人工快渗系统的电气设计

一、引言

人工快渗系统是人工快速渗滤污水处理系统（Constructed Rapid Infiltration System）的简称，是在快速渗滤系统的基础上，采用渗透性能良好的天然材料，并掺入一定量的活性矿物质填料，采用干湿交替的运转方式，污水在通过快渗池时产生综合的物理、化学和生物反应使污染物得以去除的新型污水土地处理工艺。该技术具有建设和运营成本低、运行稳定、建设周期短、出水效果好的优点。

随着工业的发展和人口的增长及城市化进程的加快，深圳市宝安区辖区内工业废水和生活污水急剧增加，但城市配套污水管 和城市污水处理厂的建设和运营工作远跟不上发展的需要，特别是离城区中心区偏远的地方，这些污水不可避免地排入了辖区内的河流，使河流受到了不同程度的污染，影响了该地区水环境质量。

为处理好这些较为偏远地区的水污染问题，有效削减流域的污染负荷，自2004年以来，宝安区政府因地制宜地引进了人工快渗系统污水处理技术，先后投资建设并投入运行了白花洞村生活污水人工快渗系统、牛湖河污染人工快渗系统、库坑河污染人工快渗系统等一批人工快渗系统，大大改善了所在地区的水环境质量。

二、人工快渗系统的工艺流程及主要建筑物

2.1工艺流程简述

人工快渗系统是把污水通过格栅、水泵提升、沉淀处理后，将污水投配到土地处理池（人工快渗池）上，使污水在土壤－植物－微生物复合生态中，经物化和生化的综合作用，达到将污水净化的目的，出水水质达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》[GB18918-2002]的一级标准，污染物去除率可达80%以上，处理后水质中的氨氮、悬浮物、总磷、化学需氧量、五日生化需氧量的达标率为100%。其工艺流程如下图1表示。

图1 人工快渗系统工艺流程图

2.2主要工艺设备

日处理污水3万吨的人工快渗系统工艺设备总装机容量约276.35KW，其中备用容量48KW，其主要工艺设备如下：

2.2.1格栅与提升泵房

（1）回转式格栅除污机FH1400，N=3.0KW，2台，1用1备；

（2）潜污泵300QW640-8-45，N=45KW，4台，3用1备；

（3）电磁管道流量计IF6-DN600，1台；

（4）闸门及启闭机 N=1.1KW，4台；

（5）电动葫芦 T=3t，N=4.5KW。

2.2.2沉淀池

（1）刮吸泥机HJX-19.5，N=19.1KW，1台；

（2）潜水搅拌机N=1.5KW，2台。

2.2.3人工快渗池

共分成十个进水单元，各单元由电动阀控制轮换进水，电动阀DN300，10个。

2.2.4污泥处理系统

（1）潜污泵N=5.5KW，2台；

（2）带式脱水机 B=1.5M,N=5.5KW，2台；

（3）皮带输送机 N=0.75KW，1台；

（4）空气压缩机 Q=0.2m³/min，N=2.2KW，1台；

（5）计量泵 Q=0.2～2.0m³/min，N=2.2KW，2台；

（6）溶药装置 N=1.5KW，2台；

（7）轴流通风机N=0.55KW，4台。

2.2.5回用水池

（1）潜污泵WQK1440-5.5-15，N=15KW，2台。

2.3主要建筑物

3万吨/日处理污水人工快渗系统总占地约28700㎡，主要建筑物有水泵房172㎡，加药间78㎡，污泥脱水机房170㎡，综合楼158㎡，变配电间98㎡等，建筑总面积676㎡。

三、电气设计

3.1 设计范围

包括厂区变电站、污水处理厂内各建（构）筑物的动力及照明供配电、动力设备的电气控制、工艺过程的仪表及自控、防雷、接地以及厂区电缆敷设和道路照明等内容，不包括外线电源工程的设计。

