淺析汙水處理廠電氣節能設計

程瑜

开云体育手机下载教程 上海嘉定 201800

摘要：近些年，隨著我國汙水處理廠的大量建設，各地的環境保護及汙水處理事業(ye) 快速發展並取得顯著成效。與(yu) 此同時，汙水處理廠能耗大，運營成本居高不下的情況也越來越引起重視，本文從(cong) 進水泵、曝氣係統、汙泥處理等三麵介紹了目前汙水處理廠節能降耗的方式和方法，希望能為(wei) 其他汙水處理廠節能工作提供參考。

關(guan) 鍵詞：汙水處理廠節能降耗；節能設計；優(you) 化措施；汙水處理廠

引言

近年來，我國汙水處理行業(ye) 突飛猛進，整體(ti) 發展處於(yu) 快速成長期，主要表現在汙水處理能力迅速擴張、汙水處理率穩步提高、汙水處理量快速增長等方麵。截至2014年底，全國設市城市、縣(不含其它建製鎮)累計建成汙水處理廠3717座，汙水處理能力1.57億(yi) m/日，相比2013年，新增了約800萬(wan) m²/日。但與(yu) 世界各國相比，目前我國城市汙水處理能力、水平、效率、綜合能效與(yu) 環境要求差距仍然較大。如何優(you) 化汙水處理工藝與(yu) 布置，從(cong) 而有效節約能源，提高效率，已成為(wei) 當今國內(nei) 汙水處理廠麵臨(lin) 的一個(ge) 重要問題。

城市汙水處理屬於(yu) 高耗能行業(ye) 。城市汙水處理的高耗能，一方麵使城市汙水處理成本不斷升高，汙水處理廠經營壓力不斷增大；另一方麵汙水處理廠設備的高耗能也加劇了我國現階段的能源危機。因此，對汙水處理行業(ye) 節能降耗的研究已迫在眉睫。

城市汙水處理節能的途徑和手段就是以能耗調查為(wei) 依據。通過對汙水廠主要設備實際用電能耗需求的調查，可以直觀地得出汙水廠各處理單元和處理工藝對所耗能量的不同需求，進一步分析得出汙水處理廠能耗控製的關(guan) 鍵點，通過對關(guan) 鍵點的控製，進而對全流程各環節的節能潛力進行深度挖掘。一、我國城市汙水處理廠能耗分析

現階段，我國許多汙水處理廠處理過程可以劃分為(wei) ：汙水初級處理、汙水二級處理、汙泥處理等三個(ge) 主要部分。其中，初級處理單元主要設備為(wei) ：進水泵、格柵、沉砂池除汙機等；二級汙水處理單元主要設備為(wei) ：鼓風機、回流汙泥泵、潛水攪拌器等；汙泥處理單元主要設備為(wei) 汙泥濃縮脫水機、螺旋輸送機等。

上海市政工程設計研究院羊壽生教授對我國典型二級汙水處理廠各單元能耗(電能)做過估算，估算結果以處理單位體(ti) 積的汙水的耗電量表示(kwh/m²),對二級處理廠該值為(wei) 0.266,汙水處理廠規模為(wei) 25000m²/d,具體(ti) 見表1:

由表1可以看出，汙水、汙泥提升能耗約占總能耗的30%,曝氣池鼓風機、潛水攪拌器等供氧設備能耗約占總能耗的55%,汙泥處理能耗約占總能耗的10%,三者的直接能耗約占總能耗的95%以上。下麵我們(men) 就從(cong) 以上三方麵入手，提出實現途徑及具體(ti) 方法以達到節能降耗的終目的。

二、水泵與(yu) 節能

1.水泵的揚程與(yu) 節能

目前，汙水處理廠采用的進水泵品牌及種類很多，但其電耗均可用如下公式進行計算式中：W為(wei) 電機實際電耗，kW·h;p為(wei) 汙水的密度，取1000kg/m²;g為(wei) 重力加速度，取數值9.81m/s²;Q為(wei) 汙水泵的實際流量，m²/s:H為(wei) 汙水泵的實際工作揚程；n1為(wei) 水泵的效率；n2為(wei) 電機的效率；t為(wei) 水泵運行時間。

由以上公式可以得出，進水泵在通常正常工作時，其能耗取由進水泵的實際揚程H所決(jue) 定。為(wei) 了有效降低進水泵得實際揚程，以達到節能降耗的成效，我們(men) 可以采取以下兩(liang) 種辦法：(1)在初步設計時，充分考慮汙水廠各構築物的高程因素，盡量避免多次提升，使汙水提升一次到位。同時，根據現場自然條件合理利用重力流、自流經過不同的處理構築物，避免在各構築物間進行多次重複提升所帶來的能量損耗。(2)在進行各構築物的進、出水口形式和汙水廠管線之間的對接設計時，盡量綜合考慮，合理布置，以減少處理過程中的水頭損失。各構築物和管線布置盡可能避免過長輸送和減少拐彎，同時還要應簡潔、緊湊。這樣不但可以降低泵的揚程，還可以減少水頭損失，一舉(ju) 兩(liang) 得的同時也達到了節能增效的目的。

