2 城镇污水处理厂处理工艺及设备分析
2.1城镇污水处理工艺
城镇污水处理厂控制系统的性能主要取决于其在污水处理过程中使用的工艺流程。为此，在对城镇污水处理厂的控制系统进行优化设计的过程中，必须要选用科学合理的污水处理流程，才能充分发挥出污水处理厂控制系统的性能作用，从而保证城镇污水处理厂能够安全、稳定的正常运行。当前，随着科学技术的不断发展，我国污水处理的技术水平逐渐加强，但是在污水处理的工艺流程上并未作出较大的改变。针对污水处理流程而言在很多方面都有着相同的地方。
广州市中心城区共分为沥滘、大沙地、大坦沙、猎德、西朗、江高～石井、龙归和竹料八大污水处理系统，其中竹料污水处理系统位于广州市中心城区八大污水处理系统的最北端，纳污范围主要包括原钟落潭镇、竹料镇和良田镇西侧的范围，总服务面积为123.7km2。服务范围东南至帽峰山、白云山的北麓，北部和西部以流溪河为界，与花都、人和镇相望，南部与太和镇接壤。竹料污水处理系统现有污水厂1座（竹料污水厂），2017年扩建完成后，总处理能力6万m3/d，一方面随着城市发展，竹料系统污水量也呈向上增长趋势，加上白云区钟落潭镇规划调整较大，导致远期区域内规划污水量大幅增加，另一方面白云区近年来加快污水收集支管的完善，服务范围内污水收集率提高，现有污水收集处理设施不能满足远期发展要求。结合《广州国际健康产业城控制性详细规划》中污水工程规划方案，健康产业城新建一座污水处理厂（健康城净水厂），以满足区域地块开发建设新增污水量要求。
2.1.1城镇污水处理厂工艺流程
本文以竹料污水处理系统内新建健康城污水厂为例，该污水处理规模为15万m3/d，土建一次完成，首期设备安装10万m3/d。其具体的污水处理工艺流程为：污水进出处理系统，经过粗格栅物理处理，进入污水提升泵和回流泵站，之后再经过细格栅物理处理后，污水进入除砂池和氧化池处理，再经过沉淀池和V型滤池污水处理，并将污泥排出，最终排出污水。对污水处理厂的工艺流程进行总结，致分为以下五个部分：
（1）预处理工艺：预处理工艺包括格栅处理，泵房抽升和沉砂处理。格栅处理的目的是截流大块物质以保护后续消耗管线、设备的正常运行。泵房抽升的目的是提高水头，以保证污水可以靠重力流过后续处理构筑物。沉砂处理的目的是去除污水中裹携的砂、石与大块颗粒物，以减少它们在后续构筑物中的沉降，防止造成设施淤砂，影响功效，造成磨损堵塞，影响管线设备的正常运行。
（2）一级处理工艺：主要是初级沉淀池，目的是将污水中悬浮物尽可能地沉降去除，一般初沉池可去除 50%左右的悬浮物和 25%左右的 BOD5。
（3）二级处理工艺：主要是曝气池和二次沉淀池，主要目的是通过微生物的新陈代谢将污水中的大部分污染物变成二氧化碳和水。曝气池内微生物在反应过后与水一起注入二沉池，微生物沉在池底，并通过管道和泵回头到曝气池前端与新流入的污水混合；二沉池上面澄清的处理水排出处理厂。
（4）深度处理工艺：主要是为了满足高标准的工业需求而作的进一步处理，比如回用于工业的用水。通常这类工艺都有混凝沉淀和过滤，在处理过程的最后要有加氯间和接触池。这个处理工艺是未来发展的需要，也是我国污水处理技术的指导方向。
（5）污泥处理工艺：主要包括浓缩、消化、堆肥或家用填埋。本次工艺中主要采用脱水离心机进行机械浓缩，后续的消化通常是厌氧中温消化，消化产生的沼气可作为能源燃烧或发电，或用于作化工产品等。
2.1.2 城镇污水处理厂工艺选择
城镇污水处理厂在选择处理工艺的过程中，应结合污水的水质情况、相关的处理标准、污水处理厂的规模等多种因素的实际情况进行综合考虑，最终选取出最为合适的污水处理工艺。
污水处理的目的是去除水中的污染物，使污水得到净化，污水中的主要污染物有BOD5、CODCr、SS、N、NH4+-N和P等。根据进出水水质，要求的污染物去除率如下表所示。从下表中可以看出，排放标准要求的各种污染物去除率由大到小的排列次序是：SS>TP >BOD5 >CODCr > NH4+-N>TN。而污水处理工艺的选用是与要求达到的处理效率密切相关的，因此首先需要分析各种污染物的去除机理和所能达到的去除程度。
