处理技术研究与应用

处理技术研究与应用（精选十篇）

处理技术研究与应用 篇1

据统计, 2009年江西省年出栏生猪2 815万头, 全省年出栏10 000头以上的规模化猪场263家, 5 000～9 999头猪场304家, 3 000～4 999头猪场479家, 1 000～2 999头猪场2 697家, 500～999头猪场4 861家。据此计算, 江西省2009年产生养殖粪污约15 412万t, 向环境中排放CODcr、BOD5、NH3-N、TP分别为123.3万t、77.1万t、12.3万t、2.62万t。猪场粪污不仅污染了地表水, 其有毒、有害成分还易进入地下水中, 严重污染地下水。为配合鄱阳湖生态经济区建设, 江西省对养殖企业环保措施提出了更高的要求, 养殖企业为了提高各自的竞争优势, 纷纷建设粪污处理工程。笔者通过对江西省部分养殖企业粪污处理工程进行调查分析, 旨在为养殖企业的废水处理提供参考。

2 养殖废水排水量、水质及排放标准

2.1 废水排放量

根据我国《畜禽养殖业污染物排放标准》 (GB18596-2001) 的要求, 集约化畜禽养殖企业的废水最高允许排放量见表1。

注:单位中“100头”指存栏数;春、秋季废水最高允许排放量按冬、夏两季的平均值计算。

2.2 废水水质

mg/L

2.3 污染物最高允许排放浓度

根据我国《畜禽养殖业污染物排放标准》 (GB18596-2001) 的要求, 集约化畜禽养殖业水污染物最高允许日均排放浓度见表3。

3 废水处理工艺

根据废水的水质, 废水的平均CODcr浓度为8 000 mg/L, 属高浓度有机废水, BOD5/CODcr大于0.4, 该废水中N、P等营养充足平衡, 是非常适于进行生化处理的无毒有机废水。同时猪场粪尿中含有农作物所需的大量营养元素氮、磷、钾等, 采用预处理技术将废水中的蛔虫卵等杀灭后施用到农作物, 对于提高土壤肥力, 改善土壤结构, 增强土壤持续生产能力具有重要作用。根据猪场废水的水质特点, 其处理模式可分为还田回用的生态模式、自然处理的低能耗模式和工业化处理的高效率模式3种[1,2,3,4]。

3.1 还田生态处理模式

传统的猪粪尿还田是一种经济有效的猪场废水处置方法, 该法将猪场粪污处理纳入到农业生态循环中, 实现了猪场废水的零排放。然而, 由于猪场废水有机物浓度过高, 直接施用于农作物可导致作物烂根和烧苗, 并且废水中含有大量寄生虫卵和病原微生物, 不经处理直接施用会大大增加畜禽疾病和人畜共患疾病的传播几率。因此, 采用猪场废水的还田生态处理模式需对废水进行厌氧消化处理。厌氧消化处理可以降解废水中的大部分有机物, 回收清洁能源—沼气, 同时可以杀灭废水中的大部分病原微生物和虫卵, 得到绿色有机肥沼液。还田生态处理模式的工艺流程如图1所示。

上图中厌氧消化池是猪场废水还田回用预处理的关键构筑物, 主要包括传统沼气池、完全混合式厌氧消化器 (CSTR) 、升流式厌氧固体反应器 (USR) 、厌氧过滤器 (AF) 、上流式厌氧污泥床反应器 (UASB) 、折流式厌氧反应器 (ABR) 等形式。

选择还田模式处理猪场废水时应考虑以下3点:第一要准确计算猪场周围土地的承载力, 确保产生的沼液能够完全被消纳;第二要充分考虑沼渣、沼液的经济运输距离, 沼渣的经济运输距离应小于13.3 km, 沼液的经济运输距离应在2 km以内;第三必须要设计足够容积的贮液池, 确保农闲季节没有施用的沼液不向水体排放[5]。

3.2 自然处理模式

猪场废水自然处理模式主要适应于城市远郊区, 特别是有大量荒地、林地、低洼湿地等作为废水自然处理系统的地方。由于自然处理模式负荷较低, 只能作为厌氧处理的后续处理工艺对厌氧消化液 (沼液) 进行二级处理。自然处理模式的表现形式主要有稳定塘 (包括好氧塘、兼性塘、厌氧塘和水生植物塘等) 、土地处理系统 (包括快速渗滤、慢速渗滤和地表漫流) 和人工湿地等。猪场废水的自然处理模式具有能耗低、运行管理费用少等特点, 同时自然处理系统对废水中的氮、磷具有较高的去除率。

3.3 工业化处理模式

随着养殖企业工业化规模的扩大, 排污量迅速增加, 传统的还田模式和自然处理模式不能适用工业化要求, 而养殖废水工业化处理模式具有占地面积小、处理效率高等特点, 越来越多的被一些大规模的养殖企业所选用。

废水的工业化处理模式一般采用物化处理、厌氧处理和好氧处理的三段处理模式, 其工艺流程图如图2所示。

废水的工业化处理模式中厌氧消化池和好氧池是废水处理的关键构筑物。厌氧消化池可以采用还田回用模式中所述的混合式厌氧消化器等形式, 好氧池可以采用生物接触氧化 (BCO) 、生物滤池 (BAF) 、生物转盘、传统活性污泥法工艺、氧化沟、序批式活性污泥法 (SBR) 等形式。

在厌氧消化池内, 厌氧微生物将废水中大部分有机物被分解成CH4、CO2和H2O, 大大降低了废水中的CODcr。在好氧池内, 好氧微生物进一步将废水中未降解完全的有机物分解成CO2和H2O, 使CODcr能达标排放。由于猪场废水中含有较高浓度的NH4+-N, 在好氧池内的硝化细菌将废水中的NH4+-N转化为NO3--N和NO2--N, 工艺中的废水回流方案使高度硝化的废水返回厌氧池中, 池内的反硝化细菌在厌氧条件下将NO3--N和NO2--N转化为N2去除, 从而有效的降低了废水中的NH4+-N。猪场废水中TP的去除是利用好氧池内的聚磷菌在好氧条件下大量的吸收废水中的TP, 然后通过沉底池以剩余污泥的形式将聚合大量TP的聚磷菌与废水分离而去除。

4 经济分析

以年出栏10 000头生猪、采用干清粪工艺生产的规模化猪场为例, 利用还田回用、自然处理、工业化处理等3种模式, 其经济分析分别为:工业化处理模式由于采用好氧工艺, 其土建、设备投资以及能耗、药剂、维修等运行费用最高, 但受占地面积或消纳土地的限制较小, 适合于城市近郊区用地紧张的大型猪场;自然处理模式在项目建成后只需要简单的管理和维护, 运行和维护费用最低, 但采用氧化塘技术需要占用大量的土地, 并且容易造成地下水污染;还田回用模式的沼液利用工业化程度较低, 人工费较高, 但对于有大量农田或果园消纳沼肥的地区, 沼液的使用可以大大减少化肥的用量从而获得较好的经济效益。这3种模式的投资和运行费用如表4所示[6]。

注:废水量60 m3/d, 沼气0.8元/m3, 有机肥30元/t, 工资8 000元/ (年·人) , 电费0.6元/kwh。 (总收益为运行收益不包括土建及设备投资的折旧费用)

5 猪场废水处理工艺的运行管理

分析上述3种废水处理模式中, 厌氧消化池是3种工艺所共有的生物反应器。为保证废水处理工艺的稳定运行, 需要严格控制厌氧反应器运行环境:中温发酵工艺的厌氧池温度应维持稳定中温或近中温25℃～35℃;废水pH应维持在6.8～7.6之间;碱度 (以CaCO3计) 高于2 000mg/L;挥发性脂肪酸低于1 000mg/L, 挥发酸与碱度的比值不低于0.5。低压沼气贮气柜的压力应保持在2 500～4 000Pa, 高压沼气贮气柜应保持在0.6～0.8MPa。沼液贮液池内的浮渣和浮游植物应及时清理, 并采取一定的措施控制气味扩散和蚊虫孳生, 保持沼液池水位不低于泵的最低水位, 且不溢出池外污染环境。

6 结语

猪场废水中含有高浓度的有机物、氨氮、总磷和病原微生物, 直接排放会污染水体环境, 对于一些城市远郊区有足够农田或果园等沼液消纳对象的猪场, 其废水可以采用还田回用模式进行处理;对于城市远郊没有农田、果园消纳沼液地区的猪场废水处理可以采用自然处理模式;对于城市近郊土地紧张地区的猪场废水可选用工业化处理模式对废水进行处理。各猪场在选择废水处理工艺时应按照减量化、资源化、无害化、生态化和运行费用低廉化的基本原则, 首先考虑从源头实施清洁生产, 减少污染物的产生量;其次应对猪场附近的环境承载力进行调查分析, 农田、果园等对沼液的消纳能力可以达到7～7.5 m3/ (hm2·d) ;最后根据调查结果因地制宜选择合适的废水处理工艺。

摘要：通过介绍猪场废水的三种处理模式 (还田生态处理模式、自然处理模式和工业化处理模式) 的工艺流程, 以及对其投资运行费用的分析, 为猪场废水处理的工艺选择、运行管理提供参考依据。

关键词：猪场废水,处理模式,经济分析

参考文献

[1]段妮娜, 董滨, 何群彪.规模化养猪废水处理模式现状和发展趋势[J].净水技术, 2008, 27 (4) :9~15.

[2]邓良伟.规模化畜禽养殖废水处理技术现状探析[J].中国生态农业学报, 2006, 14 (2) :23~26.

[3]刘志勇.畜禽养殖废水的处理技术[J].广东化工, 2009, 36 (7) :170~171.

[4]李淑兰, 吴晓芙, 刘英, 等.猪场废水处理技术[J].中南林学院学报, 2005, 25 (5) :132~138.

[5]曾悦, 洪华生, 曹文志, 等.畜禽养殖废弃物资源化的经济可行性分析[J].厦门大学学报 (自然科学版) , 2004, 43 (5) :195～200.

处理技术研究与应用 篇2

废纸造纸废水处理技术研究与工程应用

介绍了采用过滤+混凝沉淀处理废纸造纸废水的技术和工程实例.实验结果和治理实例表明,该工艺SS去除率达90%以上,CODCr去除率达85%以上, 处理出水水质能达到国家排放标准(GB3544-).此方法具有设备简单、运行稳定、操作方便、成本低等特点,适用于中小型废纸造纸企业.

