城镇污水处理能耗计算方案.docx

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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)