安科瑞 鮑靜君

　　摘要：污水處理屬于高能耗行業(yè),，會消耗大量的電能,、燃料和藥劑等,，高能耗不僅會提升污水處理成本,，還會加劇能源危機(jī)。所以,，本文首先探究了污水處理廠耗能的原因,，分析了污水處理與節(jié)能降耗的關(guān)系，然后結(jié)合我國污水處理現(xiàn)狀,，討論污水處理與節(jié)能的相關(guān)問題,，并提出相應(yīng)的解決辦法，以期降低污水處理的能源消耗，盡可能消除制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不利因素,。

　　關(guān)鍵詞：污水處理,；節(jié)能降耗；高耗能

　　0 前言

　　污水處理會消耗大量能源,，急需開展節(jié)能降耗,。污水處理廠的能耗分為兩種，一是直接能耗,，二是間接能耗,。能量消耗是污水處理過程中的正常情況，是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)的必然結(jié)果,。消耗能量的方面有很多,，直接消耗和間接消耗也不一樣。直接耗能通常有機(jī)械曝氣或風(fēng)鼓曝氣,、污水提升泵、回流污泥泵,、污泥脫水,、攪拌推流等。間接耗能主要包括外加碳源,、石灰,、活性炭、絮凝劑等物料所消耗的能量,。從整體上來看,，我國污水處理中能耗較多的是污水的提水能耗、污水生物處理能耗和污泥處理能耗,，三者占了大部分的能耗,。其中一半以上是污水生物處理的能耗，其次是污泥處理的能耗,，最后是污水的提水能耗,。所以，節(jié)能降耗是非常必要的,。就目前而言,，為了使污水處理更有效，人們從水耗,、物耗,、能耗三個(gè)方面來實(shí)施節(jié)能降耗。

　　1　城市污水處理廠節(jié)能降耗的途徑

　　污水處理需要消耗大量能源,，尤其是污水提升,、污水和污泥處理。同時(shí),，很多污水處理設(shè)備會消耗大量能源,，包括用于抽取的提升泵,、風(fēng)力供應(yīng)的鼓風(fēng)機(jī)以及回流泵。在處理污水時(shí),，人們需要輔助使用一些化學(xué)藥品,，用來除磷和污水消毒，以保障水資源的重復(fù)使用,。綜上來看,，節(jié)能減耗主要應(yīng)當(dāng)致力于優(yōu)化設(shè)備和改良藥劑兩方面。

　　1.1　污水提升

　　提升泵是污水提升的主要設(shè)備,，提升泵的質(zhì)量關(guān)系到污水提升的效果,，提升泵相關(guān)技術(shù)有很大的發(fā)展空間，因此在節(jié)能減耗方面也有提升潛力,。通過實(shí)地調(diào)查和查閱文獻(xiàn),，筆者發(fā)現(xiàn)，污水處理大部分能耗都來源于提升泵,，如果精細(xì)計(jì)算提升泵的其他能耗,，能源消耗將會大幅增加。目前,，提升泵節(jié)能減耗的關(guān)鍵在于控制好出水高度,，首先要控制連接管道長度，加強(qiáng)其結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性,、緊密性,，將能耗降到較低。其次,，還要注意提高提升泵的運(yùn)行效率,，從設(shè)施上加以改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗,。

　　1.2　污水預(yù)處理

　　污水預(yù)處理是指污水進(jìn)入正式處理前對污水進(jìn)行簡單處理,。污水預(yù)處理的主要設(shè)備有格柵和沉砂池。兩者作用不同,，隔柵類似于柵欄,，可以對污水中體積較大的物體進(jìn)行隔離，以防止堵塞污水處理設(shè)備,，導(dǎo)致其難以正常工作,。隔柵在節(jié)能減耗環(huán)節(jié)中可操作性、可提升性都不算太高,，但是它的意義重大,，隔柵是否能正常工作對后續(xù)節(jié)能減耗環(huán)節(jié)能否完成具有較大影響。沉砂池的作用是過濾污水中的泥沙和其他較為細(xì)小的顆粒物，它保障了后續(xù)設(shè)備污水處理的效果不同情況下所需要的沉砂池類型也不同,，比較常見的有平流式,、曝氣式。人們需要根據(jù)具體情況來選擇,，有效過濾污水中的泥沙,，使得后續(xù)環(huán)節(jié)有條不紊地進(jìn)行。平流式沉砂池設(shè)備耗能較低,，節(jié)能降耗效果明顯,。

