辽宁工业区污水处理厂工程毕业设计

附录一中文译文城市污水处理设设施的能源效效率策略J.昂和K.哈哈勒特(国家再生能能源实验室)),J.德沃尔夫和I.文纳马尔科姆·皮尔尔尼(荷兰阿卡迪迪斯的水利厅厅)执行摘要水和污水处理系系统是重要的的能源消费者者，据估计美美国总电力消消耗的3％-4％用于水和和污水处理和和调动[1,2]。水-能源的问题题在水资源短短缺，能源和和原材料成本本较高，气候候变化的背景景下显得日益益重要。在这这种经济环境境下，无论在在水和能源的的利用上，效效率都是公用用事业上的最最大利益。在在水和污水处处理设施方面面的能源审计计，是社会能能源管理人员员可以寻找机机会来节省资资金，能源和和水的方法之之一。本文利用克雷斯斯特德比特，科科罗拉多州的的污水处理厂厂市政工程处污水处理部门：/889an5h.执行的过程程中能量审计计的一个案例例研究，来说说明了污水处处理设施使用用能源的重要要性。能源审审计从电源密密集单位的过过程，如泵进进水，曝气，紫紫外线消毒，污污泥处理等方方面，鉴定了了显著节约能能源的机会。本本案例研究介介绍了在水和和污水处理方方面满足设施施管理者节约约能源和财政政的追求，而而很乐意被接接受的最佳做做法。本文的的目的是提高高社会能源管管理者对于水水和污水部门门在一个社会会能源消费总总量中地位的的认识。所描描述的能源效效率策略提供供了节约能源源机会的信息息，可以用来来作为一个讨讨论水与污水水处理设备管管理者的能源源管理目标市政工程处污水处理部门：/889an5h.第一章引言1.1水和污水水部门的能源源使用供水和污水处理理系统是重要要的能源消费费者。据估计计美国电力消消耗的3％-4％用于水及及污水的调动动和处理[1,2]。从一项功功用到另一项项，能源使用用的确切成本本会呈现很大大的不同，估估计范围在总总运行成本的的2%—60%[33,4]。能源代表表了污水公用用事业大体上上的成本，因因为从未经处处理污水的收收集到处理后后污水的排放放，在处理的的各个阶段中中都特别需要要它。由于供供水和污水处处理厂在设计计和运营时，主主要关切的并并不是能源效效率，当能源源的社区基金金提高突出时时，这些系统统可以被忽略略。然而，通过业务务的变化和供供水和污水处处理事业成本本的改善，可可发现大量的的能源和财政政节余。供水水和污水设备备的操作者和和管理者有一一个范围很广广泛的优先次次序，能源消消费是其中之之一[5]。其主要职职责包括：·遵守法规要求求，以满足客客户，公众健健康和生态需需求·在合理的和可可预测的利率率上提供可靠靠的服务·从长期债务，设设备条件，日日常运营和维维护成本以及及收入中平衡衡的维修和更更换的需求·优化运营和维维护，以降低低成本，并确确保资产的长长寿。分配时间进行能能源审计，并并作出必要的的物理和运营营的变化，可可以产生可观观的效益。能能源审计帮助助确认在设备备方面的最大大能源消耗，显显示改善运营营的机会，检检测设备老化化和运行不佳佳的问题。审审计结果可以以帮助提高能能源利用率，从从而显示出市市政府减少运运行成本机会会，同时也减减少对环境和和周边社会的的影响。1.2环保局88区的合作伙伙伴美国环境保护署署（EPA）地区8办公服务于于西山间：科科罗拉多州，蒙蒙大拿州，北北达科他州，南南达科他州，犹犹他州和怀俄俄明州。2010年10月，环保局8区着手关于于公共污水和和饮用水公用用工程项目的的环保局8区公用工程程合作能源管管理倡议，其重点是帮帮助市政供水水和污水公用用工程减少能能源消费，提提高可靠性和和性能，并且且减少对环境境的影响。在在这个方案中中，8区办公室与10-15个社区供水水与污水处理理设施合作，来来完成下列任任务：·当前和未来的的基准使用于于环保局组合合管理工具[6]中·执行工艺的能能源审计·利用环保局的的确保可持续续发展未来提提升能源管理理计划：一本本污水与供水水公用工程的的能源管理指指南·与环保局8区区共同致力于于实施提高能能源效率和共共享结果。