污水廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)

白小平

摘要：本文結(jié)合臨平凈水廠案例，進(jìn)行分析探討污水廠電氣自動(dòng)化系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：負(fù)載率;計(jì)算負(fù)荷;PLC

1 工程概況

位于浙江省的臨平副城沒有配套的城市污水處理廠，現(xiàn)狀城區(qū)污水排入杭州七格污水廠進(jìn)行處理。隨著城市的發(fā)展，臨平污水收集系統(tǒng)的污水量將快速增長，七格污水廠無法全面解決臨平副城的污水處理問題。只有盡快建設(shè)臨平污水處理廠，才能從根本上解決臨平污水的處理問題。該項(xiàng)目的處理規(guī)模是20 萬 m3/d，其初步設(shè)計(jì)方案主要結(jié)論是廠區(qū)形式采用全地埋式布置;污水處理工藝采用水解酸化+膜生物反應(yīng)器（MBR），出水標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行國家一級(jí) A 標(biāo)準(zhǔn)，污泥處理采用離心脫水至含水率低于 80%， 外運(yùn)處置。在進(jìn)行處理污水的原則之一是采用先進(jìn)的自動(dòng)控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)管理的科學(xué)化、自動(dòng)化。

2 污水處理工藝介紹

污水廠常見的水質(zhì)參數(shù)指標(biāo)有固體懸浮物SS、濁度、氨氮 NH3-N、總磷 TP、總氮 TN、pH、化學(xué)需氧量 COD、生物需氧量 BOD，其中pH、COD、氨氮是污水廠進(jìn)出水最重要的指標(biāo)。根據(jù)不同的進(jìn)水水質(zhì)、出水排放標(biāo)準(zhǔn)，以及廠區(qū)、投資額等因素，所使用的污水處理工藝多種多樣。 常見的污水處理工藝有：AO、AAO、MBR、BAF、UNITANK、CASS、生物濾池、生物膜法等。該污水廠的污水處理工藝采用水解酸化+膜生物反應(yīng)器（MBR）。

3? 污水廠主要機(jī)電設(shè)備介紹

污水廠常用的工藝設(shè)備有：格柵、閘門、水泵、除砂器、攪拌器、鼓風(fēng)機(jī)、刮泥機(jī)、過濾設(shè)備、消毒設(shè)備、污泥脫水設(shè)備等。污水處理工藝的主要設(shè)備介紹如下[1]：

（1）格柵：分為粗格柵和細(xì)格柵，作用是分離水中的垃圾雜物。細(xì)格柵均采用板式格柵除污機(jī)，4 臺(tái)。

（2）孔板膜格柵：主要設(shè)備是板式膜格柵除污機(jī)，6 臺(tái)。單臺(tái)格柵最大過流量 Q=600L/s， 穿孔孔徑 1mm，配用電機(jī)功率 1.5kW。

（3）水泵：包括污水提升泵、回流污泥泵、剩余污泥泵等，其中最重要的是污水提升泵、回流污泥泵，配置剩余污泥泵 12 臺(tái)，功率 5.5kW。

（4）鼓風(fēng)機(jī)：污水廠使用10KV高壓離心鼓風(fēng)機(jī)，效率更高。鼓風(fēng)機(jī)的作用是給生化池鼓吹空氣， 調(diào)節(jié)生化池的溶解氧值;膜池給膜組器曝氣，鼓風(fēng)機(jī)也是重要能耗設(shè)備。

（5）消毒器：本工程采用紫外管式消毒器，共 8 套，每套處理能力 Q=2.5萬 m3/d， N=17.5kw。

（6）脫水設(shè)備：分帶式脫水機(jī)和離心式脫水機(jī) ，其中離心式脫水機(jī)效率較高，其造價(jià)也相對(duì)較高。

4 污水廠電氣設(shè)計(jì)

4.1 用電負(fù)荷計(jì)算

在進(jìn)行污水廠電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前， 必須先列出整個(gè)廠區(qū)所有機(jī)電設(shè)備的功率、效率、安裝臺(tái)數(shù)、實(shí)用臺(tái)數(shù)等，還必須了解每種機(jī)電設(shè)備的相數(shù)、工作電壓、功率因素、額定電流等。 污水處理廠主要用電負(fù)荷在細(xì)格柵及曝氣沉砂池、水解酸化池、MBR 系統(tǒng)、鼓風(fēng)機(jī)房、脫水機(jī)房、加藥間、排水泵井、通風(fēng)及除臭等，另有其它生產(chǎn)用電及辦公用電。最大單機(jī)容量設(shè)備為鼓風(fēng)機(jī)房的單級(jí)高速離心鼓風(fēng)機(jī)，單機(jī)容量 355kW，4 用2 備。根據(jù)負(fù)荷兩端集中的特點(diǎn)，在進(jìn)水側(cè)和出水側(cè)分別設(shè)置兩臺(tái)變壓器，共 4臺(tái)變壓器。進(jìn)水側(cè) 0.4kV 裝機(jī)容量為 2304kW，用電功率 1862kW，計(jì)算負(fù)荷有功功率 1069kW，視在功率為 1117kVA。出水側(cè) 0.4kV 裝機(jī)容量為 5076kW，用電功率 4384kW，計(jì)算負(fù)荷有功功率2728kW，視在功率為 3020kVA。0.4kV 總裝機(jī)容量為 7380kW，總用電功率 6246kW，總計(jì)算負(fù)荷有功功率為 3797kW。10kV 高壓風(fēng)機(jī)裝機(jī)容量為 3810kW，用電功率 2540kW，計(jì)算負(fù)荷有功功率為2032kW。

