净水厂节能减排的探讨

1 姓姓 名 名 黄勇然黄勇然 所在省市 所在省市 河南省平顶山市河南省平顶山市 身份证号 身份证号 20152015 年年 5 5 月月 6 6 日日 2 平顶山市自来水有限公司节能改造的探讨 节能减排指的是减少能源浪费和降低废气排放 我国的 十一五 规 划纲要提出 十一五 期间单位国内生产总值能耗降低 20 左右 主要污 染物排放总量减少 10 这是贯彻科学发展观 构建社会主义和谐社会的 重大举措 是建设资源节约型 环境友好型社会的必然选择 是推进经济 结构调整 转变增长方式的必由之路 一 项目背景项目背景 根据 河南省南水北调受水区平顶山供水配套工程初步设计报告 和 平顶山市城市总体规划 2005 2020 2009 年年底平顶山市城市人口规 模为 88 20 万人 属大城市范围 到远期 2020 年城市人口规模 110 万人 属特大城市范围 采用增长比例法 求得人口增长率为 2 25 近期 2015 年平顶山市城市人口规模为 101 万人 属大城市范围 远期到 2020 年为 110 万人 根据 城市给水工程规划规范 城市单位人口综合用水量指标 和 室外给水设计规范 城市综合用水定额调查表 综合城市需水量的预 测 现有供水能力 计算出 2015 年的需水量为 41 41 万米 3 日 用水人 口 90 远期 2020 年 50 6 万米 3 日 二 城市供水现状二 城市供水现状 平顶山市现状总供水能力约80 6万米3 日 水源分别是地表水 地下 水 尾矿水和回用中水 地表水总供水规模62 2万米3 日 其中平顶山市自来水公司有地表水 厂两座 总供水规模42 20万米3 日 分别是白龟山水厂22 2万米3 日和九 里山水厂20万米3 日 另有平煤供水总厂10万米3 日 姚孟电厂10万米3 3 日 地表水厂均以白龟山水库作为水源地 地下水供水规模约7 0万米3 日 主要为自来水公司光明路水厂3万米 3 日 周庄水厂2 0万米3 日和市区企事业单位自备井约2 0万米3 日 尾矿水供水规模约5万米3 日 为平煤二矿 五矿 七矿向平煤供水总 厂输送的尾矿水约5万米3 日 回用中水是平顶山市第一污水处理厂内的回用水厂 生产规模约5 0 万米3 日 主要向城区工业企业提供生产用水 三 平顶山市自来水有限公司供水现状三 平顶山市自来水有限公司供水现状 公司现有用户户 其中居民用户户 非居民用户10108户 特行用户 708户 净水厂四座 分别是白龟山水厂 九里山水厂 光明路水厂和周 庄水厂 四座水厂的基本情况如下 1 白龟山水厂 白龟山水厂具有良好的地表水资源 水厂建于l970年 西净化站 设计规模3 2万米3 日 1975年建东净化站 设计规模4万米3 日 在1992 年水厂扩建10万米3 日 在供需矛盾的情况下 在1998年又扩建5万米3 日 水厂清水池池底标高146米 采用自流供水方式向用户供水 2 九里山水厂 平顶山市九里山水厂位于平顶山市南部九里山上 北面为高阳路 南 面为新南环路 水厂按20万米3 日规模设计 九里山水厂现已建成20万米 3 日处理能力 引进了自动加氯 加矾 滤池自控系统等设备 是一座完 善的现代化水厂 2003年竣工投产 3 光明路水厂 4 光明路水厂在2000年至今主要作为备用水厂 在今年我市遭遇60年一 遇的旱情时 于今年的8月份恢复生产 共投运水源井13座 分别为油坊 头8 10 12 16 20 22 24 13眼井的单井设计流量 为160米3 小时 因地下水位降低 实际出水量小于设计流量 目前日供 水约3万米3 日 4 周庄水厂 周庄水厂的水源井共有9 眼 为梁李1 9 每眼井的设计流量为 160 米3 小时 每眼井的实际出水量为100 120 米3 小时 9 眼井合计 产水量为21600 25920 米3 日 周庄水厂现已不向城区供水 其主要是 