王思佳

摘 要：污水凈化的過程是一個(gè)能源消耗過程，主要包括兩個(gè)方面：污水所含的內(nèi)能消耗和外加能量消耗。內(nèi)能主要是指污水中各種污染物所含有的能量，其能量水平隨著污染物的降解沿著污水處理流程下降。而外加能量是污水處理正常運(yùn)行的必要條件，其中包括間接能耗與直接能耗。通過對(duì)污水泵進(jìn)行變頻調(diào)速改造及污水處理工藝優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了污水處理的降耗節(jié)能。

關(guān)鍵詞：污水凈化;變頻調(diào)速;污水處理;工藝優(yōu)化

直接能耗是指污水處理運(yùn)行工藝中外界供給的電能等，如用于污水提升、預(yù)處理、一級(jí)處理、二級(jí)處理、污水過濾、污泥脫水、污泥外運(yùn)等所消耗的能量;間接能耗為生產(chǎn)用于污水處理的消耗性材料的能量，如配制各類藥劑、儀表風(fēng)等。在污水處理的過程中，污水提升、二級(jí)處理、污泥脫水及外運(yùn)幾個(gè)工段的能耗約占全部能耗的 90%以上，能耗過高除了會(huì)造成污水處理成本過高外，還涉及到能源資源的可持續(xù)利用，以及能源生產(chǎn)過程所產(chǎn)生的環(huán)境污染問題。如何以較少的能源消耗取得較大的環(huán)境效益、生產(chǎn)效益，不僅能夠降低污水的處理費(fèi)用，而且更是建設(shè)資源節(jié)約型社會(huì)、堅(jiān)持人與自然和諧觀念、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必然要求。本文結(jié)合污水站運(yùn)行實(shí)例，就污水處理節(jié)能降耗的技術(shù)措施進(jìn)行了探討。

1 污水提升泵的變頻節(jié)能

在油田生產(chǎn)中，現(xiàn)場(chǎng)所選的各種泵的額定排量往往大于實(shí)際需要排量，出現(xiàn)大馬拉小車現(xiàn)象。調(diào)整轉(zhuǎn)速是改變各類泵運(yùn)轉(zhuǎn)效率的技術(shù)措施之一。在諸多調(diào)速系統(tǒng)中，因變頻調(diào)速無(wú)能量損失、效率高等特點(diǎn)，被認(rèn)為是交流電機(jī)調(diào)速的主流技術(shù)。其中，380 V 變頻器制造技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，質(zhì)量穩(wěn)定，價(jià)格比較低，且電動(dòng)機(jī)可以旁路運(yùn)行，可以應(yīng)用于各類泵的節(jié)能改造。變頻調(diào)速器，它是通過改變電機(jī)電源頻率實(shí)現(xiàn)改變電機(jī)轉(zhuǎn)速。電機(jī)帶動(dòng)泵運(yùn)行，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降低，對(duì)于柱塞泵來(lái)說，就是降低了柱塞的運(yùn)行頻率，減小了泵的實(shí)際排量;對(duì)于離心泵來(lái)說，降低了葉輪轉(zhuǎn)速，同樣降低了泵的排量。因此，可以通過調(diào)節(jié)變頻器的輸出頻率，達(dá)到控制排量的目的，保證管壓恒定。泵的排量降低了，電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷也就隨之減小，電機(jī)輸出功率隨之減小，這樣電機(jī)的效率可以有很大提高，電機(jī)損耗及電機(jī)輸出功率得到有效減小，達(dá)到節(jié)能的目的。以污水站為例，通常情況下1 臺(tái)工作，最大流量時(shí)2臺(tái)工作，1臺(tái)備用。當(dāng)水量變化較大時(shí)，勢(shì)必造成水泵的頻繁開、停及進(jìn)入后續(xù)工段的水量突變，這必然降低水泵的使用壽命，使水泵工作效率下降，電耗升高。

根據(jù)其罐液位的變化規(guī)律和上下游工藝處理需要，污水站對(duì)其污水提升泵進(jìn)行了變頻節(jié)