为了提高这一方方案的广度，向向没参与的当当局政府证明明它的价值，环环保局8区计划建立立一个研究方方案与其他横横跨西山间的的供水和污水水公用工程分分享，简单介介绍一些参与与进来的公用用工程并且阐阐述优化能源源性能的工艺艺，利益和挑挑战。图1-1克雷斯斯特德比特，科科罗拉多出处：NRELL/PIX199433第二章案例研研究：克雷斯斯特德比特2.1背景克雷斯特德比特特参与该计划划的支持，要要求它们的污污水处理厂（WWTP）在工艺中中执行能源审审计。通过工工艺改造和改改善运营，能能源审计侧重重于容易实现现的节能减排排的机会。审计考考虑优化现有有工艺来实现现更好的控制制，监测和污污水处理厂的的出水水质。审审计还帮助市市镇开始跟踪踪及评定了污污水处理厂的的能源利用。能能源部的国家家再生能源实实验室（NREL）与克雷斯斯特德比特镇镇，马尔科姆姆皮尔尼，ARCADDIS的水部门，资资源利用率办办公室，和甘甘尼森郡电力力协会（GCEA）（担任评评估小组）合合作执行能源源审计。这种种合作关系为为这些组织如如何分析和实实现节约能源源效率以支持持当地能力发发展，社区的的教育工作和和水/污水公用工工程创造了机机会。本文的的目的是分享享从克雷斯特特德比特和其其他社区，帮帮助他们实现现他们的节能能减排和环保保目标的工艺艺能源审计中中得到的能源源效率策略。2.2克雷斯特特德比特的污污水处理厂克雷斯特德比特特是一个小镇镇，位于科罗罗拉多州的西西坡，它是户户外运动的一一个主要旅游游目的地。该该污水处理厂厂建于1997年，服务于于本镇，有常常住人口1500人。污水处处理厂处理住住宅和商业客客户的污水，并并没有较大的的工业污水排排放到工厂。该该工厂还接受受从克雷斯特特德比特山的的水和卫生区区的污泥。这个镇有一个氧氧化沟污水处处理厂，拥有有以30天的每日平平均流量，每每天0.6百万加仑（MGD）的处理能能力。该水厂厂由沉砂，进进水泵，曝气气，澄清，紫紫外线（UV）消毒，和和污泥处理工工艺组成。经经处理的污水水从水厂排入入到石板河。污污泥在水厂内内进行增稠和和脱水，运送送到当地的垃垃圾填埋场处处置。一个水水厂简化的工工艺流程图如如图2所示。垃圾填埋场污泥处理石板河澄清进水泵紫外线消毒曝气沉沙城镇垃圾填埋场污泥处理石板河澄清进水泵紫外线消毒曝气沉沙城镇图2-1克雷斯斯特德比特污污水处理厂工工艺流程图出处：NRELL2.3能源审计计作为在环保局项项目中城镇参参与的一部分分，其要求对对处理工艺进进行能源审计计。虽然在这这项研究中不不包括建筑能能源审计，但但评估照明，加加热，冷却和和通风系统也也可以在污水水处理设施中中节约大量的的资金和能源源。由美国采暖，制制冷和空调工工程师协会（ASHRAAE）协会概述述的能源审计计有三个级别别。这些审计计级别的不同同，是由水平平的复杂性，深深入分析和审审计的详细程程度来规定。审审计范围从一一级（演练）到到三级（计算算机模拟）。能源审计级别[7]一级：演练评估能源审计级别[7]一级：演练评估二级：能源的调查与分析三级：详细的分析/建模图2-2能源审审计级别出处：NRELL以克雷斯特德比比特为例，一一级审计，其其中包括注重重于集中处理理工艺能源使使用的水厂演演练。一级审审计：·通过现场调查查，以确定维维修和/或运营需求求和缺陷设备备，评估能耗耗和效率·使用能耗信息息，以了解使使用模式和发发展能源基准准·以低或无措施施为成本，估估算能源和成成本节约2.4收集数据据工艺的能源审计计由从图纸，操操作记录，水水电费和设备备清单中编纂纂的数据着手手，以提高对对水厂能源使使用模式的了了解。评估小小组对图纸进进行磋商，以以寻找可与水水厂物理布局局联系起来的的任何操作或或能源的问题题。