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1、城镇污水处理能耗计 算 方 法 XXX单位:XXX时间:XXX高原地区:(12)r _ Rqs= 0.222式中:GS为供气量,m3/h;RO为2(TC条件下脱氧清水的充氧量,kg/h;EA为氧转移效率。通过供气量计算公式可以看出,供气量的计算原理相差不 大,但在不同工程中的计算效率和准确度却不同。在实际工程 设计和测量中,需根据实际情况选择合适的公式。3、污泥处理单元污泥处理是城镇污水处理过程中的最后一个单元。该阶段 耗能大约占污水厂运行全部能耗的11%,其能耗主要表达在污 泥、药和设备三个方面。因而,该局部的耗能不容忽视,其能 耗的大小主要由污泥产量的多少决定。1)每日增长的挥发性污泥量的
2、计算式:Ax=y(sa-se)c-W (13)式中:AX为每日增长的挥发性污泥量,kg/d;Y为产率系数;Kd为衰减系数,d-1;Q为每日处理污水量,m3/d; Sa为进入曝气池的污水中含 有有机污染物的浓度,kg/m3;Se为经生化处理后水中残留的有机污染物的浓度,kg/m3;V为生化池的有效容积,m3; Xv为混合液中挥发性悬浮 固体量,kg/m3o系统剩余污泥量的计算式:Sp = 0CbOd H - (。仞力1 JnJ(l/OsR +%O(Sm - SQ(14)式中:YH为异养微生物的增殖率,取0.50.6;bH为异养微生物的内源呼吸速率,bH=0.08d-l;fTH为温度修正系数;YS
3、S为不能水解的悬浮固体率;Sin和Sout分别为反响池进水和出水的悬浮固体浓度。式(13)和式(14)计算详细,准确度高。然而由于公式 中的变量较多,且中间系数不易取得,应用范围受到限制。2)为了更好地计算污泥量,可以采用干污泥量计算公式:S = (K,Co-K2D)()xlO-6(15)式中:S为干泥量,t/h;CO为原水浊度设计取值,NTU;K1为原水浊度单位NTU与悬浮物SS单位mg/L的换算系 数,应经过实测确定;D为药剂投加量,mg/L;K2为药剂转化成泥量的系数。式(15)计算准确、简便,应用较多,尤其适用于污水厂 排泥系统的设计应用。污泥脱水作为污泥处理的关键技术,其 电耗计算式
4、为:(16)式中:W为水泵及电机节约电耗,kWh;tds为脱水的干固体重量,t/h; t3为脱水机每天工作时间, h;b为比能耗,kWh/tds o式(16)计算简便,变量少且易于取得,应用起来较为方 便,更适合污泥处理阶段电能的估算。三、按照以上公式计算的实际案例以某污水处理厂数据为例,根据参数采集情况,选择适合 的前述公式进行能耗计算。该污水处理厂一期工程2010年开始 投入使用,采用A/O工艺对污水进行生物处理后再经人工湿地 生态处理。处理污水主要来源于综合生活污水和局部工业废水。 日处理规模为1.5万m3/d。下面结合该厂的相关运行参数,分别从预处理、生化处理、污泥处理三个单元给出能耗
5、计算结果。1、预处理单元单泵参数如下:设计流量Q=320m3/h=0.09m3/s,水泵实际扬程H=3m,取 T 1=0.7, n 2=0.95o正常运行时,平均日工作时2台泵工作,最大日工作时3 台泵工作,雨季4台泵同时工作。取平均日工作时(8h)为例, 应用式(1)计算能耗,计算结果为624.7845kWh。2、生化处理单元鼓风机设计参数如下:流量 GS=20.8m3/min=1248m3/h ,升压 P =60kPa=0.61 kg/cm2,风机效率 n=0.88o正常运行时,通过生化池内的溶解氧浓度控制风机的开启 台数,多数情况是3用1备,应用式(9)和式(10)计算电耗, 计算结果为