　　1.3　污水處理

　　污水處理是污水處理廠的主要工藝環(huán)節(jié)，主要分為兩個(gè)部分,，即好氧處理和厭氧處理,。好氧污水處理需要利用曝氣系統(tǒng)，曝氣系統(tǒng)可以適當(dāng)優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)節(jié)能減耗,。首先,，設(shè)備選取和流程設(shè)計(jì)更加準(zhǔn)確，選擇材料更加細(xì)致,，減少材料損失,。其次，微氣泡空氣控制器材可以對污水處理產(chǎn)生的氣泡進(jìn)行壓縮和消蝕,，使氣泡體積變小，從而增大氣體,、液體可接觸面積,，增強(qiáng)反應(yīng)效果。再次,，可以輔助使用曝氣系統(tǒng),，將其放置于側(cè)面，通過其產(chǎn)生的氣體來形成漩渦,，這也可以加強(qiáng)氣體與液體的接觸,。對于污水處理的調(diào)節(jié)設(shè)備，需要采用自動(dòng)調(diào)節(jié),，發(fā)揮自動(dòng)調(diào)節(jié)的準(zhǔn)確性和及時(shí)性,，減少能源浪費(fèi)。除此之外,，合理運(yùn)用潛水?dāng)嚢杵饕彩直匾?/p>

　　最后,，需要控制好變頻調(diào)速風(fēng)機(jī)，使污水處理更加有效,。污水處理節(jié)能減耗需要從大方向把關(guān),，嚴(yán)格落實(shí)到各個(gè)環(huán)節(jié)，需要全面把關(guān)，避免顧此失彼,。就國內(nèi)而言,，污水處理相關(guān)節(jié)能降耗技術(shù)還不夠成熟，因此具有較好的開發(fā)前景,，人們要統(tǒng)籌安排,，統(tǒng)籌謀劃,。

　　1.4　污泥處理

　　污泥處理消耗能量較多，同時(shí)也意味著節(jié)能減耗空間很大。污泥處理工藝較為復(fù)雜,，通常有污泥濃縮、穩(wěn)定和脫水等,。污泥濃縮是指將污泥進(jìn)行壓縮整合,，從而實(shí)現(xiàn)體積減小、密度增大,，實(shí)施方法也有很多種,，如重力壓縮、氣浮壓縮,、離心方式壓縮,。實(shí)踐研究發(fā)現(xiàn)，重力濃縮的能源消耗比較少,，但是耗時(shí)較多,，濃縮過程會產(chǎn)生磷，因此隨著時(shí)代的發(fā)展,，這種工藝逐步被淘汰,。離心濃縮成本較高，目前難以大規(guī)模推廣,。當(dāng)前,，氣浮濃縮使用范圍較廣，其操作簡單,、節(jié)能減耗效果較好,，運(yùn)行效率較高。污泥穩(wěn)定和脫水是指將濃縮后的污泥加以沉淀,，然后通過相關(guān)設(shè)備實(shí)現(xiàn)脫水,，將濃縮液變?yōu)楦稍锏牟牧稀Ｆ溟g主要采用厭氧處理,，使用厭氧菌對水分進(jìn)行吸收,，實(shí)現(xiàn)厭氧消化。厭氧處理需要消耗能源來保持溫度,，同時(shí)利用電能來維持?jǐn)嚢柽\(yùn)輸,。就國內(nèi)而言,，相關(guān)技術(shù)還不夠成熟，因此具有較好的開發(fā)前景,。污泥處理技術(shù)的創(chuàng)新與改革決定著節(jié)能減耗的效果,，也影響著污水處理廠的發(fā)展。

