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污水处理厂浓缩污泥计量与仪表选型
发布时间:2019-03-07

摘要:污泥处理处置是目前环保面临的一个重点问题,而浓缩污泥的精确计量是污泥处理处置环节中经常遇到的问题。本文讨论了污水处理厂浓缩污泥常用的三种流量计计量方式及原理,通过分析三种计量方式下浓缩污泥计量的误差,总结出三种计量方式的适用范围,为污水处理厂浓缩污泥计量提供参考。
1.引言
  随着我国社会经济和城市化的发展,污水处理设施建设得到了?速发展。根据2016年住房城乡建设部公布的全国城镇污水处理设施2016年第三季度建设和运行统计情况,截止2016年9月底,全国累计建成污水处理厂3976座,污水处理能力达1.7亿立方米/日。污水处理过程中会产生大量的剩余污泥,经重力浓缩池浓缩后的浓缩污泥含水率仍高达98%左右,污泥中含有大量的有机物,如蛋白质、碳水化合物等物质难以降解,污水处理厂大多采用离心脱水机将浓缩污泥脱水到含水率80%,或者采用板框压滤机将浓缩污泥压榨到含水率60%后,再无深度处理工艺。
  污泥处理处置属于固体废物处理处置范畴,是污水处理厂面临的一个跨领域问题,目前国内很少有污水处理厂配套建设污泥处理处置设施,大多采用与固体废物处理单位合作协同处置污泥,2家单位污泥交接模式一般是由污水处理厂将含水率80%或60%的污泥装车转运至合作单位协同处置,产生的污泥运输费用较?,另外还有一种较为经济污泥交接模式:污水处理厂将重力浓缩池出来的浓缩污泥直接经管道输送至协同处置单位协同处置,不产生运输费用,对厂内环境也有较大改善。
2.浓缩污泥计量方式
  由于浓缩污泥处置费用结算需要换算成为含水率80%污泥计量,但管道中浓缩污泥MLSS不可控,并且浓度分布不均匀,导致单位时间内通过的浓缩污泥干基难以准确计量。解决方案有三种,介绍如下:
2.1方式一:浓度计与流量计组合计量
2.1.1计量原理
  由于单位时间内通过管道浓缩污泥干基的质量与浓缩污泥的浓度、体积二者相关,因而在管道上选择串联安装污泥浓度计与流量计,由上位机同时控制污泥浓度计和流量计,在每个单位时间周期内同时测量通过浓缩污泥的MLSS和流量Q,MLSS与Q的乘积就是1个单位时间周期内的污泥干基量,再累加经过的每个单位时间周期污泥干基量,最后换算成为含水率80%的结算污泥量。具体计算公式如下:

MLSSn--第n个单位时间周期内平均污泥浓度(单位:g/L);
Qn--第n个单位时间周期内平均流量(单位:m3/h);
2.1.2计量误差分析
  浓度计精度为±5%,流量计精度为±2%,按上述公式计算理论最大累积误差为±10%。在实际应用中,我们发现上位机中单位时间周期的取值大小对计量结果影响较大。当单位时间周期取值较小时,仪表的平均浓度值较为准确,但平均流量值误差较大;当单位时间周期取值较大时,仪表的平均流量值较为准确,但平均浓度值误差较大。经反复调试上位机单位时间周期值绘制流fT值误差与浓度值误差的关系曲线如下:
流量计流量值误差与浓度值误差的关系曲线图
  由图1可知要满足2个仪表误差同时最小,单位时间周期取值必须在2条曲线的交点处,这个交点处的误差即为该计量方式的固定误差。
2.1.3方式一结论
  经过一年的数据比对,该计量方式在实际应用中的计量误差约±10%左右。该计量方式总体上误差较大,在不考虑仪表自身误差的情况下,还存在一个无法消除的固定误差,造成这个同定误差的原因是由于2个仪表无法同时工作在最佳单位时间周期里。2.2方式二:新建浓缩计量池,采用液位计与浓度计组合计量
2.2.1计量原理
  由于在第一种计童方式中,仪表测量的浓度值和体积值都在不断变化,产生误差较大。要使测量值固定可以采用增加浓缩泥计量池的方式,将浓缩污泥暂存到计童池中,由上位机控制关闭计量池进、出阀门并搅拌均匀后,浓缩污泥的MLSS值和体积均为定值,再通过液位计、浓度计分别测量,利用池体底面积和液位差计算浓缩污泥体积,用下列公式计算出含水率80%污泥量:

S底--浓缩池底面积(单位:m2)
h1-_注满后液位(单位:m)
h2—放空后液位(单位:m)
MLSS--污泥浓度(单位:g/L)
2.2.2计量误差分析与改进
  浓度计精度为±5%,液位计精度为±0.1%,按上述公式计算理论最大累积误差为±5%。在实际应用中,我们发现虽然浓缩污泥经过均匀搅拌,但计量池中MLSS仍然呈现出上下不均?蜃刺??以浇咏?氐撞?LSS越大,导致污泥浓度计探头安装?度对计量结果影响较大。为客观反映计量池中的浓度分布状况,需要改进浓度值测量方法,在计量池内的上半部中间和下半部中间,且不同方位的位置安装2台污泥浓度计,如图2所示:
污泥流量计计量池浓度计安装位置示意图

S底--浓缩池底面积(单位:m2)
h1--注满后液位(单位:m)
h2--放空后液位(单位:m)
MLSS1--高位污泥浓度(单位:g/L)
MLSS2--低位污泥浓度(单位:g/L)
2.2.3方式二结论
  经过一年的数据比对,该计量方式在实际应用中的计量误差约±5%左右。改进后浓度值得到了校正,提高了浓缩污泥计量的准确性,同时在搅拌过程中对比MLSS,和抓^的差值可以判断浓缩污泥的均匀程度,确定经济搅拌时长提高运行效率。?2.3方式三:采用科氏力质量流量计计量
2.3.1科氏力质量流量计原理?
  科氏力质量流量计是一种用于直接测量液体质量和密度的仪器,不仅可以测量气体、液体,还适应两相液体的测量,是一种?精度的测A仪器。广泛应用于含有固体颗粒液体的工业领域,如金矿砂、造纸、污水等行业。
  科氏力质量流量计是根据科氏力原理来测量流体的质童流量和介质密度的,科氏力是指物体在旋转系统中做直线运动时所受的力。
FC=2m(V*ω)
FC——科氏力
m——移动物体的质量
V—-旋转或振动时的径向速度
ω—-角速度
  科氏力与运动流体的质量m、速度v成正比即与流体的质量流量成正比,科氏力质量流量计用测量管的振动来代替恒定的角速度,在测量管进出口检测振动的相位差,相位差大小同质量流量成正比。同时质量流量计测量管的谐振频率与测量管内的介质密度成反比,即介质密度越大测量管谐振频率越小。


2.3.2方式三计量原理
  采用质量流量计可以直接测量出浓缩污泥的流量、密度、温度,污泥浓度不能直接测量,需要通过密度换算。但由于相同浓度下不同温度时的密度是不一样的,在计算浓度时还要考虑介质的温度膨胀系数,所以介质密度与浓度的关系并非简单的数学公式关系,而是三维的关系。浓度计算数学模型算法如下:
C=A0+ Arρ+Arρ2+ Arρ3+ Arρ4+B0+ BrT + BrT2+ BrT3
C——介质浓度
P——介质密度
T——介质温度
A0…A4一一密度系数
B0…A3——温度系数
对应的密度、温度、浓度三维关系图如图3所示:
  在该计量方式中,仪表厂家前期须建立关于浓缩污泥浓度、密度、温度的三维数学模型,确定各项系数,再将质量流量计测量的密度和温度值输人到仪表的计算仪内,通过计算仪内置的功能计算出污泥浓度,最后通过质量流量计的流量值与污泥浓度值计算出含水率80%污泥量,计算公式如下:

2.3.3方式三精度分析
  目前国内质量流量计90%依赖国外生产厂家的进口产品,精度在±0.1%~±0.05%之间,国产质量流量计处于“先模仿,在创新”阶段,精度在±0.2%~±0.5%,主要应用于石油、化工、食品等以质量流量计量结算的行业.
浓缩污泥计量也属于质量流量计量结算范畴,但在国内暂未找到采用质量流量计的项目案例,原因是质量流量计相对于其它仪表价格偏高,考虑成本因素而选择了其它仪表。但在该方式中,只采用一台质量流量计就可以完成计量,比其它方式中需要多台仪表组合计量的精度有大幅提高。
3.结论
3.1对比分析
  综合对比以上三种计量方式,方式一投资最少,计量精度较低约±10%左右;方式二投资相对较高,须新建浓缩计量池,但计量精度相对较高约±5%左右;方式三计量精度最高约±1%左右,但前期安装调试周期较长,仪表投资较高。
3.2适用范围
  在项目计量精度要求较?时,可选用质量流量计计量;在项目用地满足条件时,可采用新建浓缩计量池计量;在项目投资受限制,且对计量精度要求不?时,可采用浓度计与流量计组合计量。

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