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污水處理廠濃縮污泥計量與儀表選型
發布時間:2019-03-07

摘要:污泥處理處置是目前環保面臨的一個重點問題,而濃縮污泥的精確計量是污泥處理處置環節中經常遇到的問題。本文討論了污水處理廠濃縮污泥常用的三種流量計計量方式及原理,通過分析三種計量方式下濃縮污泥計量的誤差,總結出三種計量方式的適用范圍,為污水處理廠濃縮污泥計量提供參考。
1.引言
  隨著我國社會經濟和城市化的發展,污水處理設施建設得到了髙速發展。根據2016年住房城鄉建設部公布的全國城鎮污水處理設施2016年第三季度建設和運行統計情況,截止2016年9月底,全國累計建成污水處理廠3976座,污水處理能力達1.7億立方米/日。污水處理過程中會產生大量的剩余污泥,經重力濃縮池濃縮后的濃縮污泥含水率仍高達98%左右,污泥中含有大量的有機物,如蛋白質、碳水化合物等物質難以降解,污水處理廠大多采用離心脫水機將濃縮污泥脫水到含水率80%,或者采用板框壓濾機將濃縮污泥壓榨到含水率60%后,再無深度處理工藝。
  污泥處理處置屬于固體廢物處理處置范疇,是污水處理廠面臨的一個跨領域問題,目前國內很少有污水處理廠配套建設污泥處理處置設施,大多采用與固體廢物處理單位合作協同處置污泥,2家單位污泥交接模式一般是由污水處理廠將含水率80%或60%的污泥裝車轉運至合作單位協同處置,產生的污泥運輸費用較髙,另外還有一種較為經濟污泥交接模式:污水處理廠將重力濃縮池出來的濃縮污泥直接經管道輸送至協同處置單位協同處置,不產生運輸費用,對廠內環境也有較大改善。
2.濃縮污泥計量方式
  由于濃縮污泥處置費用結算需要換算成為含水率80%污泥計量,但管道中濃縮污泥MLSS不可控,并且濃度分布不均勻,導致單位時間內通過的濃縮污泥干基難以準確計量。解決方案有三種,介紹如下:
2.1方式一:濃度計與流量計組合計量
2.1.1計量原理
  由于單位時間內通過管道濃縮污泥干基的質量與濃縮污泥的濃度、體積二者相關,因而在管道上選擇串聯安裝污泥濃度計與流量計,由上位機同時控制污泥濃度計和流量計,在每個單位時間周期內同時測量通過濃縮污泥的MLSS和流量Q,MLSS與Q的乘積就是1個單位時間周期內的污泥干基量,再累加經過的每個單位時間周期污泥干基量,最后換算成為含水率80%的結算污泥量。具體計算公式如下:

MLSSn--第n個單位時間周期內平均污泥濃度(單位:g/L);
Qn--第n個單位時間周期內平均流量(單位:m3/h);
2.1.2計量誤差分析
  濃度計精度為±5%,流量計精度為±2%,按上述公式計算理論最大累積誤差為±10%。在實際應用中,我們發現上位機中單位時間周期的取值大小對計量結果影響較大。當單位時間周期取值較小時,儀表的平均濃度值較為準確,但平均流量值誤差較大;當單位時間周期取值較大時,儀表的平均流量值較為準確,但平均濃度值誤差較大。經反復調試上位機單位時間周期值繪制流fT值誤差與濃度值誤差的關系曲線如下:
流量計流量值誤差與濃度值誤差的關系曲線圖
  由圖1可知要滿足2個儀表誤差同時最小,單位時間周期取值必須在2條曲線的交點處,這個交點處的誤差即為該計量方式的固定誤差。
2.1.3方式一結論
  經過一年的數據比對,該計量方式在實際應用中的計量誤差約±10%左右。該計量方式總體上誤差較大,在不考慮儀表自身誤差的情況下,還存在一個無法消除的固定誤差,造成這個同定誤差的原因是由于2個儀表無法同時工作在最佳單位時間周期里。2.2方式二:新建濃縮計量池,采用液位計與濃度計組合計量
2.2.1計量原理
  由于在第一種計童方式中,儀表測量的濃度值和體積值都在不斷變化,產生誤差較大。要使測量值固定可以采用增加濃縮泥計量池的方式,將濃縮污泥暫存到計童池中,由上位機控制關閉計量池進、出閥門并攪拌均勻后,濃縮污泥的MLSS值和體積均為定值,再通過液位計、濃度計分別測量,利用池體底面積和液位差計算濃縮污泥體積,用下列公式計算出含水率80%污泥量:

