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光伏电站水消防和生活污水处理方案的优化设计

2019-04-01马逸萍

关键词:危险性电站污水处理

马逸萍

(1.国网安徽省电力有限公司培训中心, 安徽 合肥 230022; 2.安徽电气工程职业技术学院, 安徽 合肥 230051)

1 光伏电站与水相关的方案设计

常规光伏电站主要构筑物有员工生活间、办公间、库房、电气控制楼、变电设备、汇流站、电缆沟、门卫等。一般把员工生活间与办公区合并设置为综合楼,电气控制楼独立设置,变电设备室外露天设置。根据构筑物及生产工艺的火灾危险性分析,设置相应的消防设施。

即使无人或少人值守,现场还是难免需要巡视、检修或值班人员,会有生活污水的产生,按照环保要求,需经处理达标后方可排放,采取相应的生活污水处理设计方案,经报审通过后方可开工建设。

2 控制构筑物规模可以不设置水消防

根据《光伏发电站设计规范》的条文规定,在进行光伏发电站的规划和设计时,应同时设计消防给水系统[1],消防水源应有可靠的保证。电站内建筑物的耐火等级不低于二级、即使生产工艺的火灾危险性为戊类,若建筑物单栋体积超过3 000 m3,则必须设置消防给水系统[1,2]。

图1某光伏电站水消防系统图

光伏电站的生产工艺流程:太阳光能→光伏板→直流配电柜→逆变器(升压室)→配电设备(电控楼内)→(户外)升压变压器→电网。光伏方阵区(自光伏板至升压室)主要由电气设备构成,白天直流侧始终带电,不适合用水灭火,不宜设置消防水系统。电控楼内的电气设备主要包括配电装置、继电器、无功补偿及控制台,主要由电缆、继电器、电容器、开关、控制设备、显示终端等组成。可燃物主要为电缆,目前常用的开关设备采用真空型断路器(无油),继电器、电容器也是无油型,电缆在带电时为电气火灾,不适宜用水扑救,断电后继续燃烧为固体火灾,被烧蚀的电缆进水后进行干燥处理非常困难,基本无法重新使用,最适宜的灭火方式是采用无水型的干粉或二氧化碳扑救。光伏电站屋外主变压器单台容量小于125 MV·A,可不设置水消防,采用排油注氮灭火装置更为合适。

电气控制楼内配电装置室、继电器室和逆变器室的火灾危险性为戊类,电缆沟道的火灾危险性为丙类,对电缆沟道采取防止火灾蔓延的措施且所占本层的建筑面积比例小于5%,电控楼的整体火灾危险性仍为戊类[2]。其建筑耐火等级不低于二级,室内装修采用不燃材料,当建筑物单栋体积不超过3 000 m3,根据规范规定,可以不设置消防给水系统。若综合楼的单栋体积也不超过3 000 m3,建筑的耐火等级不低于二级,则光伏电站整体可以不设置水消防[1,2]。

光伏电站内值班人员少,建筑物分散,监控系统功能完备,取消水消防可以大大减少给水系统规模,简化消防报审手续,便于运行维护。

3 因地制宜地选用污水处理工艺

3.1 取消设置地埋式一体化生活污水处理装置

地埋式一体化生活污水处理装置具有节约占地、对周边环境影响较小等优点,在各类中小型污(废)水处理系统中得到广泛应用,其典型流程见图2。

图2 地埋式一体化生活污水处理装置典型流程图

但该类设备投入运行后也存在许多问题。为了节省占地和避免影响地面以上环境,把所有设备均放入地下,设备的防腐、维护工作量增加,过滤间存在废气中毒的风险。为了避免持续增加埋深,运行过程中处理水需要多次提升,增加运行电耗;运行过程中过滤设施及填料发生阻塞后检修困难;为避免堵塞可以设置化粪池,但会导致有机养分不足,出水水质难以达标;为了维持处理设施中生物群落的正常生长和繁殖,需要不停地提供空气和养分,且需保持营养成分间的均衡;为维持设备内水处理生物良好的生活环境,需要定期排泥;因地埋设施中生物种类相对单一,生物种群的培育需要有个过程,调试期及驯化期较长。对于光伏电站这种性质的用户,日常运行人员很少,只有建设或检修期人员会短期增加,采用地埋式装置对生物种群的生长不利。若出水水质不理想,后续处理将更加困难。这类装置的正常运行需要具备一定生物处理专业知识的人员进行维护,而光伏电站这类运行人员少的企业,难以找到合适的兼职人员。所以,需要寻找更适合于光伏电站这类排水性质企业的污水处理工艺,以控制建设和运行成本,防止建设费用过高或建设容易、运行难甚至不运行等问题的发生。