在夏季向六六盐厂提供工业生产所需求的低温水 主要供水时间是每年的 6 8 月 四 四 自来水公司供水管网现状自来水公司供水管网现状 平顶山市自来水公司始建于1956年 50多年来 公司的供水管网系 统已经过多次建设和改造 目前已经形成以沿平安大道 矿工路 建设路 神马大道为主干管道 沿光明路 体育路 中兴路 新华路为主环的环状 管网供水系统 DN80mm以上管线长度达468公里 供水管网覆盖面积70平 方公里 基本满足了自来水公司服务区内工业和人民生活用水需求 五 目前供水存在的问题五 目前供水存在的问题 1 现有水源较为单一 主要是白龟山水库水源 平顶山市现状集中供水主要以白龟山水库水为水源 单水源不利于供 水安全 特别是今年的大旱造成白龟山水库在死水位下运行三十余天 严 重威胁水库安全 不得不启动燕山水库和丹江口刁河调水工程 而且现有 5 水厂主要集中在老城区的西南部 白龟山水库边 城区没有形成对置供水 的布局 如果水源或输水管道发生事故 则城区供水安全得不到保证 2 现有供水设施达不到充分利用 九里山水厂设计能力为20万米3 日 该水厂是一座完善的现代化水 厂 2003年建成投产 水厂出水水质达到国家饮用水水质标准 但是由于 配水管网未能完全配套 一直未能满负荷投入运行 3 管网覆盖率低 北部 东部区域 化工产业集聚区供水量不足 随着平顶山市的快速发展 北部 东部区域 化工产业集聚区已经具 备了一定的规模 城市的需水量增长很快 但是由于配水管网不配套 无 法向该区域供水 而且由于平安大道以北地势较高 现有水厂的压力无法 保证该区域的用水需求 严重制约了城市的快速发展 六 节能改造的途径六 节能改造的途径 1 节约自用水量 节约用水以提高水资源利用效率 减少排污为目的 通过采用先进的 用水技术降低水的消耗 提高水的利用率 实现合理的用水方式 建立资 源 供水 节水三者之间的协调平衡 促进水资源的良性循环和可持续发 展 节水的内涵 除了节约用水量的直接含义之外 还应包含科学合理用 水之意 净水厂节水 滤池是净化设备中耗水大户设计中应充分注意节能问题 滤池耗水主要在反冲洗水上 水厂中自用水量大部分就是反冲洗水 对于 反冲洗水的节能 一是尽可能减少反冲洗水的耗量 二是尽可能减少反冲 6 洗水头 一般设计采用反冲洗强度 15 升 秒 m2 如果考虑气水冲洗则反冲 强度可减至 8 升 秒 m2 净水厂采用气水反冲洗 先进的 V 型滤池工艺 并采用自动控制的形式 达到节水节能的目的 减少反冲洗水量的另一个途径就是将反冲洗水回收 净水厂设有反冲 洗水回收的设施 可将水厂自用水从 10 减少到 4 左右 同时也减少污水 的排放 1 1 滤池反冲水再利用的工艺流程 近年来水厂越来越多地采用了效率较高的 V 型滤池 V 型滤池为双格 滤池 池内设有两个 V 型水槽和一个中间反冲洗水槽 滤料采用单层 1 4m 加厚均粒石英沙滤料 设计滤速为 9m h 气冲强度为 15 3L s m2 水冲强度 3 8L s m2 当滤池的运行满足了反冲的条件 运行周期 水头信号 需要进行反冲洗 清洁滤料中间的污物 通过控 制进水闸 出水阀 排水闸 反冲气阀 反冲水阀 放气阀等气动阀门并 运行水泵 风机来实现 按要求 滤池反冲洗控制的工作程序当系统接收 到手动强制冲洗信号 水头损失信号 定时冲洗信号中的任一个指令时 按照先进先出的原则排队进行 首先关闭进水阀 滤池内部的存留水经出 水阀继续过滤排除 当水位降至设定的反冲水位时 0 35m 关闭出水阀 并打开排水阀 排水阀的信号到位后打开反冲气阀 启动风机进行气冲 完成单气冲需要时间 5min 打开反冲水阀 开启反冲水泵进行气水混合冲 洗 时间为 5min 然后关闭反冲气阀停风机进行单水冲洗 需要的时间 3 5min 完成后关闭反冲水阀停水泵 关闭排水阀 打开放气阀进行排 气 