作 者：董海山 DONG Hai-shan 作者单位：西南交通大学环境科学与工程学院,四川成都,610031刊 名：中国造纸 ISTIC PKU英文刊名：CHINA PULP & PAPER年，卷(期)：25(5)分类号：X793关键词：废纸造纸废水 微滤 混凝沉淀

电厂化学水处理技术的应用研究 篇3

关键词：化学工艺；水处理；技术

中图分类号： O6.12 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）20-171-2

0 引言

保护环境已经成为我国经济持续发展的基本国策，因此，污水处理应符合我国的环境保护法规和方针政策。污水处理，特别是工厂废水，经过一道道的处理工序后，再排放到大自然中去或进行再利用是当前世界上的一个重要课题。特别是我国现阶段的环境问题，在经济进入昌盛的时期，对环境问题也越来越重视。电厂，主要是依靠电能来进行日常工作，利用电力设备来进行发电、供电。而电厂中诸多类别的废水是否需要处理，可以根据采集出的样水的pH值、温度、磷酸根含量来测定电厂产生的废水是否需要处理，当数值超过指标时，就需要对废水进行处理再排放。

1 锅炉水的处理

按其来源，天然水分为三类：雨水、地表水和地下水。而锅炉用水按其部位与作用的不同，可分为以下几种：原水、给水、补给水、生产用水、软化水、锅水、排污水和冷却水。而锅炉中对其用水的处理，包括处理设备、处理范围、检测状况等。下面我们从处理设备开始说起。

电厂中锅炉水质处理中的处理设备包括：热力除氧器、全自动加药器、全自动软水器、解析除氧器、常温式海绵铁除氧器等。

而锅炉中水质处理范围主要包括补给水处理、凝结水处理、给水处理、给水加氨和锅内加药处理等四部分。

补给水处理：因蒸汽用途和凝结水的回收程度不同，锅炉的补给水量也不尽相同。凝汽式电站锅炉的补给水量一般低于蒸发量的3%，供热锅炉的补给水量可高达100%。而补给水的处理流程包括：预处理、软化、除盐。

凝结水处理：凝结水是锅炉用水之一，在其循环使用的过程中，也会受到汽轮机凝汽器冷却水泄露和系统腐蚀产物等的污染，也要对凝结水进行处理。凝结水的处理流程：凝结水进行过滤之后，再进行除盐，最后进行除氧。

给水处理：经过软化或除盐的补给水和凝结水，在进入锅炉之前一般要进行除氧。常用的除氧方式包括：热力除氧、真空除氧和化学除氧等。

给水加氨和锅内加药处理：一般要求添加氨或有机胺等用来提高水的pH值，防止酸性水对处理设施中金属部件的腐蚀。

以上大致总结了锅炉水的处理工艺，而随着化学工业的迅速发展，国家和高校对化学工业越来越重视；各种设备的发展；属处理自动化的提高，锅炉水处理也会迅速地发展壮大起大容量、高流速和高效率的新型水处理来。

2 对电厂化学水处理设备的腐蚀应对办法

在进行化学水处理的过程中，除盐、除氧、过滤等工序中都会产生酸性物质，连我们需要处理的废水中都含有大量的酸性物质。这些酸性物质长期积累在设备中，酸会造成对这些设备的腐蚀，有时腐蚀严重会影响正常工作，降低水处理的工作效率。

2.1 电厂化学水处理中的酸

比如水处理时用到的盐酸中含有大量的有机物，如带苯环的卤素取代物，对一般的橡胶会产生强烈的腐蚀效果。对于盐酸类的腐蚀，首先采用的是确定电厂水处理中的化学制剂是否符合要求，若不符合要求造成设备腐蚀应尽早处理。再者对于盐酸管道，要确定池子的内部是否处理干净，确认之后才可加入新的盐酸，在此期间要反复冲刷，确保清理完毕。最后要对各个设备进行逐一排查，将已经被污染的肥料排出，如果已经出现设备被腐蚀的情况，应优先处理，防止腐蚀的设备进行连带反应，对生产产生影响。

2.2 电厂化学水处理中管道腐蚀和酸碱中和池的问题及处理

酸液具有腐蚀性的原因之一是在对溶液进行pH值调节时，酸碱用量不足或酸碱溶液搅拌不均匀造成的。这类问题的处理办法有：对酸碱中和池的建造材料存在一定的渗漏问题，酸碱中和池的设计布局问题两个方面。面对建造材料的问题，各种树脂胶泥的裂缝灌注问题，板材之间粘合度的问题，面对这些问题，要同时注意板材之间的粘合度和结合层的厚度控制问题。在进行修复时，要把已经被腐蚀的板材修复和对周围土层的安全检查，防止已经被腐蚀的土层再度对修复好的板材进行再腐蚀。在设计布局上，将废水单独隔离，不能与其他安全水放置在一起以免发生连带污染。另外，废水池和管道尽量不要进行封闭处理，要用栅栏式的盖板，以便观察池内废水的情况，及时进行处理。

2.3 电厂中用水水质指标

在电厂水处理中，用水的水质指标也是一个重要的问题。从表征水中悬浮物及胶体的指标：①悬浮固体；②浊度；③透明度；而表征水中溶解盐类的指标：①含盐量；②溶解固体；③电导率；④硬度；⑤碱度；⑥酸度；这些指标都能说明用水指标的问题，如水中酸度的是表示水中能用强碱中和的物质的量，用酸度可表示强酸、强酸弱碱盐、弱酸和酸式盐。

2.4 电厂水处理的工作内容

在电厂水处理工作的主要内容大致包括：①净化生水；②高参数机组或直流锅炉的凝结水净化；③对给水的除氧、加药；④锅炉的锅内水处理；⑤冷却水的处理等。而通过基本的工作步骤，了解化学水处理的基本流程，面对管道腐蚀，要对管道进行技术改造。在设计中，就要考虑中和池的排水系统问题，使用吸虹器，但实际操作不简便。所以就改为管道下接止回阀抽水，排水。高位碱槽中氢氧化钠由于浓度高，冬天易凝固洁净，使阴离子交换器不能正常运行，为了解决以上的问题，设计安装中就要考虑到高位碱槽的蒸汽管道，防止氢氧化钠结晶凝固。

3 化学试剂对水处理的作用

3.1 磷酸盐处理

磷酸盐技术是处理汽包炉应用最广泛、最成熟的处理方式。但是随着超负荷的设备运行，磷酸盐处理的锅炉也出现了腐蚀问题。磷酸盐隐藏和再熔现象出现，导致炉水的参数波动。为防止磷酸暂时“消失”的现象，现在采取的工艺是降低磷酸根浓度的处理工艺。采用加入新的化学药剂平衡磷酸盐的方法，把磷酸控制住。而磷酸盐处理的作用主要体现在三个方面：①在我们的日常生活中，经常会出现烧水的壶中出现白色的片状水垢。而炉水中也会出现这样的水垢，为了防止水中的碳酸钙冷却后再在炉壁上形成钙镁水垢，降低水处理的效率，要消除炉水的硬度，减缓其结垢的速度；②水处理中产生的酸性杂质会腐蚀壁管，面对这种情况，要增加炉水的缓冲性，防止发生酸性或碱性腐蚀，增强对杂质的腐蚀抵抗能力；③在过程中产生的蒸汽，里面含有的二氧化硅会改善蒸汽的品质，对汽轮机造成腐蚀，所以在日常的保养过程中也要注意蒸汽的腐蚀作用。

3.2 氢氧化钠处理

除了磷酸盐，氢氧化钠也是为了减缓设备的腐蚀所加入的化学药品。氢氧化钠溶于水，在水中电离出氢氧根和金属钠离子，氢氧根中的氧会跟金属氧化膜最外层的电子吸附，改变溶液界面的结构，提高阳极反应的活化能，降低腐蚀速率；再者，氢氧根离子在吸附过程中把原来吸附在金属表面的水分子层打散，也降低了金属的离子化倾向。而使用氢氧化钠处理具有：降低壁管酸性腐蚀的风险；对炉水有较高浓度的氯化物具有包容性；减缓壁管结构等优点。

4 结束语

电厂化学水处理对环境污染问题中的工厂污水排放问题的解决具有积极的意义，但在其工艺的完善和技术的发展上仍存在问题，需要通过技术上的改善和合理地利用电厂化学水处理系统来完善水处理工艺。在保证电厂的正常工作效率的同时，也要有效地提高电厂水处理的效率，保证电厂经济效益的实现。本文中出现的关于水处理的方案，从实际入手，解决污水处理问题，利用化学工艺，进行详细的比选。但是除了技术工艺之外，也要注意机器设备的升级换代，这跟专业知识水平的提高有着密切的关系，设备合理布置，科学化管理等方面。注意加强原有设施的利用率和使用效率的同时，也要注意水处理的初衷是环境问题，降低能耗成本，还原到我们行使应用的初衷上来，把环保问题提到第一位。

参 考 文 献

[1] 高丽.电厂化学水处理技术发展与应用分析[J].化工管理，2015（08）.

[2] 郭佳晨.燃气电厂化学水处理技术分析与研究[J].山东工业技术，2016（02）.