3.2 蒸发池处理工艺

对于我国北方特别是西北干旱地区,生活污水是一种难得的资源,可以用粪池储存起来用来种菜、绿化等,若还有剩余经过沉淀后采用蒸发池蒸发。某光伏电站项目的蒸发池布置见图3。蒸发池内必须考虑一定的调蓄容积,用来储存夜晚及连续阴雨天的排水[3]。

图3 某光伏电站蒸发池布置图

3.3 生物塘处理工艺

根据光伏电站内污水负荷变幅大的实际,当气候条件合适时采用生物塘工艺最为合适。这样可以根据日常运行人员数确定处理规模,生活污水中的营养物质被生物链中的优势种群摄取。短期排水量减少时,可以利用生物链自身代谢维持种群生存;短期人员增加达到排水高峰时,生活污水中的营养成分也可以作为其它高级生物的食饵,加速降解[4]。

生物塘处理工艺利用微生物和植物组成的陆地水生生态系统对污水进行自然净化,通过水-水生物系统(菌藻共生系统和水生物系统)对污水进行自然处理。污水进入生物塘内后被稀释,在塘内滞留的过程中,悬浮物沉淀,水中有机物通过好氧或厌氧微生物的代谢被氧化而达到稳定的目的。好氧微生物代谢所需的溶解氧由塘表面的大气复氧作用以及藻类的光合作用提供。污水在塘内经较长时间的停留,通过水中包括水生植物在内的多种生物的综合作用,使有机物进行转换、降解和去除,实现污水的无害化和资源化[5]。出水水质达到或优于二级处理水质。

生物塘生活污水处理工艺的生物链代谢主要流程如下,a、b两种代谢类型可以并存[6]:

a)生活污水(有机物、无机物)→细菌、藻类、水生植物(眼子菜、浮萍、莲、水葱、芦苇等);

b)生活污水(有机物、无机物)→细菌、藻类→浮游生物(水蚤、甲壳类后生动物)→水生动物(鱼类)。

华东地区某光伏电站,正常运行人员5人,生物塘有效面积为120m2,生活污水水源来自站内化粪池的出水,布置图见图4。

兼氧池池底敷设0.5米厚黏土,再砌设0.5米厚块石,与好氧1区之间砌设0.5米厚的一道石墙,其余池底及堤身防渗层均采用黏土,黏土的渗透系数不大于1.0×10-8m/s[7]。好氧区种植当地优势的水生植物,1区可以种植芦苇和莲藕,2区可种植水葱、茭草和水芹等;在站内化粪池清空后无排水期间,抽干生物塘对兼氧池池底实施清淤。

稳定塘处理工艺的占地面积比常规处理技术的大,但建设成本不到常规处理的三分之一、运行费用更低至常规的十分之一,可以降低光伏企业的运行成本。建设材料、水处理生物物种本地化,可以实现整体生态运行,污水负荷越低,出水水质越好。

图4 生物塘布置图

4 优化设计的结论

(1)无论建设期还是运行期,光伏电站的构筑物及生产工艺的火灾危险性较低;通过控制单栋构筑物的规模,根据规范规定,可以取消水消防。

(2)根据厂址气候条件,干旱地区的生活污水可以用于绿化和种植,多余部分可以采用蒸发池蒸发;非干旱地区利用生物塘内水体微生物及水生物的代谢作用处理生活污水。比传统一体化地埋装置抗冲击能力强、出水效果好、造价低廉。

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