2.水泵運行技術與(yu) 節能

進水泵是汙水提升的主要設備，是汙水廠主要能耗之一。因此泵站的節能降耗對降低汙水處理廠能耗具有重要意義(yi) 。對於(yu) 還未建成的汙水處理廠，泵站的節能應從(cong) 初步設計階段就進行綜合考量。對於(yu) 已經建成的汙水處理廠，泵站的節能隻能在現有條件下進行調整，優(you) 化現有水泵運行方式。現階段，汙水處理廠運行中節能效果較好的技術主要由兩(liang) 種，一種是變頻調速技術；另外一種是水泵優(you) 化組合技術。現行汙水處理廠水泵的主要運行方式為(wei) ：水泵優(you) 化組合技術搭配變頻調速技術。

三、汙泥處理係統與(yu) 節能

1.高效低耗能設備的選用與(yu) 節能

由表1可知，汙泥處理能耗約占總能耗的10%,也是汙水廠節能的一個(ge) 重點。帶式壓濾機比板框壓濾機能耗小，但易堵塞。隨著汙泥處理技術的不斷發展，目前大部分汙水處理廠汙泥處理主要設備為(wei) 帶式濃縮脫水一體(ti) 機或臥式螺旋沉降離心脫水機。帶式濃縮脫水一體(ti) 機將濃縮和脫水一體(ti) 化，占地不大，運行能耗較低；臥式螺旋沉降離心脫水機采用封閉係統，占地同樣不大，設備磨損率不高，運行費用較低。

2.汙泥沼氣的利用與(yu) 節能

汙泥厭氧消化過程一般會(hui) 產(chan) 生一定量的沼氣，收集並提純這部分沼氣即可發電，從(cong) 而補償(chang) 一部分汙水廠電能消耗，可以有效降低汙水廠電能消耗及運行費用。

1. AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台

1.平台概述

安科瑞電氣具備從(cong) 終端感知、邊緣計算到能效管理平台的產(chan) 品體(ti) 係，AcrelEMS-SW智慧水務能效管理平台通過在汙水廠源、網、荷、儲(chu) 、充的各個(ge) 關(guan) 鍵節點安裝保護、監測、分析、治理裝置，用於(yu) 監測汙水廠能耗總量和能耗強度，監測主要用能設備能效，保護汙水廠運行安全可靠，提高汙水廠能效，為(wei) 汙水處理的能效管理提供科學、精細的解決(jue) 方案。

AcrelEMS智慧水務綜合能效管理係統由變電站綜合自動化係統、電力監控及能效管理係統組成，涵蓋了水務中壓變配電係統、電氣安全、應急電源、能源管理、照明控製、設備運維等，貫穿水務能源流的始終，幫助運維管理人員通過一套平台、一個(ge) APP實時了解水務配電係統運行狀況，並且根據權限可以適用於(yu) 水務後勤部門管理需要。

2.平台拓撲圖

3.平台子係統

（1）變電站綜合自動化係統及電力監控

對水務配電係統中35kV、10kV電壓等級配置繼電保護和弧光保護，實現遙測、遙信、遙控、遙調等功能，對異常情況及時預警。

監測變壓器、水泵、鼓風機的電流、電壓、有功/無功功率、功率因數、負荷率、溫度、三相平衡、異常數據。

（2）電能質量監測與(yu) 治理

水務中大量的大功率電機、水泵變頻啟動導致配電係統中存在大量諧波，通過監測其配電係統的諧波畸變、電壓波動、閃變和容忍度指標分析其電能質量，並配置對應的電能質量治理措施提高供電電能質量。

（3）電動機管理

馬達監控實現水務中電機的保護、遙測、遙信、遙控功能，電動機保護器能對過載、短路、缺相、漏電等異常情況進行保護、監測。高效、準確地反映出故障狀態、故障時間、故障地點、及相關(guan) 信息，對電機進行健康診斷和預防性維護。同時支持與(yu) PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控製，監視、控製各個(ge) 工藝設備,保障正常生產(chan) 。

（4）能耗管理

為(wei) 水務搭建計量體(ti) 係，顯示水務的能源流向和能源損耗，通過能源流向圖幫助水務分析能源消耗去向，找出能源消耗異常區域。

將所有有關(guan) 能源的參數集中在一個(ge) 看板中，從(cong) 多個(ge) 維度對比分析，實現各個(ge) 工藝環節的能耗對比，幫助領導掌控整個(ge) 工廠的能源消耗，能源成本，標煤排放等的情況。