大众煤矿生活水处理技术应用与研究 篇4

1 项目实施的目的

煤矿污水是一种具有行业特点的水污染源,将矿井产生的废水进行处理,然后作为煤矿工业用水或生活杂用水甚至成为饮用水。这不仅解决了矿井缺水问题,而且充分利用矿井井水资源,节省地下水资源。煤矿水污染分为两个主要部分:一是矿井水污染;二是矿区场地生活污水污染。

“斜管沉淀+二次沉底”的一体式水处理方式,是将传统的加药絮凝、混凝、沉淀、过滤、消毒、污泥脱水、自控等工艺为一体的处理方式,具有运行全自动化、出水稳定、操作简单、维护运行费用低、占地面积小的特点。

2 主要研究内容

根据矿井总体规划和排水规划,分期分批地建设污水管网和污水处理厂,要根据水环境保护的目标,分期实施,逐步到位。

(1)目前部分煤矿工业场地和居住区各建一座污水处理厂,两处征地,重复建设,投资增加,运行能耗高,管理费用高,技术力量分散,吨水处理成本高。一般来说,矿井工业场地和居住区相距不是很远,合建一座一定规模的污水处理厂更合理,考虑从居住区向工业场地排水,管道埋设太深,可在中间设置污水提升泵站,或者在工业场地与居住区中间地段征地建设污水处理厂。采取合建方式,不但可节省投资,且可大大降低运行成本。

(2)目前许多新建矿井设计中根据规范及全员效率,劳动定员数量较少,而实际建成后煤矿招聘大量的劳务人员,以及随着煤矿的发展,涌进大批的外来人员,使得煤矿的用水量增加,污水量也随之增大。因此,对于新建煤矿污水处理厂的设计,在建设规模时应考虑预留系数。

(3)由于煤矿污水水质水量变化较大,合理地确定设计的污水水量和污水水质,直接涉及工程的投资、运行费用和费用效益。生产污水与生活污水通盘考虑,不使留余地过大,避免增加投资、使设备闲置或低效运行。

3 煤矿矿井水工程技术原理

进水→曝气池(空气)→二沉池(剩余污泥排除,回流污泥至曝气池前)→出水。活性污泥净化过程机理:吸附阶段:污水和活性污泥接触后在很短时间内水中有机物(BOD)迅速降低,主要有吸附作用引起。由于絮状活性污泥表面积很大,表面具有多糖类粘液层,有利于吸附。

氧化阶段:有氧条件下,微生物将吸附的有机物一部分氧化分解获得能量,一部分合成新细胞,这一阶段比吸附阶段慢得多。

絮凝体形成与凝聚沉淀阶段:氧化阶段合成的菌体有机体形成絮凝体,通过重力沉淀出来,使水净化。

影响活性污泥增长的因素:溶解氧(2 mg/L左右)供氧不足影响微生物代谢,造成丝状菌等耐低溶解氧环境的微生物滋长,使污泥不易沉淀,出现污泥膨胀、营养物质(BOD5:N:P=100:5:1)包括:C、N、P、S、Ka、Mg、Ca、Fe和各种微量元素、pH(6.5～9.5)、温度(20℃～30℃)、控制对生物有毒有害物质(重金属、氰化物、H2S、卤素及其化合物、酚、醛、醇、染料)的浓度。

4 完成情况

(1)根据排水泵开机时间的不同,以前每天开机处理污水三次,现变更为集中自然沉淀后一次处理。这样就可以节约出来两个班的工作人员,就是说原需要三人完成的工作,现在一人就可以完成,在此基础的同时,也节约电量的损耗。原来每天需要开机时间约为8h,现在只需要5 h即可将污水处理完。

(2)前两次抽出的水先不处理,到污水池现进行自然沉淀8～12h,在第三次抽水前进行加药处理,依次循环,比每天一班一次处理科减少水处理用药量1/3,(聚丙烯酰胺10 kg、聚合氯化铝40 kg)化验处理过的水符合国家要求,节约资金,(由于水处理的用药十分昂贵,聚合氯化铝/公斤1.5元,聚丙烯酰胺/公斤7.5元,这样一来,可以节约资金近100元。)此项工程项目已在2011年11月上旬完成,并成功投入工作。

5 实施效果

根据排水泵开机时间的不同,以前每天开机处理污水三次,现变更为集中自然沉淀后一次处理。这样就可以节约出来两个班的工作人员,就是说原需要三人完成的工作,现在一人就可以完成,在此基础的同时,也节约电量的损耗。原来每天需要开机时间约为8h,现在只需要5 h即可将污水处理完。

前两次抽出的水先不处理,到污水池现进行自然沉淀8～12h,在第三次抽水前进行加药处理,依次循环,比每天一班一次处理科减少水处理用药量1/3,(聚丙烯酰胺10 kg、聚合氯化铝40 kg)化验处理过的水符合国家要求,节约资金,(由于水处理的用药十分昂贵,聚合氯化铝/公斤1.5元,聚丙烯酰胺/公斤7.5元,这样一来,可以节约资金近100元。)此项工程项目已在2011年11月上旬完成,并成功投入工作。

6 结论

2010年9月份正式投入运行,截止2011年7月份总共运转了10个月,经过科学合理的水处理开机次数优化运行,节约了水处理药费用41175元,污水处理厂通过污泥浓缩池共收集煤泥90t,每吨按700元计算,直接创造效益63000元,同时确保了排放污水全面达标,杜绝了以往矿井黑水对大自然直接排放的污染,由以往的黑水变为现在的清水排放,不仅得到了周边百姓的好评,而且周边的百姓也可以用排放的清水浇地、养鱼,对大众矿在污水治理上真投入、真处理给予了肯定,同样也得了环保部门的一致好评,不仅充分利用了矿井水,而且在环境保护方面也取得了很大的社会效益。

处理技术研究与应用 篇5

摘要：在介绍水力空化技术的概念、特点和降解机理的基础上,综述了近年来国内外水力空化技术的研究与应用最新进展,提出了水力空化技术的`发展方向.作 者：魏群 肖波 WEI Qun XIAO Bo 作者单位：魏群,WEI Qun(华中科技大学,环境科学与工程学院,湖北,武汉,430074;湖南城市学院土木,工程学院,湖南,益阳,413000)

肖波,XIAO Bo(华中科技大学,环境科学与工程学院,湖北,武汉,430074)

处理技术研究与应用 篇6

【关键词】餐厨垃圾；垃圾处理技术；循环利用；有效资源化

1.引言

随着人们对餐饮水平要求的提高，餐厨垃圾的产生已经成为一种很普遍的现象。这个词相信也已经被广大人民群众所熟悉。餐厨垃圾主要是指在餐馆、食堂、食品加工产业等地方由于在生产过程中和饮食行为中产生的剩饭剩菜以及一些过期不能食用的食品、废料之类的东西。在我国餐厨垃圾的产生的数量还是很多，这与我国的人数基数大有关，也与人们的生活素质有关，但不管是哪方面原因，我国每年产生的餐厨垃圾的数量是很大的。为了改善很多这方面的问题，我们应该尽自己的一份力减少餐厨垃圾，保护我们的生活环境。

2.餐厨垃圾的产生情况

环境和资源问题是当今世界共同面对的一个问题，同样餐厨垃圾的产生也是一个受到世界共同关注的一个问题。各个国家都采取相应的处理措施来应对这个问题。我国餐饮方面是一个十分热门的市场，每年大概有2万亿的销售额，但由于餐饮垃圾的产生导致有几千亿的销售额就这样白白的变成了无用的“垃圾”，这是一个很严峻的浪费问题。随着经济的发展，各个地区在餐饮方面的发展也是十分迅速的，餐饮垃圾的产生也是紧跟脚步。相关数据显示，我国餐厨垃圾的比例竟然占生活垃圾的40%-60%，如此庞大的数据实在是令人震惊。

3.餐厨垃圾的特点及相关危害

3.1理化特性

餐厨垃圾是一种食物残留而产生的垃圾，各个餐馆、食堂中都会产生很多餐厨垃圾，其中含有水分、有机物、蛋白、脂肪等各种各样的成分。由于成分的不同，最后处理它的方式也会有所不同。

3.2地区差异性

由于各个地区的饮食上存在差异性，因此餐厨垃圾的成分可能会有所不同，例如韩国人的口味就比较重，他们的食物中食用盐的含量可能比我们国家的食物要多，这种国家地域上的不同，因此造成了餐厨垃圾的地区差异性。虽然在同一个国家中，餐厨垃圾的成分也许产不多，但不同的国家就有可能会有所差别。

3.3餐厨垃圾的危害性

餐厨垃圾是一类含水量很高，营养含量也比较高的无用食品，由于它的有机成分含量比见高，所以它也是一类很容易腐烂的垃圾。在它腐烂的过程中难免会成为很多细菌的的生存基地，大量的细菌在此繁殖，當这些腐败的食物逐渐渗透到土壤中后，地面的植被会再次将他们当作营养物质来吸收，当我们人类再将此食入后，有害的物质就会在体内堆积，对我们的健康造成影响。所以说，餐厨垃圾不仅是一种浪费，还会间接地损害我们的身体健康。

3.4餐厨垃圾是一种资源的浪费

从资源利用层面来讲，餐厨垃圾的产生都是人为的。我们的社会资源是有限的，食物作为一种资源并不是取之不尽用之不竭，当餐厨垃圾产生后多多少少会给社会带来很问题，所以我们应该尽自己所能，减少不必要的浪费。餐厨垃圾虽然有很多易腐败的物质，但是还是有其它含有大量高营养物，通常来说，餐厨垃圾经过处理，可以做肥料，生物柴油，也可以进行沼气发电，经合理循环利用可以产生经济效益。

4.1焚烧法

焚烧法是将餐厨垃圾放在特定的地方，通过高温将他们焚烧的一种方法。这种方法的优点主要有：（1）垃圾焚烧后能够有效的将寄生在上面的细菌、病毒等微生物病原体彻底消灭掉；（2）焚烧可以明显的减少固体的占地面积，减容效果特别好；（3）经济方便，这种方法不需要消耗很大的成本，而且还可以自己控制，不受外在条件影响；（4）能产生能量，燃烧放出的热量可以供暖，有效利用资源。尽管焚烧有这么多的优点，但任何事物都是双面的，它也存在一些缺点，比如，在燃烧的过程中每吨垃圾都会产生很多废气，这些气体的排放是不利于空气的，甚至会造成空气污染，而且由于气体中含有二氧化硫，可能还会带来二次污染——酸雨；另外它在燃烧的过程中还会产生一种名为二恶英的致癌物质，这种物质会给人类的健康带来很大的损害。因此，这种方法在被应用之前，必须得慎重考虑，或者能处理它的不良影响，否则不能被广泛的应用于垃圾的处理方案中。

4.2填埋法

填埋法就是将餐厨垃圾送到填埋的地方进行填埋，这种方法被很多地区所使用，因为餐厨垃圾中含有大量的有机物可以被降解，可以在土地里自然分解，这种方法操作起来比较方便，但是有时会影响填埋地的土质造成土地污染，这些是不容忽视的问题，长期下去也会给当地的居民带来生活上的困扰，比如空气质量、土壤环境等等。

4.3粉碎法

粉碎法就是集中将餐厨垃圾直接进行机械粉碎，然后再将这些碎屑排入污水处理系统中，将它们同污水一起进行集中的处理，这种方法操作简单，消耗的成本也不多，但它只适用于少量的餐饮垃圾，不利于处理大产量的餐厨垃圾。

