经过变频改造后节能效果可观,运行稳定可靠,操作方便,能真正实现节能环保的目的。
3.变频节能原理
随着科技的不断发展,交流电机调速技术被广泛采用。通过新一代全控型电子元件,用变频器改变交流电机的转速方式来进行风机流量的控制,可以大幅度减少以往机械方式调控流量造成的能量损耗。
图2中:
曲线1和2表示调速时的压力-流量曲线;曲线3和4表示节流调节时管路阻力特性曲线;曲线5表示恒速时功率-流量曲线。
设A点为风机最大工况点。当风量需从Q1减少到Q2时,如果采用节流调节法,工况点由A到B,风压增加到H2,由图中可看出轴功率P2下降,但减少的不太多。如果采用变频调节方式,风机工况点由A到C,可见在满足同样风量Q2情况下,风压H3将大幅度下降,功率P3随着显著减少。节省的功率损耗△P=△HQ2与图中面积BH2H3C成正比。
A.由以上分析可知,变频调节是一种高效的调节方式。鼓风机采用变频调节,不会产生附加压力损失,节能效果显著,调节风量范围0%~100%,适合调节范围宽,且经常处于低负荷下运行的场合。但是,当风机转速下降,风量减小时,风压将发生很大变化,由风机比例定律:
Q1/Q2=(n1/n2),H1/H2=(n1/n2)2,P1/P2=(n1/n2)3
可知: 当其转速降低到原额定转速的一半时,对应工况点的流量、压力、轴功率各下降到原来的1/2、1/4、1/8,这就是变频调节方式可以大幅度节电的原因。
① 假设将水泵转速降低10%(输出频率45Hz时),则功率
P2=(0.9)×P1=0.73P1,节电27%。
②假设将水泵转速降低20%(输出频率40Hz时),则功率
P2=(0.8)³×P1=0.51P1,节电49%。
B.由于功率与转速成三次方的关系,因此,转速变化越大,功率的消耗将呈几何级数减少。
C.按照GB12497《三相异步电动机经济运行》强制性国家标准实施监督指南中的计算公式进行节电分析,即:
风机、泵类,采用挡板调节流量对应电机输入功率PL与流量Q的系
式中:Pe-额定流量时电机输入功率KW
QN-额定流量
式中:Ki为节电率、P1为节约功率
可使用上式估算改造为的节电量。根据原工况,对采用入口导叶的风机,在入口导叶小角度开度节电效果和变频器相差不大,即开度为10%时与采用变频控制节能效果相当不大可忽略不计。
4.实际产生经济价值及其估算
A.旁路开度为30%,流量为70%时节电率估算: 1-((0.7)3/0.45+0.55×(0.7)2)=52%
B.原工频每月每台估算用电量:160×0.7×24×30=80640KWH
C.变频改造后每台每月节电量:80640×52%=41933KWH
D.变频改造后每台每月节省电费:41933×0.8=33546.4元
结论:每套变频节能柜报价:19.2万无;投资回收周期:约6月
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