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1、國家排放標準是國家環境保護行政主管部門制定并在全國范圍內或特定區域內適用的標準,如《中華人民共和國污水綜合排放標準》(GB8978--1996)適用于全國范圍。
2、地方排放標準是由省、自治區、直轄市人民政府批準頒布的,在特定行政區適用。如《上海市污水綜合排放標準》(DB31/199-1997),適用于上海市范圍。
3、行業目前我國允許造紙工業、船舶工業、海洋石油開發工業、紡織染整工業、肉類加工工業、鋼鐵工業、合成氨工業、航天推進劑、兵器工業、磷肥工業、燒堿、聚氯乙烯工業等12個工業門類,不執行國家污水綜合排放標準,可執行相應的行業標準。
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關鍵詞:北京市 污水綜合利用 前景廣闊
《北京市城市污水回用研究》在綜合分析、確定北京市污水回用的技術可行性和經濟可行性的基礎上,采用多種預測方法進行北京城市污水量的預測和污水可回用量的計算;利用Mapinfo地理信息軟件平臺建立北京城市污水回用綜合信息系統,包括工業、農業、市政綠化、河道和生活雜用五個子系統;確定城市污水回用的部位、水量以及城市污水處理廠深度處理規模。
一、北京亟待開發新的水資源
北京是我國的首都,地處華北平原北端,屬于半干旱季風地區,天然水資源量有限,時空分布極不均勻,因而使北京成為嚴重缺水的城市。近年來,由于城市規模日益擴大,人口膨脹,人民生活水平逐年提高,城市用水量日益增長,供需矛盾愈發尖銳。
為了緩解水資源的供需矛盾,有關方面正在積極尋求開辟新水源的各種途徑,如外流域引水、開源節流、污水回用等措施。但是從外流域引水濟京,在短期難成現實;本地開源很有限,而且代價很高,節水工作已經卓有成效,進一步挖掘潛力比較困難。而城市污水具有不受氣候影響,不與鄰近地區爭水,就地可取,穩定可靠,保證率高等優點。污水回用在一定使用范圍內,為我們提供了一個經濟可靠的新水源,并且可以節省優質的飲用水源。
二、國內外污水回用狀況
目前世界上許多面臨著嚴重水危機的國家都在積極利用城市污水,并將城市污水作為第二水源予以開發利用,并已取得了成功的經驗。美國有357個城市實現了污水處理后再利用;日本從60年代起一直大力研究和推廣城市污水回用和中水技術,廣泛供給工廠、企業和居民小區“中水道“沖洗廁所及雜用;南非1986年建成了世界上第一座城市污水“再生水“廠,用作城市自來水的補充水源。
另外美國丹佛市已將處理后的再生水送入自來水管網作為城市管網的補壓用水。此外,以色列、俄羅斯、英國、以及中東諸國等都相繼發展利用污水回用,以彌補日益缺乏的水資源。
我國的一些缺水城市80年代以來也相繼建設了一些污水回用的示范工程,為我們大力推廣城市污水綜合利用提供了很值得借鑒的經驗。目前我國的大連市、青島市、太原市等缺水城市都建有城市污水回用工程,將城市污水處理后回用于工業和市政等方面。
國內外經驗表明,城市生活污水在二級處理處理基礎上無論采用混凝、沉淀、過濾、或者采用臭氧、抑制活性炭處理均能達到“中水“水質標準。國內外出臺的一系列污水回用的規范和要求,為我們提供了可借鑒的依據。
三、北京市污水回用的可行性
1、技術可行
充足的污水資源是城市中水回用的基礎,經預測2000年城市污水總量為263.84萬m3/日,2010年城市污水總量為327.12萬m3/日。目前北京市區已建成高碑店、方莊、北小河三座二級污水處理廠,處理能力為108萬立方米/日,即北京市城市污水量44%得到了處理,為北京市城市污水再利用工程提供了良好的條件。
目前國內外制訂了一系列針對污水回用的規范和要求,例如1992年美國國家環保局修訂的《污水回用綜合規范》;1989年世界衛生組織頒布的《污水回用農業的微生物含量標準》;我國于1989年10月正式頒布了《生活雜用水水質標準》GJ25.1-89;中國工程建設標準化協會于1995年頒布了《城市污水回用設計規范》,其中涉及污水回用于工業冷卻水、景觀河道水的水質標準;北京市自1987年頒布了《北京市中水設施建設管理試行辦法》。
