A. 污水處理廠自動化系統的分析與應用
一、引言
水是人類生活和國民經濟發展的不可或缺的重要部分,隨著科技水平的飛速發展和人類生活水平的巨大提升,對於潔凈的優質的水源的需求也不斷急劇釋放。為建設可靠、穩定、先進、經濟以及可擴展的合理的水處理自動化系統成為工程界和城市水行業營運管理部門共同關心的問題。微電子、通信、計算機技術的發展大大提高了水處理控制系統的信息化和智能化程度,與3C技術相結合的PLC以其卓越的可靠性、抗干擾性以及靈活的控制方式成為水處理自動化系統的核心控制器,其與開放的網路通信系統一起,共同推動著水處理自動化系統的智能化程度的發展。
水處理行業主要分為凈水處理和污水處理兩大部分。凈水廠控制系統通常分為水廠調度系統、加葯間(加氯間)PLC控制站、濾站PLC控制站、送水泵房PLC控制站等。各個控制站相對獨立工作,通過有線網路進行通訊,將所有的數據信息送到水廠調度室進行處理,或將一部分數據通過調度系統以無線(或有線)通訊的方式送到城市的調度中心。對於污水處理來說,要根據污水水源地狀況來確定污水處理的工藝流程,由於污水處理工藝的不同而自控系統應用PLC的要求也有所不同。一般講,整個污水處理廠都有總控室和多個現場控制站,站與站之間通過控制器層網路或信息層網路相連,然後全部連接到總控室,總控室的多台計算機、工作站和圖形站都用信息層網路連接,這樣和現場控制站構成了集中管理,分散控制,高速數據交換的工廠級自動化網路[1].PLC自控系統是水處理廠的控制核心部分,對其合理的選型和設計,對污水廠能否高效、自動化的運行非常重要。然而,PLC網路又是其中的重中之重,網路的好壞直接影響到污水廠的正常運行。
二、系統構成
污水處理廠自控系統一般包括污水廠部分和廠外泵站部分。監控系統通訊網路和PLC是污水處理自動化系統的核心組成部分,它們的性能對污水處理自動化系統會起到決定性的作用[2].根據污水處理自動化本身的特點和監控需求選擇合適的PLC及通訊網路是保證污水處理自動化系統性能的重要因素。
通信網路:
在污水處理自動化系統的結構上,國內在管理體制上主要採用三級管理,即監控總中心、區域監控分中心和監控站。由於監控站不直接對污水處理廠的外場設備進行直接控制,因此工程界按照系統結構的劃分把監控系統劃分為信息層、控制層和設備層。
第一層為信息層,主要負責大量信息及不同廠家不同設備之間的信息傳輸,工業乙太網Ethernet為目前較常用的一種信息網路,世界各大PLC生產廠商均支持工業乙太網,並且他們在原有TCP/IP的基礎上,相繼開發出實時性更高的工業乙太網,如歐姆龍和羅克維爾支持的Ethernet/IP,施奈德支持的Modbus-TCP/IP以及西門子支持的ProfiNet等。由於Ethernet的信息量大,因此在污水處理廠自動化系統中乙太網主要用於各個控制分站與監控中心的數據傳輸,包括各種感測器數據等大量歷史數據信息。
第二層為控制層,主要採用現場匯流排組成隧道區域控制器網路,其特點是由於採用了標准匯流排組網,既能滿足實時通信的要求,又具有開放協議的標准介面,能在匯流排上方便的掛接各種外場設備,有利於監控系統的擴展。目前,現場匯流排有40多種,在污水處理廠自動化系統中應用的現場匯流排主要有ControllerLink、LonWorks、Inetrtbus、Profibus、Can和Modbus.他們的共同特點是高速、高可靠,適合PLC與計算機、PLC與PLC及其它設備之間的大量數據的高速通訊。為使系統的穩定可靠,控制層的網路結構多採用環網的方式組成,包括線纜型和光纖作為傳輸介質,具體組網將在後面作出實例說明。
第三層為設備層,這一層用於PLC與現場設備、遠程I/O端子及現場儀表之間的通訊,它們有DeviceNet、Modbus以及Profibus/DP等,其中DeviceNet已經成為工業界的標准匯流排而得到了廣泛的應用,而Profibus/DP雖然沒有成為標准,但是它的應該也相當廣泛。