健康城净水厂要求达到的污染物去除率
名 称BOD5CODCrSSNH4+-NT-NTP
进水（mg/L）14025020030355
出水（mg/L）1040102150.4
处理程度（%）92.86%84%95%93.3%57.14%92.00%
日本和我国现行《室外排水设计规范》中处理工艺或对各种常用处理单元有推荐的处理效率，见下表。
污水处理厂的处理效率
名 称一级处理处理效率(%)二级处理处理效率(%)备 注
SSBOD5SSBOD5
日本指南30～4025～3565～8065～85二级处理：生物过滤
80～9085～95二级处理：活性污泥
中国规范40～5520～3060～9065～90二级处理：生物膜法
70～9065～95二级处理：活性污泥
一般情况下，城镇污水处理厂所选用的处理工艺都以固液分离的方式为主，并在此基础上结合工艺设备类别以及构筑物的形式进行不同的组合，以此构成不同的污水处理工艺和实施方案。以下对当前使用最为普遍的三种处理工艺进行阐述：
[if !supportLists]（1）[endif]厌氧-缺氧-好氧生物脱氨除磷处理工艺（A2/O工艺）。这种处理工艺的基础是利用缺氧区设施来实现对污水处理。不仅适用与需要硝化的工艺，还适用需要反硝化的工艺情况中。同时，这种处理工艺的流程较为简单便捷，能够实现多方向的进水，并可以结合实际的进水情况，对改处理工艺的运行状况进行调节，除硝氨的效率可以达到45%以上，70%以下。但是这种处理工艺只有在工艺设备高负荷运转的情况下，才能达到理想的除磷效果。且污水中污泥的排出量不高，在处理过程中，还需增设一道生化处理的供需流程，相关设备能耗较大，仅适用于规模较大的城镇污水处理厂。
其流程见图。
[if !supportLists]（2）[endif]序批示活性污泥法（SBR工艺法）。这种污水处理工艺的原理是依照之前设定好的时间顺序运转相应的处理设备，该工艺的操作运行模式为有序操作和间歇操作。其中序列间歇式主要是指这种处理工艺在空间上是全部混合的，并在时间上采用的是推动式。但是这种处理工艺在只有一个反应器的情况下，无法对其进行有效的空间控制，只能对时间的控制和变换进行有效的运行，进而满足相应的污水处理需求，较为方便。这种处理工艺的缺点在于处理过程中水位的变化较大，设备耗能程度较高，并且无法保证较高的处理效率。传统SBR工艺除磷脱氮运
行程序如图所示：
[if !supportLists]（3）[endif]氧化沟活性污泥法。这种处理工艺的原理是在污水进入到处理池之后，利用曝气装置的推动力，使污水不停地循环流出，流出的污水再经过二次沉淀池的沉淀分离进入氧化沟，通过氧化作用使污水中的有机物和微生物分解成为水和二氧化碳。这种处理工艺的污水处理效果良好，除磷率、脱氮率都相应较高。同时，针对氧化沟和二次沉淀池合一的情况来讲，因氧化沟是交替运行的，所以不仅节省了占地空间，整体的处理流程比较简便，流程如下图所示。
按照建设部、国家环境保护总局及科技部印发的《城市污水处理及污染防治技术政策》（建城2000[124]号），对处理工艺选择政策为：“处理能力在10万m3/d以上的污水处理设施，一般选用A/O法、A2/O法等技术，也可审慎采用其他的同效技术，必要时也可选用物化方法强化除磷效果”。
国家计委、建设部颁发的《城市污水处理工程项目建设标准》（修订）（2001）对处理工艺的政策是“II类及以上规模的污水厂宜采用鼓风曝气，并应尽量选用高效的鼓风机和配套曝气设备”。
结合上述分析，健康城污水厂采用A2/O活性污泥法等生物脱氮除磷（即二级强化处理）工艺，可实现环境效益和经济效益的最佳统一。
2.2城镇污水处理厂处理设备分析
健康城污水处理厂控制系统的研究中，所选用的处理工艺流程如下图2-1所示：
图2-1 MBR工艺流程图