4.4餐厨垃圾处理机

这种处理方法主要有三大类：第一种类似于粉碎法是将餐厨垃圾直接粉碎后，然后排入污水处理中心；第二种则是蒸发餐饮垃圾的水分，从而缩小它的体积；最后一种则是利用一些微生物将餐厨垃圾分解处理后，再将剩下的残渣当作有机肥料进行使用。这三种处理机都比较方便实用，但消耗的成本可能会比较高。

4.5厌氧消化法

厌氧消化是指在无氧的条件下通过一些厌氧微生物将餐厨垃圾分解成各种小分子的物质。在这个自然分解的过程中，不仅缩小了餐厨垃圾的体积，还能提取到很多的资源物质。这种方法能通过控制微生物的种类来获取各种不同的物质成分，能够实现循环利用。

但是这种方法需要消耗很多的物力、财力和人力，而且在分解的过程中还会产生很浓的刺激性气味。此外，参与其中的各种微生物对环境的酸碱度要求很严格，在这种高油脂的环境下并不利于完成物质的分解作用。一般情况下，分解后残渣的处理也是一个很棘手的问题。

4.6饲料化处理

饲料化处理是一种很好的处理方式，现在饲料在市场上比较畅销，很多饲料厂对饲料的需求量也很大、很广。将餐厨垃圾饲料化处理的方式主要有两种：（1）生物处理制饲料，这种处理方法是将餐厨垃圾中的病原菌通过特定的方法将其杀灭的一种方法；（2）高温消毒制造饲料，这种方法的原理就是在高温作用下彻底消灭餐厨垃圾中的病原体，然后再将其搅碎，最后直接将搅碎后的东西做成饲料，供给禽畜食用的方法。这两种方法对于处理餐厨垃圾经济效益十分可观，但是目前也存在一些问题，主要就是它的安全。作为一种饲料，它的消毒水平是很高的，在杀灭病原体时，操作技能和设备必须达到很成熟的地步，否则，一旦病原体杀灭不全面就会带来很大的损失。因此，在运用这个技术时，务必要考虑全面，妥善使用各种消毒器材。

4.7能源化处理

能源化处理是一种比较先进的处理措施，这也是最近几年不断发展而发现的一种比较新颖的处理方法。它包含的内容十分多，主要有焚烧法、热分解法以及制氢法等等。焚烧法能够很大程度上的将产生的能量进行重新利用，从而实现了能源的循环利用。热分解法是将餐饮垃圾中的能量通过热分解转变成所需要的形式，例如燃气、油之类的。

4.餐厨垃圾处理存在的问题

实际操作中餐厨垃圾的处理并没有理论上说的那么容易，在操作中总是会或多或少的遇到一些处理中的问题，主要有以下几点：

（1）粉碎法，直接排放可能会带来一些很现实的问题。第一，直接排放固体状的餐厨垃圾，这对水的需求量是很大的，需要足够多的水来溶解餐饮垃圾，对水资源是一种浪费；第二，直接将固体的餐厨垃圾排放入水中，残留的残渣可能容易产生细菌；第三，将餐厨垃圾排入水中同污水处理一同集中处理，这会给污水处理厂增加很大的工作量；第四，直接排放也不利于有机成分的回收，达不到资源的循环利用。

（2）餐厨垃圾是一类含水量十分丰富的垃圾。现在由于可以用来填埋垃圾的土地越来越少，这对垃圾的处理是极其不利的，当将餐厨垃圾填埋在土壤下时，由于长期的发酵作用会产生大量的沼气，这些沼气如果没有得到充分的回收利用就会扩散到空气中去，而沼气是引起全球气温变暖的一种气体，倘若没有妥善的处理好，可能会对自然生态环境造成不利的影响。同时，长时间的填埋也会对土质造成不良的影响，特别是地下水的污染。这些污染会产生有害物质威胁人类的健康。

（3）人民群众对餐厨垃圾的管理意识不够强，很多个人出于利益驱使直接将餐厨垃圾直接拿去喂养畜禽，而没有经过消毒处理，人再吃了这些畜禽是不利于人的健康的。另外，有些地方相关餐厨垃圾方面的法律不健全，有关部门缺乏相关岗位的管理人员，而且群众也没有养成分类处理的生活习惯，大家的节约意识不够强。

（4）餐厨垃圾处理机的消耗资金比较大，经营餐饮方面的行業没有足够的资金投入到餐厨垃圾处理机这一目标上，这一措施的实施比较缺乏现实和适用性。

5.餐饮垃圾的处理建议

餐厨垃圾就像其他所有的东西一样都有两面性，即有好的一面也有不好的一面。餐厨垃圾是一种资源的浪费现象，它对于环境来说具有污染性，但它也可以作为一种回收利用的资源，来制造出肥料、饲料、沼气等等有益的资源，从而变废为宝应用于我们的生活。为了很好的将它们变废为宝，就应该对它的管理方式加以改善，因此，我觉得可以从以下几点入手：

（1）从源头上减少餐厨垃圾的产生量，国家可以采取一些措施，如设立相应的施救点，允许个人或餐馆将可以使用未过期变质的剩余食物捐赠到这个地点，然后该施救点再将这些食物供给一些贫穷或者无家可归的人食用，这样不仅可以给社会上的流浪人带来温暖，还可以从根本上解决餐厨垃圾的产量。

（2）完善回收制度，建立一种比较完整的回收系统和处理设备，使用统一的回收工具，避免造成再次污染。主要是政府可以投资建立相关的餐厨垃圾处理厂，集中处理生活中产生的餐厨垃圾，使餐厨垃圾的处理能够更加规范，具有系统性、统一性，从而提高广大人民的环保意识。另外还可以建立惩罚制度，对环保意识很高并能在生活中规范自己的行为的群众进行适当的奖励，对不遵守的人给予适当的惩罚，这样距可以督促大家在生活中依法办事，在源头上减少餐厨垃圾的制造。

（3）采用先进的餐厨垃圾处理方法。生物转换技术，通过利用生物转换将餐厨垃圾转换成一些可以被重新利用的有机肥料；高温灭菌法，高温灭菌后可以讲这些餐厨垃圾作为饲料供给饲养畜禽的养殖场，这样就可以达到循环利用资源；微生物处理技术，采用这种方法后可以从源头上减少餐厨垃圾的量，使之转化成水、气体等之类的物质。

（4）加强对群众的宣传教育，使他们充分意识到餐厨垃圾对生活和健康的危害。学校教育方面可以向学生传播这方面的知识，增强他们的环保意识；社会上，政府可以采取相应的措施来减少餐厨垃圾，比如限购令，相关部门可以根据实际情况，限制每个人吃饭点菜的量或者最多可限购多少，这样可以避免剩余过多的现象发生，从而减少餐厨垃圾。

结束语

现阶段，合理地处理餐厨垃圾带来的相关问题，可以促进城市的经济发展，还能提高城市居民的生活水平，同时，还能够保障资源的合理应用，减轻环境污染。随着科学技术的发展，相信在不久的将来，餐厨垃圾的处理将会发展得更合理化，潜藏在其中的价值也会被更好地利用起来。

参考文献

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污水处理及再利用技术研究与应用 篇7

欢四联合站, 日处理量15000方, 外输稠油2000吨, 日外理稀油650吨。主要生产岗位有稠油岗、稀油岗、化验岗、污水岗、计量岗、维修班等6个生产岗位。主要负责采油作业三区来油沉降脱水以及稀油外掺和稠油外输工作。由于生产环境不断变化为适应新的生产要求, 欢四联先后对站内生产工艺进行了三次大型改造和扩建。现在欢四联合站有储罐20具, 其中10000m3储罐4具;5000m3储罐4具;3000m3储罐8具;1000m3储罐2具;700m3储罐2具。日处理量18500方, 外输稠油2300吨日, 外理稀油600吨。生产流程如下:

稠油系统:采油作业三区来油64℃分开计量后, 其中10000m3并联进入01#02#一次沉降罐 (5000m3) , 另外7000 m3进入06#一次沉降罐 (10000m3) , 经化学沉降脱水后, 自压进入4#缓冲罐 (3000m3) , 后经脱水泵加压计量后 (2350m3/d温度56℃含水2%) 经二次换热器加热后并联进入03#、05#二次沉降罐 (10000m3) 沉降脱水, 后自压进入1#、2# (5000m3) 、04# (10000m3) 好油罐, 通过外输泵提压计量后外输 (2350m3/d温度54℃含水0.5%) 。好油罐抽底水进入3#缓冲罐 (3000m3) , 后经脱水泵加压进入二次沉降系统, 含水5%以内。

污水系统:一、二次沉降罐污水自压进入污水处调节罐处理后其中14000 m3左右经污水站深度处理后调往热注锅炉用水。另外1500m3左右经外调水泵调往四区注水井, 剩余部分调往华油污水处理站。

二、高含硅污水回用锅炉技术研究与应用:

齐40块实施工业化转驱以来, 日产液量大幅上升, 达1.2-1.8万m3/d, 由于达标外排环保要求高, 处理成本高, 研究了水质深度处理技术及回用注汽锅炉技术, 实现了蒸汽驱稠油污水循环利用。但蒸汽驱产出原水为高硅稠油污水, 硅含量达170-350mg/l, 为保证出水达到锅炉用水指标, 设计应用了除硅工艺, 实现硅含量达100mg/l以下, 但除硅工艺存在除硅加药种类多, 加药量大, 硅泥量大、水质性质发生变化、除硅导致系统结垢严重、除硅运行成本高、影响系统运行效率等问题。

针对这种情况, 在对大量垢样分析及理论推理的基础上, 在国内首次提出将水中Ca2+、Mg2+等致垢高价金属阳离子浓度控制在20PPb以内, 实现高含硅污水安全回用锅炉的理论, 并通过室内实验证明了该理论。实验表明:降低Ca2+、Mg2+浓度能降低锅炉结垢速率, 将Ca2+、Mg2+浓度限值控制在20ppb以内, 结垢速率将降低到除硅工艺的1/2。为了实现该技术在现场的有效应用, 在欢四联进行技术示范, 进行小试和扩大示范。小试过程中, 为了进一步实现高价金属离子的深度去除, 针对前期室内研究树脂抗油能力低, 现场适应性差的问题, 新研发了新型大孔弱酸树脂与新型螯合树脂, 实现现场出水高价致垢离子浓度控制在20ppb以内, 达到了室内实验要求, 随后在欢四联进行了扩大示范推广应用, 实现了锅炉平稳运行。该示范在实施后, 实现吨水处理成本由7.4元/t下降至3.8元/t, 大幅降低水处理成本, 目前已经在全局稠油污水处理上进行规模应用, 年节约成本1.2亿元。