例如，图图纸表明现有有的溶解氧（DO）计，位于于氧化沟的缺缺氧区。这样样的构造并没没有建立出一一个理想的控控制氧气或氧氧化沟性能的的反馈。通常常，在溶解氧氧水平大于零零时，查找这这种测量装置置更有效果，比比如在出水区区。操作记录和参数数，如生物需需氧量（BOD）和总悬浮浮固体（TSS），是用来来区别原水水水质的组成形形式和污水处处理厂的性能能。水厂运行行数据是用来来建立具有鲜鲜明原水条件件的三个“作业时期”。这些时期期反映了暂住住人口的变化化和全年收集集系统的经验验渗透。下面面总结了与三三个时期相关关的条件：·第一季（100月-3月）：低流流量，低负荷荷（BOD，TSS在一英镑每每天的基础上上），污水温温度低·第二季（4月月-6月）：高流流动性，平均均负载，污水水温度低·第三季（7月月-9月）：平均均流量，高负负荷，污水温温度较高。评估小组审查设设备清单来确确定水厂设备备的年龄和马马力，并查明明该设备的主主要能源消耗耗。根据它们们特有的操作作和控制，镇镇污水处理厂厂的主要能源源消耗简略清清单总结如表表1。这个信息息用于将能源源设计集中在在水厂内工艺艺的主要能源源消耗，来最最大限度的得得到节约能源源的机会表2-1克雷斯斯特德比特污污水处理厂：：主要能源消消耗设备数量马力运行控制机械曝气机175连续变频调速（VFFD），手动调调整离心机14010-20小时时/周VFD，固定速速度进水泵（1号）14.7连续VFD，基于流流动速度进水泵（2、3号）217.52号泵连续3号泵备用VFD，基于流流动速度VFD，基于流流动速度鼓风机315间歇固定速度搅拌机34连续固定速度UV系统2岸7.3(kww)连续固定，2岸2.5现有的工工艺性能水厂的操作人员员对每一工艺艺进行了详细细的讨论，来来了解性能的的倾向和重点点部分。以下下各段所述了了污水处理厂厂的工艺性能能和经营策略略上的一般性性意见。进水泵房/渠首首进水系统由三个个泵组成：·一个4.7马马力（HP）泵（1号泵）·两个17.55马力泵（2号和3号泵）。2号泵在湿井水水平检测的基基础上连续运运行。所有泵泵变频调速（VFDs）。曝气/氧化沟镇上的污水处理理厂有一个氧氧化沟，用来来提供好氧条条件以去除BOD和氨氮。氧氧化沟的缺氧氧部分用来进进行反硝化，恢恢复碱度以及及降低需氧量量。氧化沟有有一个75马力的运行行于变频调速速的曝气机，它它的操作基于于根据每天DO浓度读数的的手动调整。通通常情况下，从VFDs上节约的能源是来自于适应系统条件的自动调整，而不是手动调整。氧化沟在缺氧区还有两个连续运行的搅拌机。现有位于缺氧区的DO仪还无法运作。沉淀该污水处理厂有有两个沉淀池池，一个连续续运行，另一一个在流量过过大时进行补补足沉淀。紫外线消毒水厂的紫外线系系统设计流量量为1.3MGGD（该设施允允许容量的两两倍）。该系系统目前在两两岸上线运行行。水厂人员员每年更换一一次紫外线系系统灯以进行行预防性维护护。自2008年以以来，平均污污水大肠杆菌菌群浓度一直直在8.3计数/100毫升（mL），每7天平均为214.3计数/100mmL。污水允许许大肠杆埃希希氏菌（大肠肠杆菌群组的的一部分）的的浓度是1372计数/100mmL（平均30天）和2,7444计数/100mmL（平均7天）。目前前的操作方法法使得大肠杆杆菌群水平显显著低于允许许要求。污泥处置污水处理厂具有有自热式高温温好氧消化（ATAD）系统，但但因为气味问问题而无法运运作。因此，目目前污泥在贮贮泥池中增稠稠并转运到浓浓缩池中保存存。由于现有有厂房管道配配置，污泥必必须从浓缩池池中抽取到ATAD贮存池中，以以到达离心机机来进行脱水水作用。虽然然这给予了额额外的存储空空间，并因此此不必太频繁繁地前往垃圾圾填埋场，但但它也需要与与ATAD储罐相关的15马力的鼓风风机保持运行行状态。