這些規范為我們開展污水回用工程提供了可借鑒的依據,我們分析了現狀高碑店處理廠的出水水質并以北京水源六廠出水水質參照作為二級出水的深度處理水質,分別與工業、農業、市政雜用、河道補水、生活雜用等對回用水質的要求進行比較,分析目前北京市污水回用的技術可行性。經對比分析經處理的城市污水,適應以下幾個方面:
1)工業:高碑店污水廠二級處理后的出水進一步深度處理后,水質能夠滿足一般工業行業冷卻水的水質要求;
2)農業:高碑店污水廠處理廠二級出水水質基本滿足農業灌溉水質的要求;
3)河湖補水:結合《北京城市總體規劃》,在為“位于城市上游的蓮花河、清河、涼水河等風景觀賞河道“補水時,污水廠處理等級為深度處理;在為“位于城市下游的清河、壩河、涼水河、通惠河等河道“補水時,污水廠處理等級為二級處理;
4)市政雜用:城市污水經深度處理后滿足城市綠化、掃除等雜用水的要求;
5)中水及居民小區雜用:北京市自1987年頒布了《北京市中水設施建設管理試行辦法》,自此中水工程在北京也被廣泛應用。從目前正常運轉的中水設施來看,水質基本能夠達到要求的中水標準。
2、經濟可行
通過對比分析經濟可行主要體現在下三個方面:
1)提供新水源:污水回用為我們提供了一個非常經濟的新水源,減少了由于遠距離引水引起的數額巨大的工程投資;
2)減少新鮮水處理設施投資:污水回用在提供新水源的同時還可以減少新鮮水的用量,因此相應減少了城市水廠處理設施的投資;
3)減少污染控制費用:隨著社會發展和環境保護的要求,城市污水必須經過處理,達到地面水水質標準后方能排放進入水體,因此污水回用還可以降低污水外排放量,減少控制水體污染引起的費用。
四、適宜回用對象及回用水量
根據可行性分析,結合北京市的具體情況,將北京城市污水回用對象分為工業、農業、景觀河道補水、市政雜用、居民區中水五個方面。
1、工業:目前北京市正在進行工業布局調整,要形成相對集中,集分有序的分布。工業的主體集中分布在若干個經過規范、調整的老的工業區、規劃市區邊緣集團和遠郊區縣外的若干個經濟開發區和工業小區。近期工業污水回用首先應選擇用水量較大的用戶,遠期回用對象包括現狀工業區和規劃工業邊緣集團。
2、農業:根據污水灌溉對地下水的影響,城市污水灌溉只能在適宜污灌區和控制污灌區中的一般控制污灌區進行。結合北京市污水處理廠規劃,市區污水回用于農業的范圍集中在朝陽區、豐臺區部分地區;遠期污水回用于農業的范圍可擴大到通州區和大興部分地區。
3、景觀河道補水
結合《北京城市總體規劃》中有
關污水回用于景觀河道的內容,并考慮規劃城市污水廠與市區河道的布局關系,規劃將對市區12條IV、V類河道作為污水回用的對象。
4、市政雜用
根據北京市區園林綠化規劃,規劃將對中心地區與邊緣集團之間的綠化離地帶、市區外緣的防護綠化環帶作為污水回用的重點。
規劃以規劃邊緣集團居住區和缺水地區的居住小區作為污水回用的對象。內容包括住宅的沖廁用水和社區內綠化、道路沖刷和沖車等雜用水。
根據研究結果若按規劃實施。近期可利用廠出為2.95億立方米/年,其中工業回用水量1.06億立方米/年,市政回用水量0.21億立方米/年,本文來自范文中國網fw789.com。河湖補水量0.65億立方米/年,小區配套0.03億立方米/年,農業灌溉水量1.00億立方米/年,其中工業回用水量1。84億立方米/年,市政回用水量0.32億立方米/年,河湖補水量2.40億立方米/年,小區配套0.88億立方米/年,農業灌溉水量4.53億立方米/年。
五、顯著的社會和經濟效益
[關鍵詞]污水;水質達標;工藝方案
中圖分類號:TM855 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2017)15-0364-01
水驅油藏開發,注水是關鍵。某污水站2008年改造,改造后污水處理規模為2.0×104m3/d,設計水質為C3級,在油田開發初期取得較好的注水效果?!笆濉币詠?,實施大規模的細分層系開發綜合調整后,油田開發對象逐漸由中高滲為主向中低滲為主油層轉移,根據油田一體化治理的總體布署安排,要求注水水質需提高到B2級標準,另外,污水在外輸的過程中,水質的穩定性差,腐蝕、結垢嚴重,到達注水井口腐蝕速率超出標準近10倍。注水水質不達標,影響注水開發效果并造成注水成本增高。因此有必要盡快對某污現有污水處理流程進行改造,水質達到油田一體化治理注水要求。