值得指出的是,近來年乙太網的廣泛應用使得人們把目光投向了現場匯流排上來,工業乙太網是否最終將取代現場匯流排仍然是一個爭論的話題。然而,不論是Ethernet/IP還是Modbus-TCP/IP,乙太網在一些重要的性能指標上仍然無法具有現場匯流排的特點和優勢。從本質上來講,乙太網的載波幀聽沖突監測CSMA/CD的訪問方式,實時性並沒有現場匯流排採用的令牌匯流排和令牌環的訪問方式高,不論人們採用何種方式,如協議封裝、分時訪問控制等,都只能改善乙太網的實時性,起不到本質的改變。在當前技術還未完全成熟之前,現場匯流排應用於控制層,是一個積極和穩妥的選擇。隨著乙太網技術的不斷發展,今後其取代現場匯流排而用於控制層也是很有可能的。
監控分中心及上位監控軟體:
監控分中心一般將設置多台SCADA工作站(工控機)。分別用於水廠調度系統、加葯間(加氯間)、濾站、送水泵房等監控,完成污水廠內各種設備的狀態顯示、自動控制、半自動控制、列印報警、分析報表等工作。同時,監控分中心還將設置了多台伺服器,為其它計算機提供支援和與監控總中心進行通信。
PLC的選擇:
施奈德(Schneider)、西門子(Siemens)、歐姆龍(Omron)、羅克維爾(Rockwell)、通用電氣(GE)是全球五大PLC製造廠商和整體方案的提供者,他們的產品面向各自不同的領域,其中在污水處理自動化系統的應用方面,又以羅克維爾、歐姆龍和施奈德的應用最為廣泛。
污水處理自動控制系統對PLC的性能提出了更高的要求,作為污水處理自動控制系統的核心控制器,其必須具備以下幾大功能特點:首先本身必須穩定可靠,並具有預先處理數據和集中傳輸數據的能力,具有較高的故障保護能力;其次,控制分站本地控制器可以獨立承擔控制分區的基本控制任務,即使監控站或者監控中心因故障停止運行,相鄰區域的控制器也能交換數據信息;再次,當某控制站的控制量出現變化時,可按預定方案和程序採取相應的演算法,對相關區域的控制對象,比如泵或者加葯系統等做出相應的調整。因此,它必須至少有如下功能模塊,數據採集存儲處理功能(實現集中和獨立工作方式,尤其是在獨立控制時能與相鄰控制器實現數據交換);通信功能、容錯功能、自動診斷功能和本地操作功能(即能帶觸摸屏)。
必須綜合考慮整個監控系統的性能要求和自然條件以及運營周期對設備的要求進行選擇,尤其在極端氣候和惡劣環境狀況條件下或較大規模的污水處理廠,需要選擇性能更好的雙機熱備冗餘的PLC,如Schneider的2Quantom系列、Rockwell的2ControlLogix、Omron的CS1D系列、Siemens的S7-417系列;區別在於Omron的雙系統是在一個底板上實現,而Siemens等是兩個底板通過光纖連接,會在一定程度上佔用控制櫃的空間,但他們的配置都很靈活,可以任意實現雙CPU雙電源、雙CPU單電源、單CPU單電源多種冗餘結構。
在一般的環境狀態的時候或較小規模的污水處理廠,多採用標準的機型作為現場控制器,如Schneider的Quantom140系列、Rockwell的ControlLogix、Omron的CS1系列、Siemens的S7-400系列等;他們都支持工業乙太網和多種現場匯流排,控制方式採用遠程帶CPU的智能分布式結構,系統開放性和兼容性強,豐富的I/O及高功能模塊,完全滿足污水處理自動控制系統對信號處理的要求。
三、應用案例
下面以天津咸陽路污水處理廠為例[3],具體說明污水處理廠自動控制系統的組成,控制系統拓撲圖如圖一所示:
信息層:咸陽路污水處理系統因其分布面積較大,廠區內共有5個PLC分站:預處理系統分控主站PLC1、生物處理系統分控主站PLC2、污泥處理系統分控主站PLC3、出水及雨水系統分控主站PLC4和污泥消化系統PLC5,使用的CPU均為OMRON的CS1H-CPU66H.該功能層實現污水處理廠各單元過程所有過程參數、設備運行狀態及電氣參數的數據採集,單元過程及設備的控制,並通過OMRON網路模塊CS1W-ETN21,和中央控制室通過赫斯曼太網交換機,組成100M光纖以太環網,向監控層傳送數據和接受監控層控制指令。在中控室中,作為工業乙太網結點的系統數據伺服器、兩台工程師/操作員站計算機、列印機、UPS電源及監視屏等設備,其主要職能是進行系統中的信息交換與信息顯示及控制。該層通過上位監控軟體實現對主要工藝設備的控制和調度,對污水處理全過程中的工藝參數進行數據採集、監控、優化和調整,對主要工藝流程進行動態模擬和趨勢分析、實時數據處理和實時控制,在控制組態上實現各種常規與復雜的優化控制、專家控制、模糊控制等先進的智能控制。同時,功能強大與穩定的實時和歷史資料庫亦通過乙太網成為上下層間的信息通道。污水廠中控室控制站還通過RIAMBView和信息中心、便攜計算機及廠外泵站(咸陽路泵站、密雲路泵站)等處進行遠程通訊,RIAMBView具備遠程數據服務(最適合SCADA)功能,通過寬頻接收或發送相關數據,實現遠端對部分實時畫面、進程資料庫的訪問。