健康城污水厂采用的是膜生物反应器技术（MBR）是膜分离技术和污水生物处理技术有机结合的产物，被普遍认为是性能稳定，效果良好，和极具发展潜力的污水处理技术。该技术属于A2/O工艺，其特点是以超、微滤膜分离过程取代传统活性污泥处理过程中的泥水重力沉降分离过程，由于采用膜分离，因此可以保持很高的生物相浓度和非常优异的出水效果。可有效去除水中的有机物与氨氮等污染物质。
在这一污水处理工艺的工艺流程中，主要涉及到的设备功能包括以下几种：
[if !supportLists]（1）[endif]进水泵、粗格栅、清污机。其中进水泵设备构成为四台潜水泵。其负责将污水传输至处理池中，其利用液位传感器将相应的液位数据传输至PLC中进行对潜水泵的运行进行控制。粗格栅主要是负责清理污水中的大粒径污染物和垃圾。
[if !supportLists]（2）[endif]细格栅、曝气除砂池。细格栅装置主要为截除污水中的较小漂浮物和悬浮物，在沉砂池前设置细格栅一道。而沉砂池主要是去除污水中颗粒较大的砂粒和无机物，以防在后续的处理构筑物中沉积和堵塞管道，减少机械磨损。主要设备为转鼓式细格栅及罗茨风机。
[if !supportLists]（3）[endif]生化池、鼓风机房。生化池去除污水中可生化降解的大部分污染物，是污水处理厂的核心处理构筑物。为确保脱氮效果，改良A2/O生化池考虑多点进水。鼓风机是A2/O污水处理中的核心设备装置，所需的能耗较多，一般来讲，大多数污水处理厂都选用溶解氧探测设备和变频设备对鼓风机的运行进行节能控制。
[if !supportLists]（4）[endif]二沉池、污泥浓缩池、污泥干化间。污水在A2/O生化池的处理之后，流出的污水会流入二沉池中，沉淀池中的关键设备为回流污泥泵及出水提升泵，其主要负责的是对对生化后污泥污水进行泥水分离。污泥浓缩池、污泥干化间将污泥浓缩脱水，得到含水率78～80%的可外运泥饼。
2.3城镇污水处理厂电气系统的负荷分析
2.3.1污水处理厂电气系统设计范围及电源分析
健康城净水厂厂区内各构建物分为粗格栅与进水提升泵房、细格栅及旋流沉砂池、膜格栅、MBR生化池、MBR膜池、接触消毒池、紫外消毒渠、出水计量渠、事故池、排水泵井污泥浓缩池、储泥池、污泥干化间、鼓风机房、加药间、机修间、风机房、变配电间、消防水池及消防泵房、消毒剂储罐、生产调度中心等。
污水厂的电气系统主要设计内容包括净水厂变配电所选址与变配电装置设计；电气设备供电及控制设计；电缆敷设设计；变电所及各构筑物接地设计；防雷设计；各建构筑物及厂平照明设计。
针对污水处理厂电气自控系统的负荷计算而言，首先应结合负荷计算的重要性以及供电过程中出现的损失或影响程度对其进行等级划分。
本项目属城市大型净水处理工程，对于改善水质污染起着极为重要的作用。若中断供电，将会造成水域严重污染，破坏生态平衡，对人民的生活造成恶劣的影响。为保证净水厂电气系统的连续、可靠运行，本工程电气设备的负荷等级定为一级负荷，要求提供两回路10 kV电源，按双电源供电进行设计，以确保厂区供电系统的安全性。两路电源同时工作，互为备用。每路电源均能满足全部负荷用电的要求。厂内消防负荷用电为一级负荷，除两路电源外，另设一台备用发电机组。
2.3.2污水处理厂电气系统负荷计算设计
污水厂的主要用电负荷在污水提升泵房、鼓风机房、污泥脱水机房、生化系统、通风系统等，另有其它生产用电及办公用电。其中最大的单机容量设备为鼓风机房离心风机电动机，鼓风机房含300KW风机三台（两用一备），550KW风机三台（两用一备），共计安装容量共2550KW。
[if !supportLists]（1）[endif]负荷计算设计方法
在对污水处理厂电气自控系统中的电气设备进行选择的过程中，为了保证电气设备良好的使用效果，应在选择时对其安全系数、可靠系数等相关指标参数加强重视。为了使变压器处于理想的工作状态，需要对电气设备进行相应的负荷计算。
一般情况下，进行负荷计算的方法有三种，分别是利用系数法、需要系数法、以及单位指标法。除了这三种负荷计算方法之外，其他的计算方法因存在较大的误差或使用数据不全面，通用性较差。下表3-2是三种常用负荷计算方法的对照表。
表3-1 三种常用负荷计算方法对照表
名称需要系数法利用系数法单位指标法