　　2　污水處理現(xiàn)狀與問題

　　2.1　設(shè)備設(shè)計(jì)使用不合理

　　提升泵是污水處理的核心設(shè)備,，直接影響污水提升效果,，污水處理大部分能耗都與提升泵有關(guān)，提升泵節(jié)能減耗的關(guān)鍵是控制好出水高度,。目前,，我國部分污水處理廠提升泵出水高度不合理，造成較大的能源浪費(fèi),，影響后續(xù)流程的節(jié)能減耗,。隔柵能夠隔離污水中體積較大的物體，防止污水處理設(shè)備堵塞而難以正常工作,。沉砂池可以過濾污水中的泥沙,，還可以過濾其他較為細(xì)小的顆粒物，以便進(jìn)行后續(xù)污水處理,。但是,，調(diào)查發(fā)現(xiàn)，部分污水處理廠隔柵空隙較大同時(shí)沉砂池沉積嚴(yán)重,，導(dǎo)致污水中的大小顆粒物難以清除,，最終影響后續(xù)的污水處理。

　　2.2　缺乏專業(yè)操作人員和監(jiān)管人員

　　污水處理事關(guān)人民群眾的生產(chǎn)生活,，但是部分污水處理廠缺乏專業(yè)人員,，導(dǎo)致設(shè)備操作不合理。同時(shí),，不夠?qū)I(yè)的操作流程勢必會造成能源消耗過度和資源浪費(fèi),，甚至影響污水處理質(zhì)量,，造成污水外泄,，影響人民群眾的生產(chǎn)生活。另外,，污水處理需要兩大監(jiān)督,，一是污水處理廠質(zhì)檢人員監(jiān)督，二是相關(guān)部門抽樣檢查,。但是,，由于種種原因，我國檢查管理制度還不夠健全,，導(dǎo)致部分污水處理廠不能按質(zhì)按量完成污水處理,。因此,，當(dāng)前急需建立行之有效的污水處理監(jiān)督管理審查機(jī)制。

　　3　節(jié)能降耗的有效措施

　　3.1　改造節(jié)能技術(shù)

　　污水處理設(shè)備的改進(jìn)決定著是否能更好地完成節(jié)能減耗,。具體來說,，首先可以從提升泵改進(jìn)開始，不合理的提升泵往往會造成水泵揚(yáng)程偏高,，從而導(dǎo)致水位大多處于大流量,、低揚(yáng)程、低效區(qū)的狀態(tài),，使得提升泵所耗費(fèi)的能量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)際所需能量,，造成較大的能源浪費(fèi)。因此,，人們需要改進(jìn)提升泵的變頻技術(shù),，使之更具操作性和可行性，能自如應(yīng)對不同水位,。其次是倒傘曝氣機(jī),，該設(shè)備主要由主機(jī)和葉輪兩大部件組成，葉輪是倒傘曝氣機(jī)的主要部件之一,，它決定著整個(gè)機(jī)器的運(yùn)作,。就目前來說，葉輪的創(chuàng)新改造主要是將倒傘曝氣機(jī)的螺旋式倒傘改造成翹片式,，即用直齒輪代替原先的螺旋式錐齒輪,。這樣才能適應(yīng)不斷提高的標(biāo)準(zhǔn)，更好地處理污水,。因此,，人們要加強(qiáng)科技創(chuàng)新，提升設(shè)備運(yùn)行效率,，實(shí)施節(jié)能減耗,。

　　3.2　選擇關(guān)鍵節(jié)能設(shè)備

　　一是泵的選擇。泵對于污水處理非常重要,，其主要參數(shù)是流速和流量,，它們既影響實(shí)際峰值，也影響后續(xù)水量變化,，不同泵的基本參數(shù)不同,。因此，要想推進(jìn)節(jié)能降耗,，首先要選擇規(guī)格合適,、參數(shù)適宜、質(zhì)量優(yōu)良,、產(chǎn)品合格的泵,，保障運(yùn)行效率,，利用較少的能源實(shí)現(xiàn)污水處理的較大效益，減少能源浪費(fèi),。二是控制系統(tǒng)的選擇,。控制系統(tǒng)影響反饋效果,，人們需要選擇合理的控制系統(tǒng),，調(diào)整控制數(shù)據(jù)信息。三是電機(jī)的選擇,。污水處理廠的電能消耗主要發(fā)生于曝氣系統(tǒng)和提升泵,。這些設(shè)備利用電機(jī)來工作，因此人們要合理選擇電機(jī),，同時(shí)要加強(qiáng)對電機(jī)的維護(hù)和檢修,。關(guān)鍵部分要嚴(yán)格采用高質(zhì)量的設(shè)備，以減少安全隱患,，提高節(jié)能降耗效率,。

