污水处理(摘要)B降重

精品文档 1欢迎下载 摘要 随着我国经济的不断发展 人民生活水平的不断提高 城市居民所 产生的生活污水也在呈现上升趋势 所以我国这几年大力发展筹建城市污水处 理厂 预计到 2016 年初 我国城市的污水处理率将达到 85 比 2010 年末的 77 5 提高了 7 5 每天对应的新增污水处理能力大概为 4569 万立方米 到 那个时候全国每天污水处理能力将会达到 20805 万立方米 污水源热泵空调的 应用发展正是由于污水厂出水量大 水资源集中 水质较好等优越条件造就的 全力开发建设城市污水处理厂二级出水 污水源热泵空调系统不仅能够集中高 效地利用污水中宝贵的冷热资源 而且还可以给企业以及社会带来巨大的经济 收益和环保效益 本篇文章结合柳州市某一污水处理厂建设污水源热泵系统项目 全面分析 了建立污水源热泵系统向周边地区供暖供冷的可行性 通过 DeST 建筑环境及 HVAC 系统模拟软件平台模拟了三种类型建筑的逐时动态负荷变化 通过实验 结合模拟结果与污水的温度 流量等测量数据 结合数据具体探讨了污水的供 热供冷能力 还讨论了这两个重要问题 第一 如何设立蓄水池的问题 第二 是输送系统的能耗和输送距离的问题 研究分析过程中 我们确定了冬季的最不利日 这天的系统负荷较大且污 水流量较小 所以分两种情况进行研究讨论 不设蓄水池和设立蓄水池这两种 情况 结合相关数据分析后得出结论 唯有设立蓄水池 热泵系统从污水中提 取得到的热量才能随时随刻满足系统的负荷需求 设立蓄水池后 可以充分利 用污水资源 蓄水池设计容量就是最不利时段的连续缺水量总和 对于污水源 热泵系统的小温差 大流量的特点 我们又具体讨论了输送距离对传送能耗的 影响 而且建立了相关的数学模型 通过系统经济比摩阻给出了污水源热泵最 大经济输送距离的函数计算公式 为污水源热泵系统实际工程方案的经济可行 性提供了理论依据 3 污水源热泵的可行性分析 初期的雨水以及来自日常生活和工业生产的被废弃水通常被我们称作受到 一定污染的水源 关于城市污水热能回收和利用的研究在国内外受到了广泛的 关注 尽管在国内外学者的辛勤研究下 己经有了初步系统 科学的研究成果 精品文档 2欢迎下载 但是这种研究结果还不太成熟 由于存在的种种问题 到现在还没有形成评价 应用体系 3 1 污水源热泵存在的问题 生活污水是指城市机关 学校和居民等人民在日常生活中排放的废水 包 括普通居民的洗衣洗刷水 厨房排水 冲刷厕所粪尿水 以及各种商业活动产 生的排水等 也就是说生活污水指的是居民在日常生活中使用过的不能被循环 使用的 并被生活垃圾污染的水 虽然生活污水的成分中不存在毒性的化学物 质 但是在生活污水中含有大量的可以令人致病的微生物 这些病原体可以在 这种污水中大量繁殖 所以这一类污水也存在着一定程度的危害性 生活中产 生的污水还存在着粪便 泥沙 剩菜剩饭的残渔 头发丝 以及各色各样的包 装袋等固体污染物 工业生产活动中产生的废水叫做工业废水 工业废水分为 两大类 第一类为生产污水 另一类则为生产废水 生产过程中被生产原材料 污染的水称为生产污水 生产废水则是没有直接参与生产过程 也没有被生产 材料污染仅仅是温度有一点点上升的水 污染的雨水被叫做初期雨水 因为雨 水刚落到地面上冲刷了各种污染物 所以污染程度相对较高 从这几种污水的 定义来看 不同污水的利用是不同的 由于初期雨水不连续性的特点 所以在 污水热能回收和利用方面 初期雨水就基本上不再考虑的范围内 但是工业废 水的利用性是最好的 因为工业废水有着温度高 水量大的特点 可是由于工 业区远离城市居民生活区 所以就有一个很现实的问题 远距离的运输增加了 运行费用而且对能量的消耗很大 所以工业废水的热能回收和利用方面的应用 只能局限在工业区内 暂时还没法达到更广泛的应用 每时每刻都会产生大量的城市生活污水 随着城市的发展以及人民生活水 平的提高 污水的排放量每年都呈上升趋势 预计到 2016 年城市生活污水的年 处理量将会达到 365 亿吨 到 2020 年将最高达到 480 亿吨 由于城市特殊的环 境温度 城市污水具有春夏季节温度偏高 秋冬季节温度偏低的特点 这种温 差出现的原因是因为在产生城市污水的过程中 城市污水吸收了在城市的日常 生中排放大量不易散失的热量而造成的 