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    污水行業
    發布時間:2018-07-03

    一、概述

        城市生活污水處理自200年前工業革命以來,越來越受到人們的重視。城市污水處理率已成為一個地區文明與否的一個重要標志。近200年來,城市污水處理已從原始的自然處理、簡單的一級處理發展到利用各種先進技術、深度處理污水,并回用。處理工藝也從傳統活性污泥法、氧化溝工藝發展到A/O、A2/O、AB、SBR(包括CCAS工藝)等多種工藝,以達到不同的出水要求。我國城市污水處理相對于國外發達國家、起步較晚,目前城市污水處理率只有6.7%。在我們大力引起國外先進技術、設備和經驗的同時,必須結合我國發展,尤其是當地實際情況,探索適合我國實際的城市污水處理系統。 

    結合我國實際情況,參考國外先進技術和經驗,建設城市污水處理廠應符以下幾個發展方向: 

    總投資省。

    我國是一個發展中國家,經濟發展所需資金非常龐大,因此嚴格控制總投資對國民經濟大有益處。 

    運行費用低。

    運行費用是污水處理廠能否正常運行的重要因素,是評判一套工藝優劣的主要指標之一。 

    占地省。

    我國人口眾多,人均土地資源極其緊缺。土地資源是我國許多城市發展和規劃的一個重要因素。 

    脫氮除磷效果。

    隨著我國大面積水體環境的富營養化,污水的脫氮除磷已經成為一個迫切的問題。我國最新實施的國家《污水綜合排放標準》(GB8978-1996)也明確規定了適用于所有排污單位,非常嚴格地規定了磷酸鹽排放標準和氨氮排放標準。這就意味著今后絕大多數城市污水處理廠都要考慮脫氮除磷的問題。 

    現代先進技術與環保工程的有機結合。

    現代先進技術,尤其是計算機技術和自控系統設備的出現和完善,為環保工程的發展提供了有力的支持。目前,國外發達國家的污水處理廠大都采用先進的計算機管理和自控系統,保證了污水處理廠的正常運行和穩定的合格出水,而我國在這方面還比較落后。計算機控制和管理也必將是我國城市污水處理廠發展的方向。  

    二、污水處理工藝及變頻改造可行性與頻節能原理

    原污水處理系統工藝                                    

        為了選擇出工藝上最可靠,投資上最經濟,管理上最方便的城市污水處理系統,結合當地的實際情況,我們調研了國內外污水處理廠的成熟經驗和發展趨勢,并進行了比較。 目前,國內外城市污水處理廠處理工藝大都采用一級處理和二級處理。

    一級處理是采用物理方法:                                     

     主要通過格柵攔截、沉淀等手段去除廢水中大塊懸浮物和砂粒等物質。這一處理工藝國內外都已成熟,差別不大。

    二級處理則是采用生化方法:                                  

    主要通過微生物的生命運動等手段來去除廢水中的懸浮性,溶解性有機物以及氮、磷等營養鹽。目前,這一處理工藝有多種方法,歸結起來,有代表性的工藝主要有傳統活性污泥、氧化溝、A/O或A2/O工藝、SBR及CCAS工藝等。目前,這幾種代表工藝在國內外都有實際應用。 

    曝氣機和潛水泵是污水處理的核心設備,也是主要的運行耗能設備。

    污水處理廠曝氣機的鼓風機是全天候運轉的,曝氣機的主要作用就是向待處理污水中通入空氣,空氣中的氧融解在污水中,污水處理好壞在溶解氧部分,溶解氧濃度對處理結果有很大影響,溶解氧濃度太低,污水不能達標;溶解濃度太高,不僅浪費電能還可能使活性污泥上浮使出水也不能達標。溶解氧濃度主要靠鼓風機通入的風量來調節。

    目前大部分鼓風機的風量調節是靠進風門及出風門來調節的,對鼓風機電機不做速度調節,此種調節方式節能有限,在不同的污水量及處理工藝的不同階段,隨然需要的風量不一樣,但鼓風機電機消耗的電能基本不變,造成極大的電能浪費。 

    變頻改造的可行性

    隨著交流變頻調速的日益普及,變頻器補廣泛應用于各行各業當中。曝氣機的鼓風機加裝變頻器,鼓風機變頻控制后,能隨時根據污水量、污水處理的不同工藝階段所需的風量來調節鼓風機轉速,從而控制供風理,最終將曝氣池溶解氧的濃度控制在污水處理工藝所需值。變頻調速能是一項節電環保的技術,污水廠設備一般全天候運行,經過變頻改造后節能效果可觀,運行穩定可靠,操作方便,能真正實現節能環保的目的。

    變頻節能原理

    隨著科技的不斷發展,交流電機調速技術被廣泛采用。通過新一代全控型電子元件,用變頻器改變交流電機的轉速方式來進行風機流量的控制,可以大幅度減少以往機械方式調控流量造成的能量損耗。設A點為風機最大工況點。當風量需從Q1減少到Q2時,如果采用節流調節法,工況點由A到B,風壓增加到H2,由圖中可看出軸功率P2下降,但減少的不太多。如果采用變頻調節方式,風機工況點由A到C,可見在滿足同樣風量Q2情況下,風壓H3將大幅度下降,功率P3隨著顯著減少。節省的功率損耗△P=△HQ2與圖中面積BH2H3C成正比。 