1 治理前水質概況
(1) 污水水性分析
從某污水站外輸水離子分析表中可以看出,污水的礦化度、Cl-、HCO3-含量高,PH值低,污水腐蝕性強;Ca2+、Mg2+等成垢離子含量高,容易結垢;Fe2+含量高,易造成沿程水質不穩定。
(2) 水質沿程變化狀況
從2016年檢測某污水站來水及外輸水沿程水質變化情況可以看出,某污出站水水質達不到B2級標準,外輸水至注水井口的懸浮物及平均腐蝕率發生了很大的變化,特別是腐蝕速率最高超出了標準近10倍,到注水井口水質已遠遠達不到B2級。
2 存在問題分析
(1)原設計水質標準不滿足油藏開發水質要求。某污水站2008年改造,O計水質是按照C3級設計,滿足中高滲油藏開發需要。目前油田B級以上的注水量占總日配注水量的68.9%,C3級水質已不能滿足目前油藏細分開發需要。為滿足中低滲油層注水水質要求達到B2級標準。(2)污水處理工藝無法達到B2級標準。目前污水處理流程中只設一級陶瓷過濾器,過濾精度無法達到B2級。另外,采用“自然除油+混凝沉降+過濾”配套“三防”的污水處理工藝技術,該站水性較常規污水穩定性差,腐蝕性強,現有的污水處理工藝技術經過多年的運行實踐和近年來的多次現場試驗證明,現有工藝流程無法解決水質不穩定及腐蝕結垢問題,因此急需對現有污水處理工藝進行改造。(3)主要處理構筑物損壞嚴重,無法保障水質提高。
3 水質治理措施
3.1 工藝流程
根據實際情況,制定了“電化學預氧化+混凝沉降+過濾”工藝治理方案,即:在一次除油罐后增加電化學預氧化裝置同時完善污水過濾環節、污泥處置系統以及改造一次除油罐及混凝沉降罐的集水、配水系統及排泥系統等。工藝流程如下:油站來水除油罐提升泵(新建)預氧化處理裝置(新建)二次罐(改造)外輸罐提升泵陶瓷濾料過濾器全自動金剛砂復合濾料過濾器(新建) 注水站。
3.2 電化學水處理技術原理
電化學法充分利用油田污水本身富含大量NaCl等可溶性無機鹽的特點,通過電化學設備使水中發生電化學反應,產生所需的強氧化性物質(勿需加入任何藥劑),徹底殺滅水中細菌,并在較低pH值條件下將二價鐵離子氧化成具有凝聚作用的三價鐵離子,成為對污水凈化有益的組分,將水中的H2S、FeS等硫化物氧化成單質硫,在絮凝劑的共同作用下,打破污水中存在的CO2―HCO3-―CO32- 弱酸弱堿緩沖體系和膠體平衡,將地面條件下容易產生腐蝕、結垢的成份如H2S、CO2等,在污水處理過程中分離去除,從而使水質得以凈化,實現殺滅細菌、控制腐蝕、抑制結垢和水質穩定達標的目的。
3.3 主要工作量
新建電化學預氧化裝置3臺,¢3.0米混合反應器2臺、¢3.6米全自動陶瓷過濾器6臺、¢3.6米全自動金剛砂過濾器10臺、500立方米反沖洗水罐1座,加藥裝置5套、箱式壓濾機1臺、各類泵9臺,改造3000立方米一次除油罐2座、2000立方米混凝沉降罐2座,配套自控、電力、管網、土建等。
4 治理效果及分析
2016年運行調試后效果良好,達到了設計標準。(1)徹底解決了污水腐蝕速率長期超標的問題。通過采用電化學預氧化裝置,污水腐蝕速率得到控制,降低到0.076mm/a以下,滿足了注水水質要求。(2)污水站出口水質整體達標。某污水站外輸污水達標率均為100%,實現了污水站出口水質整體達標。
5 結論
總之,實施后確保了某污水站水質長期穩定,為水質達標奠定了堅實的基礎,最大限度地滿足了油田注水開發和長期穩產之需要,標本兼治地解決了油田污水的嚴重腐蝕問題。
(1)某污水站來水在含油≤210mg/L、懸浮物≤110mg/L的情況下,經一次除油罐沉降后,水中含油和懸浮物可分別降至70mg/L和60mg/L,然后經混凝沉降罐沉降、外輸緩沖后,含油量和懸浮物均可分別控制在24-25mg/L左右,最后外輸回注水由過濾器把關,使外輸水含油小于10mg/L,懸浮物小于4mg/L。(2)通過采用預氧化裝置來改善污水水質,有效抑制污水水質腐蝕性,從而達到保證污水外輸得腐蝕率達到注水要求,降低到0.076mm/a以下??梢?,無論是沉降除油罐和混凝沉降罐以及預氧化裝置在污水處理過程中都起到了很好作用。