三、关键技术及应用:

关键技术及应用1:在国内首次提出并证明将水中钙镁等致垢高价金属阳离子浓度控制在20PPb以内, 实现高含硅污水安全回用锅炉的理论。锅炉结垢三要素为温度/压力、Si O2含量、高价致垢离子浓度, 而温度/压力通常可以认定为不变量, 传统解决工艺技术为采用加药降低稠油污水中的Si O2浓度, 控制结垢。而本项目转换技术思路, 通过进一步降低稠油污水中的致垢离子浓度达到控制结垢的目的。室内实验考察了低含硅水中Ca2+、Mg2+浓度对锅炉结垢速率的影响, 结果表明:Ca2+、Mg2+浓度越高锅炉结垢速率越大, 即降低Ca2+、Mg2+浓度能降低锅炉结垢速率;室内试验进一步考察了高含硅水Ca2+、Mg2+浓度对结垢速率的影响, 及Ca2+、Mg2+浓度限值, 结果表明:高含硅水, 深度去除Ca2+、Mg2+浓度可进一步降低结垢速率;将Ca2+、Mg2+浓度限值控制在20ppb以内, 结垢速率将降低到除硅工艺的1/2。

关键技术及应用2:研制开发出了适用于稠油污水水质的新型大孔弱酸树脂与新型螯合树脂。为了深度去除高价金属离子, 前期室内研发了IRC747树脂和IRC748树脂, 在室内实验中可达到理论要求。但在现场小试过程中发现, 两种树脂处理出水水质中金属离子浓度、硬度高于室内实验水平, 未能达到20ppb以下, 分析为现场连续运行时水中油及有机物对树脂影响较大, 原树脂抗油抗污染能力弱, 为此重新新型大孔弱酸树脂与新型螯合树脂, 新型树脂均具有更大的静态工作交换容量和反应速率, 具有更大的吸附周期和有机物洗脱率, 具有更好的抗油污染性能, 可容纳进水中含油量与有机物 (COD) 含量明显提高, 再生过程酸碱用量减少, 降低运行成本, 抗油型螯合树脂能够满足在油田污水水质条件下的高精度软化要求。通过现场运行可实现处理出水高价致垢离子浓度控制在20ppb以内, 达到了室内实验要求。

关键技术及应用3:提出并确定了高含硅稠油污水回用锅炉工艺流程。在老流程基础上取消除硅池, 软化流程由两级大孔弱酸树脂改为大孔弱酸树脂+螯合树脂, 通过深度软化, 实现高价致垢金属离子浓度达到20ppb以下, 从而达到放开硅含量、不除硅, 通过控制高价致垢金属离子浓度实现高含硅污水回用锅炉的目的。并在室内实验和现场小试的基础上, 进一步确定优化了工艺参数和再生条件。

关键技术及应用4:通过开展高含硅稠油污水回用锅炉技术小试, 实现了水中微量二价/三价结垢离子浓度从ppm级降至ppb级, 保证了高硅污水回用锅炉正常运行。利用新树脂小试过程中, 连续跟踪出水水质, 高价致垢金属离子浓度可达到20ppb以下。现场小试回用热注锅炉对比试验, 高硅水和除硅水进锅炉结垢基本相当, 但高硅水垢样结构疏松, 更易清洗除垢, 且不影响锅炉性能。

四、高含硅稠油污水回用锅炉技术总体评价

处理技术研究与应用 篇8

1 人工湿地的类型

从工程的角度出发, 按照系统布水方式的不同或水在系统中流动方式不同, 人工湿地可分为自由表面流人工湿地 (Surface Flow Constructed Wetlands, SFW) 、水平潜流人工湿地 (Subsurface Flow Constructed Wetlands, SSFW) 和垂直流人工湿地 (Vertical Flow Constructed wetlands, VFW) 。3种类型的湿地都有各自的优缺点, 表面流人工湿地水力负荷较小, 允许藻类和浮叶植物在自由水体表面生长, 由于浮叶植物比挺水植物具有更高的光合活性, 产生的氧气可间接使二氧化碳转移, 降低水体p H值, 从而去除磷酸盐和促使氨挥发, 硝化强度高于潜流湿地[18], 但总体来说处理效果并不理想, 不能充分利用基质及植物根系的作用, 对氮、磷处理率偏低 (一般去除率为10%~15%) [19]。表面流人工湿地夏季有滋生蚊蝇现象, 运行受气候影响较大, 多见于气候温和地区的大型城市污水处理系统。根据一级动力学模型, 潜流人工湿地属于稳态和理想推流模式[20], 其水流位于填料层以下, 这样就可以充分利用填料表层生长的生物膜、丰富的植物根系及表层土和填料截留作用, 延长停留时间, 提高处理效果和能力;同时, 由于水在地表下流动, 具有一定的保温性[21], 处理效果受气候影响较小, 卫生条件较好, 是目前广泛研究和应用的湿地处理系统[22,23,24], 但其投资略高, 且对氮的去除率不高。垂直流人工湿地的水流综合了表面流人工湿地和潜流人工湿地的特性, 水流在填料床中由上而下做竖向流, 污染物去除机理基本与潜流人工湿地相同。与表面流人工湿地相比, 垂直流的底层氧化能力更高, 因此对污水有较高的处理能力。但这种系统的布水、集水系统复杂, 对基建要求高, 造价也高。聂志丹等[22]在同等条件下开展了3种类型人工湿地处理效果的比较研究, 结果表明, 垂直流人工湿地对氨氮、总氮和总磷的去除效果最好, 潜流人工湿地对高锰酸盐指数和叶绿素a的去除效果最好, 但垂直流和潜流人工湿地之间的差异较小, 表面流人工湿地对各污染物的去除效果均远低于前两者。从出水水质稳定性来看, 垂直流人工湿地出水水质最稳定, 潜流次之, 表面流最差。

2 人工湿地的基质

基质的作用为提供水生植物生长所需的基础, 为污水在其中的渗流提供良好的水利条件, 为微生物提供良好的生长载体。基质的选择是人工湿地设计的一个十分重要的环节, 一般根据各污染物含量、当地基质材料来源、经济等因素综合考虑。首先要选择合适的粒径, 粒径过小, 其水力传导率较小, 易形成地表漫流和部分湿地床的缺水, 导致植物不能正常生长、短流从而使湿地的实际处理效果下降;大的粒径虽然可以解决低水力传导率的问题, 但对微生物的栖息来说, 单位面积内可利用的面积变少了, 不利于其大量挂膜生长, 同时大的、有棱角的基质对植物根系的增长和蔓延不利。其次是基质材料。目前在人工湿地应用中的基质主要有3类[25]:天然材料、工业副产品与人造材料。天然材料主要有沸石、页岩、石灰石、黄褐土、贝壳等;工业副产品主要有粉煤灰、煤渣、高炉矿渣、电弧炉钢渣等;人造产品主要是指活性炭。各种基质材料因为其物理特征、化学成分不同, 对污染物的吸收、去除效果各异。沸石对COD的去除率较高[26], 吸附氮素的能力强[27], 对磷的吸收因其对钙、铁、铝等金属元素的含量有关;页岩对有机物、氮磷的去除率均较好, 是理想的基质材料;而石灰石的吸附容量大, 但吸附速率较低, 且单独做填料时不适合微生物生长, 宜与其他材料组合使用。粉煤灰多孔, 比表面积较大, 对总磷的吸附性能较好, 但对氨氮的吸附不理想[28], 且其碱性较高, 对植物生长造成伤害。煤渣在氨氮、总磷和COD的吸附中没有明显效果, 多与其他基质组合使用[29,30]。人造材料的研究主要为用杏壳、核桃皮等烧制的活性炭, 研究表明活性炭对COD的吸附稍大于空心砖屑、粉煤灰和煤渣, 但其价格较贵, 在人工湿地的应用推广上无明显优势。随着人工湿地污水处理技术研究的深入, 人们也对一些特殊的基质进行了试验。在国外, 研究员对轻质的膨胀黏土颗粒 (陶粒) 、轻质聚合体 (LWA) [31]做了试验。

3 人工湿地植物

植物在人工湿地中的作用为:直接吸收利用污水中的营养物质, 过滤、吸附和富集重金属和一些有毒有害物质, 为根区好氧微生物输送氧气, 为各种生物化学反应的发生提供适宜的氧化还原环境;增强和维持介质的水力传输。常用的人工湿地植物种类有芦苇、富贵竹、美人蕉、香蒲、菖蒲、苔草、灯心草、凤眼莲、浮莲、水葫芦等。不同湿地植物的蒸散量、生物量、根密度和根长存在较大的差异, 这些差异对水生植物的泌氧性能、人工湿地的水力负荷率, 氮磷去除效果和有机污染物的降解有重要的影响。总体而言, 挺水植物的净化效果明显优于浮水植物, 原因是挺水植物的净化作用是植物同化利用、根系微生物与酶类、填料结构与其表面的物理化学过程综合作用的结果, 且植物向根区输氧能力更强, 在植物根区的还原态介质中形成氧化态微环境[32], 而浮水植物的净水机制相对单一。黄时达等[31]比较了芦苇、灯心草和香蒲3种植物的污染物净化能力, 结果发现灯心草去污能力最强, COD的去除率达到42%~46%, 高吉喜等[34]选择了7种湿地植物, 研究发现, 慈菇和菱白的综合净化率最高。

植物的生长存在地域差异, 水温低于10℃时, 人工湿地的处理效率会明显下降, 且有学者[35]认为, 在4℃以下时湿地中的硝化作用趋于停止。这也就说明在气温很低时即使湿地不结冰, 污水的处理效果将受到严重影响。因此, 通过设计冬贮兼性塘、空气隔层或覆盖层、选择潜流人工湿地等措施提高湿地的处理效率。即使同一地区, 不同植物因其生理特性不同, 在冬天也存在生长差异。靖元孝等[36]研究表明, 在华南地区风车草能全年保持生长, 即使在冬天仍能维持一定的生长速率, 而菖蒲等其他几种湿地植物在冬季基本停止生长, 表明风车草在华南地区是一种较为理想的人工湿地植物。

综合当前在该领域的研究, 在选择植物时应优先本土植物, 选择抗逆性、净化能力强、处理效果、生长周期长的植物, 同时遵循适地适种原则, 考虑经济和观赏价值以及重视物种间的合理搭配。