    由以上分析可知,變頻調節是一種高效的調節方式。鼓風機采用變頻調節,不會產生附加壓力損失,節能效果顯著,調節風量范圍0%~100%,適合調節范圍寬,且經常處于低負荷下運行的場合。但是,當風機轉速下降,風量減小時,風壓將發生很大變化,由風機比例定律: 

    Q1/Q2=(n1/n2),H1/H2=(n1/n2)2,P1/P2=(n1/n2)3可知當其轉速降低到原額定轉速的一半時,對應工況點的流量、壓力、軸功率各下降到原來的1/2、1/4、1/8,這就是變頻調節方式可以大幅度節電的原因。 

    ① 假設將水泵轉速降低10%(輸出頻率45Hz時),則功率   

    P2=(0.9)×P1=0.73P1,節電27%。                     

    ② 假設將水泵轉速降低20%(輸出頻率40Hz時),則功率

    P2=(0.8)3×P1=0.51P1,節電49%。 

    由于功率與轉速成三次方的關系,因此,轉速變化越大,功率的消耗將呈幾何級數減少。

    按照GB12497《三相異步電動機經濟運行》強制性國家標準實施監督指南中的計算公式進行節電分析,即:

    風機、泵類,采用擋板調節流量對應電機輸入功率PL與流量Q 的系式中:Pe-額定流量時電機輸入功率KW

    QN-額定流量式中:Ki為節電率、P1為節約功率可使用上式估算改造為的節電量。根據原工況,對采用入口導葉的風機,在入口導葉小角度開度節電效果和變頻器相差不大,即開度為10%時與采用變頻控制節能效果相當不大可忽略不計。

    實際產生經濟價值及其估算                                      

    旁路開度為30%,流量為70%時節電率估算:                             

    1-((0.7)3/0.45+0.55×(0.7)2)=52%

    原工頻每月每臺估算用電量:                                  

    160×0.7×24×30=80640KWH

    變頻改造后每臺每月節電量:                                      

     80640×52%=41933 KWH

    變頻改造后每臺每月節省電費:                               

     41933×0.8= 33546.4元

    結論:

    每套變頻節能柜報價:19.2萬無;投資回收周期:約 6 月

    四、原設備運行工況

    設備參數:                                     

    a 某污水處理廠有離心式鼓風機一共3臺,

    配套的三相異步電動機型號為:Y2-315L1-2-160KW,2極電機,額定轉速2975RPM。

    原啟動方式為軟啟動器(非變頻啟動)。

    污水處理中鼓風機況             

    鼓風機采用入口導葉、出口閥門、旁路放空閥調節風量。工作時入口導葉開度為10%,入口進氣溫度為25.2度,壓力為0.1KPA;出口閥全開,出口溫度91.7度,壓力為60KPA;出口處旁路放空閥開度為30%。

    啟動電流對電動機及設備的損害      

    電動機采用降壓軟啟動啟動方式,這種方式雖然能降低啟動電流對電動機的損害,但由于鼓風機慣性大,啟動力矩要求較大,仍有高達額定電流2—3倍的啟動電流,危害著電動機、水泵、單向閥、管路系統的使用壽命。 

    設備運行中的噪音、震動、水錘等問題                        

    設備在啟動、運行、停止的過程中,由于無法進行及時有效的調節,會產生嚴重的水錘、機械噪音增加、震動加劇等現象,這些現象都具有極大的破壞性,會引起管道破裂或癟塌、損壞閥門和固定件,并會增加進線變壓器的負荷狀況。采用了變頻調節后,可以通過延長升、降速時間來延長起動或停機的過程,即使在運行過程中,也可以通過對工作頻率點的選擇,跳過容易引起設備共震的工作點,從而使水泵葉片、單向閥、管路系統承受的應力大為減小,軸承的磨損也大大減輕,設備的工作壽命將大大延長。

    五、變頻改造方案                                  

    根據原設備工況,考慮可靠性及配置的靈活性,采用一拖一方案,每臺鼓風機電機加裝一套變頻節能柜,保留原軟啟動裝置,作為變頻控制柜故障時的備用裝置,以保證生產的萬無一失。變頻控制柜內含變頻器、切換接觸器、指示表、指示燈及按鈕開關等。 

    六、用戶受益

    高效節能運行,節能效果可觀,投資回報周期短                          

    變頻改造后,鼓風機可根據工藝需要來調節供風量,變頻調速后節約電能。

    電機真正帶負載軟啟動,減少沖擊。                                

    使用變頻調節以后,由于使用了SPWM技術,實現了真正意義上的軟啟動和緩沖停機,從根本上消除了啟動電流對電動機及其它設備的危害,大大延長了設備的使用壽命。  

    延長設備使用壽命                                        

    采用了變頻調節后,可以通過延長升、降速時間來延長起動或停機的過程,即使在運行過程中,也可以通過對工作頻率點的選擇,跳過容易引起設備共震的工作點,從而使水泵葉片、單向閥、管路系統承受的應力大為減小,軸承的磨損也大大減輕,設備的工作壽命將大大延長。

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