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污水处理厂供电系统节能降耗技术实践探究

2024-10-27 33 上传者：管理员

摘要：随着环境保护意识的提高，污水处理厂的节能降耗问题日益引起关注。本文从能耗问题分析、自动化技术下的节能降耗以及应用实例三个方面进行探讨，旨在为污水处理厂的节能降耗提供参考。文章对污水处理厂的能耗问题进行了详细分析，并介绍了能耗分析步骤。提出了自动化技术在污水处理厂的节能降耗中的应用，包括变频调速技术、曝气设备选型及溶解氧控制措施、污水提升泵节能措施等。最后，以某污水处理厂为例，详细描述了该厂的节能降耗设计，包括超越段的设置、变频调速技术的应用、曝气设备选型及溶解氧控制措施、污水提升泵节能措施等。

关键词：
变频调速技术
水污染治理
污水处理厂
自动化技术
节能降耗
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随着全球经济的快速发展，环境问题日益严重，尤其是水资源的污染和浪费问题。污水处理厂作为水污染治理的重要手段，其能耗问题也日益突出。据统计，污水处理厂的能耗占全球总能耗的1%左右，且这一比例还在不断增加。因此，如何降低污水处理厂的能耗已经成为一个亟待解决的问题。近年来，随着自动化技术的不断发展，污水处理厂节能降耗技术得到了广泛应用。自动化技术可以有效地控制污水处理过程中的各个环节，提高污水处理效率，降低能耗。本文将从能耗问题分析、自动化技术下的节能降耗以及应用实例等方面进行探讨，旨在为污水处理厂的节能降耗提供参考。希望通过本文研究可以为污水处理厂的节能降耗提供参考。

1、污水处理厂的能耗问题分析

1.1 污水处理厂的能耗问题

污水处理的能源消耗可以分为直接和间接两个方面。直接能源消耗是指污水处理厂正常运转所需的能源，而间接能源消耗是指不直接参与污水处理过程，但用于生产污水处理辅助药剂，或用于处理处置污水处理副产物等所需的能源。直接能源消耗和间接能源消耗均可以通过实施节能技术进行控制。污水处理厂内有各种设备和系统，它们在发挥作用时会消耗能量，例如机械曝气、鼓风充气、污水提升泵提升、回流污泥泵回流等。同时，污水处理厂还需要消耗物质来完成污水处理，如石灰、活性炭、絮凝剂等。根据目前国内大多数城市污水处理厂的运行情况来看，三种主要处理过程的能耗之和超过了总能耗的70%。其中，生物处理的能耗超过了50%，其次是污泥处理的10%～25%，用于污水提升处理的能耗为10%～20%，具体占比也因工艺流程的不同而有所差异。

1.2 能耗分析步骤

污水处理厂的能耗分析可以通过5个基本的步骤进行获得，具体如下：

(1）确认污水处理厂评价的指标集合，U={u1,u2,...,uj,...,un}。

(2）确认评价的等级集合，V={v1,v2,...,vj,...,vm}。

(3）通过单因素的判断，得到模糊关系矩阵R。

(4）确认污水处理厂能耗分析因素权重向量A1×n=(a1,a2,...,an)。

其中，ai(i=1,2,...,n)为因素ui(i=1,2,...,n)重要的程度，就是ui占据的权重，并且ai需要满足的条件是。

(5）根据B值的计算得到能源消耗数据作为基础，本文提出模糊综合评判法来对污水处理厂进行能耗评估，该方法采用了权重向量A和隶属度矩阵R相结合的方式来实现这一目标，从而获得了详细而准确的能耗分析结论B。

式中，为某一组污水处理厂的能耗分析对于评价等级vj隶属的程度。

2、自动化技术下污水处理厂节能降耗

本文采用自动控制器来实现定量输入、精确反应和完整分解等要求，其中每一个步骤都必须严格控制，才能实现完全自动化的操作，而不仅仅是手动操作。本项目的研究对象是污水处理系统，通过智能控制器对其进行遥控控制，将溶氧浓度转化为控制变量，以节省氧气传输成本并提高传输效率为目标，以实现节能减排的目的。同时提出了一种基于自动控制器的废水处理系统的自动化控制方案，以自控系统为基础，建立了污水处理厂运行过程的精细模型，如图1所示。

3、应用实例

3.1 污水处理厂概况

某污水处理厂于2020年底投入运营，旨在为附近的工业区和居民小区提供服务。该项目采用半地埋方式，一期项目建成土建设计规模为60 000 m3/d、设备安装规模为30 000 m3，其中，再生水回用规模为20 000 m3/d。该处理工艺采用改进的巴登菲法，处理流程包括集水泵坑、粗格栅、进水提升泵、细格栅、旋流沉砂池、水解酸化池、改进的Bardenpho生物池、二沉池、反硝化深床过滤器、紫外线杀菌池、巴氏计量箱和尾水泵池。经过检测，出水主要指标满足《四川省岷江、沱江水污染物排放标准》（DB 51/2311—2016）标准中城镇集中污水处理厂要求，进水与出水的水质数据可以参见表1。

表1设计进出水水质（单位：mg/L)