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B. 環境工程城市污水處理現狀和方法
隨著城市的加快發展,各種建設層出不窮,城市中居民生活品質的提高了污水製造量,城市污水影響了城市環境,城市環境與居民日常生活密切相關,通過改善污水處理,提高居民生活環境,在環境工程的建設中,對於城市中污水處理要加大重視。良好的處理城市污水是環境工程中的一大難題,環境工程毀山需要對城市污水進行准確的分析,提出適合於處理城市污水的州散辦法,才能有效解決城市污水問題。基於此,文章簡要分析了如今環境工程城市污水處理存在的現狀,隨後從四個方面分析了環境工程中城市污水處理的方式,以此來共相關人士參考交流。
城市污水與居民生活息息相關,為了提高居民生活質量,有效的解決城市污水問題是環境工程的主要工作目標。隨著城市建設規模的擴大,城市中水資源受到了各種物質的污染,水污染直接影響了居民的用水與健康,為了妥善解決城市中污水問題,要先對污水問題進行分析,然後制定合理的污水處理方案。在環境工程處理城市污水的過程中,要確保因地制宜與符合環保生態目標。1如今環境工程城市冊余氏污水處理存在的現狀1.1現存環境工程城市污水處理問題水資源是人類生存最重要的資源之一,隨著水資源日益污染嚴重,城市污水處理問題油然而生。在小規模的城市中,垃圾滲濾液會給城市水資源造成很大的污染,對於這方面的內容,在污水處理過程中是不容忽視的。小城鎮中污水處理廠比較小,污水廠在處理污水時,通常採用的是直接將污水排放到垃圾滲濾液中,這種方法是直接污染了城市水資源,對水的污染還是比較嚴重,基於這種情況,對於小城鎮中的污水處理廠建立位置,需要進行慎重合理的選擇,要綜合考慮垃圾滲濾液與水污染之間的關系。污水處理廠中還存在很多問題,污水處理廠主要是為了處理城市污水而建立的,污水排放經過處理,但是在處理的過程中,層層過濾,水經過了很多流程,但是這些流程在長時間的使用過程中,已經積攢了很多泥污,導致水在污水處理廠會受到二次污染,因此對於污水處理廠必須加以改善[1]。1.2環境工程中城市污水處理的不足方面環境工程中,污水處理方面還有很多不足,在城市發展中,水污染的種類變多了,而污水處理的方式還是一樣,這樣就導致了污水不能有效的處理,在污水處理中還面臨著一下幾種問題:1、處理城市污水的資金短缺,為保障居民生活用水的正常,污水處理系統是最基本的設施,能夠很大力度改善城市環境,有效提高居民用水質量,減少城市中水污染情況,但是以目前的情況來看,城市污水處理的資金不足,導致城市污水處理系統設施不完善,污水處理的效果不是很好,在技術方面還是原來的處理方式,無法引進新的處理技術,與先進的處理設施。
2、在污水排水系統中,模式單一,進行污水處理時有很大的局限性。城市中處理污水的排水系統一般是直接將污水排出去,而不考慮雨水的問題,在處理過程中,不能良好的利於雨水資源,通過排水系統,直接將兩者同時排出城市,這樣的處理模式會導致污水在處理過程中再受到雨水的污染。3、對於污水處理系統沒有合理的規劃,現如今使用的污水處理系統是參考不同地區的城市規模與用水指標,在根據《城市給水工程規劃規范》,對歷史用水的綜合數據制定污水處理系統的章程,但是這種方法制定出來的排水系統是不準確的,數據范圍較大,與城市的實際污水處理情況不相符,也沒有結合城市中污水處理設施的真實情況[2]。