參考文獻
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[2] PAC絮凝―膜分離法處理油田廢水的研究[J]. 李愛陽,朱志杰. 工業水處理. 2008(02)
[3] 油田采出水處理技術現狀及發展趨勢[J]. 劉建興,袁國清. 工業用水與廢水. 2007(05)
1城市污水處理廠污泥的綜合利用
1.1發電
目前城市污水處理廠污泥發電的方法主要有兩種:_種是污泥燃燒發電,另一種是污泥厭氧發酵產沼氣發電。而污泥燃燒發電又有兩種:_種是利用污泥中含有的大量有機物,使污泥與煤、生活垃圾、農產品秸軒等混合燃燒來進行熱力發電,還有_種是將污泥(已經機械脫水過首先進行熱干燥,然后再在沸騰爐中燃燒產生高壓蒸汽,推動蒸汽機發電。
污泥通常是由有機殘體、菌體、無機顆粒、膠體等組成,其中活性污泥有機物含量高達60%~70%,將污泥干化處理后可與煤、生活垃圾、農產品秸軒等混合焚燒具有相當高的熱值。紹興市垃圾和污泥處理綜合利用(焚燒發電)工程可日處理紹興市污水處理廠產生的1000~1500t污泥和市區、紹興縣的1200t生活垃圾,年上網電量2.66\101界.1:1,每小時供蒸汽150t以上,實現了污泥與生活垃圾的聯合利用。蘇州市區婁江污水處理廠產生的污泥,被運往吳中區江遠熱電廠焚燒發電,6t污泥經能量置換后相當于1t原煤,實現了污泥的無害化和資源化。
另外,美國Hyder環保公司提出了一種將污泥(已經機械脫水過首先進行熱干燥,然后再在沸騰爐中燃燒產生高壓蒸汽,推動蒸汽機發電的綜合系統。和焚燒系統相比,全年處理9.5x104t干污泥,可節省資金60%。在脫水污泥中加入引燃劑、催化劑、疏松劑和固硫劑等添加劑制成合成燃料的污泥處置方法,目前也引起了人們的重視,該合成燃料可用于工業和生活鍋爐,燃燒穩定,熱工測試和環保測試良好,是污泥有效利用的一種理想途徑。
污泥厭氧發酵產沼氣發電主要是通過污泥厭氧發酵,產生沼氣,然后沼氣在燃氣內燃機的氣缸內燃燒做功,把化學能轉換成機械能,最終產生電能和熱能。這種方法無需對污泥進行脫水處理,經厭氧罐發酵后,能消化75%~80%的污泥,剩余20%~25%的沼渣經脫水無害化處理后,還可制成有機肥;產生的沼氣回收到沼氣罐內,隨時可用于發電,供污水處理廠循環自用;發電產生的余熱一部分用來加溫發酵池,剩下部分用于區域供熱,實現熱電聯產。麥島污水處理廠就是利用污泥厭氧發酵,產生沼氣,產生的沼氣回收到沼氣罐內,隨時用于發電。污泥發電不僅可以得到電能,經厭氧罐發酵后,也能將污泥的臭味去除,同時減少污泥的體積,節約土地。經調查,到2008年6月,青島市麥島污水處理廠的四臺500kW沼氣發電機組分別順利完成試車,運行2臺機組可給廠內提供700kW‘h的電力輸出,每天可節約市電16800kW-h,節省費用可達1.2萬元;運行3臺機組可給廠內提供1100kW‘h的電力輸出,每天可節約市電26400kW-h,節省費用可達到1.9萬元。目前,青島市麥島污水處理廠曰均耗電達35000kW*h,沼氣發電機組的運行,曰均節約電耗可達48%~75.4%,將大大地減少污水處理廠市場電能消耗,降低運行成本,提高經濟效益。
伍峰等在pH=11.0、P=2.2xl05Pa、T=l30°C的條件下,對污泥進行30min熱消解和30min的超聲波預處理的試驗中發現,超聲波處理污泥,污泥中的菌膠團結構遭到破壞,菌膠團吸附的有機質被釋放至溶液中,同時酶的活性得到增強,使細胞新陳代謝加快,釋放至溶液中的有機物迅速成為厭氧微生物的營養物被消耗,與對照組相比,可溶解性化學需氧量(SCOD增加了4.5倍,溶出率提高了350%,COD降解率提高了12%,是自然降解率的1.19倍。產氫周期縮短至6.5d,最大產氫率為67.9lmL/g(VS,平均產氫率提高到21.6mL/g(VS,是對照組的3.9倍,效果較好。將超聲波處理技術應用到污泥產沼氣發電中會進一步使沼氣的產量增加,使污泥發電取得更好的經濟效益與社會效益。
A.Mountouris等對雅典中央污水處理廠的污泥進行預干燥后,GasifEq平衡模型氣化過程優化,對污68%的濕氣,進而可以生成2.85MW的電能。這種方法使污泥發電的效率進一步提高,且該方法對環境不會產生不利的影響。