算法基础负荷曲线概率论及数据统计使用指标积累
特点逐级乘系数先求平均负荷，再求最大负荷利用对应的指标直接进行负荷计算
步骤先将设备功率与需要系数进行乘法，之后再逐级乘上同时系数，求得计算负荷设备功率乘以利用系数求得最大平均负荷，之后再求得平均利用系数以及有效台数，最终确定最大系数，求得负荷值将单位指标乘以单位数量求得设备的负荷或功率
精度中等高低
计算过程简单复杂简单
适用范围适用性强，尤其适用于变电所负荷计算适用于已知设备功率的项目，尤其适用于工业企业的电力负荷计算适用于不知道设备功率的项目，尤其适用于设计前阶段的负荷概算
而在本文的研究中，因污水处理厂的用电负荷设备主要可以分为长期运行设备和短期运行设备两种。为此，在负荷计算过程中，应结合选用的污水处理工艺及实际的设计需求确定负荷计算的方法，不可以偏概全，必须要针对不同电气设备的需求状况对其进行合理的配置。在这种情况下，出于对需要系数法适用性较强，且计算过程简单的考虑，所以本文的负荷计算方法以需要系数法为基础，并结合不同电气设备的实际情况对需要系数法进行改进。
在实际的负荷计算过程中，应将不同需求电气设备的额定功率转换为统一的计算功率，详细的方法如下：
①针对长期运行设备而言，其计算功率就是设备铭牌上所显示的功率；
②而针对短期或周期运行设备而言，其计算功率指的是将其额定功率进行转换计算，在其负载持续率为25%状态下的有功功率则为其负荷计算的功率。
Pe=2Pr
式中: Pr--电动机的额定功率(kW)
ε--电动机的额定负载持续率(污水厂起重机负载持续率按25%计算)
③一台或一组变压器供电互为备用的电动机，只计算其同时运行的几台。
④配电干线计算负荷为各设备组负荷的计算之和乘以该干线内动力设备运行的同时系数。
健康城污水处理厂主要用电负荷分布在粗格栅及提升泵房、细格栅及沉砂池、MBR膜池、鼓风机房、污泥脱水机房等，另有其他生产及办公用电。全厂负荷计算采用需要系数法,厂内设备均按照生产工艺流程、负荷性质和工作制类型(长期连续工作制、短时工作制及断续周期工作制)等分成不同的用电设备组。用电设备额定功率换算到统一负载持续率下的有功功率。根据用电设备负荷状态、工作制和被拖动机械设备的工作性质，采取实际经验统计数据确定设备需要系数和功率因数，如表3-4所示：
表3-2 污水厂常用用电负荷需要系数及功率因数
设备名称KxCosφ
污水提升泵0.8~0.90.8~0.85
搅拌机0.80.8
加药设备0.5~0.70.8
冲洗泵0.5~0.70.8~0.85
鼓风机0.5~0.70.8~0.85
电动阀门0.10.8
起重机0.10.5
排水泵0.30.8
格栅除污机、栅渣输送机0.5~0.60.75
厂房照明0.8~10.9
综合楼照明0.7~0.80.9
污水处理厂内主要用电负荷在预处理区域，MBR生化池，MBR膜池，故主要对该区域内的设备做主要计算分析。
[if !supportLists]（2）[endif]预处理区域设备负荷计算设计
预处理工艺的主要作用是对进厂污水进行初步处理，包括去除较大的杂质和固体废物、减少SS(固体悬浮物去除率可达50%以上)和降低BOD5(去除率可达20%以上),以减少后续工艺构筑物的处理负荷。
预处理段的构筑物和设备包括粗格栅、细格栅、输送机、压榨机、污水提升泵、沉砂池、初次沉淀池等。
粗细格栅的主要作用是通过滤网去除进厂污水中大颗粒杂质，属于最前端处理设备。格栅的主要设备安装负荷为格栅除污机，功率较小，一般为几个千瓦。
沉砂池的作用是将污水中的颗粒杂质或漂浮物去掉。砂水分离器和提砂泵是该构筑物中主要负荷设备，功率较小，一般为几个千瓦。
提升泵房是利用水泵将污水水位提高到一定的高位，使污水可以靠重力流动完成后续工艺的全部工艺流程。提升泵房的潜水泵是预处理阶段的主要负荷。潜水泵具体功率计算如下：
污水厂日流量为15万m3/d，换算为6250m3/h。工艺专业考虑为三组设备。故每台水泵的流量为2080m3/h，扬程按水池高度定为11.5米。潜水泵参数为Q=2080m3/h，H=11.5m。