S底--濃縮池底面積(單位:m2)
h1-_注滿后液位(單位:m)
h2—放空后液位(單位:m)
MLSS--污泥濃度(單位:g/L)
2.2.2計量誤差分析與改進
  濃度計精度為±5%,液位計精度為±0.1%,按上述公式計算理論最大累積誤差為±5%。在實際應用中,我們發現雖然濃縮污泥經過均勻攪拌,但計量池中MLSS仍然呈現出上下不均勻狀態,且越接近池底部MLSS越大,導致污泥濃度計探頭安裝髙度對計量結果影響較大。為客觀反映計量池中的濃度分布狀況,需要改進濃度值測量方法,在計量池內的上半部中間和下半部中間,且不同方位的位置安裝2臺污泥濃度計,如圖2所示:
污泥流量計計量池濃度計安裝位置示意圖

S底--濃縮池底面積(單位:m2)
h1--注滿后液位(單位:m)
h2--放空后液位(單位:m)
MLSS1--高位污泥濃度(單位:g/L)
MLSS2--低位污泥濃度(單位:g/L)
2.2.3方式二結論
  經過一年的數據比對,該計量方式在實際應用中的計量誤差約±5%左右。改進后濃度值得到了校正,提高了濃縮污泥計量的準確性,同時在攪拌過程中對比MLSS,和抓^的差值可以判斷濃縮污泥的均勻程度,確定經濟攪拌時長提高運行效率。2.3方式三:采用科氏力質量流量計計量
2.3.1科氏力質量流量計原理
  科氏力質量流量計是一種用于直接測量液體質量和密度的儀器,不僅可以測量氣體、液體,還適應兩相液體的測量,是一種髙精度的測A儀器。廣泛應用于含有固體顆粒液體的工業領域,如金礦砂、造紙、污水等行業。
  科氏力質量流量計是根據科氏力原理來測量流體的質童流量和介質密度的,科氏力是指物體在旋轉系統中做直線運動時所受的力。
FC=2m(V*ω)
FC——科氏力
m——移動物體的質量
V—-旋轉或振動時的徑向速度
ω—-角速度
  科氏力與運動流體的質量m、速度v成正比即與流體的質量流量成正比,科氏力質量流量計用測量管的振動來代替恒定的角速度,在測量管進出口檢測振動的相位差,相位差大小同質量流量成正比。同時質量流量計測量管的諧振頻率與測量管內的介質密度成反比,即介質密度越大測量管諧振頻率越小。


2.3.2方式三計量原理
  采用質量流量計可以直接測量出濃縮污泥的流量、密度、溫度,污泥濃度不能直接測量,需要通過密度換算。但由于相同濃度下不同溫度時的密度是不一樣的,在計算濃度時還要考慮介質的溫度膨脹系數,所以介質密度與濃度的關系并非簡單的數學公式關系,而是三維的關系。濃度計算數學模型算法如下:
C=A0+ Arρ+Arρ2+ Arρ3+ Arρ4+B0+ BrT + BrT2+ BrT3
C——介質濃度
P——介質密度
T——介質溫度
A0…A4一一密度系數
B0…A3——溫度系數
對應的密度、溫度、濃度三維關系圖如圖3所示:
  在該計量方式中,儀表廠家前期須建立關于濃縮污泥濃度、密度、溫度的三維數學模型,確定各項系數,再將質量流量計測量的密度和溫度值輸人到儀表的計算儀內,通過計算儀內置的功能計算出污泥濃度,最后通過質量流量計的流量值與污泥濃度值計算出含水率80%污泥量,計算公式如下:

2.3.3方式三精度分析
  目前國內質量流量計90%依賴國外生產廠家的進口產品,精度在±0.1%~±0.05%之間,國產質量流量計處于“先模仿,在創新”階段,精度在±0.2%~±0.5%,主要應用于石油、化工、食品等以質量流量計量結算的行業.
濃縮污泥計量也屬于質量流量計量結算范疇,但在國內暫未找到采用質量流量計的項目案例,原因是質量流量計相對于其它儀表價格偏高,考慮成本因素而選擇了其它儀表。但在該方式中,只采用一臺質量流量計就可以完成計量,比其它方式中需要多臺儀表組合計量的精度有大幅提高。
3.結論
3.1對比分析
  綜合對比以上三種計量方式,方式一投資最少,計量精度較低約±10%左右;方式二投資相對較高,須新建濃縮計量池,但計量精度相對較高約±5%左右;方式三計量精度最高約±1%左右,但前期安裝調試周期較長,儀表投資較高。
3.2適用范圍
  在項目計量精度要求較髙時,可選用質量流量計計量;在項目用地滿足條件時,可采用新建濃縮計量池計量;在項目投資受限制,且對計量精度要求不髙時,可采用濃度計與流量計組合計量。

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