6、2391.8kWho3、污泥处理单元污泥处理采用带式浓缩脱水一体机(1台)进行脱水,每 天工作6h o其脱水的污泥干重tds=7.50t/h ,比能耗 b=3.07kWh/tds,脱水机每天工作时间t3=1 Oh。正常运行时,通过生化池内的溶解氧浓度控制风机的开启 台数,多数情况是3用1备,应用式(16)计算电耗,计算结 果为 230.25kWho计算能耗与实际能耗的比照结果如下:处理单元计算耗能,W1 /(kWh)实际耗能,W-r/(kW h )预处理(以提升泵为例)624.784 5637.44生化处理(以鼓风机为例)2 391.802 344.30污泥处理230.2523838由表2可以
7、看出,计算能耗和实际能耗稍有差异。首先, 预处理单元中,提升泵能耗的计算值比实际值偏小些。这是由于计算过程中水泵的效率ni和电机的效率ti 2 取的实际工程计算中常用的固定值导致的。在实际工程计算中, 如果能较为准确地知道其确定值,可更准确地计算其能耗值。其次,生化处理单元中,鼓风机能耗的计算比实际值偏大 些,这是由于计算过程中的参数值大多使用的是设计值(高于 实际值)。由于表2中的实际能耗是根据全厂日平均能耗与各 局部耗能比例计算而得,因而计算值和实际值出现微小的偏差 是正常的。通过比照相同条件下污水处理各单元实际耗能情况 和正常耗能情况的差距,寻找最具调控潜力的耗能设备,进行 调控。由表2
8、可知,该污水厂最具调控潜力的耗能设备是生化处 理单元的鼓风机。鉴于不同季节的污染物构成及其成分比重不 同,尤其是有机物的浓度相差较大,冬季高于夏季,春、秋介 于冬夏之间。当有机物浓度发生变化时,应根据有机物的实际需氧量调 整曝气量的大小。该厂处于北方地区,冬季降水较少,日污水 处理量变动小,可适当调整污水提升范围,减少能耗。目录一、工艺能耗31、污水处理工艺32、能耗分布4二、能耗计算方法和公式51、预处理单元52、生化处理单元63、污泥处理单元10三、按照以上公式计算的实际案例121、预处理单元单泵参数如下:132、生化处理单元鼓风机设计参数如下:133、污泥处理单元13一、工艺能耗1、污水
9、处理工艺污水处理的主要工艺有A/0工艺、A2/0工艺、氧化沟工 艺、SBR工艺及由此引发出来的其他改进工艺。城镇污水处理厂的一般流程是:进水一粗格栅一污水提升 泵站一细格栅一沉砂池一初次沉淀池一好氧活性污泥处理一二 次沉淀池f消毒池一出水。污水处理通常可分为预处理、生化处理和污泥处理三个单 元,见图2O污水预处理单元生化处理单元污泥处理单元图2城镇污水处理流程图预处理单元包括格栅、提升泵、沉砂池等,主要用于污水 的提升及渣、沙等的去除,为生化处理创造条件。生化处理单 元主要包括曝气系统、回流系统和二次沉淀池,用于有机物、 氨氮等的去除。污泥处理单元包括浓缩机、脱水机、出泥泵等, 将剩余污泥脱水
10、外运。不同处理单元的构造和运行模式不同,因而其能耗计算就需要根据能耗分布特点选择合适的方法。2、能耗分布城镇污水处理厂消耗的能源主要包括电能、燃料及药剂等 潜在能源。其中,电耗占总能耗的60%90% o电能的消耗主要用在污水和污泥的提升、生物处理的供氧 和回流、污泥的稳定和处理等方面。不同地区、不同规模污水 处理厂处理单元的能耗分布见表lo表1污水处理厂处理单元能耗分布,Tab. 1 Energy distribution table of sewage treatment plants.%处理单元处理单元UNITANK.艺(东鄱厂5万m/d)A7O工艺A/O艺氧化沟工艺(沙岗厂10万m/d)
11、(喀左厂1.5万m/d)(西樵厂5万m%l)预处理提升泵格栅、沉砂、初沉1923.911.521.421生化处理气拌流器泵430.9 5 8453.G9.65 42123.572污泥处理及其他41.88.419.611注:表中沙岗厂、西樵厂、东鄙厂数据见文献6。由表1可知,生化处理是污水厂能量消耗的主要局部。其 中,鼓风曝气能耗最大,一般约占到50%;污水提升过程也是 能量消耗的重要环节,其能耗约占全厂能耗的20%。因此,污水提升和鼓风曝气是需要重点关注的节能环节。 有效降低污水处理能耗,首先要对耗能分布、耗能量进行调查 分析,并根据不同的处理阶段选取相应的能耗计量方法进行评 估;最终,结合不