1.3處理環境工程中城市污水缺少的專業性人才處理污水的環境工程中,需要專業的人才與技術的支持,但是目前來看,處理污水的專業人員不多,污水處理技術落後,只要提高城市污水處理人員的專業性,才能合理根據城市不同制定合理的處理方案,在面對污水處理問題時,專業的人才也能及時想到有效的解決辦法。現如今,在小城鎮中,污水處理的工作人員使用的還是傳統的處理方案與技術,工作人員的專業能力還不足,落後的管理觀念也關繫到污水處理的有效性,因為污水處理人員的專業性不強,導致整個城市的污水處理效果相對滯後。對於這種情況的出現,污水處理廠需要對的員工進行專業培訓,引進新的技術,合理的利用人才,通過解決人才問題提高污水處理的效率[3]。2環境工程中城市污水處理的方式2.1環境工程中城市污水的二次利用地球上能供給人類的水資源是有限的,對於水資源短缺的問題,為了有效解決,就需要對水資源進行二次利用,因為水資源二次利用效率低下,導致水資源無法良好利用,增加了污水排放量,造成水資源短缺等問題。基於此,環境工程就要考慮水資源二次利用的問題,採取科學有效的策略解決城市水資源短缺與再次利用問題。通過有效的污水處理,進而達到水資源再生,但入如果經過污水處理之後,水資源還不能二次利用,那麼環境工程處理城市污水就失去了有效利用水資源的意義。對於水資源二次利用的問題,需要專業人員繼續專研,研發新的污水處理技術,因為在城市中,很多居民對水資源二次利用有很大的誤解,對於此應該改變居民的傳統思維模式,提高對水資源二次利用的知識,讓居民對水資源再次利用有一定的了解,對於目前水資源二次利用問題的解決也是一種很好的方式。2.2對於城市污水處理廠進行合理的建設在環境工程處理污水的過程中,對於污水處理廠合理的建設是很重要的,在以往污水處理廠的建設中,有關部門考慮問題單一,對於污水處理廠建設的位置是否合理考慮不周。在傳統的建設污水處理廠過程中,都會選擇建設在城市下游或者是遠離城市的偏遠地區,要依靠管網攔截和重力流動才能將城市污水流到污水處理廠,在此過程中,污水處理需要經過很多的程序,才能進行處理。對於這種情況,城市應該改變污水處理的布局,在排放方式上選擇分散式小型排放,依據就近原則,在布局上合理的利用,實現污水處理最有效的方式,通過對污水處理廠有效建設,很大程度上完善了污水處理布局問題。對於建設污水處理廠,不能因為資金問題導致污水處理廠設施不完善,處理技術落後等,這些很大程度上影響了污水處理的最終效果[4]。2.3完善處理城市中污水設施污水處理有效性受到多方面的影響,在很多城鎮中污水處理設施都不完善,環境工程很多方面有待改進,對於提供完善的城市污水處理設施,需要在資金方面有足夠的支持,為了改進現在設施中存在的問題,有關部門對於資金的支持是非常重要的,根據城市發展,拓寬污水處理的融資渠道,針對現階段融資渠道的不足加以改正,制定出合理的融資方案,資金充足是污水處理廠正常運營的重要支持。污水處理設施陳舊會導致污水處理效率降低,污水處理不達標等問題,在排污水管道中,可能會造成水管堵塞,不能進行日常的污水排放,城市中污水處理設施陳舊落後等問題,都需要有關部門重視,對於污水處理設施加強管理。3結語在污水問題越來越突出的情況下,城市工程中城市污水處理的難度也在逐漸增加,為了城市中的污水得到更好的處理,要合理的利用新技術,制定適宜的污水處理策略。城市污水的處理時城市綜合實力的體現,雖然目前城市污水取得了良好效果,同時也暴露了更多的問題,城市工程需要經過不斷的研究與發展,符合城市環境的基本要求,提升城市工程的整體服務質量。
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C. 城市污水處理廠的系統調試與設計
城市污水處理廠的系統調試與設計是非常重要的,設計的每個細節都會影響最後的使用,每個環節的處理都很關鍵。中達咨詢就城市污水處理廠的系統調試與設計和大家說明一下。
目前我國已經建設了大量的城鎮污水處理廠,其中較多城鎮污水處理廠採用A2/O工藝,通過對豹澥污水處理廠的設計、施工以及調試全過程參與,提出合理化建議和改進措施,為設計、施工監管、調試提供一些經驗,也為城鎮污水處理廠的良好運營創造條件。對設計、施工、調試及運營提供四位一體的思路具有較重要的參考價值和啟示意義。
1 工程概況
豹澥污水處理廠一期工程建設規模為7×104m3/d,遠期規模為22×104m3/d。污水處理廠廠址位於光谷七路與高新三路交匯處東北側,總控制用地面積為18ha(270畝),其中一期工程用地5.9公頃(88.5畝)。污水處理廠出水達到《城鎮污水處理廠污染物排放標准》(GB18918-2002)一級A標准,並經專用尾水出江管道排往長江。