40马力的离心心机是由变频频驱动控制，但但通常是在一一个恒定的速速度下运行。离离心机每周可可填满一次一一个20立方码的垃垃圾箱。来自自离心机的离离心机分离液液通过管道输输送到氧化沟沟，这可能会会影响到氧化化过程的性能能。2.6水厂演练练利用这个运行的的见解，评估估小组参观了了污水处理厂厂进行的一级级水厂演练。这这个工作包括括目视检查以以确定操作或或维护的问题题，并从主要要的水厂设备备中收集能源源数据。这些些数据将用于于城镇发展中中关于运营和和维护（O＆M）的节约费费用估计以及及设备的优先先资金改善。GCEA协助评评估小组，在在审计过程中中，通过测量量主要设备的的实际功耗，包包括污泥输送送泵和风机，其其中投产15分钟的增量量用来记录实实际功耗。使使用一致的时时间间隔来测测量功耗让设设备平稳启动动功耗得到足足够的时间。这这些数据将会会被视为城镇镇帮助制定的的发展优化。图2-3收集紫紫外线系统的的功耗数据出处：NREEL/PIXX199441在审计过程中，对对溶解氧浓度度进行测量以以确定氧化沟沟曝气效果。这这些浓度创建建成一个DO的资料，用用来更好地了了解水厂运作作。图2-4测量溶溶解氧资料出处：NRELL/PIX199422为水厂而开发出出的一个BioWiin模型BioWin是基于MicrosoftWindows的模拟器，用于污水处理厂的设计和分析。，利用了了进水特性，温温度，历史的的溶解氧浓度度，典型曝气气机速度以及及测量溶解氧氧资料。利用用这个工艺模模型，评估小小组确定出现现有的约使用用15年的曝气机机，相对于新新的曝气机，其其拥有较低的的转移效率——这意味着要要达到预计的的溶解氧浓度度，需要更多多的能量来驱BioWin是基于MicrosoftWindows的模拟器，用于污水处理厂的设计和分析。2.7节约能源源的首要机遇遇基于水厂运行信信息和在审计计过程中收集集的数据，评评估小组为污污水处理厂提提出了节约能能源的建议。进水泵房/渠首首污水处理厂提供供的流量数据据指出，第二二季（4月—6月）期间的的渗透和进水水(I&I)是有有问题的。为为了减轻这些些问题，在收收集系统中识识别由泄漏和和断裂所造成成的关键性的的I&I区域是是很有用的。这这些信息将有有助于区分修修理或更换系系统管道工作作的优先次序序。曝气/氧化沟与运行数据一起起，氧化沟中中的溶解氧水水平测量，指指明曝气机并并没有有效地地运行。鉴于于这是污水处处理厂最大马马力的电机，曝曝气机已接近近结束其使用用寿命，评估估小组建议用用一个更节能能的模式取代代它。该污水水处理厂也可可以考虑安装装一个新的DO表和/或在氧化沟沟排污口附近近安装氨气传传感器，以提提供给氧化沟沟更多有用的的反馈性能。把把仪表连接到到水厂的监控控和数据采集集（SCADA）系统上，这这将使其能够够进行连续的的监测和控制制溶解氧水平平。如果用这这些读数来自自动控制曝气气机的速度，则则可以节约额额外的能源。图2-5机械曝曝气氧化沟出处：NRELL/PIX199444紫外线消毒当前运行的UVV系统与最终终设计流量一一直，为1.3MGGD。与目前最最大的工作流流量0.6百万MGD相比（少于于一半的UV系统的设计计流量），污污水处理厂超超过了许可规规定。因此，评评估小组建议议，污水处理理厂只运作UV系统的一岸岸来代替运行行两岸。由于于该系统的目目的是主要处处理比污水处处理厂现有收收到的更多的的污水，设备备还可以与制制造商一起进进行可能的系系统修改，通通过卸下灯泡泡，翻新或将将一些镇流器器断电以节省省能源。将UV系统连接到SCADA也将提高控控制性能。污水处理厂也可可能考虑较少少更换UV系统灯——制造商建议议运作13,5000小时后或每1.5年更换灯泡泡。目前的运运行做法是计计划每年都维维修更换灯泡泡，无论运行行多长时间。增增加更换灯泡泡的时间间隔隔，将节省水水厂的材料成成本和浪费的的运作。