潜水泵的电机功率:
N—电机功率，kWH—水泵扬程，mQ—水泵流量，m^3/sg—重力加速度g=9.81
ρ—工质的密度，当工质是水时，ρ=1η1—水泵效率，查不到数值时可取η=0.8
η2—电机效率，查不到数值时可取η=0.9
按照工艺专业内管道及池体之间各式闸门、阀门功率提资，预处理区域总负荷计算如下：
表3-3 预处理区功率计算负荷书
单体用电设备名称设备容量（kW）计算系数计算负荷
安装工作KxCosφtanφP（kW）Q（kvar）S（kVA）
预
处
理
区
域
格栅除污机4×1.56.00.60.80.83.62.7
潜水泵5×90360.00.80.80.7288.0201.6
平板式细格栅4×7.522.50.60.80.913.511.9
平板式膜格栅5×1248.00.60.71.228.833.7
螺旋砂水分离器1.51.50.60.80.80.90.7
旋流沉砂池2×1.53.00.60.80.81.81.4
提砂泵4×5.511.00.80.80.98.87.7
皮带输送机3.03.00.80.80.82.41.8
矩形闸门8×1.512.00.10.71.21.21.4
电动单粱悬挂起重机5.35.30.10.71.20.50.6
速闭闸11.011.00.10.71.21.11.3
栅渣清洗压榨机3×39.00.60.71.25.46.3
电动插板闸88.488.40.10.71.28.810.3
电动葫芦1.91.90.10.71.20.20.2
小 计 582.6 365.1281.6461.1
城镇污水处理厂在白天的进水量比夜晚的多，利用优化设计能够利用进水的瞬时流量信号来控制提升泵和回用泵的运行效率，其原理如下所示：
首先利用超声波液位计对污水处理的液位信号进行采集，并将这些信号数据传输至PLC控制系统，之后再通过变频器实现对提升泵、回用泵设备的有效控制。在提升泵和回收泵设备的优化设计中，通过对变频控制的合理运用，能够使提升泵的运行处于长期稳定的状况，大大降低了其在运行过程中对电能的浪费情况。
[if !supportLists]（3）[endif]污水厂内整体负荷计算设计
污水厂整体负荷为各个单体区域的负荷之和，乘以一个同时系数，同时对功率因数进行补偿，以提高系统的功率因数，并减少系统的线路损耗和变压器损耗，全厂补偿后的功率因数保证达到0.95以上。具体计算如下表所示：
表3-11 健康城污水厂计算负荷书
单体设备容量（kW） 计算负荷
安装容量工作容量P（kW）Q（kvar）S（kVA）
预处理区域582.6 582.6 365.1 281.6
MBR生化池352.0 322.2 224.2 168.2
MBR膜池999.6 842.1 480.7 360.5
加药间58.0 58.0 33.2 24.9
排水泵井281.7 141.7 84.2 63.1
浓缩池及储泥池18.1 18.1 11.4 6.8
消毒区域132.8 110.8 65.9 19.8
建筑其他负荷1250.0 1250.0 1200.0 900.0
小计3674.73325.5 2240.5 1464.4 2676.6
计入同时系数0.95 2128.51391.5 2542.8
电容补偿 -675
0.4kV负荷合计 2128.5716.22245.7
10kV风机1980.0 1320.0 792.0 340.6 862.1
10KV用电设备负荷：本期340KW风机三台（两用一备），320KW风机三台（两用一备）安装容量共1980KW，工作容量1320KW，有功功率792KW，视在功率862.1kVA，远期340KW风机四台（三用一备），320KW风机四台（三用一备）安装容量共2640KW，有功功率1188KW，视在功率1293.2kVA。
0.4KV用电设备负荷：本期用电设备工作容量3325.5KW, 有功功率2061.3KW，视在功率2245.7kVA，远期用电设备工作容量4805KW, 有功功率2978.4KW，视在功率3236.9kVA。