1.2建材
由于城市污水處理廠污泥中含有一定的熱能,且污泥無機部分含有較多的SiO2和Al2O3,無機成分可以調整到與粘土相近,因此城市污水處理廠污泥經過處理后可用來生產一些建材而進行利用,如陶粒、水泥、磚瓦等等。
污泥陶粒最早由NakouziS.等提出,污泥陶粒是以污泥為主要原料,摻加適量輔料,經過成球、焙燒而成的。陶粒作為_種輕集料,可以取代普通砂石配制輕集料混凝土,具有密度小、強度高、保溫、隔熱、抗震性能好的特點,近年來得到了迅速發展。清華大學王興潤等[7]利用城市污水廠污泥采用“濕法造粒-燒結”和“干化-燒結”兩種工藝,對燒結制陶粒的可行性進行研究。研究表明:濕法造粒-燒結”制陶粒工藝的產品密度等級符合輕骨料的要求,但坯料中的水分和有機質含量過高導致產品開裂嚴重,產品強度和吸水率達不到輕骨料的要求;但“干化-燒結”制陶粒工藝的產品強度、密度和吸水率均能達到相關國標中對輕骨料的要求。加入添加劑后,干污泥的摻加比能達到50%,滿足了大批量污泥處理與處置的要求,而且“干化-燒結”制陶粒工藝所得產品的重金屬溶出率和溶出濃度都很小,不會造成二次污染。在利用“干化-燒結”工藝制造陶粒的過程中,當燒結溫度>1100°C后,主要生成CaO-A12O3-SiO2和FeO-A12O3-SiO2等低溫共熔物,強度可大幅提高。
污泥制磚的方法主要有兩種:_種是用干化污泥直接制磚,另一種是用污泥焚燒后的灰渣進行制磚。用干化污泥直接制磚時,應對污泥的成分做適當的調整,使其成分與制磚粘土的化學成分相當,當污泥與粘土按重量比1:10配料時,污泥磚可以達到普通紅磚的強度。利用污泥焚燒灰渣制磚時,污泥灰渣的成分與制磚粘土的成分是比較接近的,制磚時只需添加適量的粘土與硅砂即可。
陳紅英等發現活性污泥還可以作為粘結劑將無煙粉煤加工成型煤。在加工過程中,污泥可改善高溫下型煤內部孔結構,降低灰渣中的殘碳,污泥熱值也得到充分利用。比如有的城市污水廠與水泥制品廠或制磚廠合作,把污泥作為建材產品的摻合料一起焚燒,最終生產出質量完全符合標準的建材產品,同時還降低了生產成本。這種處置過程,充分利用了污泥中的無機物(粘土,補充了當前水泥生產與制磚生產緊缺的泥源;同時充分利用了污泥中有機物(具有熱
于焚燒溫度高達1200°C、污泥中病原體被徹底毀滅;燃燒過程中產生的有害廢氣(如二嗯英)被徹底分解,又無殘留灰渣,徹底避免了對環境的污染;同時為建材生產廠提供了再生資源,降低建材產品的單位成本;根據市場經濟運作,污水廠還從中得到了應有的實惠。
重慶啟動城市污泥變水泥項目一年節省400萬,主城污泥處置難題得到有效解決。重慶拉法基瑞安有限公司投資785萬元,對南山水泥廠兩條日產2500噸新型干法旋窯已有設施實施技術改造,在水泥生產同時并行處置污泥。該項目是我國首次利用水泥窯大規模并行處置污泥,該項目每年可處理污泥4萬t,有效地解決主城污泥處置難題,并且_年僅污泥處理運行費用就可以節省400萬元。
1.3吸附劑
活性污泥具有良好的吸附性,通過對剩余污泥經高溫分解或添加化學活化劑等方法進行再活化,可以將城市污水處理廠的污泥制成具有良好吸附性的吸附劑。F.尺〇2^&等[9]通過對污泥制成的吸附劑對水中的重金屬進行吸附發現,污泥吸附劑對重金屬的吸附優先順序依次為Hg(丨丨)>Pb(丨丨)>Cu(丨丨)>Cr(III),他們通過對污泥添加ZnCl2活化劑后再進行高溫分解制成一種污泥吸附劑,這種吸附劑對Hg(ll),Pb(II),Cu(II),Cr(III)的吸附能力依次為175.4,64.1,30.7,15.4mg/g。
RobertPietrzak等[10]使污泥高溫裂解,生成復合型污泥吸附劑用來吸收N〇2,使N〇2在污泥吸附劑表面生成硝酸鹽與亞硝酸鹽,從而把NO2固定化,減少大氣中的N〇2氣體。
陳春云等?通過對污泥吸附劑的制備及其吸附性能的研究表明,按一定比例添加活化劑ZnCl2于處理過的干污泥中,在550°C下恒溫熱解60min后具有最大比表面積,污泥與活化劑質量比為5:3。利用量大面廣的城市污水處理廠活性污泥制備吸附劑,達到以廢治廢的目的,符合國家的產業政策,是變廢為利的綜合利用途徑。但因使用了較貴的氯化鋅而使研制成本較高,且與商品活性炭相比,污泥改性吸附劑的吸附性能尚有一定差距,需進一步研究。