3.2 设计依据

1）工艺专业提供的用电设备资料和平面、建筑专业提供的建筑图等。

2）供电部门提供的相关供电资料。

3）电气专业相关技术规范。

《10KV及以下变电所设计规范》（GB50053－94）

《供配电系统设计规范》（GB50052－95）

《低压配电设计规范》（GB50054－95）

《通用用电设备配电设计规范》（GB50055－93）

《工业企业照明设计标准》（GB50034-92）

《建筑物防雷设计规范》（2000年版）（GB50057-94）

《电力工程电缆设计规范》（GB50217－94）

《工业与民用电力装置的接地设计规范》（GBJ65-83）

《过程检测和控制仪表的功能标志及图形符 》（GB/T 20505-2000）

《仪表供电设计规定》（HG/T 20509-2000）

《自动化仪表选型规定》（HG/T20507-2000）

《仪表配管、配线设计规定》（HG/T20512-2000）

《仪表系统接地设计规定》（HG/T20513-2000）

《控制室设计规定》（HG/T20508-2000）

《信 警、联锁系统设计规定》（HG/T20511-2000）

《自动化仪表工程施工及验收规范》（GB50093-2002）

3.3供配电设计

3.3.1供电电源

本工程为重要环保工程，对电源的可靠性要求较高。参照相关规范要求本工程用电负荷确定为二级负荷，要求双电源供电。如引两路市电有困难，可引一路市电，另一路备用发电机组。

3.3.2负荷计算及变压器选择

本工程工艺设备装机容量为276.35KW，其中备用容量48KW，厂区及建筑物照明容量按10KW计算，则工作容量Pe=238.35KW，需用系数取0.75，自然功率因数为0.82，经微控制器自动补偿后可达0.95以上，则有功计算负荷为Pj=178.77KW,电容补偿后视在计算容量Sj=200.23KVA ，补偿容量Qj67.94KVAR，。

全厂用电负荷等级均为380V/220V。

3.3.3供电设计

(1)变电所设置

厂区设土建10KV变电所一座，内设高压室、变压器室、低压配电室及工具间。安装SC9-250KVA，10/0.4KV干式变压器一台。

(2)供电系统

10KV进线，架空引来至厂区终端杆处改为10KV铠装电缆直埋引入变电所。10KV开关柜选用环 负荷开关柜。0.4KV侧进线引接于变压器低压侧,采用单母线接线。

由变电所至各建构筑物配电的供电电源，采用电缆室外直埋或集中时通过电缆沟敷设至各建构筑物。

(3)电能计量方式

处理厂的电能计量采用变电所0.4KV侧进线柜处低压集中计量的计量方式，且照明柜设照明分表计量照明电能。

(4)无功补偿

处理厂感性负荷较多，故在配电低压侧设60Kvar集中低压电容补偿装置，采用微电脑控制的自动投切补偿装置，补偿后功率因数达到0.95以上。

3.3.4配电设计

（1）配电方式以放射式配电方式为主，对维修及办公楼照明的配电采用链式配电方式。

（2）工艺设备均就地根据工艺流程二次配电，且配电箱上设就地手动控制元件及指示灯。

（3）配电采用交流380V/220V，三相TN-S系统，零线与保护线分开。

3.3.5电动机启动及控制

(1)工艺设备单机容量较小设备时，可采用直接启动的全压启动方式，设备容量较大时（15KW及以上）采用软启动的启动方式，降低启动冲击电流对电 的影响。

(2)进水泵房水泵、污泥池水泵与水池液位开关联锁控制。其它工艺设备均采用就地配电及控制和远端集中控制的控制方式，就地控制箱上装就地/远方（或手/自动）转换开关。集中控制根据需求对设备进行远端控制及联锁控制，参与集中控制的设备运行及故障信 送至计算机，具体详见仪表自控说明。

(3)潜水泵及潜水搅拌机根据工艺设备保护要求设漏水漏油保护，潜水泵根据工艺要求设干池保护。

(4)动力箱均采用防水防尘防腐型的。

3.3.5照明设计

(1)照明 络采用380V/220V三相TN-S系统供电，全厂照明重新设置计量，照明电均引自变电所开关柜。

(2)综合办公用房、变配电所采用高效节能直管荧光灯照明，工作车间用金属卤化灯照明，厂区路灯用高压钠灯照明。

(3)建筑物内照明灯采用小开关就地控制，厂区路灯为专用户外照明配电箱上时钟开关自动控制。

(4)有关照度标准采用现行国家规范规定的中等照度值。

3.3.6厂区电缆敷设

厂区户外配电电缆采用YJV22-0.6/1KV型、控制电缆采用KVV22-0.5KV型直接埋地敷设，户内配电电缆采用YJV-0.6/1KV型、控制电缆采用KVVP-0.5KV型套钢管埋地及沿墙敷设。

