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        農(nóng)村污水處理系統(tǒng)電氣智能化設(shè)計與前景發(fā)展研究

        2024-05-17 00:00:00安浦聞段昊成尤鎧童張博涵李毓?jié)?/span>
        鄉(xiāng)村科技 2024年19期
        關(guān)鍵詞:污水處理變壓器污水

        0 引言

        目前,農(nóng)村水污染情況普遍存在且較為嚴(yán)重,原因是農(nóng)村存在大量污水直排現(xiàn)象,且農(nóng)村污水處理率的增長仍非常緩慢,污水管網(wǎng)不完善,部分污水管網(wǎng)破損嚴(yán)重,加之農(nóng)村周邊部分小企業(yè)存在偷排漏排的情況,造成周邊環(huán)境的水質(zhì)被污染。農(nóng)村污水問題制約了農(nóng)村經(jīng)濟的健康發(fā)展,并嚴(yán)重影響了生態(tài)環(huán)境與村民的身體健康。

        針對農(nóng)村污水治理面臨的復(fù)雜挑戰(zhàn),現(xiàn)有治理模式已難以滿足生態(tài)保護與可持續(xù)發(fā)展的需求。為突破治理瓶頸,應(yīng)構(gòu)建技術(shù)升級與全民參與的雙輪驅(qū)動體系。依托智能化控制技術(shù)路徑,優(yōu)化供配電系統(tǒng)架構(gòu),采用節(jié)能型電機設(shè)備,結(jié)合數(shù)字孿生技術(shù)構(gòu)建智能化污水處理系統(tǒng)。此外,研究對近200名受訪者進行調(diào)研,調(diào)研其對鄉(xiāng)村污水治理的了解與關(guān)心程度,推測當(dāng)今現(xiàn)狀,提出相應(yīng)解決措施,旨在為提高農(nóng)村污水處理效率提供參考。

        1政策背景

        1.1核心目標(biāo)

        當(dāng)前,農(nóng)村生活污水治理仍面臨投入大、管理成本高等難題。農(nóng)村水污染問題不僅危害當(dāng)?shù)鼐用窠】?,也可通過水體流動影響城市供水安全,進一步加劇全國水污染狀況。應(yīng)加大農(nóng)村污水處理技術(shù)的研究力度,提出具有高時效性與低成本的智能化方案[]。

        數(shù)據(jù)表明,截至2020年初,我國農(nóng)村污水處理率為 25.5% ;2022年,我國農(nóng)村污水處理率約為28% ;《全國農(nóng)村環(huán)境綜合整治“十三五”規(guī)劃》顯示,農(nóng)村污水處理率達到 30% 的預(yù)期,農(nóng)村污水處理率有所提高,但還未達到計劃水平。因此,在污水處理方面,還需要積極推進污水處理系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展,提高污水處理率。因此,加強農(nóng)村污水治理迫在眉睫,對農(nóng)村水循環(huán)系統(tǒng)與電能循環(huán)系統(tǒng)進一步規(guī)劃設(shè)計,是鄉(xiāng)村建設(shè)的重要指標(biāo)。隨著新農(nóng)村建設(shè)工作的推進,我國積極推進污水治理工作,致力于農(nóng)村污水凈化與減排,尤其對村鎮(zhèn)生活污水處理,因地制宜選擇處理工藝,采用先進技術(shù),以提升污水處理設(shè)施治污效能。

        1.2“雙碳”目標(biāo)

        在全球氣候變化和環(huán)境污染日益加劇的背景下,減少碳排放已成為各國政府的重要目標(biāo)。2020年,我國政府提出了“雙碳”目標(biāo),即到2030年實現(xiàn)碳達峰、2060年實現(xiàn)碳中和。而污水處理廠在能源消耗與碳排放上有大量占比,因此其低碳化設(shè)計對實現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)具有重要意義。通過查詢論文,了解到市一家污水處理廠的配置如下。一期配電室的額定容量為 500kV?A ,當(dāng)前負(fù)載為 300kV?A ,功率因數(shù)為 0.82 。二期配電室的額定容量為 800kV?A ,當(dāng)前負(fù)載為 600kV?A ,功率因數(shù)為 。可見,其具有負(fù)載過高、功率因數(shù)低等特點。為降低無用碳排量,可以適當(dāng)引入智能電力管理系統(tǒng),根據(jù)功率因數(shù)公式(見式1),選取較高可信度的數(shù)據(jù)采集器和合適的PLC等自動化控制設(shè)備,及時反饋調(diào)節(jié),在相同的視在功率下,提高有功功率和功率因數(shù)[2]。