3.2 能耗分析

经过对半埋式污水处理厂全过程能耗的分析，可以得出结论：工艺设备占总能耗的82.4%，而通风、照明和供暖系统占17.6%。从表2可以看出，能源消耗中过程设备所占比例由大到小依次为曝气风机和除臭系统，与北京某水厂能耗构成基本一致。通过对整个流程的能耗进行详细分析，结果显示，二、三级处理段的能耗占总能耗的56.37%；其次是脱臭与深度处理，各个工序的能耗约为28.41%；预处理段和污泥段的电耗差异不大，占比较小。由表2及表3可知，半地埋式污水处理厂的节能减排重点在于泵类、曝气风机及除臭系统等，而通风、照明和供暖也是影响其能耗的主要控制因子。

图1污水处理自动控制

表2工艺设备类能耗占比表（%）

表3各处理段能耗占比表（%)

3.3 节能降耗设计

3.3.1 根据实际工程经验灵活设置超越段

在实践过程中，本工艺在水解酸化池和反硝化深床过滤器等地方都设置了超越沟。在实际应用中，这个过程段的电耗也超过了规定的操作条件。经计算，在整个过程中电耗占据了大约12%的比例。在这种情况下，可以每年节省约106万kW·h的电力，电价大约为0.58元/度。因此，一年下来可以节约大约61.48万元。节能效果非常显著。

3.3.2 变频调速技术

利用变频技术对提升泵进行变频控制，使其总能耗可达20%～40%。该项目采用磁悬浮鼓风机、橡胶膜片式曝气器，除臭风机全部使用变频电机，提升泵配以定频-变频组合，节能效果显著。

3.3.3 曝气设备选型及溶解氧控制措施

在风机选型时，应该根据最大负载下的供氧需求作为前提。然而，在正常负荷下，尤其是在污水污染物负荷较小的情况下，应该尽量减少风量，以节约能源并避免过度曝气，以确保处理效果。然而，在实际工程实践中，往往曝气风机的选择过大，在某个台风机进行变频操作时，可能会导致过度曝气，不得不采取开启旁路排放阀的方式来减少风量，这增加操作负担并使能源消耗增加，还可能产生很大的噪音。造成这种情况的原因在于实际入水水质和水量经常发生变化，并与设计值存在一定偏差。

该项目将采用大、小风扇相结合的方式。在选择磁浮鼓风机时，选择了高效率、小空间、低维护和低噪音的型号，并进行了变频设计。该设备的总曝气量为125 N3/min，将使用62.5 Nm3/min的风机2台和31.25 Nm3/min的风机2台。这种设计方法不仅可以确保每种型号都有备用设备，还可以对操作风量进行灵活调节，以达到15.6～125 Nm3/min的范围。在设备的两侧分别放置2台小风量的风机，而在设备的中间放置2台大风量的风机。同时，设置1台大型风机和1台小型风机组成一个风机组，并在两者之间安装了一个阀门。在平时，该阀门处于正常关闭状态，这样可以使得每组生化池的曝气均匀度达到最佳状态。除了选择适合的风机外，曝气装置的选择对风机的工作性能也有重要影响。微孔曝气技术因其小气泡尺寸、较大的表面积和高效的氧气传递等优点，逐渐取代了传统的穿孔管道曝气方式。一般可节省20%～40%的成本，个别情况下甚至能达到50%的节约。选择EPDM薄膜曝气系统作为项目，该系统不易堵塞，维护管理更加方便，氧气利用率较高，并配备了在线清洗设备，运行定期高曝冲洗，可以有效解决微孔曝气器容易堵塞的问题。为了确保水体中保持足够的溶解氧含量，曝气是首要任务。根据实验结果，通过对溶氧浓度进行调整，可以节约约10%的空气。此外，采用了“推流”和“局部充分掺混”的方式，对曝气区域内的溶氧进行分区调控。

3.3.4 污水提升泵节能措施

本项目采用了三级提升方式，其中市政排水管网的建设情况和来水量的变动对进水提升泵站产生了显著影响。水位会发生较大变动，而中部提升泵池和尾部水泵池的水位相对较为稳定。

在城市污水处理厂，由于进水量的剧烈变化和泵池调水容量受限，可以采用不同形式的泵组合或采用变频调速。这个项目使用了大泵和小泵的结合方式，设计入口总流量为1 812.5 m3/h，安装了两台907.2 m3/h的潜污泵，两台设备再分别配备一台额定流量为604.8 m3/h的变频泵，使得流量可以在226～1 812.5 m3/h之间调节，通过固定-变频组合的方式，提高了泵组的整体效率。

4、结语

本文从能耗问题分析、自动化技术下的节能降耗及应用实例方面对污水处理厂节能降耗技术进行了探讨。通过对污水处理厂能耗问题的分析，明确了能耗原因和构成，为节能降耗提供了方向。介绍了自动化技术在污水处理厂节能降耗中的应用，包括变频调速技术、曝气设备选型及溶解氧控制措施、污水提升泵节能措施等，为实际应用提供了参考。以某污水处理厂为例，描述了该厂节能降耗设计，包括超越段的设置、变频调速技术的应用、曝气设备选型及溶解氧控制措施、污水提升泵节能措施等，为同类污水处理厂的节能降耗提供了实践经验。

参考文献:

[1]蒙婷婷.化技术优势为发展胜势中建环能持续研发助力污水处理领域节能降耗[N].证券日报,2023-09-27(B03).

[2]张先超.城镇生活污水处理技术创新与节能降耗策略探究[J].皮革制作与环保科技,2023,4(6):123-124+131.

[3]戴力.污水处理中技术创新与节能降耗研究[J].皮革制作与环保科技,2023,4(3):10-12.

文章来源:叶钟灵,胡勇.污水处理厂供电系统节能降耗技术实践探究[J].清洗世界,2024,40(10):29-31.