3.4 防雷及接地

(1)变电所10KV系统变压器工作接地及0.4KV、弱电控制系统联合接地，要求接地电阻R≤1Ω；

(2)低压电源每一进线处PE线重复接地，要求接地电阻R≤1Ω；

(3)为防电磁脉冲在变电所0.4KV侧设过电压吸收装置，每一低压配电进线处设一组过电压吸收装置。10KV侧设避雷器。

3.5 主要电气设备选型原则

变压器采用户内干式变压器。低压开关柜采用抽屉式开关柜。室外用电设备的现场配电箱和控制箱的防护等级均为IP65。电缆采用交联聚乙烯绝缘铜芯电缆。大功率电动机的起动均采软起动方式。

3.6仪表自控设计

3.6.1设计原则及标准：

本设计原则保证污水处理厂主要工艺设备自动运行，在故障情况下能手动控制运行。操作管理方便，宜于维护检修。

设计标准达到现在国内同等规模污水处理厂中的较先进水平，设备选型达到国内现在运行中的设备中的较高水平。

3.6.2主要内容

主要检测工艺参数包括：提升泵房液位、配水池液位、进水流量、出水COD、主要水泵的运行情况等。

本工程设计采用分散控制，集中监测系统，全厂计算机测控系统分为两级，设厂中心控制室主控机和现场PLC分站。中心控制室对全厂主要设备及工艺运行情况进行监控及通讯。分别设置提升泵房与细格栅PLC分站与快渗池布水系统PLC分站。

综合楼设中央控制室，监测功能：接受现场PLC数据，进行处理、存储、显示、 警和打印；要有一个实时的多用户操作系统。控制功能：设定PLC控制单元控制参数，直接控制有关设备；负责短期历史数据的存贮和恢复。控制系统的软件应是容易配置的开放式的，要求是菜单驱动软件，并且动态监控界面为汉化。在控制室要完成 警记录，至少应根据收到的次序显示，所有 警都要有日期、时间，至少2个 警优先级（一般和极限），并且可以总体 警或一个接一个 警。通讯功能：联络和协调各构筑物内参数、工况信息，以及进行通讯。

分站控制系统设操作员站，采集原始参数和设备的工作状态；根据工艺控制要求进行自动控制；通过操作员站进行手动干预；与中央监控室和子站交换数据，故障 警与设备保护。

主要工艺设备分设就地手动控制装置，通过就地转换开关可将控制室控制转换为手动控制，保证在故障情况下现场工作人员安全并能及时检修，操作方便。

在综合楼内设置一台计算机终端，通过此终端可监视水厂主要工艺设备的运行情况，并能进行远程控制。

四、实际使用效果

从已建成的白花洞村生活污水人工快渗系统、牛湖河污染人工快渗系统、库坑河污染人工快渗系统等人工快渗系统运行情况来看，污水处理效果良好，进出水各指标如下（三个系统加权平均）：

可见，受污染河水经过人工快渗工艺处理后能够达到《城镇污水处理厂污染物排放标准》（GB18918-2002）的一级A标准，大大改善河流水体的水质，使河流水体能达到《地表水环境质量标准》(GB3838-2002)中的Ⅴ类水体标准，或达到人体非直接接触的景观回用水及绿化回用水的水质要求，对区域河流水环境的生态修复和重复利用具有积极的意义。

各人工快渗系统的电气自控系统投入运行正常，符合设计和实际使用的要求，自控程序按设定的技术要求运转。工程要求配备的运行操作管理人员不多，运行费用较低，生产成本低。

五、结语

人工快渗系统是城市污水处理厂的有益补充，为地表水的净化处理提供宝贵经验。该处理技术在城市配套污水管 和城市污水处理厂不完善的地区发挥了重要的作用，能有效地改善这些地区水环境质量，对保护人们的身体健康和改善区域的投资环境起到积极作用，在取得环境效益的同时也能取得较大的 会效益。

该处理技术特别适用于城市郊外偏远区域和水源保护区的河流污染治理，极具推广应用价值，其电气自控系统也就相应具有推广价值。