开启进水阀接受待滤水 7 1 2 滤池反冲水回收再利用可行性分析 以公司九里山水厂为例 V 型滤池共分六个池子 每个池子长 3 3 m 宽 3 3m 水厂在用的有 9 口水源井取水 日取水量 3500m 左右 正 常情况下 六个滤池一个星期至少轮流反冲一次 每次反冲约需 20min 左 右 滤池顶楼设有两个容积为 40m3 的水罐 每次反冲需将两个水罐打满 水 并开一台加压泵辅助补水冲洗 约 120m3 的反冲污水就直接排走了 这样计算下来 该水厂每年反冲滤池需用水 每次 120m3 6 个滤池 52 个星期 37440m3 这是一个巨大的浪费 想想看 原来我们自己就是一个用水大户啊 那么 何不从我们自身管理人手节能挖潜增效呢 如果能将反冲水回收再利用 那么少打 37440m3 将意味着 1 节电 37440m3 我厂供水单耗 0 68 kwh 方 25459 度电 25459 度电 0 56 元 度 14257 元 2 节水 37440m3 2 25 元 方 84240 元 3 减少取水设备机械损耗 减少维修 延长设备使用寿命 4 降低职工工作强度 少巡井 少开 停泵等 以上几点仅节水节电的直观效益每年为 98497 元 因此从 节能即是 创效 的角度来分析是很有实施的价值 而且节约了不可再生的水资源 有着长远的环保价值和意义 1 3 方案优选 经过多次勘察现场及查阅相关资料 研究出两个可行方案 8 1 3 1 建造一个专用沉淀池 其处理过程是将滤池反冲洗水回收在沉淀池中自然沉淀后 上层较清 的水由回收水泵送至滤池取水总管内回收 再经过滤后即可汇入蓄水池中 再利用了 下层沉淀的污泥经排泥阀排放掉 或定期清理淤泥 沉淀池设 计成圆形方式均可 容积为 150m3 因中区水站每次只能反冲一个滤池 因此按一次反冲水的体积 120 设计 比反冲水量略大即可满足要求 该方案的优点是 1 需增加的设备少 有一台离心泵就行 我北区水站现基本停用 有三台闲置的 IS100 65 200 型号的加压泵 功率 22KW 出水量 100m3 h 可以任选一台使用 2 沉淀时间短 约需 1h 左右的自然沉淀 就可分离出清水与污泥 清水可直接由离心泵打入取水总管线 进入滤池 循环再利用 3 可操作性强 可设计为半地下式 顶部高于地面一米左右 上部 可留有一个或两个一米见方的人孔 也可起到排气和溢流的作用 向下设 有铁梯 以便必要时进行人工清淤 该方案的缺点是占地面积过大 1 3 2 设备安放要求 设备安放在水平的基础上 用地脚螺栓固定好或焊在予埋在基础中的锚板 上 设备安装好后其水平偏差不得大于 5mm 设备安装调整好后 即可安 装各管口阀门和外部连接管路 阀门和管路安装前 应将管路内表面和法 兰连接面清理干净 以防止铁锈和油污等脏物污染滤层 设备工作间可布 置明渠式排污地沟 地沟的上口用盖板盖好 设备的进气总管必须高于过 9 滤器的最高点 以防止清洗操作失误时水倒流入罗茨风机 如无法达到要 求时 应在空气管路上安装逆止阀 1 3 3 设备维护和注意事项 1 纤维滤料性能和更换周期 高效纤维过滤器所选用的滤料是一种高分 子化学纤维材料 过滤吸附水中的悬浮物以表面物理吸附为主 吸附泥渣 后 可用水和空气擦洗的物 理方法再生 这种材料耐热温度为 106 127 并对各种碱及非氧化性酸有很强的耐腐蚀性 连续使用寿命不少 于 10 年 2 因反冲水中存在污泥悬浮物 石英砂 细沙等杂质 机械过滤器作为 一种预处理设备 是利用容器内粒状滤料来去除水中悬浮物和胶体杂质 能有效降低出水浊度 滤料一般采用石英砂 粒径为 0 6 1 2mm 若要 除去水中的铁 锰离子 还可采用天然锰砂 1 3 4 该方案优缺点对比 1 此方案的优点是设备操作简单 可靠 水处理效率高 效果好 一次 性处理后即可汇入蓄水池 无需再过滤即可再利用 设备清洗方便 2 