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太阳能在污水处理厂中的运行模式

北极星环保网来源:新能源进展 刘慧敏2018/5/29 10:32:03我要投稿
所属行业: 水处理  关键词:污水处理 污水厂 光伏发电

北极星环保网讯:根据中华人民共和国环境保护部2014年提出的《污染防治行动计划》,我国部分地区出水执行标准已由污染物排放标准的1级A标准提升到地表水IV类标准,然而目前仅30%左右的污水厂出水达到了1级A排放标准,这意味着污水厂的提标扩建、升级改造势在必行。

污水处理属能耗密集型行业,据统计分析,污水处理厂单位耗氧污染物削减电耗分布在0.58~3.05kW˙h/m3[1]。我国城市污水产生量巨大,相应处理量也在不断增加,污水处理的能耗不容忽视[2](其中污水、污泥的处理能耗占整个污水厂直接能耗的60%以上[3])太阳能作为可再生能源,拥有蕴藏量大、分布广、环境友好等优点,而且太阳能技术的引进不仅可以充分发挥污水厂容积率较小的优势,也有效解决了太阳能占地面积较大的问题。因此,将太阳能技术与城镇污水处理项目相结合具有潜在的发展前景。当前,如何因地制宜地使用太阳能已经成为未来概念性污水厂的发展方向之一。

1太阳能污水处理技术

1.1污水处理厂光伏发电

城镇污水处理厂大多采用A2/O、氧化沟及序批式活性污泥法(sequencingbateactor,SBR)等处理工艺。将光伏电池板安装于建筑物的屋顶、构筑物的池面及各类闲置空间,可在一定程度上实现空间的二次利用。

自美国西部第一座以太阳能为主要能源的污水处理厂建成起[4],这种污水处理系统备受关注。国内目前已经有了实际的案列,如扬州市六圩污水处理厂、汤汪污水处理厂、自来水公司第一水厂合计约9.8×104m2池面,并建设光伏电站,其总装机容量达9.7MW。按照日均发电量计,可满足两处污水处理厂30%~40%的用电量,自来水厂则完全可以自给自足[5]。

目前,全国不同处理规模污水厂的投运情况总体上均呈现出增长趋势,尤其是小型污水处理厂(5万m3/d以下)的投运数量增长最为迅速[6]。若将光伏发电应用于中小型二级污水处理厂中,在节约能耗、降低成本上有更显著的效果。以一座小型污水处理厂为例,该厂用电负荷主要集中在曝气系统、泵房及污泥处置等方面,见表1。

污水厂设计用电总负荷为100kW。以光伏发电作为主要能源,在不考虑安装面积限制及日照较好情况下进行系统设计。选用的太阳能电池板性能参数和设计结果详见表2与表3。

根据污水处理厂实际情况来进行安装。经计算得知,太阳能日均发电量为896.9kW˙h,而污水处理厂实际电耗为1320kW˙h,即可满足约70%以上的用电量。由此可见,太阳能光伏发电更适用于中小型污水处理厂及能耗相对较低的净水厂。日照强度和天气情况等的变化对太阳能组件的功率有较大的影响,系统发电量随太阳辐射强度呈线性变化,因此,太阳能运用于中小型污水处理厂和净水厂时,通常采用并网方式且遵循“自发自用、余电上网”的原则。

然而,光伏项目的实施受阻于原池体结构的承载力限制范围。对于原池体单元的改造,需要考虑的结构设计因素较多,因而给施工带来了较大的阻力,如六圩污水处理厂结构改造等。因此,新污水处理设施及净水厂在设计建造时,应该统一规划其光伏发电项目,避免池体改造结构上的困难。同时,阴雨天太阳能发电效率较低时的应对措施也是亟待解决的问题之一。

1.2太阳能人工湿地

近年来,人工湿地技术因其基建投资小、处理效果好、布置灵活和运行维护管理方便等优点,渐受到人们的重视,尤其适用于污水量较小并分散的农村。农村地区太阳能资源丰富,利用太阳能技术耦合人工湿地系统,不仅解决了能源供给问题,还降低了管理成本,特别适用于地势偏远或电网不发达地区。

延伸阅读:

工业污水处理一级A达标排放的关键因素分析与运行控制

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