2 設計進出水水質及工藝流程
2.1設計進出水水質
該污水處理廠服務區域的規劃定位為高新技術產業開發區,主要入駐企業以光電子信息產業、生物工程與新醫葯為主。污水處理廠出水水質達到《城鎮污水處理廠污染物排放標准》(GB 18918--2002)中的一級A標准。
2.2工藝流程
該污水處理廠採用設置選擇段的多點進水A2/O-微絮凝過濾工藝,工藝流程如圖所示
進水
3 各環節的銜接
3.1前處理部分
粗格柵及細格柵在來水渣量較小時,根據格柵前後的液位差啟停周期較長,但在格柵前面聚集有較多浮渣,因此在單機調試時,調整為根據時間間隔自動運行,時間間隔根據渣量情況進行調整。同時取消格柵前後的超聲波液位差計,可減少維護量和降低投資。
在初期污水量較小時,按照等水量配備提升泵。即使僅啟動一台提升泵,且將頻率調到低限,提升泵也僅能運行10分鍾左右就會降到低液位,造成頻繁啟停水泵,運行管理非常麻煩。對於初期水量較小的污水處理廠,設計盡量考慮大小泵進行匹配,必要時同時考慮進行變頻調節。從調試時發現,水量較小時,在集水井內非常易於沉積泥砂,且污水處理廠的集水井的泥砂非常難以清理。設計時應考慮在提升泵出口設置沖洗旁路和引用曝氣沉砂池風機的風管到集水井,對集水井定期進行沖洗,將泥砂提升到沉砂池進行處理。同時沉砂池至少為兩系列,在事故時,也易於在不停機的條件下進行檢修清砂。
根據《城鎮給水排水技術規范》要求,進水應進行水質監測。水質監測的自動取樣儀的取樣口設於細格柵之前,隨著運行時間的延長,取樣管的吸口經常會被大的雜質堵塞,影響自動取樣儀正常運行。經細格柵攔截後的污水中大顆渣大大減少,因此,在設計時,應考慮將自動取樣儀取樣點設於細格柵之後。
在調試曝氣沉砂池設備時,主要檢查除砂機的運行平穩性。在設備沿軌道運行過程中,會出現軌道跳培卜躍的現象,經過分析認為,每條軌道一般由幾段組成,兩條軌道的幾段不易平行,造成除砂機行進時跑偏,軌道輪在自行調整情況下,出現抖動現象。在《城市污水處理廠工程質量驗收規范》對兩軌中心距、兩軌頂面高差、軌道接頭錯位進行了安裝誤差要求,但對每一根軌道配鎮穗的直線特性沒有規定,因此應在設計的安裝圖中增加相關部分的安裝誤差要求。在發現該現象後,可以通過調整每條軌道的直線特性而得以解決。如果設計採用將軌道與埋件直接連接的方式,則無法進行下一步的處理;因此建議設計應要求設備軌道採用壓板的連接方式,方便設備調試進行調整。
在調試過程中,粗、細格柵的柵渣都非常易於掉落到輸送設備之外,通過現場調整,發現格柵落渣區域大於輸送設備的寬度,無論如何調整,都不能保證將柵渣完全收集。增加一條柔性收集板,將格柵出渣口下沿與輸送設備銜接。但設備一般並不配帶該柔性收集板,因此建議設計時就要充分考慮。
在安裝和調試閘門及堰門類設備時,施工及調試人員易產生閘門、堰門不用檢查、調試的想法,經常忽略閘門及堰門的安裝和調試。造成閘門軌道旅運安裝的精度不能滿足要求,甚至左右兩條軌道偏差巨大,隨著閘門的提升,閘板甚至跳出軌道;或者在閘板啟閉過程中,閘板隨著軌道逐步傾斜,造成閘板卡在軌道內,增加開啟難度。閘門軌道槽在閘門安裝完畢後,導軌旁的密封不到位,漏水嚴重,影響閘門使用功能。而設計要求採用二次灌漿方式密封,因預留導軌兩側的空間偏小,無法良好處理。建議設計應在導軌兩側留足100~150mm的空間進行二次灌漿。
3.2生化處理部分
該工程採用多點配水改良A2/O生化處理工藝。生化池選擇區、厭氧段、缺氧段採用立式渦流攪拌機進行攪拌,好氧區採用無終端循環流池型,內設管式微孔曝氣器進行曝氣。分別在選擇區、厭氧段、缺氧段設置不銹鋼堰門,通過調節各區域堰門開度調整各處理單元進水量。