举个简单的例子 北京市高碑店污水 处理厂二级出水 它的水质完全符合并且达到国家城市污水的二级排放标准 作为城市重要的第二水源 它具有很大的热能储蓄潜力 另外 北京市高碑店 污水处理厂夏季水温约为 23 低与外界气温十几度 而冬季出水水温基本为 14 要高于周围环境温度 20 左右 由于城市地理位置 人文环境 经济构 精品文档 3欢迎下载 成 气压以及城市上空空气流动的差异 所以不同的城市有不同的污水处理结 构 因此在城市污水的组成成分 及状态各成分比例也是不尽相同 因此针对 不同的成分的城市污水 我们在利用污水源热泵系统的时候 怎样到达污水源 热泵系统的能量利用标准也是不同的 坚持做到具体问题具体分析 污水水量是污水源热泵系统是否能够运行的重要的前提条件 水的总出水 量 以及每个时刻污水的出水量都会影响污水源热泵系统的规模大小 所以我 们必须要保证首先有足够的污水量 不仅这样还要保证污水源热泵在运行的每 一个时刻都要有足够的污水来使整个系统正常的运行 污水换热工程的重要设 计参数就是污水水温 污水源热泵系统的值它将会间接影响到 进而影响到整 个污水源热泵系统 不尽人意的是在不同季节 甚至每一个时刻污水的水温都 不是一个恒定不变的数值 所以我们应该尽可能多地掌握有关污水源的水温 水量 水质这些方面的资料以便更好地确定污水源热泵运行的可行性 为了讨 论并解决这些问题 我们结合山东省某公司利用经过污水处理厂处理后的再生 水 通过应用污水源热泵系统的项目 经过长期的实时检测 我们到这四种实 验指标 污水水量日变化情况 污水处理后的水质情况 污水温度日变化情况 以及日平均温度对污水源热泵系统应用的影响情况 3 2 2 污水源热泵技术可行性研究 1 污水源热泵技术 污水再生水源热泵技术是一项成熟 先进的供热制冷技术 污水源热泵是 利用污水处理厂水质稳定 出水量大 常年温度一般都在在 14 到 25 摄氏度等 特点 用污水作为热源进行制冷 制热循环的一种空调装置 这种空调装置具 有热量输出稳定 换热效果好 机组结构紧凑 COP 值高等优点 这也是实现 污水资源化的一种很有效的途径 污水源热泵相比与传统燃煤锅炉而言更加环 保而且能量利用率也大幅度提高 污染物的排放比空气源热泵减少 40 以上 比电供热减少 70 以上 污水源热泵还更加节省能源 比电锅炉加热节省 2 3 以上的电能 比燃煤锅炉节省 1 2 以上的燃料 由于污水源热泵的热源温度全 年较为稳定 它的制冷 制热系数比传统的空气源热泵高出 40 左右 它的运 行费用也仅仅为普通中央空调的 50 60 由此看来 污水源热泵有着广阔 的应用和市场前景 2 污水源热泵系统的优点 1 高效节能 精品文档 4欢迎下载 由于冬季污水的温度要明显高于环境温度 所以污水源热泵系统的蒸发温 度 制热效率明显提高 夏季污水温度低与环境温度 冷凝温度低于风冷式或 者冷却塔的冷凝温度 因此机组的制冷效率也会得到提高 合理利用污水中的 热能 可节省一部分一次能源例如电能 石油 煤等的使用 因此城市的能源 消耗将得到合理的配置 还能节约一次性能源 既满足了需求又节约了能源可 以说是两全其美 水源热泵系统相对于中央空调系统来说 若以处理过的污水 作为热源时 其运行费用可节省 40 44 对于利用未经过处理的原生污水作 为热源时 其运行费用可节省 30 32 2 环保效果显著 水源热泵系统在变废热为宝的同时 利用城市污水的环保效果也不言而喻 同时制冷剂夏季直接与污水换热装置进行换热 有效的避免了对城市空气的直 接加热 进一步避免了产生城市典型的热岛效应 经过污水源热泵系统换热的 污水会直接返回污水干渠 不会污染环境和其他水利系统 污水源热泵技术是 现在污水被广泛利用的最佳手段 大多数常规系统冬季供热给城市居民时 通 常采用煤炭 天然气 原油等化石燃料燃烧产生热量供给 但是不管采用哪种 燃料供能在燃烧过程中均会产生二氧化碳 二氧化硫 氮氧化合物等有害气体 众所周知化石燃料的燃烧是环境污染的第一把手 根据数据统计 如果按照我 国每年 464 亿立方米污水排放量 若能够充分利用污水能量 每年可减少 0 33 亿吨标煤 同时还可以减少 72 吨污染物的排放 此外 污水源热泵系统利用能 量的过程中省去了冷却塔 从而减少减少了霉菌和噪音污染 