另外, 湿地植物种植密度的确定也是十分重要的。过低则污水的处理能力下降, 植株易受到其他物种的竞争影响正常生长, 而过密容易引起营养供应不足, 植株矮小, 抗病虫害能力下降, 影响污水处理效果。如王磊[37]等通过对10个不同种植密度下植物生长状况及对污水处理效果的监测, 发现芦苇、茭白的合理种植密度为16~25株/m2。

4 人工湿地景观构建

人工湿地的设计不仅要关注它的净污功能, 同时也要重视它的景观作用。从群落配置、合理布局与景观美学等方面对植物进行调控与配置, 可以与周围景观融合成一体, 既美化了环境, 又体现了生态的主题。选择植物时注重种类的多样性, 但应该尽量选择乡土种, 避免外来物种入侵导致生态灾难。对植物的空间配置要有一个立体的全方位的规划, 综合考虑植物的种类、株高、颜色、外形和生长期, 实现植物配置的层次感和立体感, 形成旱生-中生-湿生和乔木-灌木-草本-挺水植物-浮水植物-沉水植物的梯度化分布, 构建别具特色的立体水岸景观和水体空间景观[38]。从人类的感官出发, 组织植物的空间格局, 形成一个自然化的状态, 摒弃传统的整齐划一的模式, 防止引起视觉疲劳, 采取组团式、错落式以及落差式等形式对植物进行组织, 使植物形成点、线、面相结合的空间自然景观。

在人工湿地前端工艺部分, 由于污染物浓度较高, 选择耐污染能力强的植物品种, 末端污水浓度降低, 可设置稳定塘、景观塘等处理段, 更多考虑植物的景观效果。如种植凤眼莲、菱角、荷花、睡莲、泽泻等。同时, 这些水生植物的湿地水域为鱼群和水禽适宜的生存环境, 呈现人与自然和谐的生态景观。

5 人工湿地存在的问题

从已有的工程实践来看, 目前人工湿地的长期运行尚缺少安全保障, 存在的最大问题是容易造成湿地的堵塞。据美国环保局对100多个运行中人工湿地的调查, 有将近1/2的湿地系统在投入使用后的5年内形成了堵塞[39]。李雪娟等[40]认为人工湿地的堵塞层是由沉降和被过滤的固体颗粒在微生物作用下累积而成, 由嵌入在细菌胞外的多聚物、腐殖质组成。人工湿地堵塞后, 目前国内外尚没有很好的恢复对策, 国外流行的做法是停床休整恢复部分渗透性, 国内采用人工翻晒的方法清除堵塞物。预防与延长堵塞周期的措施有选择合适的填料粒径和选择根际输氧能力强、分泌难降解物质少的植物, 并定期收割地上部分, 对进水进行预处理, 或者定期更换表层填料。

6 展望

6.1 人工湿地研究与应用范围日益广泛

无论是发达国家还是发展中国家, 人工湿地在城市生活废水中已经得到广泛地应用, 最近发达国家已将重点转移到应用人工湿地处理特殊工业废水。一些学者在淀粉工业、制糖工业、食品加工和奶制品加工废水的处理中, 或者经过工艺改进或者与其他系统进行组合后用于农业面源污染[41,42]、城市或公路径流等[43]非点源污染的治理、垃圾场渗出液[44], 均得到了很好的净化效果, 为类似废水的处理提供了一条新途径。

6.2 人工湿地研究与应用区域不断扩展

在国外, 许多学者结合不同地区的具体情况深入开展研究工作, 取得适合于不同地区、不同环境、不同气候条件的实用数据, 促进人工湿地在寒冷地区污水处理中的推广。这项技术在国内还未得到广泛应用, 有关工艺设计资料和应用实例还不多见, 有待结合我国不同地区的具体情况深入开展研究, 取得适合于不同地区、不同环境气候条件及不同污水特性的实用数据, 以促进人工湿地在我国各地区的推广应用。

6.3 人工湿地的研究有待进一步深入

处理技术研究与应用 篇9

腈纶即聚丙烯腈纤维,又称人造羊毛。它是以丙烯腈和其他单体为原料,经聚合、纺丝过程制备而成,主要用于制造毛毯、人造毛皮和毛绒玩具。我国是世界最大的腈纶纤维生产国,现有生产能力92万t/年,约占世界总产能的1/3[1]。腈纶生产中产生的废水具有有机污染物浓度高、聚合物粉末和低聚物难生物降解、水质成分复杂且波动大、含有毒性很大氰化物、废水中的含氮物质在处理过程中会分解产生高浓度氨氮等特点,使其在高分子材料生产废水、有毒废水、高氨氮废水等处理上具有典型性,是公认的高浓度难降解有机废水。近年来,随着世界环境压力的不断增加,我国对环境管理的要求越来越高,对解决重点环境问题的技术需求也越来越迫切[2],高浓度难降解有机废水的治理即为其中之一。因此,对国内腈纶废水处理技术的研究和应用进行细致地梳理与分析,不仅能够为腈纶行业污染防治技术体系的建立提供建设性的参考意见,同时也为高浓度难降解有机废水处理新技术的开发提供有益的借鉴。

2 腈纶废水的生化处理技术

通常,废水处理以生化处理作为其有机污染物去除的主体单元。由于腈纶废水中含有丙烯腈、丁二腈、乙腈、低聚物、纺丝溶剂、油剂等多种污染物且浓度较高,需对其可生化性做深入研究。张亚雷等[3]采用计算污染物分子连接性指数的方法对腈纶废水的生物降解性进行了理论分析和归类,发现腈纶废水中难生物降解的污染物所占比例达到40%以上,直接以生化法处理腈纶废水至达标难度大,建议辅以适当的预处理措施。同时,张亚雷等[4,5]也通过实验对腈纶废水的生物降解性进行了研究,得到的结果与理论计算相符。

鉴于腈纶废水的生物降解性较差,理论上宜优先选用厌氧生物技术。20世纪80年代末,我国从美国Du Pont公司引进DMF干法二步法腈纶生产技术和设备,建立了5个干法腈纶生产企业,统一采用了纺织部设计院设计的厌氧—好氧—生物活性炭废水处理工艺,厌氧生物技术开始在腈纶废水中应用。但是对于干法腈纶废水,其中的亚硫酸盐质量浓度高达300~1200mg/L,造成厌氧反应器不能正常稳定运行。

针对上述问题,齐鲁石化公司与清华大学合作,开展了干法腈纶废水厌氧处理技术研究。杨晓奕等[6]对单相和两相厌氧处理技术进行了比较。结果表明,两相厌氧不仅比单相厌氧对COD的去除率高,运行稳定,亚硫酸根干扰小,在提高废水的可生化性上也显示出明显的优势。试验中还发现,在pH=7.9~8.2时,亚硫酸盐还原成为底物降解的主要代谢途径,而在pH=6.8~7.1时,甲烷菌的竞争占优势,有效解决了亚硫酸根对厌氧的不利影响。杨晓奕等[7,8]提出的混凝—两相厌氧—缺氧—好氧工艺流程,对腈纶废水中COD的去除率达到78.5%~82%,BOD5去除率达到95%~98%,总氮去除率达到60%~65%,EDTA去除率达到75%~85%;最终出水COD浓度可降至220~260mg/L,BOD5小于15mg/L,EDTA小于25mg/L,NH3-N和亚硫酸盐则低于检测限。

此外,杨晓奕等[9]还提出了一套以气浮预处理-AB生物处理工艺来处理干法腈纶废水的流程,A段为生物吸附,B段为厌氧—缺氧—好氧工艺。在温度为50~65℃的条件下,腈纶废水经气浮预处理和A段生物吸附处理后,进行厌氧消化。硫酸盐还原产酸反应和产甲烷反应各自独立,分相串联,两者间增加生物脱硫单元。之后,废水进入缺氧池,与生活污水和生产清净下水混合,经缺氧—好氧生物脱氮处理后达标排放。

将厌氧过程控制在水解发酵阶段,既可充分利用水解酸化对悬浮有机颗粒的降解优势,又能缩短反应停留时间,在腈纶废水处理中也多有研究。

汪宏渭等[10]采用水解酸化—好氧生化—生物硝化工艺来处理经过铁碳内电解和混凝沉淀预处理后的腈纶废水,出水COD和BOD5可分别降至148mg/L和16mg/L,NH3-N浓度为13mg/L,SS浓度小于100mg/L,出水水质达到腈纶行业一级排放标准。

周键等[11]采用复合水解反应器对腈纶废水进行了处理,分析了影响废水水解酸化的因素。结果表明,当污泥浓度为20gVSS/L左右,COD容积负荷为5.69kg/(m3·d),HRT为7h时,出水COD去除率达到23.8%,B/C可增至0.55。

目前,国内实际应用的腈纶废水的好氧生物处理工艺以生物接触氧化为主,也有生物炭塔、曝气生物滤池等。在实验研究方面,国内研究者对腈纶废水的好氧生物处理效果也进行过大量的研究。

许谦[12]采用了SBR工艺对腈纶废水进行了处理。结果表明,在进水COD浓度为3000~4000mg/L、COD容积负荷为2.0kg/(m3·d)时,出水COD可降至400~600mg/L,去除率达到75%~85%,出水NH3-N可降至10mg/L以下。

黄民生等[13]采用混凝—缺氧—好氧流化床—生物接触氧化对腈纶废水进行了处理,发现生化过程缺磷源、硝化过程缺碱度是影响腈纶废水COD去除和脱氮的重要因素。混凝对腈纶废水中的腈纶低聚物具有良好的去除效果,缺氧生化过程中的酸化与水解作用对提高废水的可生化性、将有机物转化为低分子无机氮起到重要作用。

杨晓奕等[14]针对干法腈纶废水中难降解的氨羧络合剂提出了一种好氧生物处理工艺。其特征在于加入10~20mg/L水溶性羧酸盐作为共基质;当废水中含氨羧络合剂为300mg/L,水力停留时间8~12h时,氨羧络合剂去除率≥98%;同时兼有去除其他形式存在的COD和NH3-N的功能;当废水中NH3-N含量达到200mg/L时,去除率达99%以上。

高明华等[15]发明了一种采用好氧生化处理和絮凝沉淀组合工艺来处理腈纶生产综合废水的方法。其创新点在于在生化处理中加入了铁、镁、钙等金属离子,使其与废水中的氰、腈、胺等物质反应生成螯合物质,阻止了上述物质对微生物活性酶的破坏作用,解决了废水处理中微生物螯合性中毒问题,提高了微生物活性和废水处理效果,缩短了处理流程。