　　3.3　加強(qiáng)節(jié)能降耗管理

　　污水處理廠要重視內(nèi)部管理，實(shí)施科學(xué)化,、制度化的管理,。一是定期維修相關(guān)設(shè)備，應(yīng)配備專門的維修檢查人員,，定期巡檢,，經(jīng)常清洗管道，及時(shí)排查異?，F(xiàn)象,，同時(shí)做好記錄，盡快解決,。二是加強(qiáng)用電管理,，污水處理廠耗電量大，因此為了電路安全,，應(yīng)盡量避開用電高峰期,。污水處理廠要完善運(yùn)行體系，及時(shí)排除隱患,，保證污水處理設(shè)施實(shí)現(xiàn)良好運(yùn)行,。

　　3.4　加強(qiáng)監(jiān)督制度管理

　　污水處理廠要完善激勵(lì)機(jī)制,，提高員工的工作積極性,，對違規(guī)員工進(jìn)行處罰，保障企業(yè)管理秩序,。此外,，還應(yīng)該加強(qiáng)管理,，保障污水處理設(shè)備平穩(wěn)運(yùn)行。污水處理廠應(yīng)當(dāng)配備專門的監(jiān)督管理人員和技術(shù)質(zhì)檢人員,，監(jiān)督管理人員要嚴(yán)格管控污水處理設(shè)備和材料的采購,，杜絕購買劣質(zhì)設(shè)備和材料，配合有關(guān)部門例行檢查,。技術(shù)質(zhì)檢人員主要職責(zé)是對污水處理流程進(jìn)行指導(dǎo)和檢查,，防止出現(xiàn)人工失誤，預(yù)防安全問題,，同時(shí)對突發(fā)情況進(jìn)行應(yīng)急處理,。另外，污水處理廠要積極鼓勵(lì)員工參與企業(yè)管理,，增強(qiáng)內(nèi)部凝聚力,，提高員工積極性，實(shí)現(xiàn)獎(jiǎng)懲分明,，優(yōu)化企業(yè)管理秩序,，保障企業(yè)合理運(yùn)行。

　　4　能效管理解決方案--AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

　　安科瑞電氣具備從終端感知,、邊緣計(jì)算到能效管理平臺的產(chǎn)品生態(tài)體系,，AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過在污水廠源、網(wǎng),、荷,、儲、充的各個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)安裝保護(hù),、監(jiān)測,、分析、治理裝置,，用于監(jiān)測污水廠能耗總量和能耗強(qiáng)度,，重點(diǎn)監(jiān)測主要用能設(shè)備能效，保護(hù)污水廠運(yùn)行安全可靠,，提高污水廠能效,，為污水處理的能效管理提供科學(xué)、精細(xì)的解決方案,。

圖1 AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺

　　4.1　保障供電可靠性

　　對污水廠配電系統(tǒng)中35kV,、10kV電壓等級配置微機(jī)保護(hù)裝置及多功能儀表進(jìn)行保護(hù)和監(jiān)控，對0.4kV配置多功能計(jì)量儀表,，用于監(jiān)測各回路的電氣參數(shù)和用能情況,，可實(shí)時(shí)監(jiān)控高低壓供配電系統(tǒng)開關(guān)柜、變壓器微機(jī)保護(hù)測控裝置,、發(fā)電機(jī)控制柜,、ATS/STS,、UPS，包括遙控,、遙信,、遙測、遙調(diào),、事故報(bào)警及記錄等,。

　　污水廠存在大量的非線性負(fù)載，通過監(jiān)測其配電系統(tǒng)的諧波畸變,、電壓波動(dòng),、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量，并配置對應(yīng)的電能質(zhì)量治理措施進(jìn)一步提高供電可靠性,。

圖2  AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺主接線圖

　　4.2　電能質(zhì)量監(jiān)測與治理

　　監(jiān)測污水廠配電系統(tǒng)的諧波畸變,、電壓波動(dòng)、閃變和容忍度指標(biāo)分析其電能質(zhì)量,，監(jiān)測配置電能質(zhì)量治理裝置保障穩(wěn)定生產(chǎn),。