該工程的調節堰門長度有3.5m、2.5m、1.5m三種規格,材質均為SS304,採用手動啟閉機啟閉。安裝過程中,發現堰長3.5m的堰門,與池壁不能很好吻合。調查分析發現,與調節堰接觸的3.5m長的牆面存在不平整現象;預埋埋件時,該組埋件表面平整度未控制;同時供貨設備因長度較長,在生產及運輸過程中易產生邊形。以上幾方面原因造成安裝完成後,進行清水聯調時,幾台堰門根本無法形成有效的密封,進水量較小的情況下,進水都從堰門旁滲入生化池內。通過調整堰門的橡膠密封高度,重新對門框與埋件之間的空隙進行二次灌漿。處理後,堰門的滲漏大大減小,但仍不能滿足最大正向工作水頭時泄漏量≤1.25L/min·m,對運行控製造成影響。工藝設計對結構專業應有相關平整度、垂直度要求,則能很好的實現專業銜接。在實際操作過程中發現,寬度超過2m的堰門不易控制閘門的垂直度,垂直度調整好以後,啟閉幾次垂直度就會改變,造成閘板傾斜,啟閉不順暢。從現場運行情況看,在調整各堰門開度時,一般根據操作人員的經驗進行調整,實際控制誤較大。設計應在堰門板旁用醒目的標識漆標上精度為cm的水位刻度,可為操作人員帶來便利。同時在設計過程中應充分利用堰門500mm的可調高度,將進水堰門的寬度減小,減小利用水位刻度計算出水量誤差。採取該措施後,可降低由於堰門太長造成的設備變形的風險以及減小結構施工誤差對設備安裝的影響。
3.3二沉池
該污水處理廠採用周進周出的輻流式二沉池,在調試過程中極易出現出水不均勻現象,運行過程中出現厭氧污泥漂浮現象。除了在運行過程加強排泥措施外,施工和單機調試過程同樣要對下面進行關注。
(1)輻流式二沉池的圓度要密切關注,控制在規范要求的范圍內,否則太大的誤差,造成吸泥管與池周的間距變化太大,甚至需要切除部分排泥管。
(2)輻流式二沉池全池底面的水平誤差控制在5cm以內,基本能夠通過刮泥機調節到位,但超過該數值,達到10cm時,必然影響排泥管的坡度,造成排你不暢,最終造成運行時,產生厭氧現象。
(3)出水不均勻,主要是由於出水堰安裝精度不滿足要求。在現場調試式,採用先初調水平度,在滿水實驗時,將水位調控到出水水位,進行二次精調,現場調試表明,全池水平度精度可以控制在1mm以內,遠遠高於規范要求。
3.4結論
污水處理工程的成功運行,與設計、施工、調試及運行管理都有關系,只有在各個環節都要進行精細的工作,才能讓最終的運行管理更加方便。
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D. 城市排水系統工程規劃
(一)排水體制的選擇
1、城市排水分類
城市排水按性質分為三類,即生活污水、工業廢水和降水。
2、城市排水體制分類
城市排水體制可分為合流制排水系統和分流制排水系統。
(1)合流制可分為直排式合流制和截流式合流制。
(2)分流制可分為完全分流制和不完全分流制。完全分流制是指雨、污水兩個管道系統,不完全分流制是指只有污水管道系統而無完整的雨水聚系統。
(二)污水量預測和計算
城市污水量包括城市生活污水量和部分工業廢水量。生活污水量的大小直接取決於生活用水量。用水量乘以汗水排除率可得污水量。通常生活污水量約占生活用水量的70-90%.進行污水系統工程設計時還要考慮變化系數。
(三)污水處理系統規劃
1、污水處理系統
城市污水系統包括污水處理系統(污水處理廠)和污水排放系統(污水管道系統)兩個部分。污水處理系統規劃包括污水處理方案選擇、污水廠選擇、平面布置、高程布置等。在考慮污水處理方案時,首先確定污水處理應達到的處理程度,一般分為三級。
2、污水處理廠的選址
(1)應設在較低處;
(2)設在水體附近;
(3)在給水水源下游,與城市、工廠和生活區相距300米以上,並設衛生防護帶。
(4)少佔或不佔農田,利用地形,選地址條件好的地段。
(5)盡可能靠近回用處理後污水的主要用戶。
(6)不受洪水威脅。
(7)要有雙電源,考慮污泥的運輸和處置。
(8)廠址要有擴建的可能。
3、污水處理廠布置
4、污水處理利用方式
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E. 污水處理工程設計的基本條件和工藝選擇
關於污水處理工程設計的基本條件和工藝選擇?下面中達咨詢為大家詳細介紹一下,以供參考。
城市污水處理工程設計是一個綜合性極強的系統工程,涉及的學科多,相關部門多,其中任何一個環節不合理都會給工程設計帶來影響和造成不同程度的損失。
基本條件;處理規模:處理規模的確定主要與下列因素有關:
城市人口包括常住人口和流動人口。通常是根據城市總體規劃近、遠期及遠景人口預測來確定的。當城市總體規劃編制年限較早,尚未修編或修編中,需對現狀人口核實並進行合理的分析和預測。同時,確定人口時,要特別注意旅遊城市在旅遊旺季出現人口峰值的特點及對城市水量變化系統的影響。