12、同阶段的能耗特点给出行之有效的调整方案。 因而,污水厂的节能应该从各处理单元与设备中挖掘并进行优化配置。二、能耗计算方法和公式污水处理工艺通常分为预处理、生化处理、污泥处理这三 个单元,每个处理单元的耗能情况不尽相同,需要针对每个单 元的工艺运行特点选择相应的能耗计算方法对其能耗进行评估 和预算。1、预处理单元污水提升泵是污水处理厂预处理单元耗能最大的局部,其 电耗约占全厂电耗的20%。该局部的能耗计算公式较少,形式 也大同小异。1)污水提升泵电耗的计算式:(1)1r - PgQH10277 2式中:W表示电机实际电耗,kWh;P为污水的密度,M 1.0X103kg/m3;g为重力加速度,取9
13、.81m/s2;Q为污水泵的实际流量,m3/s;H为污水泵的实际工作扬程,m;TI 1为水泵的效率,取0.650.85;2为电机的效率,取0.95。2)提升泵能量估算公式:N = &_x()3(2)式中:h为实际污水提升高度,m;N为配用电机功率,kW;r=Pg, 9.8X103N/m3o式(1)和式(2)计算简便、准确,在实际工作中应用较 为广泛。同时可以看出,上述提升泵的实际工作扬程对污水提 升泵能耗计算影响较大。可以通过降低泵扬程来节能降耗的措施。另外,采用变频 控制方式控制泵房液位,可以提高泵的工作效率,保证稳定的 进水。2、生化处理单元污水处理过程中,生化处理阶段能耗最大的是曝气系统
14、, 约占总能耗的50%。曝气系统采用的曝气方式主要分为两类: 鼓风曝气和外表曝气。目前,比拟常用的曝气方式是鼓风曝气。鼓风曝气的原理 是将压缩空气通过管道系统送入池底的空气扩散装置,并以气 泡的形式扩散到混合液中,使气泡中的氧迅速转移到液相供微 生物需要。因而,要想确定实际运行中曝气系统的能耗利用效率,就要计算系统供气量和实际需氧量之间的关系。1)两者之比越趋近于1越好,过大耗能较大,过小反而导 致出水不达标。根据曝气池供气量GS=R0/0.3EA,延克军给出 了简化的供气量计算式:鼓风曝气:1.5(0.808-3)2 x(3)(4)(1.045-0.018/7)7?0.3&外表曝气:Gs=1
15、.3O/?/O.3Ea(q/3)式中:a =0.80.85; 8 =0.90.97;EA为氧转化效率;R为任意状态下的需氧量,m3/ho式(3)和式(4)简化了繁琐的计算环节。在混合液温度 为1530C时,采用上述公式比拟简单,且可使混合液溶解氧 浓度保持在1.52.0mg/L。2)然而,对于其他条件下供气量的计算不适用。鉴于上述 公式的条件限制,综合外表曝气和鼓风曝气装置竖向位置不同 带来的影响,给水排水设计手册给出了实际传氧速率N的换算公式:鼓风曝气:N=aNW x 1.024(r-20)(5)外表曝气:N=x 1.024(r-20)(6)式中:NO为标准传氧速率,kg/h;CO为混合液剩
16、余DO值,一般用2mg/L;T为混合液温度,一般为53(TC;Csm是清水平均溶解氧值,mg/L;Csw是清水外表处饱和溶解氧,mg/L;Csm和Csw可以相互换算:r - rJ win sw42 2.068)(7)式中:Qt为曝气池逸出气体中含氧量百分率;Pb为装曝气装置处的绝对压力,kg/cm2o该公式的精度较低,适用于准确度要求不高的工程计算。(7)的修正公式为:(8)采用式(7)计算时,鼓风机功率及曝气装置数量均大于采 用式(8)的计算值,将造成工程投资及运行费用的增加。采用 修正后的计算公式,大大降低了工程投资及运行费用。实际工程设计中可根据供气量和风压值计算鼓风机功率:P = 2.05 x1.084 x Gs v P75 X P- aW=Pt(9)(10)式中:Qt为曝气池逸出气体中含氧量百分率;Pb为装曝气装置处的绝对压力,kg/cm2;Pa为当地大气压力,kg/cm2;P为鼓风机计算功率,kW;n为风机效率,一般取0.70.8;P为鼓风机出日计算升压,kg/cm2;W为鼓风机消耗的电能,kWh;t为鼓风机工作的时间,ho公式(8)对于平原地区的工程计算是通用的,应用也较为 广泛。平原地区和高原地区的(标准大气压)供气量计算式: 平原地区:Gs 二R。0.3&(11)