1.4土地利用與堆月巴
污泥的土地利用就是把污泥或污泥堆肥用于林地、育苗、觀賞植物、草皮、公園、農田、牧草、果樹、蔬菜、高爾夫球場、墾荒地、填埋礦坑、固定海灘、高速公路綠化帶及建筑供游樂的海島等。城市污水處理廠的污泥是一種十分有效的生物資源,它含有豐富的有益于植物生長的養分(N、P、K等)和大量的有機物質,可以進行有效的利用來進行堆肥。但是由于污泥的含水機物等,在土地利用與堆肥之前進行穩定化處理是十分必要的。
中國科學院生態環境研究中心的魏源送等通過對不同通風方式對污泥堆肥的影響的試驗發現:堆體采用自然通風與強制通風相結合的方式,堆溫上升迅速,能耗更低。在堆肥過程的高速階段,強制通風能加快有機質的降解和水分的去除。在堆溫達到高溫之前,微生物新陳代謝的產物(有機酸會使堆料的pH值下降,而隨著高溫期的到來,有機酸的揮發和有機氮分解的氨導致堆料的pH值逐漸回升。該研究表明,污泥堆肥pH值變化范圍均在6~9之間,因此不必對堆料的pH值進行調整。在正常的污泥堆肥過程,堆料的pH值都具有在高溫期上升,在后腐熟階段趨于中性的特點。
污泥堆肥化的最佳溫度范圍為55~65C,在此溫度下能殺滅病原菌和寄生蟲卵。且一般認為,污泥堆肥時要求物料初始含水率應控制在50%~65%。污水處理廠脫水污泥的含水率為75%~80%,須通過添加輔料或污泥干化來降低初始物料的含水率。C/N控制在20~30比較適宜。堆體的高度一般不超過3m;堆體有添加物時,堆體高度一般不超過5.5m。中國科學院生態環境研究中心的魏源送等[13]在另一個實驗中發現采用木片和玉米芯為調理劑的污泥堆肥比采用麥殼和稻殼為調理劑的污泥堆肥水分去除更多,但有機質的降解相差不大。
污泥堆肥可采用自動控制系統大大的提高了污泥堆肥的效率與成功率,堆肥的產品穩定性更佳。高定等[14]通過對城市污泥堆肥過程自動測控系統進行的研究表明,與定時控制相比,利用堆肥自動測控系統進行自動監測和控制的堆肥時間縮短了28%,有機物降解更加充分,減量化明顯,可以提高堆肥產品質量,后續脫水成本較低,具有明顯的優越性。與傳統堆肥相比,堆肥時間至少可縮短15~30d,堆肥的成功率和堆肥產品質量得以明顯提高。采用堆肥過程控制系統可以更準確、更及時、更有效地監控堆肥過程,產品質量穩定,同時可以節約大量的人力、財力和物力。
萊蕪污水處理廠污泥堆肥經檢測,處理污泥后水分含量矣30%,非毛耗孔隙度為15%,蠕蟲卵死亡率>95%,未檢出沙門氏菌等具有傳染性的病原體。肥質比較疏松,無明顯的惡臭,有機質含量在250g/kg以上,pH值在6.5~8.0之間,基本符合園林綠化介質土的準入條件。萊蕪市市區園林綠化面積1000hm2,以腐熟堆肥每畝施用1t計,則僅園林地種植笑納腐熟堆肥量就為1.5萬t,而本工程年堆肥1.2萬t,因此具有很大的市場空間,預計經濟效益明顯。
污泥可通過干餾提取油、氣等,不但可做燃料也可以用于制造四氯化碳等化工產品,具有工業利用前景,且能量回收率高,其經濟性優于對污泥的焚燒。但現在對于污泥低溫熱解的熱解機理和動力學研究還比較欠缺,在工藝和設備的改進方面有待新的突破,待這些理論與工藝問題解決后,低溫熱解將是一種極有前途的污泥資源化技術。
1.6提取重金屬
城市污水處理廠的污泥中還會含有部分重金屬,如:Hg、Pb、Cu、Zn等,可以通過對污泥的調理,向污泥中添加化學藥劑等,改變污泥中重金屬的形態,利用重金屬或其化合物的特性從污泥中分離提取出來。向污泥中添加一些還原劑可以將Hg等揮發性重金屬還原為金屬單質,然后對污泥低溫加熱使Hg等揮發性重金屬揮發進行提取,從而回收利用。也可使_些重金屬生成沉淀物沉淀下來,或利用離子交換對重金屬進行分離提純。但由于污泥中重金屬的含量較低,分離提純的成本較高,現在很少在城市污水處理廠里有實際應用,大多數還停留在研究階段。
PrzemysiawKosobucki等利用天然桂酸鹽對污泥中的重金屬進行提取實驗表明,硅酸鹽的粒徑最好在0.7~1.0mm之間,硅酸鹽與污泥的比例為2/98時,經過5h的混合搖動,對天然硅酸鹽對污泥中的重金屬的提取效率最高。
2結語與展望