能改造。經(jīng)過近幾年的運(yùn)行，不僅實(shí)現(xiàn)了出水量的持續(xù)穩(wěn)定，而且還取得了一定的節(jié)能效果，

2 污的污水處理工藝優(yōu)化節(jié)能

2.1 現(xiàn)有工藝流程及存在問題

近年隨著污水處理量的增加和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)的提高，污水站雖經(jīng)工藝改造，但現(xiàn)有流程和設(shè)備仍然能耗偏高且處理方式已不能滿足生產(chǎn)要求。而目前國(guó)內(nèi)外含油污水處理工藝主要分為除油和過濾兩級(jí)處理。并根據(jù)注水地層的地質(zhì)特性，確定處理深度標(biāo)準(zhǔn)、選擇凈化工藝和設(shè)備。對(duì)滲透性好的地層，一般污水經(jīng)除油和一級(jí)過濾后即進(jìn)行回注;而對(duì)低滲透地層，則要進(jìn)行二級(jí)或三級(jí)過濾。原來(lái)污水站的工藝流程是采用重力沉降兩段式（沉降—過濾）處理流程。凈水pH調(diào)整劑絮凝劑 混凝劑 殺菌劑混合罐聯(lián)來(lái)水摻入清水 沉降罐沉降池提升泵 壓力濾罐凈化水（a）為了解決一級(jí)沉降效果差、不能滿足濾罐進(jìn)口水質(zhì)要求等問題，污水站曾進(jìn)行小規(guī)模改造，將原事故池臨時(shí)改造為沉降池。沉降池結(jié)構(gòu)不能滿足濾前水指標(biāo)要求，給過濾系統(tǒng)運(yùn)行造成很大壓力，無(wú)法實(shí)現(xiàn)凈化水水質(zhì)達(dá)標(biāo)，維持運(yùn)行也面臨著大規(guī)模改造問題。而且開式事故池由于大面積蒸發(fā)、池體泄漏等原因，造成油區(qū)環(huán)境污染。由于沉降分離過程長(zhǎng)，效果差，處理效率低，排污困難，需定期對(duì)沉降池進(jìn)行清污，清污期間影響污水的正常處理。（b）壓力濾罐是污水處理的最后一道關(guān)口，直接關(guān)系到水質(zhì)能否達(dá)標(biāo)。過濾罐原處理量已超過設(shè)計(jì)水量，濾罐超負(fù)荷運(yùn)行。由于濾料為單濾料石英砂，濾罐運(yùn)行一段時(shí)間后，濾層自然形成粒徑上小下大的分布狀態(tài)，濾層有效過濾深度僅集中在濾層表面，隨著濾層的加深，懸浮物去除率呈指數(shù)下降，過濾效率很低，過濾精度也無(wú)法達(dá)到A2級(jí)指標(biāo)要求。（c）全站自動(dòng)化程度低。在生產(chǎn)運(yùn)行中，每座壓力濾罐反沖洗操作每 8 h 左右進(jìn)行一次才能保證濾料及時(shí)再生，保證過濾效果，因此濾罐操作閥啟閉十分頻繁，手動(dòng)開關(guān)閘閥每次需90 s，操作時(shí)間長(zhǎng)，工作量大。

2.2 改造后工藝流程及特點(diǎn)

針對(duì)以上存在的問題和考慮到文東油田的地質(zhì)特性，以既改進(jìn)工藝技術(shù)，提高設(shè)備處理效率，又提高工藝自動(dòng)化水平改造設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想，對(duì)污水站的處理工藝進(jìn)行了改造。將工藝流程更改為聯(lián)合站來(lái)水進(jìn)入斜板收油罐進(jìn)行收油，出水經(jīng)泵提升進(jìn)入混凝反應(yīng)器，處理藥劑在混凝反應(yīng)器中投加，出水靠余壓進(jìn)入一次沉降罐，出水靠液位差自流進(jìn)入二次沉降罐，出水再靠壓差自流進(jìn)入緩沖罐，經(jīng)泵加壓后進(jìn)入一級(jí)壓力濾罐，出水靠余壓進(jìn)入新建二級(jí)深度過濾罐，至此完成含油污水處理過程。凈化水靠余壓進(jìn)入注水罐。（a）新建斜板沉降罐作為一級(jí)沉降，將原有斜管沉降罐作為二級(jí)沉降，依靠重力分離作用，利用油、水、懸浮物三項(xiàng)密度差，在一定的停留時(shí)間內(nèi)將部分浮油和大部分顆粒固體懸浮物除去，并在罐底設(shè)自動(dòng)吸泥器強(qiáng)化排泥。充分利用聯(lián)合站三相分離器放水所余壓頭，直接進(jìn)入收油罐，減少一級(jí)提升，

收油罐出水及加壓泵均采用變頻控制及液位控制，根據(jù)來(lái)水水量對(duì)泵轉(zhuǎn)速進(jìn)行調(diào)節(jié)，避免水量波動(dòng)時(shí)泵在低效區(qū)運(yùn)行。（b）為滿足特低滲油藏注水水質(zhì)指標(biāo)要求，保證處理后凈化水質(zhì)達(dá)到A2 級(jí)處理要求，在一級(jí)過濾后，增加二級(jí)深度過濾。深度過濾器采用改性纖維球過濾器。與常規(guī)濾料相比，纖維球?yàn)V料具有濾速高，截污量大、污水處理效果好的優(yōu)點(diǎn)，可有效縮短污水處理工藝流程。因此兩級(jí)過濾采用一次提升，出水余壓可直接進(jìn)入注水罐，充分利用泵能，減少提升次數(shù)。（c）過濾反洗采用 PLC 程控器控制，由 PLC 按程序設(shè)定好的操作順序，依次實(shí)現(xiàn)過濾罐閥門的開啟和關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)反沖洗自動(dòng)化。自動(dòng)開關(guān)氣動(dòng)蝶閥僅需10～20 s，縮短了操作時(shí)間及反洗泵的運(yùn)行時(shí)間近 1 h/次。d）在來(lái)水管路安裝流量計(jì)量?jī)x表，將來(lái)水信息傳遞給計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)將處理后信息反饋給變頻調(diào)速器，由變頻調(diào)速器控制加藥泵流量，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)pH值的控制。這套自控系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)使用方便，質(zhì)量可靠，操作簡(jiǎn)便，能夠準(zhǔn)確控制水質(zhì)pH值，合理加藥，實(shí)現(xiàn)了加藥工藝自動(dòng)化。污

3 結(jié)語(yǔ)

根據(jù)污水處理廠進(jìn)水水質(zhì)、水量的變化，采用變頻技術(shù)自動(dòng)改變污水站內(nèi)離心泵的轉(zhuǎn)速能夠降低污水處理的直接能耗。污水站運(yùn)行實(shí)例表明，采用這項(xiàng)技術(shù)措施可以降低污水處理成本20%左右。利用新技術(shù)、新工藝對(duì)污水處理工藝進(jìn)行改進(jìn)，可從藥耗、運(yùn)行費(fèi)用等方面降低污水處理的成本。

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