城市性質及經濟水平城市所在地域、自然條件、經濟發達程度、人民生活習慣及住房條件不同,城市居民用水量標准不同,因而城市污水量亦不同。
城市排水體制城市排水體制分為分流制和合流制。一般新建城市、擴建新區、新建開發區及經濟條件較好的城市宜採用分流制;一些大中型城市中已建成的舊城區由於歷史原因,一般為合流制,可改造成截流式合流制。根據城市具體情況,同一城市的不同地區可採用不同的排水體制。
城市排水體制的選擇直接影響污水量規模,當採用分流制時,設計污水量全部為城市污水(包括生活污水和工業廢水等),當採用截流式合流制和分流制組合系統時,必須考慮截流式合流系統中排入的雨水量,該雨水量與設計截流倍數有關,應進行科學分析後合理確定。
工業廢水量由於城市結構各異,工業類型和工業比重不同,因而,工業廢水量及水質量不相同。
根據「城市污水處理工程項目建設標准」,工業廢段彎水經工廠內自行處理,達到「污水排入城市下水道水質標准」(CJ3082-1999)後,優先考慮納入城市污水收集系統,與城市生活污水合並處理。因此,工業廢水量是城市污水處理廠確定處理規模的重要組成部分,必須對其廢水量進行充分調查研究,合理確定工業廢水量。
污水管網完善程度污水管網完善程度對城市污水處理廠設計規模確定十分重要。管網的作用主要是承擔城市污水的收集和輸送。
目前我握槐悶國各城市管網建設程度不同,輸送能力則不相同,如果將其定義為「污水收集率」,則各城市現狀污水收集率和規劃污水收集率均不相同。當設計流域范圍內處理污水量確定後,必須乘以污水收集率才能得到排入污水處理廠的實際污水明脊量,換句話說,當需要保證該處理廠具有一定處理能力時,必須有相應規模的配套污水管網同步建成。
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F. 城市污水管網系統設計優化
城市污水管網系統設計優化是非常重要的,時代的發展,固有系統就必然要有更好的優化才能更好的解決實際問題。中達咨詢就城市污水管網系統設計優化和大家說明一下。
一、前言
在市政與環境工程建設中,城市污水管網所佔總投資的比例很大,城市污水管網是重要的城市基礎工程設施之一,擔負著收集城市旅運生活和工業生產等污水、及時排除降落在城市市區內和流經市區的雨水的任務。排水工程設施設計與建設的質量和科學性,直接決定著城市的發展水平,影響著城市景觀和衛生環境,影響著城市的投資環境,甚至關繫到城市的安全。在傳統的污水管道設計中,水力計算主要通過手工藉助於計算器來完成。其計算過程是一項工作量很大,簡單、機械、重復的勞動過程,既枯燥又費時,而結果一般得不出一個最優或者較優的設計方案。即使最有經驗的工程設計人員,也不可能對每個方案進行定量的比較,只能考慮其中一部分,這樣最優方案就會被遺漏,從而導致投資出現不必要的浪費。污水管道系統的最優化設計較常規設計可節省投資5%-15%,系統規模越大,復雜性越高,通過優化設計後可節省的費用就越多。科學合理地設計排水管網系統是城市基礎工程設施建設的重要一環,對工程設施的投資和運行管理的可靠性也起著關鍵性作用。
二、城市污水管網系統設計優化注意的問題
1、設計流速
污水管道的埋深對工程造價有具有重要的影響。總的來說,管道埋深越大,造價越高,施工越困難培卜,施工期越長。而且埋深對造價的影響比管徑對埋深的影響要大,當埋深較大時,埋深造價是管徑造價的好幾倍。此外,由於管到連接和埋設的連續性,可以說,在一般情況下某一管段的埋深增加了0.5米,該條管道上的下游所有管段(甚至其下游的若干條管道)都將增大埋深0.5米。如果每個管段都盡可能地減小埋深,那麼對於減小整個管網的工程造價來說具有很大的意義。在一定條件下,決定管道埋深大小的關鍵因素是管道坡度。我們知道,當流速減小時,水力半徑增大,即減小流速能有效地減小管底坡度和埋深。但是,在污水管道約束條件中除了對最小管徑的管底坡度以外,沒有關於管底坡度大小的具體規定,因而無法以管底坡度作為優化選擇的決策變數。而對於設計流速卻有明確的約束條件,在滿足設計流速約束條件的前提下,選擇一個盡可能小的設計流速是對設計參數進行優化選擇的重要內容。