能耗數據統計采集水務中汙水廠、自來水廠、水泵站等的用電、用水、燃氣、冷熱量消耗量，同環比對比分析，能耗總量和能耗強度計算，標煤計算和CO2排放統計趨勢。

能效分析按計量架構，分別進行能效分析，契合能源管理體(ti) 係要求，可對各車間/職能部門的能效水平進行分析，同比、環比、對標等。通過汙水處理產(chan) 量以及係統采集的能耗數據，在汙水單耗中生成汙水單耗趨勢圖，並進行同比和環比分析，同時將汙水的單耗與(yu) 行業(ye) /國際指標對標，以便企業(ye) 能夠根據產(chan) 品單耗情況來調整生產(chan) 工藝，從(cong) 而降低能耗。

（5）智能照明控製

係統為(wei) 汙水廠、自來水廠、水泵站等提供了照明控製管理方案，支持單控、區域控製、自動控製、感應控製、定時控製、場景控製、調光控製等多種控製方式，模塊可根據經緯度自動識別日出日落時間實現自動控製功能，盡量利用自然光照，實現室內(nei) 、廠區照明的智能控製達到安全、節能、舒適的目的。

（6）電氣安全

監測消防設備的工作電源是否正常，保障在發生火災時消防設備可以正常投入使用。

（7）環境監測

汙水廠、自來水廠、水泵站等場所溫濕度、煙霧、積水浸水、UPS電池間可燃氣體(ti) 濃度展示和預警，保障汙水廠、自來水廠、水泵站等安全運行。當可燃氣體(ti) 或有害氣體(ti) 濃度超標可自動啟動排風風機或新風係統，排除隱患，保持良好的水處理環境。

（8）分布式光伏監測

實時監測低壓並網櫃每路的電流、電壓、功率等電氣參數及斷路器開關(guan) 狀態，逆變器運行監視，對逆變器直流側(ce) 每一光伏組串的輸入直流電壓、直流電流、直流功率，逆變器交流電壓、交流電流、頻率、功率因數、當前發電功率、累計發電量進行監測，以曲線方式繪製上述監測的各個(ge) 參量的曆史數據。

平台結合廠區實際分布情況，通過3D或2.5D平麵圖顯示分布式光伏組件在屋頂、車棚的分布情況，顯示匯流箱、並網點位置，各個(ge) 屋頂的裝機容量。

（9）工藝仿真監控

平台通過2D、3D方式實時監視粗格柵、汙水提升、細格柵、曝氣沉砂、改良生化處理、二沉、汙泥濃縮壓濾等工藝設備運行狀態。在格柵清渣機、汙水提升泵、回流泵、曝氣風機、加藥泵、濃縮壓濾機、吸沙泵、吸泥泵等低壓電動機控製櫃或低壓饋電櫃安裝電動機保護，進行短路、過流、過載、起動超時、斷相、不平衡、低功率、接地/漏電、te保護、堵轉、逆序、溫度等保護以及外部故障連鎖停機，與(yu) PLC、軟啟、變頻器等配合，實現電動機自動或遠程控製，監視、控製各個(ge) 工藝設備,保障正常生產(chan) 。

1. 結語

本文通過對汙水廠處理工藝中主要耗能設備及相應工藝單元的分析得出了一些目前汙水處理廠已應用或將應用的節能降耗的措施和方法，當然其中不免有疏忽和遺漏。

城市汙水廠的節能降耗是一項龐大而複雜的係統工程。牽涉麵廣，不但涉及多種專(zhuan) 業(ye) 技術人員的相互配合，還涉及到節能技改與(yu) 正常生產(chan) 之間可能存在的矛盾；雖然執行起來會(hui) 有一定的難度，且各個(ge) 汙水廠的工藝、設備、自控係統也會(hui) 有較大差異，很難有可直接全盤模仿的經驗，但隻要針對整個(ge) 工藝進行全麵梳理，從(cong) “合理布局，優(you) 化"的大局角度出發，對曆史數據進行分析評估，就能在一定程度上識別出一些具體(ti) 的節能降耗關(guan) 鍵點；然後根據各個(ge) 汙水處理廠的實際情況，分步分批實施。對於(yu) 節能降耗效果的評價(jia) ，一定要著眼於(yu) 全局，不能顧此失彼。

參考文獻

[1]羊壽生.城市汙水廠的能源消耗[J].給水排水，1984(6):15-19.

[2]WaterEnviron-mentFedera-tion.EnergyCon-serva-tioninWastewaterTreat-mentFacilies[M].Alexandin:USA,1997.

[3]梅小樂(le) .城市汙水處理廠節能水平評估標準探討[J].給水排水，2011(37):3.

[4]路曉波.A/A/0工藝全流程節能途徑與(yu) 對策[J].淨水技術，2009,28(6):39-43,57.

[5]安科瑞企業(ye) 微電網設計應用手冊(ce) .2020.06版.

[6]楊勇.城市汙水廠節能降耗淺析