总体上,单独的厌氧和好氧生化处理均难以满足腈纶废水达标排放的需要,厌氧与好氧技术的结合已成为目前腈纶废水中有机污染物去除的必由之路。

3 腈纶废水的预处理技术

腈纶废水中含有丙烯腈、丁二腈、乙腈、低聚物、纺丝溶剂、油剂等多种污染物,可生化性很差。采取适当的预处理措施,降低腈纶废水中难降解有机物的含量,提高废水的可生化性,是强化腈纶废水生化处理效果的必要步骤。近年来,国内对腈纶废水物化预处理技术的研究多集中于混凝[7,8,16,17,18]、内电解[19,20,21,22,23]、高级氧化[24,25,26,27,28,29,30,31,32]等方面,也有其他预处理技术[33]的少量报道。

3.1 混凝

由于腈纶废水中的难降解低聚物多为胶体物质,通常会选用操作简单的混凝作为生化处理的预处理手段。表1对混凝预处理腈纶废水的效果进行了比较。

从表1可以看出,混凝对腈纶废水中有机污染物的去除有一定效果,但总体去除率不会超过30%。用于腈纶废水预处理的混凝剂仅限于聚合氯化铝、聚合硫酸铁和聚丙烯酰胺,其种类还有待丰富,另外对混凝条件的研究也需深入。

3.2 内电解

利用铁屑内电解法处理工业废水,因其具有“以废治废”、效果好、投资省、适用面广、运行成本低等优点,近年来受到广泛的重视。内电解用于腈纶废水处理也多有报道,其处理效果比较见表2。

从表2可以看出,在将内电解技术用于腈纶废水的预处理时,各研究者采用的Fe/C有较大差别,但多数选择了较低pH值的处理环境,COD去除率普遍不高。上述研究还表明,内电解可改善废水的可生化性,与混凝结合可进一步提高废水的COD去除率。但腈纶废水经内电解—混凝处理时,絮凝污泥存在泥量大、沉降困难等问题,是工艺设计过程必须重视的问题之一。

3.3 高级氧化

高级氧化是近年来发展起来的一项高浓度难降解废水处理技术,包括臭氧氧化、Fenton试剂氧化、光催化氧化等。目前,关于腈纶废水高级氧化处理的报道很多,是腈纶废水处理技术研究的热点领域。

赵朝成等[24]以腈纶废水为研究对象,对比了单独臭氧、臭氧—活性炭和臭氧—二氧化锰3种方法的氧化效果,考察了初始pH值和反应时间对处理效果的影响。结果表明,臭氧与二氧化锰共同作用时,COD去除率最高。氧化20min,去除率可达40%。

张荣明等[25]进行了Fenton试剂氧化预处理腈纶废水的研究。在常温、pH值为3.5的腈纶废水中,加入适宜量的H2O2和FeSO4,反应2h,可将废水的B/C由0.1左右提高到0.3以上。当废水的COD浓度为1259mg/L时,Fenton试剂氧化的COD去除率达到66.3%,并可将废水中的含氮有机物分解为NH3-N。

徐志兵等[26]采用溶胶—凝胶法制备了负载TiO2的多壁碳纳米管,并研究了上述催化系统对腈纶废水的光催化处理效果。单独采用负载TiO2的多壁碳纳米管对腈纶废水进行光催化处理时,废水的COD去除率为22%。

将两种以上的高级氧化技术进行耦合,用于高浓度难降解废水的处理往往能够获得良好的协同效果,高级氧化耦合工艺在腈纶废水的处理上也多有应用。

王丹等[27]研制了一种新型光电催化反应器,考察了阳极偏压、pH值和H2O2投加量对上述反应器处理干法腈纶废水效果的影响。经光电催化氧化后,干法腈纶废水的B/C可由0.22提高到0.47,并且COD去除率也达到45.5%。

耿春香等[28]将1,10-菲啰啉和Fe2+溶液配成络合物负载到D113树脂上作为可见光催化剂,利用该催化剂对腈纶废水进行了降解研究,考察了该负载型铁氮配合物催化剂处理腈纶废水的影响因素。在常温、常压及宽pH范围的温和反应条件下,COD去除率最高可达68.7%。

于忠臣等[29]研究了Fe2+/UV催化臭氧对腈纶废水的降解特性,分析了Fe2+与臭氧的质量浓度比、气相臭氧质量浓度和紫外光强对Fe2+/UV催化臭氧降解腈纶废水效果的影响,讨论了Fe2+/UV催化臭氧工艺中光催化反应动力学特征,并利用红外光谱表征了降解后腈纶废水中有机物基团的变化。结果表明,当pH值为3.2~3.8、气相臭氧质量浓度为20~30mg/L和光量子流密度为8.62×10-12Einstein时,腈纶废水降解效果较好。

张丙华等[30]采用UV/Fenton试剂氧化处理难降解腈纶废水,研究了Fe2+和H2O2的投加量、pH值、光照时间、光照强度、有机物的浓度等条件对降解腈纶废水效果的影响。在废水pH值为3,Fe2+浓度为10mmol/L,H2O2浓度为20mmol/L,紫外光照强度为1000W(λ=365nm),光照时间为50min的条件下,COD降解率可达62.77%。

近年来,也有关于高级氧化技术与其他物化技术进行耦合处理腈纶废水的报道,特别是内电解与Fenton试剂氧化的耦合。

李艳华等[31]采用内电解-Fenton试剂氧化工艺对腈纶废水进行了处理。结果表明,在进水pH值为3,内电解反应时间为2h,过氧化氢浓度为1500mg/L,亚铁离子浓度为600mg/L,Fenton反应时间为2h的条件下,内电解-Fenton组合工艺对腈纶废水中COD的去除率为72%, B/C由0.14上升到0.33,废水的可生化性显著提高。

孟志国等[23]研究了不同反应条件对内电解、Fenton试剂氧化及其耦合工艺处理腈纶废水的影响。结果表明,在各自最佳操作条件下内电解和Fenton试剂对腈纶废水的COD处理效果分别达到了40%和50%,而两者耦合后COD总去除率可达70%以上,最终出水COD小于400mg/L,达到了后续生化处理的要求。

综合上述高级氧化技术处理腈纶废水的研究报道,以高级氧化作为预处理手段来提高腈纶废水的可生化性在技术上是可行的。Fenton试剂氧化需外加H2O2、FeSO4等试剂,且需较大范围地调节废水的pH值,操作较复杂,安全性较差。光催化对催化剂和反应器的要求较高,而光利用效果不佳,还不能在自然光条件下操作,工业应用难度也很大。相比较,臭氧氧化处理腈纶废水的应用前景最好,目前由大庆石化开发的多相臭氧氧化—升降曝气活性滤池工艺技术已通过省级鉴定,能够使出水COD稳定在较低水平[32]。

4 腈纶废水处理组合工艺流程

腈纶生产主要包括聚合和纺丝两个工序,其间产生的废水在水质和水量方面大有不同。对它们进行分别处理,不仅能增强污染物去除的针对性,也可以结合废水的各自特点设计经济性更优的组合工艺流程。

1997年,化学工业部第三设计院刘晓林等[34]公开了一项“湿法纺丝腈纶工业综合废水处理方法”专利。发明将腈纶废水分成3股,先采用混凝气浮法处理聚合废水,采用生物接触氧化法处理纺丝回收废水,再将上述2股经过处理的废水与丙烯腈、氰化钠废水混合进行A/O生化脱氮处理,从而达到去除废水中COD、NaSCN、NH3-N等污染物的目的。此项专利的申请为腈纶废水的分类分质处理开辟了先河。中石化安庆石化公司腈纶厂采用上述工艺进行废水处理,后又在流程末端增加了曝气生物滤池进行深度处理,出水达标后直接排入长江。

周平等[35]发明了一种腈纶湿法纺丝工艺废水的处理方法。先采用内电解和混凝沉降来处理聚合废水,然后将聚合废水与纺丝及溶剂回收废水混合匀质,再经水解酸化、碳化硝化、反硝化、后曝气和污泥沉降分离等单元处理后排出上清液。此发明特别适宜处理以NaSCN为溶剂的二步法腈纶湿法纺丝工艺产生的废水,处理后的出水指标可达到COD小于85mg/L,NH3-N小于8mg/L,TN小于25mg/L。

高明华等[36]提出了一种丙烯腈、腈纶工业综合废水的处理方法。先采用投加了炭黑或粉末活性炭的生物炭接触氧化池对腈纶聚合废水进行好氧生化处理,再将其与不经预处理的丙烯腈生产废水、腈纶溶剂回收废水和其他废水混合,进行A/O串联生化处理。此方法既适用于干法也适用于湿法腈纶生产废水,处理后出水能够达到国家排放标准。

腈纶废水生物降解性很差,将其与生物降解性较好的废水进行混合处理,可以利用微生物的共代谢作用,降低废水的处理难度[37,38]。

张春燕等[39]讨论了将醋酸废水按不同的比例与腈纶废水混合后,对腈纶污水处理效果的影响。结果表明,将腈纶废水与醋酸废水按任意配比混合,不会对腈纶污水处理场的运行产生任何不利影响,且可增加腈纶废水的可生化性,降低废水处理设施的负荷。

腈纶废水的分类、分质处理和与其他废水混合处理都是十分简洁实用的技术,不应忽视其推广价值。

5 结语

处理技术研究与应用 篇10

在当前国家电网公司大运行体系下,随着电网运行数据来源、种类、规模等的极大扩充和丰富,调控中心具有最为完备、充足的电网运行数据资源[1,2]。这些数据来自于数据采集与监控系统(Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA),电网广域监测系统(Wide Area Measurement System,WAMS)和高级测量体系(Advanced Metering Infrastructure,AMI)[3,4]等系统的运行数据以及随着智能变电站推广所带来的大量视频监视与语音数据等,同时,越来越多的电力系统外部数据在负荷预测等业务应用方面正扮演着关键角色。面对数据体量和种类的迅猛增长,传统数据存储策略无论是存储容量还是处理速度都已无法满足要求。探究一种能与电网调控运行不同业务领域要求相适应的大数据存储与处理技术显得尤为重要。

本文提出了一种面向电网调控运行大数据的分类存储与处理技术框架,该技术框架根据数据对实时性的不同要求进行分类别存储,并将处理过程分为存储系统内外2种模式,解决了传统存储处理策略数据处理速度易受存储容量影响,数据实时性无法满足要求的问题。通过在3种不同业务领域的应用,论述了该技术框架的可行性