本工程变压器容量为:总低压配电房设变压器2000kVA/10/0.4两台，两台变压器同时使用互为备用，变压器负荷率本期约56%；远期约81%。
（4）MBR生化池设备负荷计算设计
本工程生化系统采用膜生物反应器-MBR工艺:生化部分为AAO,膜区与生化区相对独立设置,同时辅以化学除磷手段设计。MBR生化池部分分为厌氧区、缺氧区I，好氧区、缺氧区II。
厌氧区内主要负荷为潜水搅拌器，潜水搅拌器可防止污泥沉积在池底部，将污水与回流和再循环水流混合在一起使悬浮固体均匀分布，从而使微生物与污水之间有充分的接触。潜水搅拌器的负荷由工艺设备根据能量密度(W/m3)和整体流速(m/s)来选型，本工程潜水搅拌器设计参数为桨叶直径580， 转速475rpm，N=7.6kW，共8台。
缺氧区I内主要负荷为潜水推进器，潜水推进器主要完成推流工作，保持池内水流速度，并使缺氧区I内脱氮过程充分反应。潜水搅拌器的负荷由工艺设备根据整体流速(m/s)来选型，本工程潜水搅拌器设计参数为桨叶直径2500， 转速42rpm，N=5.3kW，共10台。
好氧区内主要负荷为曝气风机、潜水推进器、混合液回流泵。潜水推进器作用参考缺氧区，具体为桨叶直径2500， 转速28rpm，N=5.3kW，共4台。
曝气风机为生化池设微孔曝气充氧提供氧气。工艺专业根据池内需氧及管道压力，设置三台高级单速离心风机，参数为Q=187m^3/min, P=76kPa，两用一备。
离心风机的电机功率:
N—通风机功率，kWL—通风机风量，m^3/minp—通风机风压，kPa
K-电机容量安全系数，功率＞5kw时，取1.15η1—全压效率，一般取η1=0.8
η2—通风机机械效率，电机直连时取η2=1
混合液回流泵将好氧区内的含有大量硝态氮的硝化液回流至缺氧池，用以缺氧池脱氮。回流泵参数为Q=2100m3/h，H=1.0m。参考提升泵房内水泵计算公式，可知回流泵功率为N=11.8kW，按6用一备考虑。
缺氧区II内主要负荷为潜水推进器、污泥回流泵。潜水推进器作用参考缺氧区，具体为桨叶直径2500， 转速42rpm，N=5.3kW，共4台。
污泥泵将缺氧区II内的活性污泥回流至厌氧区，用以保证厌氧区内活性污泥的浓度。回流泵参数为Q=2100m3/h，H=1.0m，N=11.8kW，共4台。
按照工艺专业内管道及池体之间各式闸门、阀门功率提资，MBR生化池区域总负荷计算如下：
表3-4 MBR生化池功率计算负荷书
单体用电设备名称设备容量（kW）计算系数计算负荷
安装工作KxCosφtanφP（kW）Q（kvar）S（kVA）
MBR生
化
池
潜水搅拌机8×7.660.8 0.8 0.8 0.8 48.6 36.5
潜水推流器18×6.395.4 0.8 0.8 0.8 76.3 57.2
回流泵11×11.8118.0 0.8 0.8 0.8 94.4 70.8
闸门、阀门48.0 48.0 0.1 0.8 0.8 4.8 3.6
小 计 322.2 224.2 168.2280.3
10kV风机340x3680.0 0.6 0.9 0.4 408.0 175.4 444.1
（5）MBR膜池设备负荷计算设计
MBR膜池将独特结构的MBR平片膜组件置于曝气池中，经过好氧曝气和生物处理后的水，由泵通过滤膜过滤后抽出。它利用膜分离设备将生化反应池中的活性污泥和大分子有机物质截留住。MBR膜池分为膜池部分与设备间部分。
膜池内共设计18个廊道，并列运行,近期设备安装12个廊道，每廊道14个膜位，安装13个膜组器，预留1个膜组器位置。膜池部分内主要负荷为污泥回流泵，污泥回流泵将膜池污泥回流至生化池有氧区，经过膜过滤截留下来的污泥和有机大分子物质经过污泥回流，使微生物不至于流失，同时也防止膜处理区污泥过多产生污泥膨胀，影响处理效率，污泥附着在膜组件上，造成膜污染。回流泵参数为Q=3500m3//h,H=1.35m。参考提升泵房内水泵计算公式，可知回流泵功率为N=27kW，按6用一备考虑。