污泥处置目前污泥处理工工艺运行效率率低下是由于于为进行脱水水作用，而使使用现行的ATAD系统管道来来到达离心机机造成的。ATAD系统重新开开始运作时，这这种效率低下下会有所提高高。不过，污污水处理厂也也可以考虑管管道改造，允允许污泥直接接从浓缩池移移动到离心机机，绕过ATAD系统。这种种改变将淘汰汰污泥处理系系统中的转移移泵。污水处理厂的主主要产品之一一，是污泥或或生物固体[8]。直到二，三三十年以前，8区污水处理理厂的通常做做法是通过填填埋或焚烧处处置污泥。不不过，这些时时间以来，更更多的设施放放入生物固体体进行有益的的回用，并且且现在8区产生的85%的生物固体体被回收利用用[9]。最常常见的做法是是，生物固体体作为土壤改改良剂用于农农业土地施肥肥，或用于土土壤恢复。参考文献[1]EleectriccPoweerRessearchhInsttitutee(EPRRI).WWater&Susstainaabilitty(Voolume4):UU.S.EElectrricityyConssumptiionfoortheeWateerSuppply&&Treaatmentt–TheNNextHHalfCCenturry.ToopicallRepoort10006787..PalooAltoo,CA::EPRII,Marrch20002.[2]Gallbraitth,Kaate.“HowEEnergyyDraiinsWaaterSSuppliies.”NewYorkTimess,Sepptembeer18,,20111.AcccesseddSepttemberr22,2011..[3]Carrlson,,S.;Walbuurger,,A.EEnergyyIndeexDevvelopmmentfforBeenchmaarkinggWateerUtiilitieesanddWasttewateerUtiilitiees.Deenver,,CO:AWWAReseaarchFFoundaation,,20077.[4]Ellliott,,T.;Zeierr,B.,,Xagoorarakki,I..;Harrringtton,GG.W.EnerggyUseeatWWisconnsin’sDriinkinggWateerFaccilitiies.RReportt222--1.Maadisonn,WI::EnerrgyCeenterofWiisconssin,JJuly22003.[5]UtiilityAdvissoryGGroup..EffeectiveeUtillityMManageement::APrrimerforWWaterandWWastewwaterUtiliities..UtillityAAdvisooryGrroup,June2008..[6]ENEERGYSSTAR®..PorttfoliooManaagerOOverviiew.AAccesssedOcctoberr27,2011..[7]AmeericannSociietyfforHeeatingg,ReffrigerratinggandAir-CCondittioninngEnggineerrs(ASSHRAE)).“EnerggyUseeandManaggementt,”Chappter336inASHRAAEHanndbookk-HVVACAppplicaationss.(Attlantaa:20111).[8]U.SS.EnvvironmmentallProttectioonAgeency((EPA)..Biossolidss:TarrgeteddNatiionalSewaggeSluudgeSSurveyyRepoort–Overrview..EPA822-RR-08