2、設計充滿度
在污水管道設計中,減小管徑也能減小管材與工程造價。由此可見,盡可能選擇一個較小的管徑也是十分重要的。但是,在根據污水管道設計的約束條件,除了最小管徑,也沒有對管徑大小作出具體的要求,而對設計充滿度卻有嚴格的規定,因而無法直接選取一個最優管徑來滿足有關約束條件。如果在己知設計流量並初步確定了流速的情況下,選擇一個盡可能接近最大充滿度的管徑,那麼,這個管徑就是該條件下可以選擇的最小管徑。更有意義的是,這種優化選擇接近最大設計充滿度的方法,不僅可以減少管材等工程造價,而且可以在一定程度上減小管底坡度和埋深。根據水力學中水力半徑和充滿度之間的關系可知,充滿度為0.81左右以下時,水力半徑隨充滿度增大而增大。由於各種管徑的最大充滿度都不大於0.75,所以,選擇盡可能大的設計充滿度也就是選擇了盡可能大的水力半徑,其結果是減小了管道坡度和埋深。總之,減小某一管段的坡度和埋深對減小該管段和下游管道的工程造價都有十分重要的意義。在滿足污水管網各種約束條件的前提下,選取盡可能大的設計充滿度,可以進行污水管道的優化。
3、污水管網的布置形式
污水管網一般布置成樹狀網,根據地形的不同,可採用兩種基本布置形式:平行式和交叉。(1)平行式。污水干管與等高線平行,主幹管與等高線垂直。在地勢向河流方向有較大傾斜的地區,可使干管與等高線及河道基本上平行,主幹管與等高線及河道成一傾斜角敷設。特點:保證干管較好的水力條件,避免因干管坡度過大以至於管內流速過大,使管道受到嚴重沖刷或跌水井過多。適用:地形坡度大的地區。分區式:在地勢高低相差很大的地區,當污水不能靠重力流至污水廠時採用。分別在高地區和低地區敷設獨立的管道系統。高地區的污水靠重力配鎮穗流直接流入污水廠,而低地區的污水用水泵抽送至高地區干管或污水廠。優點:能充分利用地形排水,節省電力。(2)正交式。污水干管與地形等高線垂直相交,主幹管與等高線平行敷設。正交式適合應用於地形平坦略向一邊傾斜的地區。污水管網因地區的地形差異大,布置的形式也應結合各區域的地形特點和排水體制進行,同時要考慮排水管渠流動的特點,即小流量支管坡度大,大流量干管坡度小。實際工程往往結合上述兩種布置形式,構成豐富的具體布置形式。
4、管材優化選擇
鋼筋混凝土管適用於排除雨水、污水,可在專門的工廠預制,分混凝土管、輕型鋼筋混凝土管、重型鋼筋混凝土管3種。鋼筋混凝土管製造方便,而且可根據不同的抗壓要求製成無壓管、低壓管、預應力管等,所以在排水管道系統中得到普遍應用。除用作一般自流排水管道外,鋼筋混凝土管及預應力鋼筋混凝土管亦可作泵站的壓力管及倒虹管。隨著新材料的開發與推廣應用,越來越多的城市排水系統應用了HDPE管等新型材料,高密度聚乙烯塑料管是一種具有環狀波紋結構外壁和平滑內壁的新型塑料管材。根據管壁結構的不同,HDPE管可分為雙壁波紋管和纏繞增強管兩種類型。由於其具有連接可靠、耐腐蝕、韌性高、彈性好、使用壽命長、施工方便等優點,在市政給排水工程中得到了較為廣泛的應用,這類管子具有粗糙系數小、排水能力強、重量輕、耐腐蝕、耐低溫和耐磨性好等優點,可以縮短施工周期、降低工程造價和提高管道系統的安全性。缺點是管材的承壓能力弱,不宜布設在有高強度荷載的路面上;單位管長造價比較高。
三、結語
總之,污水管網的優化設計是給排水工程優化設計的一個重要分支,為了使整個污水處理工程系統最優,往往要求工程系統中的某些局部(或子系統)利益作出一定的犧牲,這也是全局優化基本思想的一個方面。具體地講,如果污水管網的控制點位於邊遠的地勢較低處,或具有相當埋深的某污水排出口,或地形逆坡處,這時,就不能因為照顧個別控制點而導致整個管網的埋深都增加。因此,可根據工程實際情況因地制宜地採取一些處理措施,如加強管材強度、回填土以提高地面標高等,以減小控制點管道的埋深,從而減小整個管網的埋深,降低工程投資。對於地面坡度不大或很平緩的這種最常見地形下的污水管道優化設計來說,對管道參數來進行優化設計,盡可能減小所優化管段的坡度、埋深和管徑,這樣不僅能減少該管段的工程造價,而且還對減小下游各管段的坡度和埋深具有重要意義。
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