设备间主要放置膜系统设备，包括产水泵、反洗泵、排空泵、剩余污泥泵、压缩空气及真空管路系统等。膜池过滤时间：8.5min，空曝气时间：1.5min，日过滤时间：24hr×8.5min÷10min=20.4hr。
①曝气风机为膜下部产生的曝气，在膜组件内部产生向上气流，通过向上气流来清洗膜表面，并在曝气槽内形成大的回旋流，稳定MBR的运行条件。膜池曝气量计算一般按汽水比来计算，本工程MBR膜池设计平均膜通量17L/m2/h,膜区擦洗汽水比5.4:1~7.5:1。
正常工作时，鼓风机设置3台，2用1备，按最大汽水比7.5:1计算，则每台鼓风机设计流量为：
L=100000m3/d÷24hr/d*7.5/2=260m^3/min
根据工艺管道计算提资，风机风压为P=50KPa。可知风机功率为
②产水泵将膜池进化后的水提升到紫外消毒池中，进行下一步消毒处理。膜池分12列，每列单独设置产水泵，按最大时处理量计，则产水泵设计流量为：
Q=100000m3/d×1.3÷20.4hr/d÷12=531m3/h
根据工艺管道计算提资，扬程设计为22m.可知水泵功率为：
③排空泵为进行在线的恢复性清洗时，需膜池排空泵将膜池清空，排空前先产水降液至膜保护液位，按照膜池体积及水位，可计算清洗泵流量及功率。清洗泵为清洗时提供水流，按膜面积及同时清洗设备数量计算流量及功率。剩余污泥泵将多余污泥排放至污泥干化间，按照污泥的排放速度可计算剩余污泥泵流量及功率，计算过程在此不在详述。其中排空泵：Q=350m3/h,H=12m,N=18.5kW，1用1备。反洗泵：Q=550m3//h,H=10m,N=22kW，2台同时使用。剩余污泥泵：Q=100m3//h,H=15m,N=7.5kW，1用1备。
按照工艺专业内管道及池体之间各式闸门、阀门功率提资，MBR膜池区域总负荷计算如下：
图3-2 MBR膜池功率计算负荷书
单体用电设备名称设备容量（kW）计算系数计算负荷
安装工作KxCosφtanφP（kW）Q（kvar）S（kVA）
MBR膜池回流泵27×7162.0 0.6 0.8 0.8 97.2 72.9
产水泵45×14540.0 0.6 0.8 0.8 324.0 243.0
清洗泵22×222.0 0.6 0.8 0.8 13.2 9.9
剩余污泥泵2×7.57.5 0.6 0.8 0.8 4.5 3.4
空压机11×211.0 0.6 0.8 0.8 6.6 5.0
冷干机2×0.551.1 0.6 0.8 0.8 0.7 0.5
排空泵18.5×237.0 0.6 0.8 0.8 22.2 16.7
起重机7.5 7.5 0.2 0.8 0.8 1.5 1.1
闸门、堰门54.0 54.0 0.2 0.8 0.8 10.8 8.1
小 计 842.1 480.7 360.5 600.9
10kV风机320x3640.0 0.6 0.9 0.4 384.0 165.1 418.0
（6）剩余构筑物内负荷计算设计
加药间内主要负荷是隔膜计量泵，负责计量药料及吸送。其负荷计算如下：
表3-6 加药间功率计算负荷书
单体用电设备名称设备容量（kW）计算系数计算负荷
安装工作KxCosφtanφP（kW）Q（kvar）S（kVA）
加
药
间
隔膜计量泵24×1.536.0 0.6 0.8 0.8 21.6 16.2
化料器2×918.0 0.6 0.8 0.8 10.8 8.1
电动球阀16×0.254.0 0.2 0.8 0.8 0.8 0.6
小 计 58.0 33.2 24.9 41.5
排水泵井内主要负荷是排水泵，负责在污水厂内发生事故的时候，负责将污水厂内的污水排走。其负荷计算如下：
表3-7 排水泵井功率计算负荷书
单体用电设备名称设备容量（kW）计算系数计算负荷
安装工作KxCosφtanφP（kW）Q（kvar）S（kVA）
排水
泵井
潜污泵140×2140 0.3 0.8 0.8 84 63
电动闸阀3×0.551.7 0.1 0.8 0.8 0.2 0.1
小 计 141.7 84.2 63.1 105.2