3 运行稳定 污水温度随四季温度变化幅度不大 污水温度波动范围远小于空气的温度 波动变化 污水源热泵受环境温度的波动比空气源热泵和太阳能热泵小 并且 水的比热能大于空气 因此换热效率较高 而且冬季水温要高于环境 避免了 空气源热泵冬季除霜的问题 污水的温度较稳定又使得污水源热泵系统运行时 更加稳定 更加可靠 4 一机多用 一般传统供冷 供热系统中采用冷水机组和锅炉两套设备 设备庞大并且 机房占地面积大远不及污水源热泵系统小巧 污水源热泵系统可实现供冷 供 热两种需求可以说是一举两得 冬季提取污水中的热量供热 夏季向污水中释 放热量实现制冷的目的 这是传统的供冷 供热系统力不能及的 精品文档 5欢迎下载 3 与其他热泵系统相比的优点 1 与空气源热泵相比 空气源热泵在外界环境较低时比如说在寒冷的季节会产生结霜问题 十分 影响效率 如果在结霜严重的情况下机组可能无法正常运作 因此空气源热泵 在北方地区使用受到外界环境因素的限制 2 与土壤源热泵相比 土壤源热泵可分别垂直埋管和水平埋管 水平埋管埋地较浅施工方面 但 它的占地面积相对较大 在土地资源紧张和地皮昂贵的城市中则难以推广实行 垂直地埋管 施工难度较大且对地质的要求较高 3 与水源热泵相比 可分为地表水系统 地下水系统 地表水系统在河流 湖泊 海洋等水资 源缺少城市的确会受到限制 而且地表水质污染比较严重 地下水系统一方面 是水的回灌问题 另一方面因为回灌水的水质受到污染从而影响了地下水的水 质造成了水体热污染 这一客观因素也限制了水源热泵系统的推广 4 污水源热泵的缺点 1 也不是说污水源热泵系统是完美无缺的 污水源热泵系统的应用也有区 域限制 一般使用于有大量污水排放的地方 比如说电厂 钢厂或污水处理厂 等 2 若利用的污水还有强腐蚀性 或是难以去除的固体和胶体污杂物 就会 增大污水处理的费用 还有的甚至无法利用 因此使用污水源热泵系统对污水 的水质是有一定要求的 3 排放的污水要保证流量稳定 如果流量不能满足也会严重影响污水源热 泵的吸能 4 因为污水源热泵的初期投资较高 国内技术相对来说还不太成熟而且国 内研制的污水换热器换热系数相对比较低 影响了污水源热泵系统的性能 但 是应用国外的设备 运行维护 技术指导不便 而且投资费用较高 精品文档 6欢迎下载 7 蓄水池的设计 通过前一章的分析研究可知 在不设立蓄水池时 污水源热泵系统的供热 供冷能力是由能否满足最不利日的最不利时段来确定 而通过对本项目的具体 数据分析可得到 最不利日当天的最不利时段的流量可给建筑供的最大热量为 42 43MW 要小于最不利时段建筑所需热负荷 所以为了最大程度地满足供热供 冷面积的需求 我们需要设立蓄水池 通过设立蓄水池可以平衡污水流量 达 到 平峰移谷 的效果 还能够充分地利用污水资源 污水蓄水池容的确定需 要通过对工程具体情况和污水资源的分析 7 1 污水蓄水池设计条件 已知污水处理厂的二级处理污水排放量大小在一天内不断波动 它的排放 量的大小取决于建筑物的需水量 晚上一般是流量的低峰期 此项目中民用建 筑面积占总面积的大多数 因此我们通过建筑物逐时冷热负荷模拟结果可以看 出 系统的负荷高峰期是在晚上 尤其是冬天供暖季 而这个时刻恰恰又是污 水排放量的低峰期 这就导致污水排放量中的热量污水源热泵系统汲取无法满 足这个时刻的系统热负荷 因此 我们设立的蓄水池就派上用处了 以便在相 对高负荷低流量时段能够及时补充水量 来满足系统负荷高峰期的需求 蓄水 池的设立区域首先要考虑污水厂地理位置是否有足够大的面积来容纳 是否会 对周围环境造成影响 还有每天的多余水量要足够满足最不利时刻的需水量 本项目中 冬季供暖期和夏季供冷期分别采用 4 和 6 的温度差 即可满 足建筑所需冷热负荷 为了让污水源热泵系统能够时时刻刻满足污水源热泵系 统的需要 就要利用蓄水池进行污水流量的调节 例如白沙污水处理厂的地理 条件比较优越 厂区面积也满足设立污水蓄水池的各项需求 7 2 污水资源与工程需水的逐时分析 本项目供热面积远大于供冷面积 需要首先满足冬季供暖 所以本节关于 工程需水的分析只考虑冬季供暖 通过第二章对整个系统动态负荷的实验模拟 可以得出系统在最不利日的动态需水量 用来确定蓄水池规模大小 项目一期 精品文档 7欢迎下载 