1电网调控运行大数据分类及特征

根据电网调控运行中数据来源的不同,可将其分为3类,即基础数据、电网运行及设备状态监测数据和外部信息数据,如图1所示。这3类不同来源的数据彼此相互作用与影响,在电网健康运转与不断发展的进程中发挥着至关重要的作用。

电网调控运行众多种类数据中,电网运行数据、计划类数据、负荷预测数据、基础数据等主要都是结构化数据,占比达90%以上。视频监控、图形图像处理等产生的非结构化数据也开始连续导入电网调控运行大数据系统。

电网调控运行大数据的体量日渐庞大,结构日益复杂,既具有数据体量巨大、种类繁杂、结构复杂等特征,又具有信息量充足、存储与处理困难、对计算能力要求较高等特征。同时,作为电网安全可靠运行的中枢,调控系统对安全性要求极高,所以相应的数据信息安全等级也相当高,采集过程比较困难,这也是其自身较为突出的特征。

2大数据分类存储与处理技术框架

全景的实时数据是电网调控运行的核心资源,大数据存储与处理技术则是其主要技术支撑[5,6]。为了能充分发挥大数据在电网调控运行中的潜在价值,本文在归纳总结大数据已有各种理论的基础上,提出了一种面向电网调控运行大数据的分类存储与处理技术框架,其流程图如图2所示。

2.1大数据分类存储

从各个数据源收集来的原始数据,通常会出现噪声数据、冗余数据及数据缺失等问题,故需要对所获取的大量原始数据进行预处理以便剔除无效数据,即分别对原始数据进行清洗、重构、填补缺失等步骤以加强待处理数据的质量,提高后续分析效率。

数据处理速度是大数据技术应用相当关键的一个指标,一般情况下,数据量越大,分析处理时间也会越长。传统的数据存储策略都是按照数据体量大小而设计,若超出其设计范畴,处理速度将会大幅下降,文献[7]探讨了基于Hadoop的HDFS数据存储系统,其结果表明此类系统虽然可以存储大数据,但很难满足电力系统对于数据实时性的要求。在智能电网大环境下,电网调控运行专业中需要对数据进行实时处理的领域越来越多,对于处理速度的要求也越来越高,因此,有必要将经过预处理的大数据根据对实时性要求的不同进行分类存储。

对实时性要求较高的大数据采用实时数据存储系统,即内存数据库,内存数据库就是在内存中直接对数据进行操作的数据库,其读写速度比磁盘要高出几个数量级,采用内存数据库将会大幅提高数据的实时性。

对实时性要求不高的历史数据以及非结构化数据则采用非实时数据存储系统,即分布式文件系统,分布式技术实现了对各类资源的分布式并行使用,通过网络将位于不同位置的诸多计算机彼此互联,构建成一个物理空间分布但逻辑性统一的大型数据库,并且实现对文件的分布式管理,从而实现在解决计算问题的同时能够使用多种计算资源

2.2大数据分类处理

在数据处理阶段,若将分布在不同存储系统的数据集作为一次数据集,而投入应用的数据集作为目标数据集,则各一次数据集相当于整个系统输入,目标数据集相当于整个系统输出,可用式(1)描述该系统。

式中:N1,N2,N3,…为不同的一次数据集;R1,R2,R3,…为作用在数据集上的关系;P为目标数据集

由式(1)可得出,目标数据集具有直接运用价值,而各一次数据集是目标数据集的价值来源,但在不同存储系统中输入数据集与输出数据集之间的嵌套关系存在着多重性以及不同数据之间也存在着耦合性,此外每一个数据集本身又会具有随机性和模糊性等许多不确定性因素,这使得隐含于不同存储系统中的一次数据集与目标数据集之间潜在数据价值链并不清晰。

分类处理就是基于数据处理实时性出发,把整个数据处理过程分为系统内和系统外2种方式,将不同一次数据集与目标数据集之间较为隐秘的关联,通过对数据和关系进行解耦及整理等方法,变为相对直接的关联,得出一次数据集与目标数据集之间的显性数据价值链如式(2)所示,在优化调控业务数据流程的同时大幅提高分析结果准确度。

式中:Mi为实时数据存储系统与非实时数据存储系统中各自内部一次数据集到目标数据集的显性数据价值链;i=1,2,3,…,z;Ri,1,Ri,2,…,Ri,z为不同存储系统之间的一次数据集到目标数据集的隐形数据价值链。

系统内处理主要是指挖掘出实时性数据存储系统与非实时性数据存储系统中各自内部一次数据集与目标数据集之间的关系和价值链条实时数据存储系统中通常采用流处理技术,流处理技术的核心思想就是数据自身价值能否被最大化利用与数据等待处理时间的长短成正比,数据价值稍纵即逝流处理技术全过程是在实时数据存储空间即内存中完成,其目的就是尽可能快地对数据做出分析并给出相应分析结果。文献[8,9]研究表明,正常运行的SCADA系统接收到监测数据延时如果超过50ms,就会导致错误的控制策略。因此,对于数据实时性要求极高的业务领域,在最短时间作出最正确分析结果是极其重要的,流处理技术能够满足要求。

非实时数据存储系统中通常采用批处理技术,批处理技术首先将并行数据库中的非实时数据进行分块,然后分别交给不同任务区进行数据处理,最终从输入数据集中解析出链/值(key/Value)集合对于链/值(key/Value)集合执行用户自行定义函数得出中间结果并写入硬盘,根据key值进行排序,把key值相同的结果排列在一起。最后用户自定义函数会作用于已排好序的结果并给出分析结论。批处理的主要理念在于将问题分而治之,不是把数据推到计算,相反是把有关计算推到对应数据中[10]。因此,针对批处理技术特点,可将其运用在数据量巨大但对实时性要求又不高的业务领域,以便最大限度地利用系统I/O

系统外处理则主要是针对于2个不同存储系统间的大数据而言,各个一次数据集中的大数据往往直接映射出的是一个个相对独立的数据集合和分散的价值链接,但将这些数据与反映相互关系的链接进行梳理整合并深入分析,即可得出存储在2个不同系统中的一次数据集与相关目标数据集之间较为清晰和直接的关联。

经过分类储存和处理后的大数据已经可以得出较为明显的关系网络和价值链,而这些关系网络和价值链就能为基于数据驱动的大数据应用提供相应理论依据,进而充分发挥大数据在电网调控运行中的作用。

3电网调控运行中大数据技术的应用分析

在电网调控运行中,大数据技术应用有着无限的潜力和优势。本文着重从电网状态智能监控、电力系统安全智能预警、广域源荷互动的优化调度等3方面的应用进行分析。

3.1电网状态智能监控

现阶段,调控中心收集着电网设备状态在线监测数据,但对于电网设备状态的监测与诊断主要偏重于单台独立设备,监测收集到的数据通常不能共享,不同设备间的运行状态也无法进行统筹分析此外,海量数据的传输和存储对监控装置造成了极大负担,文献[11,12]研究表明,监控系统海量数据的传输和存储制约着智能电网的跨越式发展。因此,可采用分类存储与处理技术,充分发挥其提高数据实时性、最大限度利用系统I/O的优点,将监控系统数据(如电压、电流、谐波、保护动作信号等)及天气状况数据(如雷电、暴雨等)进行分类存储,然后分别对相关数据进行系统内外解耦,最终构建基于数据驱动的的机组的机组安全运行状态模型,从设备运行数据中第一时间识别出某些异常数据分布,解析出潜在的不稳定因素,辅助工作人员对机组运行状态做出判断,并快速确定出现问题的范围,以便检修人员能够采取针对性处理。

3.2电力系统安全智能预警

电力系统安全预警主要在变电站和调控中心进行。在预想事故下,调控中心的评估预案是通过对系统典型运行方式进行离线计算得出,这样的预警方式不全面、非实时,无法满足智能电网发展要求。因此,只有进行全网一体实时仿真和计算,才能满足电网事故预警的全面性和实时性,但通常计算过程中需要处理的数据来源较多、体量较大又必须同时满足较高的实时性,采用传统数据存储与处理方案将会面临极大的困难。因而,可充分利用分类存储与处理技术能够提高数据实时性的优点,建立基于大数据分类存储与处理模式的智能预警系统进行全网一体化仿真,克服现阶段评估预案只能由离线计算而得出的缺点,实现实时追踪并定位不同类型故障的目的,找准电网主要矛盾点和告警点,对电网安全做出总体评估,为值班调控人员迅速采取正确的控制措施提供理论依据。

3.3广域源荷互动的优化调度

电网调控系统中,当光伏、风电等间歇性新能源并网容量达到一定比例后,若要发挥电网全部调控能力,仅仅通过调节发电机组来实现发用电平衡的传统调控方式是无法实现的。随着新能源发电装机容量和发电量的持续增长,具有数据量大、分布域广、种类繁多等特点的需求侧可控资源信息也将会纳入电网调度计划与实时控制体系。利用大数据分类存储与处理技术综合分析全网负荷信息和需求侧可控资源信息,以充分发挥电网全部调控能力为目的,最大范围资源优化配置为原则,完成从实时到日、月、年等不同时段的电网优化调度与控制策略,提高电网全局态势感知和统一控制决策的能力,在确保电网安全、稳定且经济运行的前提下,充分挖掘电网消纳新能源的潜力。

4结语

调控中心内外部数据资源的潜在价值及其关系网络在电网信息化、数字化、智能化的发展进程中发挥着关键作用。本文在对电网调控运行中大数据的基本概念及其特征进行梳理总结的基础上,提出了一种分类存储与处理技术框架,即根据数据对实时性的不同要求进行分类别存储以及处理,通过在调控运行不同业务领域的应用探讨,表明了该技术框架的可行性。

摘要：针对电网调控运行不同业务领域的数据对实时性的不同要求,提出了一种分类存储与处理技术框架,即将数据按实时性要求的不同进行分类存储,将处理过程分为存储系统内外2种模式,运用流处理技术、批处理技术等方法,将较为隐含的数据关系变为相对直接的关联,在提升数据处理速度的同时大幅提高分析结果的准确度。通过电网状态智能监控、电力系统安全智能预警、广域源荷互动的优化调度等方面的应用分析表明了该技术框架的可行性。

关键词：电网调控运行,大数据,实时性,存储与处理

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