4.2 低壓配電系統(tǒng)一二次設(shè)計(jì)

低壓配電系統(tǒng)主要包括低壓進(jìn)線柜、功率補(bǔ)償柜、聯(lián)絡(luò)柜、饋線柜。污水廠的低壓一次回路設(shè)計(jì)一般遵循“自下而上”的原則。先確定主配電房和各子配電房的位置;再根據(jù)全廠機(jī)電設(shè)備的額定電流、臺(tái)數(shù)、安裝位置、啟動(dòng)方式等，設(shè)計(jì)出每一區(qū)域、工藝段的子配電系統(tǒng);然后根據(jù)各主要設(shè)備和子配電系統(tǒng)的計(jì)算負(fù)荷、額定電流等，確定主配電房的低壓出線回路 。全廠機(jī)電設(shè)備的出線回路確定好以后， 就能根據(jù)配電房的位置情況等，確定進(jìn)線柜、母聯(lián)柜、無功因素補(bǔ)償柜，還可確定各重要設(shè)備的變頻器、軟起動(dòng)器配置。 低壓進(jìn)線總開關(guān)的容量，應(yīng)比全廠總計(jì)算負(fù)荷高一個(gè)等級(jí)，并留有一定的余量。無功功率補(bǔ)償柜的容量根據(jù)變壓器的容量而定，一般取變壓器額定容量的 1/3 左右為宜。 低壓聯(lián)絡(luò)柜不是每套配電系統(tǒng)都需要，一般有重要用電負(fù)荷時(shí)，才會(huì)設(shè)置 2 路進(jìn)線（配置多 1 臺(tái)變壓器或發(fā)電機(jī)）。 低壓進(jìn)線柜、聯(lián)絡(luò)柜三者只能合其二，必須做好必要電氣、機(jī)械聯(lián)鎖保護(hù)[2]。

4.3 變壓器容量選擇

根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇變壓器容量。本工程用于進(jìn)水側(cè)高壓房變配電中心變壓器容量為兩臺(tái) 1000kVA/10/0.4，兩臺(tái)變壓器同時(shí)工作，互為備用，變壓器負(fù)荷率 56%，一臺(tái)變壓器故障時(shí)，變壓器的負(fù)荷率為107%， 負(fù)荷保證率為 90%。出水側(cè)綜合樓變配電中心變壓器容量為兩臺(tái) 2000kVA/10/0.4。兩臺(tái)變壓器同時(shí)工作，互為備用，變壓器負(fù)荷率 76%，一臺(tái)變壓器故障時(shí)，變壓器的負(fù)荷率為 107%，負(fù)荷保證率為 66%。

4.4電纜敷設(shè)

按照電纜使用環(huán)境確定敷設(shè)方法：一般使用環(huán)境下的構(gòu)筑物的電線、電纜采用電纜溝、電纜托盤敷設(shè)，或穿管明敷、暗敷。污水廠具有一定的腐蝕性，為了提高防腐能力，電纜保護(hù)管采用鍍鋅鋼管，設(shè)備端采用防腐型可撓金屬管進(jìn)行布線。廠區(qū)負(fù)一層，負(fù)二層電纜在電纜橋架上敷設(shè)，電纜橋架或插接母線穿越不同防火分區(qū)時(shí)，采取防火封堵措施。電纜采用聚乙烯絕緣聚乙烯護(hù)套低煙無鹵阻燃電力電纜，此種類型的電纜具有較高的載流量，導(dǎo)體最高工作溫度可達(dá)105。C。消防采用耐火電纜，單獨(dú)敷設(shè)于消防專用橋架，橋架表面需涂防火漆以做保護(hù)。

廠坪電纜一般采用在電纜溝內(nèi)敷設(shè)，具有投資省，占地少，走線靈活且能容納較多的電纜等優(yōu)點(diǎn)。電纜溝設(shè)置在道路一側(cè)的綠化帶內(nèi)。電纜溝考慮分段排水，每隔 50m 左右設(shè)置排水管，接入就近的雨水井。根據(jù)國家規(guī)范的規(guī)定，電纜敷設(shè)在同一通道中位于同側(cè)的多層支架上，按電壓等級(jí)由高至低的電力電纜、強(qiáng)電至弱電的控制和信號(hào)電纜、通信電纜、至上而下的順序排列。信號(hào)與通信電纜敷設(shè)在電纜支架的最下層。廠坪電纜溝在進(jìn)入各建筑物或構(gòu)筑物時(shí)，一般采用穿管敷設(shè)，穿線完成后，采取防火封堵措施[3]。

結(jié)語

污水廠的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜的過程，要設(shè)計(jì)出合理的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)， 既要了解污水廠的處理工藝，又要熟悉污水廠機(jī)電設(shè)備的原理和控制;既要掌握基本的電氣一二次設(shè)計(jì)常識(shí)， 又要熟悉 PLC 控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和水質(zhì)儀表的選型等。 本文總結(jié)了以上幾方面的經(jīng)驗(yàn)，為污水廠的電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的綜合設(shè)計(jì)提供了依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

[1]農(nóng)村水廠存在的問題及對(duì)策探討[J]. 呂加宏.? 江蘇衛(wèi)生保健. 2003（02）

[2]農(nóng)村水廠管理存在問題和對(duì)策[J]. 錢耀忠.? 江蘇衛(wèi)生保健. 2000（S1）

[3]興化市農(nóng)村水廠現(xiàn)狀分析與對(duì)策探討[J]. 葛強(qiáng).? 中國初級(jí)衛(wèi)生保健. 2005（10）