        式中:cosφ表示功率因數(shù), P 表示有用功率, S 表示可視功率。

        1.3 現(xiàn)存問題

        根據(jù)已有設(shè)施的建設(shè)和運行情況,發(fā)現(xiàn)我國污水處理設(shè)施的設(shè)計、運行還存在諸多問題,如在廠房建設(shè)初期,僅需要建造費用,而運行期間則需要不斷投人維護費用與人工成本,導(dǎo)致設(shè)施“建得起、運行不起”。此外,部分污水處理廠專業(yè)化程度較高,缺少相應(yīng)技術(shù)人員,只能面向社會招聘相關(guān)領(lǐng)域人員,大多數(shù)員工只能檢測廠房電量及運行轉(zhuǎn)速等參數(shù),無法高效率協(xié)調(diào)調(diào)度終端系統(tǒng),難以保障整體安全高效運行。

        2改進策略

        2.1供配電系統(tǒng)選擇

        供配電系統(tǒng)大致包括變壓器、調(diào)速電機等。大部分污水處理廠所需電量較大,因此需要變壓器并聯(lián)運行,其中變壓器并聯(lián)運行應(yīng)保證各變壓器電壓比相同,有相同連接組及相等短路阻抗標(biāo)玄值、阻抗角。由于制作工藝存在誤差,應(yīng)保證電壓比之差小于 0.5% 。關(guān)于變壓器選取,應(yīng)滿足式(2),由此可推導(dǎo)出式(3)式(4)。

        式中: 表示阻抗值, 表示電流標(biāo)幺值, S 表示可視功率值, 表示阻抗共軛值, 表示電流共軛值, 表示可視功率共軛值。其中, 可通過變壓器短路試驗求出。

        由此可計算出2臺變壓器的負(fù)載系數(shù) 。由于負(fù)載系數(shù)取值范圍為0\~1,為防止變壓器發(fā)生過載,應(yīng)保證2臺變壓器的負(fù)載系數(shù)均小于1。這種合理的負(fù)荷計算和變壓器的容量選擇可提高污水處理系統(tǒng)的供配電安全性與可靠性,提高其穩(wěn)定運行能力[3]。

        以下為短路試驗具體內(nèi)容。短路試驗又稱負(fù)載試驗,在高壓側(cè)施加額定電壓,低壓側(cè)短路,在高壓側(cè)施加電壓,試驗電流為高壓側(cè)額定電流,試驗電流較小。記錄此時高壓側(cè)的電壓和電流,進而計算阻抗電壓,具體公式見式(5)。

        式中: 表示高壓側(cè)阻抗值, 表示高壓側(cè)電壓值, 表示高壓側(cè)電流值。

        2.2智能化系統(tǒng)設(shè)置

        污水處理智能化管理模式大致分為兩方面,包括核心環(huán)境支撐與輔助環(huán)境支撐。核心環(huán)境支撐包括物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與云平臺;輔助環(huán)境支撐包括遠程監(jiān)測管理、集約化管理與GPS人員考勤監(jiān)控。

        為保障站點穩(wěn)定運行,定期巡檢、保養(yǎng)和維修是重要且有效的手段。在巡檢流程中,管理員分配巡檢人員巡檢關(guān)聯(lián)站點。其中,巡檢任務(wù)按周期生成任務(wù)并通過調(diào)度中心分配最優(yōu)方案,巡檢完成后提交巡檢記錄,若無問題則進人下一個周期。在保養(yǎng)方面,若污水處理系統(tǒng)需要保養(yǎng)處理,平臺根據(jù)周期派工,保養(yǎng)完成后進入新周期。若巡檢發(fā)現(xiàn)設(shè)備老化或存在安全隱患,應(yīng)及時上報至調(diào)度中心,及時停工,確保問題得到及時解決。若整體系統(tǒng)能迭代更新,在進行經(jīng)濟分析與可行性分析后,建議維修后迭代污水處理系統(tǒng),相關(guān)流程見圖1。

        3拓寬群眾對污水處理常識的普及渠道

        3.1居民對現(xiàn)有污水治理情況的看法與了解程度通過微信朋友圈、線下面對面采訪等方式收集近200名居民對所居住地區(qū)污水治理情況的看法,篩選出103名居住于鄉(xiāng)村郊區(qū)的居民,匯總數(shù)據(jù),并根據(jù)匯總好的數(shù)據(jù),繪制年齡構(gòu)成與當(dāng)?shù)嘏欧盼鬯闹饕獊碓达灎顖D(見圖2)。

        圖1整體設(shè)備安全問題自我檢測流程圖
        圖2鄉(xiāng)村郊區(qū)數(shù)據(jù)來源的年齡構(gòu)成與污水類別

        篩選數(shù)據(jù)后,利用Matlab軟件繪制年齡與滿意程度的散點圖,將滿意程度以數(shù)字量化,5代表非常差,4代表較差,3代表一般,2代表較好,1代表非常好。將年齡分為1\~5檔,分別對應(yīng)18歲以下、18\~30歲、31\~45歲、46\~60歲、60歲以上,并利用線性回歸、多項式回歸與指數(shù)回歸方法繪制回歸函數(shù)曲線,發(fā)現(xiàn)其滿意程度均在2.5附近(見圖3)。由此可知,各年齡段對所居住地區(qū)污水程度的滿意程度為一般偏好一點,說明污水處理任重而道遠[4]。

