安徽省某污水处理厂能耗及构筑物性能评估雒建伟

4243工业技术0　引言　　国家“十三五”规划以来，对污水处理行业提出更高的要求，要实现城镇污水处理设施建设由“规模增长”向“提质增效”转变[1]，而能耗一直是污水厂运营的主要问题，为重中之重，浪费电力也是变相的污染环境[2]，而污水厂各个污水处理单元的性能评估，能更明确的了解构筑物的性能，能否有效的去除污染物，指导着污水厂后期的工艺运行和调整。1　污水处理厂概况　　该污水处理厂的设计处理规模为8万方/日，处理工艺：预处理为粗格栅+提升泵房+细格栅+旋流沉砂池；二级处理工艺为卡鲁塞尔氧化沟+辐流式二沉池；三级处理为混凝+D型滤池+次氯酸钠消毒。设计进水水质：CODcr≤360，BOD5≤160，NH3-N≤25，TN≤30，TP≤3.0，SS≤200，出水执行GB18918-2002中一级A标准。2　污水处理厂主要设备单元能耗情况安徽省某污水处理厂能耗及构筑物性能评估雒建伟,李　贺,曹　颂（亳州国祯污水处理有限公司,安徽亳州236800）摘　要：为了解安徽省某污水处理厂的能耗和各个构筑物的性能，分析了该厂各单元的能耗占比和整个污水处理厂的构筑物性能，发现该厂的二级生化处理阶段能耗占比最高，其中的选择性氧化沟能耗占比最高，氧化沟脱氮去除率为94.9%，总磷去除率为92.1%，脱氮除磷效果显著，各构筑物运行良好。关键词：污水处理厂；能耗；构筑物；评估DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.02.035图1　污水处理各个阶段电耗占比　　污水处理厂水质净化总体可分为一级预处理阶段、二级生化处理阶段、三级深度处理阶段和污泥处理阶段，由图1可知，二级生化处理部分能耗占比最高，达到54.92%，因氧化沟中曝气所需鼓风机和污泥回流泵能耗所致。　　各个处理阶段又由不同的处理单元组成，如图2可知，选择性氧化沟中设备的电耗最高，其次为提升泵房，然后为回流泵房，占污水图2　污水处理厂各单元电耗占比处理厂总电量的76.37%，可知提升泵和鼓风机的电耗最高，为节能降耗的主要部位，又污水处理厂电费按照峰、平、谷三个时间段来收取，故根据生产指令实施错峰用电措施以及精确控制氧化沟溶解氧量可以降低污水处理厂的电费。3　污水处理厂构筑物性能评估图3　采样点分布图　　如图3所示，1为进水口，2为厌氧选择池入口，3为厌氧选择池出口，4为厌氧段入口，5为缺氧段入口，6为缺氧段出口，7为好氧段出口，8为二沉池出口，9为D型滤池出口、10为出水口。3.1　进水口水质取样地点CODcr(mg/L)TP(mg/L)NH3-N (mg/L)NO3--N(mg/L)SS(mg/L)pHDO (mg/L)进水口3302.6823.62.85827.982.35表1　进水水质情况　　评估期间，该厂实际处理水量10.2万吨水/天，负荷率为127.5%，实际进水水质COD330mg/L，NH3-N为23.6mg/L，TP为2.68mg/L，分别达到设计水质91.67%，94.4%，89.33%，经过处理，COD去除率在90%以上，氨氮去除率为92%以上，TP去除率为92%以上。3.2　二级处理工艺单元水质图4　各单元出水口NH3-N和TP变化趋势厌氧选择池厌氧区缺氧区好氧区二沉池0510152025浓度（mg/L)各个单元出水口NH3-NTP（下转第14页）1415工业技术5　臂架屈曲稳定性分析　　本文所研究的混凝土泵车臂架在实际工作中存在臂体伸出长度长，组合臂根部应力水平高的特点，因此在设计过程中需要特别关注臂体在指定工况下是否会出现屈曲现象。一般来说分析结构屈曲稳定性的方法有以下三种，分别为（1）静力平衡法，假想在横向干扰的作用下，受压件有微小的弯曲。通过联立弯曲静力平衡方程和弯曲理论挠曲线近似微分方程，根据边界条件求解微分平衡方程，解得临界载荷；（2）能量法，此种方法认为结构存储的势能数值上与弹性体变形产生的内势能和外力做功产生的外势能相等，从而可以推导出临界载荷的数值；（3）有限元法，利用有限元理论，通过计算机进行数值模拟计算临界载荷[5]。　　算屈曲极限载荷和屈曲后形状有两种方法：线性屈曲分析（特征值屈曲分析）和非线性屈曲分析，但是这两种方法得到的临界载荷可能差距很大。