浓缩池及储泥池内主要负荷是中心传动刮泥机及，将膜池送来的污泥含水率降低，使其体积大幅减小。其负荷计算如下：
表3-8 浓缩池及储泥池功率计算负荷书
单体用电设备名称设备容量（kW）计算系数计算负荷
安装工作KxCosφtanφP（kW）Q（kvar）S（kVA）
浓缩池中心传动刮泥机4×0.753.00.60.80.81.81.4
电动闸阀4×0.753.00.20.80.80.60.5
小 计 6.0 2.41.83.0
储泥池潜水搅拌机5.5×211.00.80.80.88.86.6
电动闸阀2×0.551.10.20.80.80.20.2
小 计 12.1 9.06.811.3
消毒区域分为紫外线消毒渠与接触消毒池，紫外线消毒渠内主要设备为紫外消毒设备及水流控制装置，对污水厂杂质去除的水进行紫外消毒，排出的水进入到小河及接触消毒池内。接触消毒池内主要设备为回水泵，将处理好的部分污水回收利用加压进入到厂区中水系统。其负荷计算如下：
表3-9 浓缩池及储泥池功率计算负荷书
单体用电设备名称设备容量（kW）计算系数计算负荷
安装工作KxCosφtanφP（kW）Q（kvar）S（kVA）
消
毒
区
域
紫外消毒设备31.5×263.00.60.80.837.828.4
水流控制装置1.1x33.30.50.80.81.71.2
回水泵22x344.00.60.80.826.419.8
电动蝶阀0.12x40.50.10.80.80.00.0
小 计 110.8 65.919.868.8
各个构筑物内除去工艺设备，还有建筑通风、除臭、照明、自控等设备，其负荷计算如下：
表3-10 建筑其他功率计算负荷书
单体用电设备名称设备容量（kW）计算系数计算负荷
安装工作KxCosφtanφP（kW）Q（kvar）S（kVA）
建筑通风照明负荷生产调度中心250.0250.00.80.80.8200.0150.0
通风540.0540.00.80.80.8432.0324.0
除臭560.0560.00.80.80.8448.0336.0
地下空间照明100.0100.00.80.80.880.060.0
PLC50.050.00.80.80.840.030.0
小 计 1250.0 1200.0900.01500.0
（7）配电系统设计
本工程按双电源供电进行设计，要求提供两回路10 kV电源，两路电同时使用、互为备用。每路电源均能满足全部负荷用电的要求。380/220V中心级采用单母线分段中间设联络开关的结线方式。母联开关处于分断状态，分别由两台变压器同时供电，互为备用。健康城污水处理厂10kV及380/220V高压配电系统如图3-1所示:
本工程配电电压等级有两种，即10kV和380/220V。根据净水厂用电设备分布，开关房设置于地面；负一层设置两座高压电房为总高压配电房及MBR生化池分高压配电房。低压分配电房5座：预处理分配电房、加药间分配电房、排水泵井分配电房、MBR膜池分配电房两座（本期实施一座）。
健康城污水处理厂10kV及380/220V变配电所布置如图3-2所示:
继电保护按国家有关规范配置。本工程采用电力自动监控系统，对高低压配电系统实行保护和监控。
高压电源进线采用带时限电流速断保护、过电流保护及接地保护。变压器采用电流速断、过电流、温度、单相接地保护。
高压母线联络开关采用电流速断保护，合闸瞬间投入，合闸后解除。
变压器主开关、联络开关设过载长延时，短路短延时保护，下一级低压进线总开关设过载长延时，短路瞬时保护、单相接地保护。
低压用电设备及馈线回路设置速断及过载保护。
10kV高压系统操作电源采用直流220V，在变配电房高压配电室设1台65Ah的直流屏。
2.4本章小结
本章结合健康城污水处理厂项目，对污水处理厂电气系统的设备类型及负荷设计进行详细的介绍。使大家了解到污水处理厂内部电气设备的类型、功率计算及污水处理厂内部电气系统的构造以及相应的设备选择方式方法。为同行将来工作中遇到同等规模的污水处理厂时，能更准确、更好的设计电气系统方案奠定了基础。