目前,國內污泥處理利用技術較國外一些發達國家還比較落后,人們對污泥資源化利用的必要性認識還不夠,許多問題亟待解決。根據我國國情,將經過堆肥穩定化后的污泥進行土地利用,應該是國內污泥處置利用較有發展前景的一種途徑;同時污泥發電和污泥建材利用也有助于解決我國電力緊張與建材原材料缺乏的問題。
為了解決國內污泥處理處置中存在的問題,充分利用污泥資源,必須大力發展污泥資源化利用的各種技術,建立與完善污泥處理處置相關的技術、產業政策,制定污泥處理處置過程中相應的標準和法律法規;尤其要鼓勵污泥資源化利用的科學技術進步,如污泥的等離子體氣化,積極開發應用新工藝、新材料和新設備,降低現有工藝(如污泥發電、建材利用等)的成本,使污泥的資源化利用向低能耗、低成本、高效率的方向發展,使這些污泥資源化技術走進污水處理廠的大門,為污水處理廠解決污泥處理問題并帶來可觀的經濟效益和社會效益,這應是今后研究中的重點。
關鍵字:污水處理;綜合泵站;電氣;自控設計
中圖分類號:F407文獻標識碼: A
前言
馬欄河為大連市市區內最大河道,其主要功能為該流域泄洪通道。馬欄河的功能定位為以泄洪為主,集生態、景觀、休閑、旅游為一體的開放性型河道。隨著馬欄河流域城市化進程的迅猛發展及中下游土地使用性質的改變,使整個流域的污水量急劇增加,污水管線輸送能力及下游污水處理廠處理能力不足等問題日益突出。因此市政府對馬欄河進行了綜合治理。
馬欄河污水處理廠提升泵站及排海泵站改造工程屬于馬欄河綜合治理工程中的重要組成部分,是治理效果的重要體現,該綜合泵站規模40萬噸/天,是目前大連市最大的綜合泵站,因此有效提高電氣及自動化水平的設計是十分必要的。
一、設計范圍
綜合泵站電氣、自控設計范圍:高低壓供配電系統設計、構筑物照明系統設計、構筑物防雷接地系統、自動控制系統、檢測儀表系統、視頻監控系統等。
二、電氣設計
本次設計的污水及排海合建綜合泵站具有負荷功率大、對供電的可靠性要求高、需自動化及遠程控制等特點。
1、負荷等級及泵站負荷
本綜合泵站作為市政排水系統中的重點工程,其重要性不言而喻。本泵站負荷等級為二級,需兩路10KV電源供電,當一個電源發生故障時,另一個電源不應同時受到損壞。電源將取自市政環網。
污水泵池負荷計算
2、供電電源及動力配電系統
兩路10KV電源電纜埋地敷設引來。變電所內設置兩套低壓配電系統分別為排海泵池用電設備和污水泵池用電設備供電。兩套低壓系統分別采用單母線分段接線,中間設置母線聯絡柜。兩臺變壓器采用一用一備運行方式。
3、變壓器容量及電氣設備選型
根據負荷計算,污水泵池選用兩臺SCB10-1250KVA-10/0.4KV 干式變壓器。排海泵池選用兩臺SCB10-1000KVA-10/0.4KV 干式變壓器。.
高壓配電裝置采用中置式KYN28型高壓柜。
低壓開關柜采用體積小,結構緊湊的GCS型低壓抽出式開關柜(包括進線、電容補償、饋電、聯絡)。安裝在室內的低壓開關柜的外殼防護等級IP42。
4、控制與保護
綜合泵站設有專用的變、配電室及控制室。10kV線路斷路器,母線分段斷路器及出線斷路器均采用微機保護裝置,并設變電站綜合自動化系統一套。
繼電保護的設置:
(1)10kV電源進線裝設電流速斷、過電流保護。
(2)變壓器裝設電流速斷、過電流、過負荷及溫度保護。
(3)10kV母線分段斷路器裝設電流速斷保護,當斷路器投入后,保護延時退出。
全廠參與工藝過程的用電設備,其控制方式采用機旁就地控制、PLC集中控制及中心控制室控制的三級控制方式。在所有用電設備附近均設有機旁控制箱,用于就地控制方式。
電動機保護
每一水泵回路均安裝電機綜合保護控制器,對電機的過載、堵轉、過流等進行保護,并通過控制系統,將電機的工作狀態參數上傳至管理計算機。另外每一回路均安裝具有信號遠傳功能的數字顯示儀表,可顯示電流、電壓及功率因數,通過通訊網絡將這些信號上傳至管理計算機,管理計算機中的監控軟件負責對收集到的數據進行分析整理,及時發出故障或預警信號。
5、計量及補償
泵站設獨立的計量裝置,高壓供電高壓計量,計量裝置應為電業部門安裝或經電業部門認可。在變電所10KV母線進線處設置專用計量柜,內裝0.2級CT和PT,有功電度表和無功電度表。計量系統由當地供電部門負責安裝。