特征值屈曲分析常用于比较理想的情况，所得结果一般比真实值要大许多，而非线性屈曲分析的结果往往与真实值比较接近[6]。　　为了验证结构改进后的安全性，本文对新臂架结构的水平全伸工况进行非线性屈曲分析。将转台下底面所有节点的自由度全约束模拟转台固定在汽车底盘上，在输料管末端施加垂直五节臂向下1N的集中载荷，同时设置整个臂架的自重以及混凝土料的自重，特征值屈曲分析完成后提取第一阶屈曲模态结果，如图11所示，将各节点位移的等比缩小数据作为臂架的初始几何缺陷，同时施加略大于一阶临界载荷的载荷，采用位移法进行弹塑性大变形分析，分析完成后在时间后处理器中绘制载荷—位移曲线，如图12所示。可知，臂架在垂直位移为6652mm时发生失稳，此时臂架的屈曲极限载荷为750kN，发生屈曲时的位移远大于工作状态下实际位移3536mm。可见，当前结构的稳定性满足设计要求。6　结论　　本文以某型号混凝土泵车为研究对象，利用有限元分析软件ANSYS建立了其臂架的参数化有限元模型，并以此为基础分析了臂架在危险工况下的强度与刚度特性，得到原设计方案加强筋区域存在应力集中、其余大部分区域结构偏安全的结论。经图11　一阶屈曲模态图图12　臂架载荷—位移曲线过结构改进缓解了原设计方案的应力集中现象，并且减轻了五节臂的重量，提高了材料利用率。采用非线性分析研究了臂架的屈曲载荷与屈曲形状，验证了改进后结构的稳定性符合设计要求。参考文献：[1]黄长礼.混凝土机械[M].北京：机械工业出版社,2001:30-31.[2]张国忠.现代混凝土泵车及施工应用技术[M].北京：中国建筑工业出版社,2004:42-45.[3]王勖成.有限单元法基本原理与数值方法[M].北京：清华大学出版社,1997:38-39.[4]唐睿智.混凝土泵车臂架结构分析与优化设计[D].长沙：长沙理工大学学位论文,2012:23-25.[5]曾攀,雷丽萍,方刚.基于ANSYS平台有限元分析手册—结构的建模与分析[M].北京：机械工业出版社,2011:104-133.[6]陈塑寰.结构振动分析的数值方法[M].长春：吉林科学技术出版社.1996:22-41.作者简介：连红卫,男,研究生,工程师,研究方向:实用机械的数值模拟及应用。（上接第42页）厌氧选择池厌氧区缺氧区好氧区二沉池0.00.51.01.52.02.53.0浓度（mg/L）各单元出水口NO3--NDO图5　各单元出水口NO3--N和DO变化趋势　　该厂深度处理设施重要去除极细小的悬浮物和部分总磷，其中SS去除率为70%，总磷去除率为15.4%，氨氮去除率为33%，三项指标均已出水达标，二脱水机房前的储泥池和反冲洗后的滤后液中的总磷含量分别为0.45 mg/L和0.40 mg/L，可知该厂的储泥池和脱水机房滤后液均无再次释磷现象，工艺运行稳定。4　总结　　（1）该厂的二级生化处理阶段能耗占比最高，达到54.92%，而各个处理单元中选择性氧化沟和提升泵房能耗占比较高，分别为37.32%和27.32%，故可实施错峰用电措施以及精确控制氧化沟溶解氧量可以降低污水处理厂的电费。　　（2）该厂整体工艺运行稳定，氧化沟脱氮除磷效果显著，污染物去除率较高，脱水机房反冲洗滤液无再次释磷现象，出水稳定达标。参考文献：[1]孙剑峰.城镇污水处理厂提标改造的工艺路线探讨[J].华东科技:学术版,2017(03):365.[2]施项,蒙媛,周怀中.生活污水处理厂氧化沟的节能降耗运行实践[J].能源与环境,2016(04):92-93.作者简介：雒建伟（1992-）,男,河南武陟人,硕士,研究方向：水污染控制及其防治。　　评估期间，外回流比控制在55%左右，选择性厌氧池出口及厌氧区进口硝态氮控制较低，大部分接近0，减少硝态氮对释磷的影响；除磷药剂投加点在二沉池配水井，属于协同除磷，说明厌氧池有释磷现象。厌氧选择池及厌氧区总磷较高，厌氧释林效果显著，而缺氧区及好氧区总磷较低，好氧吸磷显著，氧化沟出水总磷已达标，氧化沟总磷去除率为92.1%，,效果显著。氧化沟脱氮去除率为94.9%，效果显著。硝态氮整体由厌氧选择池到氧化沟出口呈现增加趋势，并且厌氧段和缺氧段较低，这与理论脱氮效果相符，溶解氧也是逐渐增高，与实际相符，但好氧段进出口溶解氧均较低，但氧传动力则较高，属于低氧曝气，节能效果显著。3.3　深度处理和脱水机房水质