此方案的缺点是设备投资大 且由于反冲水是短时间内大排量 而一 般的过滤器的过滤能力为 50 70m3 小时 有可能会出现过滤不及的现象 必须控制反冲洗强度 将排污速度与流量控制在过滤器允许的范围内 或 者中间间隔半小时至一小时再继续反冲洗 过滤 通过采用以纤维材料为滤元的高效纤维过滤器 解决了反冲洗水的水质问 题 对降低生产成本 节约能耗方面取得了显著效益 经以上两种方案进 行比较选优 我厂认为第二方案更加简单可行 可操作性强 10 2 水泵的节能 水厂是能耗大户 平均电耗占公司制水成本的 40 70 其中约 90 以上的电量又都消耗在电机水泵上 电耗主要消耗在水泵的运行上 要想 降低水泵的运行电耗 首要任务就要想办法提高水泵的运行效率 使水泵 在满足管网供水压力的前提下 达到较佳的运行状况 减少无谓的能耗 水泵是输送和提升液体的机器 泵站是城市供水厂必要的组成部分 原水由取水泵站从水源地抽送至水厂 净化后的清水由送水泵站输送到城 市管网中去 这些都是靠水泵来完成的 从经济角度来看 城市供水车一 般都是用电大户 在整个给水工程的用电量中 95 98 的电量是用来维 持水泵的运转 其它 2 5 用在制水过程中的辅助设备上 如电动阀 排 泥机 风机 机修和照明等 就我公司而言 泵站消耗的电费 通常占 自来水制水成本的 40 70 甚至更多 因此 优化合理选用高效水泵 科学优化调度 提高机泵设备运行效率 采用调速电机 扩大水泵机组的 高效工作范围 对役龄过长设备陈旧的机泵 及时进行更新改造等 都是 供水厂合理降低泵站电耗的重要途径 选择高效区域宽 效率高的水泵 是水泵节能的关键 目前供水厂广泛采用的是离心泵 它是叶片式水泵的 一种 依靠叶轮的高速旋转来抽送水 其叶轮出水的水流方向是径向流的 从流体力学的观点来看 如果叶轮的叶片构造好 能使出水脉冲降到最低 水流平稳 那么水泵是效率就会高 净水厂中电力消耗了极小一部分在变配电系统中损耗以外 几乎 97 是水泵电机消耗掉的 理论上每千吨 时送上一米的高度耗电是 2 72 度 但实际上电机 水泵的效果是随水泵运转过程中 管路中的流量大小 即 11 水头损失的变化而改变的 水泵效率高的可达 92 95 低的只有 60 65 两者相差 30 由于水泵效率高低的不同 年耗电量相差可达数以十 万至数百万度之巨 若水泵效率平均能提高 10 每年就可以节省几十万 度电 水厂规模越大 其相对差值也越大 可见研究泵房设计综合效率问 题对于节能是十分重要的 因此 我公司在泵房改造中应注意下列问题 1 要选择高效率的水泵 2 水泵应大小搭配 合理组合 3 推广采用变频调速泵 节约能量 3 重视输水管路设计中的技术经济比较 加强管网的优化设计 调度和管理 特别对多水源和多泵站的管网更 应实行优化调度 考虑电价分时段计费问题 充分利用电费低价时段 管 网设计中应注意采用经济流速 所谓经济流速就是一次投资与经常费用之 和最小时的流速为经济流速 而相应的管径即为经济管径 所以选择输配 水管管径的大小设计投资与耗电的大小 管径大基建费用高 电费却省 管径小一次性投资省 但水头损失大 水泵扬程高 电费贵 为了更合理 设计管网 应对供水的区域进行评差设计 以便降低能耗 4 降低管网漏损 我国管网漏损状况比较严重 而且在总体上呈上升的趋势 这已导致 城市水资源大量的流失 增加企业的制水成本和供水设施建设费用 根据 1999 年发达国家 10 余个城市管网漏损率统计资料 我国与其比较差距不 大 若用单位管长漏损量比较 我国单位管长漏水量比较严重 这说明我 国供水管网规划不够合理 隐患多 管网承受事故的能力差 为了加强城 12 市供水管网漏损控制 统一评定标准 建设部于 2002 年颁布了 城市供 水管网漏损控制及评定标准 全部供水企业都应为达到该标准而努力 1 改进供水系统运行管理 降低管网漏损率 