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污水行业
发布时间:2018-07-03

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: 

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。 

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。 

占地省。

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。 

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。 

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与频节能原理

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。

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。

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。 

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。

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。 

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。

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。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。 

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%。 

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。

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。

实际产生经济价值及其估算                                      

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%

原工频每月每台估算用电量:                                  

160×0.7×24×30=80640KWH

变频改造后每台每月节电量:                                      

 80640×52%=41933 KWH

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

四、原设备运行工况

设备参数:                                     

a 某污水处理厂有离心式鼓风机一共3台,

配套的三相异步电动机型号为:Y2-315L1-2-160KW,2极电机,额定转速2975RPM。

原启动方式为软启动器(非变频启动)。

污水处理中鼓风机况             

鼓风机采用入口导叶、出口阀门、旁路放空阀调节风量。工作时入口导叶开度为10%,入口进气温度为25.2度,压力为0.1KPA;出口阀全开,出口温度91.7度,压力为60KPA;出口处旁路放空阀开度为30%。

启动电流对电动机及设备的损害      

电动机采用降压软启动启动方式,这种方式虽然能降低启动电流对电动机的损害,但由于鼓风机惯性大,启动力矩要求较大,仍有高达额定电流2—3倍的启动电流,危害着电动机、水泵、单向阀、管路系统的使用寿命。 

设备运行中的噪音、震动、水锤等问题                        

设备在启动、运行、停止的过程中,由于无法进行及时有效的调节,会产生严重的水锤、机械噪音增加、震动加剧等现象,这些现象都具有极大的破坏性,会引起管道破裂或瘪塌、损坏阀门和固定件,并会增加进线变压器的负荷状况。采用了变频调节后,可以通过延长升、降速时间来延长起动或停机的过程,即使在运行过程中,也可以通过对工作频率点的选择,跳过容易引起设备共震的工作点,从而使水泵叶片、单向阀、管路系统承受的应力大为减小,轴承的磨损也大大减轻,设备的工作寿命将大大延长。

五、变频改造方案                                  

根据原设备工况,考虑可靠性及配置的灵活性,采用一拖一方案,每台鼓风机电机加装一套变频节能柜,保留原软启动装置,作为变频控制柜故障时的备用装置,以保证生产的万无一失。变频控制柜内含变频器、切换接触器、指示表、指示灯及按钮开关等。 

六、用户受益

高效节能运行,节能效果可观,投资回报周期短                          

变频改造后,鼓风机可根据工艺需要来调节供风量,变频调速后节约电能。

电机真正带负载软启动,减少冲击。                                

使用变频调节以后,由于使用了SPWM技术,实现了真正意义上的软启动和缓冲停机,从根本上消除了启动电流对电动机及其它设备的危害,大大延长了设备的使用寿命。  

延长设备使用寿命                                        

采用了变频调节后,可以通过延长升、降速时间来延长起动或停机的过程,即使在运行过程中,也可以通过对工作频率点的选择,跳过容易引起设备共震的工作点,从而使水泵叶片、单向阀、管路系统承受的应力大为减小,轴承的磨损也大大减轻,设备的工作寿命将大大延长。

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