和二期工程总建筑面积为 40 2 万平方米 为满足最不利日需求 项目供热容量 为 50 34MW 供暖期采用 4 的温差 对应系统污水的需水量为 3947 92t h 利用公式 4 1 及模拟出的冬季最不利日系统小时动态热负荷系数以及项目的 实面积数据 可以得出最不利日当天热泵的实时需水量 以此判断与 2015 年 1 月 9 日最不利日的逐时污水流量的关系 通过两者的关系我们就可以来探讨污 水蓄水池尺寸规模大小 冬季污水厂二级出水量与热泵需水量在不同时段的关 系分析如表 7 1 所示 表 7 1 冬季最不利日污水厂污水流量与当天热泵需用量在不同时段的关系 时间段 2015 年 1 月 9 日污水流量 t h 热泵逐时需水量 t h 缺口或富余 t h 0 005025 983539 971486 01 1 004966 583631 151335 43 2 005009 183646 331362 85 3 004846 953739 021107 93 4 004953 003763 131189 87 5 004661 413805 24856 17 6 004192 044291 69 99 65 7 003328 296148 44 2820 15 8 003181 945747 78 2565 84 9 003765 995474 47 1708 48 10 004232 645089 61 856 97 11 004435 504653 93 218 43 12 004285 314272 9212 39 13 004449 723577 70872 02 精品文档 8欢迎下载 由表 7 1 可知 冬季供暖期污水源热泵日最大用水量是 94758 07t 也 是最不利日当天的最大用水量 因为这天是最冷天 热泵应 24 小时不间断运行 同时考虑用户使用系数和负荷修正 这天的最大小时缺水量为 2820 15t 总的 缺水量为 12725 23t 其他时间段富余量为 21922 02t 总体富余量 9196 79t 7 2 设计污水蓄水池 蓄水池设置是为了将系统负荷低峰期的污水流量储存起来 以备不时之需 并且在系统负荷的高峰期补充污水量 以达到充分利用污水资源 全面满足系 统在任意时段的冷热负荷 冬季供暖期 夜间一般是系统的负荷高峰期 但夜 间也是污水排放的低峰期 由表 7 1 中我们可以发现 有两个时段连续缺水 分别是 6 点到 11 点 缺水量 8269 52t 20 点到 23 点 缺水量 4455 71t 这两个时段正好是热泵污水源系统需水量最大时间段 即系统的负荷高峰期 因此这两个时间段缺失的污水量就需要污水蓄水池进行调节补充 其他时间段 没有缺水现象 这些时间段的污水流量可以满足系统的需求 所以选取两个缺 水时间段中缺水量较大的作为设计蓄水池的最不利条件 将这两个时间段的缺 14 004497 513027 361470 15 15 004820 292484 052336 24 16 005409 862161 573248 29 17 005384 262603 182781 08 18 005843 473420 732422 74 19 005360 153946 311413 84 20 003189 254131 34 942 09 21 002686 434143 20 1456 77 22 002673 784246 66 1572 88 23 002728 323212 29 483 97 累计103927 85 t 94758 07 t 9169 78 t 精品文档 9欢迎下载 水总量作为冬季供暖期蓄水池的理论设计容量的峰值 此项目夏季供冷区域面积较小 并且考虑到夏季因气候炎热的关系而导致 污水排放量会呈上升趋势 夜晚时间变短导致了污水排放低谷段缩短 而这一 时间段与冬季正好相反 且处于居民使用空调较低的时间段 因此是系统负荷 的低峰时间段 即污水源热泵的需水量为最低 白天炎热时间虽然段是系统负 荷的高峰时间段 但也是污水排放的高峰时间段 一天内很少有甚至没有污水 量缺失的情况出现 所以就不用考虑污水源热泵冷热负荷状况 综合考虑以上 因素 我们设计蓄水池容量不必考虑夏季供冷期情况 只考虑满足冬季供暖期 情况 即可满足