需要改进供水系统运行管理 主要从计量管理 管 网管理和用水管理三个方面进行 1 计量管理 计量管理是指对在供水管网中使用的水表 流量计等计量仪器制定完 整的管理和更新制度 供水企业出厂水计量工作应符合 城镇供水水量计 量仪表的配备和管理通则 的规定 2 管网管理 供水企业要详细掌握管网的现状 建立完整的管网资料库 同时加强 供水系统管网的巡检养护和维修工作 要做好主动渗漏控制 压力控制 维修速度质量控制及管道安装管理方面的工作 3 用水管理 主要是加强对用户水表和私接水的管理 2 检漏是关键 降低漏损的关键是及时发现漏水和修复漏水 特别是及时发现不冒出地面 的暗漏 合理选择检漏的方法 检漏方法分为主动检漏和被动检漏两种方 法 应积极采用主动检漏法 合理选择检漏周期 用音听检漏法宜半年到 两年检查一次 用区域检漏法宜一年半到两年半检查一次 对埋在深土中 的管道 用被动检漏法宜半个月到三个月检查一次 检得漏水时要及时修 复 3 管网改造是长远性根本措施 13 管网改造可减少爆管和漏水频率 改善管网的水质 增加输水能力 但管 网改造需要的资金数量大 因此应注意投资的效益 并根据供水管网发展 规划 制定出管道更新改造的计划 逐步地更新改造旧的管网 我国大多 数城市供水管网的历史在 50 年左右 比经济发达国家历史短 但又由于 历史的原因 曾用过一批材质差的石棉水泥管 自应力砼管 灰口铸铁管 和冷镀锌钢管等 这是我国供水管网的薄弱环节 在更新改造时应予以充 分重视 4 流量测量 流量测量分为两种 一种用于流量检测 参与过程控制 以达到提高 生产自动化水平 改善生产工艺条件 提高产品质量和产量的目的 另一 种用于流量的计量 不仅计量产品的产量 还是供水企业主要技术经济指 标计算的依据 在供水企业最主要的 8 项经济指标中 有 3 项指标是以流 量计测量的数据为基础的 流量计的选型应考虑以下因素 1 任何型号的流量计都必须有国家计量部门检定的证书方可选用 2 流量计本身的压力损失要小 3 根据行业要求 流量计的准确度应不低于 2 5 级 4 安装现场条件应满足所选流量计对直管段的要求 5 所选流量计应能适应安装现场环境条件如温度 湿度 电磁干扰等 6 所选流量计应能适用于待测的液体介质 目前 我公司 采用最多的是电磁流量计和超声流量计 5 采用自动化控制 减少药剂和消毒剂的投放 14 5 1 自动化仪表在水处理系统中的重要地位 在现代化的净水厂中 每一个生产过程总是与相应的仪表及自控技 术有关 仪表能连续检测各工艺参数 根据这些参数的数据进行手动或自 动控制 从而协调供需之间 系统各组成部分之间 各水处理工艺之间的 关系 以便使各种设备与设施得到更充分 合理的使用 同时 由于检测 仪表测定的数值与设定值可连续进行比较 发生偏差时 立即进行调整 从而保证水处理质量 根据仪表检测的参数 能进一步自动调节和控制药 剂投加量 保证水泵机组的合理运行 使管理更加科学化 达到经济运行 的目的 由于仪表具有连续检测 越限报警的功能 便于及时处理事故 仪表还是实现计算机控制的前提条件 所以在先进的水处理系统中 自动 化仪表具有非常重要的作用 5 2 净水厂监控系统的构成模式及监测参数 5 2 1 净水厂监控系统的构成模式 净水厂的监控系统一般由水厂管理层和现场监控层两级系统构成 按集中管理 分散控制的原则进行监控 在工程设计中 将厂级计算机系 统 即主站 设在水厂中心控制室 各现场监控站 即分站 的数量和位置按 工艺流程及构筑物的位置 分散程度来定 一般地表水厂现场分站的设置 是 进水泵房分站 反应沉淀与加氯加药分站 过滤分站 送水泵房及变 配电室分站 污泥处理分站 各监测仪表的数据均送到计算机系统 可在 监控站的工控机上显示 控制并打印 记录 报警 5 2 2 各分站监测参数 a 进水泵房分站监测参数 15 水质参数 源水浊度 pH 值