        圖3年齡與滿意程度的散點圖

        3.2推測現(xiàn)有數(shù)據(jù),提出解決措施

        根據(jù)現(xiàn)有居民對污水處理的看法,發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有設(shè)施的處理能力在應(yīng)對日益增長的污水排放需求時已顯不足。基于這些數(shù)據(jù),提出以下針對性措施,以提高污水處理能力,保障生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

        3.2.1 提高現(xiàn)有設(shè)施的技術(shù)水平

        現(xiàn)有設(shè)施在處理效率和能耗方面存在一定的改進空間。引進先進的污水處理技術(shù),如膜分離技術(shù)、生物強化技術(shù)或智能控制系統(tǒng)等,可顯著提高污水處理的效率和水質(zhì)達標(biāo)率。同時,采用大數(shù)據(jù)分析和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)對設(shè)施運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測和優(yōu)化調(diào)度,能進一步降低運行成本和能耗[5]。

        3.2.2 加強污水處理設(shè)施的日常維護

        現(xiàn)有設(shè)施的高效運轉(zhuǎn)離不開日常維護工作。從實際數(shù)據(jù)來看,部分設(shè)施因維護不及時導(dǎo)致污水處理能力下降或故障頻發(fā)。因此,應(yīng)建立健全維護制度,定期檢修設(shè)備,引入專業(yè)運維團隊,制訂科學(xué)維護計劃,確保設(shè)施長時間高效運行。

        3.2.3 提高居民的環(huán)保意識和參與度

        數(shù)據(jù)表明,居民生活習(xí)慣對污水排放量和水質(zhì)影響顯著。通過社區(qū)宣傳、學(xué)校教育、媒體推廣等方式,提高公眾對污水處理重要性的認(rèn)識,培養(yǎng)節(jié)約用水和正確處理生活廢棄物的習(xí)慣。此外,鼓勵居民主動參與環(huán)?;顒?,如社區(qū)清理、廢水再利用推廣等,為污水處理工作提供良好的社會基礎(chǔ)[6]

        4結(jié)束語

        農(nóng)村污水處理關(guān)系到生態(tài)環(huán)境保護和居民生活質(zhì)量。研究分析發(fā)現(xiàn),當(dāng)前我國農(nóng)村污水處理系統(tǒng)在技術(shù)水平、設(shè)施維護及公眾參與等方面仍有很大的提升空間。結(jié)合政策背景、技術(shù)現(xiàn)狀及“雙碳”目標(biāo)的要求,研究提出了選用合適供配電系統(tǒng)、設(shè)置智能化系統(tǒng)、提高設(shè)施技術(shù)水平、加強日常維護及增強公眾環(huán)保意識等措施,為農(nóng)村污水處理的發(fā)展提供參考。

        未來,隨著科技的進步和政策支持的進一步加強,農(nóng)村污水處理設(shè)施將逐步向智能化、低碳化方向發(fā)展。引入先進技術(shù)和完善的管理體系,不僅能夠提升污水處理能力,還能實現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。同時,公眾的積極參與將為污水處理工作提供堅實的社會基礎(chǔ),推動農(nóng)村生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展[7]。

        農(nóng)村污水處理是關(guān)乎社會責(zé)任與生態(tài)未來的系統(tǒng)工程。通過全社會的共同努力,農(nóng)村污水處理系統(tǒng)將更加高效、環(huán)保和智能化,為美麗鄉(xiāng)村建設(shè)和“雙碳”目標(biāo)的實現(xiàn)貢獻重要力量。

        參考文獻:

        [1]謝威.“雙碳”目標(biāo)下污水處理廠電氣設(shè)計的低碳化研究[J].中國資源綜合利用,2024,42(9):277-280.

        [2]駱子健,樓森磊,樓啟偉.污水泵站電氣傳動及自動化系統(tǒng)分析[J.電氣技術(shù)與經(jīng)濟,2024(7):80-82.

        [3]韓丹.污水處理廠電氣及自動化工程設(shè)計及應(yīng)用[J].中國高新科技,2024(1):108-110.

        [4]石秀旺.農(nóng)村污水處理系統(tǒng)的設(shè)計與運行建議[J].農(nóng)村科學(xué)實驗,2024(3):37-39.

        [5]敖旭平,鐘紅梅,武志剛.農(nóng)村生活污水處理智能化管理中政府監(jiān)管系統(tǒng)功能設(shè)計[J].環(huán)境與發(fā)展,2019,31(11):190-191.

        [6]于健,戈學(xué)珍,楊潔,等.農(nóng)村污水處理智能化管理平臺探索與應(yīng)用[J].給水排水,2023,59(8) :129-134.

        [7]陳麗秋.農(nóng)村污水處理智能化建設(shè)研究:以蘇南地區(qū)為例[J].智慧農(nóng)業(yè)導(dǎo)刊,2021,1(1):51-53,60.

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