6、電纜敷設
泵站10KV電源采用YJV22-8.7/15KV型交聯聚乙烯絕緣銅芯電力電纜,泵站內動力電纜采用YJV 0.6/1KV型交聯聚乙烯絕緣銅芯電力電纜,一般照明支線采用BV-500V銅芯導線。各水下設備應自帶20米以上防水電纜。
泵站10KV電源電纜采用直埋方式敷設,上覆混凝土保護槽。泵站內動力電纜采用金屬線槽敷設或穿鍍鋅保護管敷設?;炷翝仓r應在池壁上預留鋼套管。
7、照明系統
泵站內照明主要采用防水投光燈及防水球形燈,并備有一定數量的應急燈。輔助用房內照明主要采用熒光燈,變電所及控制室等處設置應急照明燈具。
8、過電壓保護及接地
為防止10kV配電裝置遭受來自輸電線路的大氣過電壓及雷電波的襲擊,在架空線和電纜過渡處裝設一組閥型避雷器。
電力設備金屬外殼、互感器二次繞組,由于絕緣損壞有可能帶電,應用接地線接至接地裝置,其工作接地電阻不大于1歐姆。
廠區內室外構筑物、室外設施的金屬部件、管件均與全廠接地裝置可靠連接,并作等電位連接,防止雷電事故的發生。
總變電站工作接地和保護接地共用一組接地裝置,全廠接地系統采用TN--S系統。
三、自動控制系統
本著“集中管理、分散控制、數據共享”的原則,本泵站為有人值守泵站,自控系統由控制室監控系統,PLC控制及儀表檢測系統,防雷及接地系統,閉路電視監控系統和數據通信系統組成。通過這個幾個系統使值班人員能夠及時了解和掌握泵房設備的運行工況,保證出水,節省能耗,提高運行管理水平,使泵房能長期正常穩定地運行,取得最佳效益。
泵站主要的受控工藝設備有:格柵機、閘門、污水泵和排海水泵等。檢測受控區域內的工藝參數及主要電氣參數有:液位、格柵機前后液位差、出水流量、壓力;低壓進線電流、電壓、有功功率等:檢測受控區域內的主要設備工況:格柵機、污水泵、排海泵、低壓進線斷路器等。
PLC機柜、UPS及控制終端設置于泵站控制室內,負責自身設備的狀態檢測及自動操控。
控制系統分為三個級別,即現場級、控制級、管理級。
①管理級
管理級集中監控各個設備的運行狀態。兩臺安裝組態軟件的冗余服務器作為控制主站,可以同時收集現場數據。服務器采用組態軟件,并配有服務器軟件包選項。
②控制級
控制級主要功能是接收管理層設置的參數或命令,對泵站設備進行控制,將現場狀態輸送到管理層。PLC由一個電源模塊PS和一個CPU模塊組成,它們互為熱備,同時需加裝UPS作為應急電源,加裝浪涌保護作為防雷裝置,集中處理所有的控制算法、監控設備的自動運行。
③現場級
現場的數字量、模擬量輸入輸出模塊的數量和配置由當地的所需控制和采集的點數所決定。由于有些設備要求的安全等級較高,會在現場增設控制箱,具有就地/遠程控制方式。要求就地手動控制優先,在此基礎上,設置遠程遙控和自動控制??刂萍墑e由高到低為:現場手動控制、就地檢修控制、遙控控制、自動控制。手動方式是操作人員的專有權利,因為過程連鎖在此模式下無效;而自動模式下,安全連鎖是有效的,并限制操作的可能性,可防止非正常狀態下運行。離工藝過程越近的控制層具有更高的優先權。
四、檢測儀表系統
泵站所配置的在線檢測儀表是整個自控系統不可缺少的重要組成部分,是泵站安全運行,優化控制的必要條件。儀表選型立足與準確、經濟、耐用、可靠的原則。泵站裝設幾類儀表如下:
(1)用于檢測泵池液位的超聲波液位計;
(2)用于檢測格柵狀況的超聲波液位差計;
(3)用于檢測泵站出水量的電磁流量計;
(4)用于檢測每臺泵的出水管道壓力的壓力變送器;
(5)用于檢測各電氣設備狀態的電氣儀表,包括全電量檢測的智能儀表;
(6)用于檢測電氣控制柜的防凝露的溫度濕度控制器和凝露控制器。
PLC可根據液位的變化速率,計算投入運行的泵數量,調節變頻泵的輸出功率,以使變頻泵的效率達到最優化,同時也可以節約能耗。
根據實時檢測的泵池液位數據,自動確定污水泵、雨水泵的運行臺數,水泵在一定時間間隔的起/停數將嚴格遵守水泵和軟起動器特性及技術的要求執行。每臺水泵的運行時間將累計并記錄,并對其進行循環控制,提出保養維修建議、提示。
根據格柵前后液位差和時間周期參數、控制格柵機的聯動運行。對泵池液位、格柵前后液位差等工業參數進行監視及越限報警。對配電系統的低壓電源進線的電量參數進行監視及越限報警。