圖3 電能質(zhì)量監(jiān)測圖

　　顯示有源濾波和無功補(bǔ)償裝置運(yùn)行情況，包括補(bǔ)償電流,、負(fù)荷電流,，電網(wǎng)電壓，IGBT上下橋臂溫度等,。

圖4  補(bǔ)償濾波監(jiān)測圖

　　4.3　建立能源計(jì)量體系

　　AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺通過搭建計(jì)量體系,，采集污水處理廠能源數(shù)據(jù)，顯示污水處理廠的能源流向和能源損耗,，通過能源流向圖幫助其分析能源消耗去向,，找出能源消耗異常區(qū)域幫助其了解各工藝環(huán)節(jié)能源消耗量，并且可細(xì)化到樓層,、車間,、產(chǎn)線、班組,、工序,，計(jì)算產(chǎn)品單耗、單位面積能耗或萬元產(chǎn)值能耗,，從而計(jì)算出能耗總量和單位能耗,。

圖5  能源流向圖

　　4.4　數(shù)據(jù)集抄并實(shí)時(shí)計(jì)量

　　AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺提供自定義時(shí)間抄表功能，可以在任意時(shí)間,，任意地點(diǎn),，完成對企業(yè)的三級計(jì)量體系數(shù)據(jù)閱覽，減少了人工投入。同時(shí)各類保護(hù),、儀表主動(dòng)定時(shí)上傳數(shù)據(jù)，保證了能源時(shí)效性,，為其節(jié)能降耗,，提供了基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

圖6   數(shù)據(jù)集抄報(bào)表

　　4.5　優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)

　　AcrelEMS-SW智慧水務(wù)能效管理平臺支持接入分布式光伏電站以及風(fēng)力發(fā)電站,，為企業(yè)提供分布式電站運(yùn)行監(jiān)測和發(fā)電日/月/年/累計(jì)收益和減排分析,，支持自發(fā)自用、余電上網(wǎng),。在儲能環(huán)節(jié),，平臺接入BMS和PCS數(shù)據(jù)，支持充放電配置策略,，并對電池管理系統(tǒng)提供實(shí)時(shí)預(yù)警,，根據(jù)其負(fù)荷特點(diǎn)，削峰填谷,，充分使用新能源,，降低污水廠碳排放。

圖7 分布式光伏電站監(jiān)測運(yùn)維

　　4.6　 提升主要用能設(shè)備能效

　　污水處理廠中有著大量的電機(jī),、水泵,，其中污水提升泵和鼓風(fēng)曝氣能耗占據(jù)了工藝能耗中的大多數(shù)，平臺針對這些工藝設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測分析,，工藝之間橫向比較,，尋找具調(diào)控潛力的用電設(shè)備、工藝單元,，幫助用戶發(fā)現(xiàn)其能效提升空間并提供解決方案,，找到較好的運(yùn)行區(qū)域，顯著降低能源消耗

圖8 管網(wǎng)圖和能效監(jiān)測

　　4.7　報(bào)警及時(shí)推送

　　平臺提供能源報(bào)警功能,，一旦發(fā)現(xiàn)跑冒滴漏,，能源消耗異常，電參量異常等情況,，能提供多種方式的報(bào)警,，包括但不限于郵件、短信,、釘釘推送等,。

圖9 報(bào)警記錄與管理

　　4.8　加強(qiáng)運(yùn)維管理

　　加強(qiáng)巡視維護(hù)工作，及時(shí)發(fā)現(xiàn)或消除設(shè)備隱患,，提高供電可靠性,。配置重要設(shè)備包括變壓器、電氣柜、高壓電纜,、空調(diào)主機(jī),、水泵、鼓風(fēng)機(jī)等設(shè)備信息,，配置二維碼,，快速在移動(dòng)端獲取設(shè)備信息、設(shè)備維修歷史記錄以及解決問題的常用辦法,。

圖10 設(shè)備運(yùn)維檔案

　　4.9　典型硬件

　　5　結(jié)論

　　污水處理事關(guān)廣大人民群眾的健康與安全,，而節(jié)能降耗則是推進(jìn)我國社會經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)持續(xù)發(fā)展的保證。污水處理的節(jié)能降耗綜合性強(qiáng),、工作難度高,，涉及的工藝、設(shè)備,、過程控制和管理較為復(fù)雜,。因此，人們要從設(shè)計(jì),、設(shè)備選型,、運(yùn)行管理控制、維護(hù)改造等環(huán)節(jié)入手,，積極推廣和應(yīng)用節(jié)能降耗技術(shù),，保證污水處理質(zhì)量。

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