关键词：污水处理；节能降耗；高耗能

 

污水处理会消耗大量能源，急需开展节能降耗。污水处理厂的能耗分为两种，一是直接能耗，二是间接能耗。能量消耗是污水处理过程中的正常情况，是机器运转的必然。消耗能量的方面有很多，直接消耗和间接消耗也不一样。直接耗能通常械曝气或风鼓曝气、污水提升泵、回流污泥泵、污泥脱水、搅拌推流等。间接耗能主要包括外加碳源、石灰、活性炭、絮凝剂等物料所消耗的能量。从整体上来看，我国污水处理中能耗较多的是污水的提水能耗、污水生物处理能耗和污泥处理能耗，三者占了大部分的能耗。其中一半以上是污水生物处理的能耗，其次是污泥处理的能耗，后是污水的提水能耗。所以，节能降耗是非常必要的。就目前而言，为了使污水处理有效，人们从水耗、物耗、能耗三个方面来实施节能降耗。

污水处理需要消耗大量能源，尤其是污水提升、污水和污泥处理。同时，很多污水处理设备会消耗大量能源，包括用于抽取的提升泵、风力供应的鼓风机以及回流泵。在处理污水时，人们需要辅助使用一些化学，用来除磷和污水消毒，以**水资源的重复使用。综上来看，节能减耗主要应当致力于优化设备和改良剂两方面。

1.1　污水提升

提升泵是污水提升的主要设备，提升泵的质量关系到污水提升的效果，提升泵相关技术有很大的发展空间，因此在节能减耗方面也有提升潜力。通过实地调查和查阅文献，笔者发现，污水处理大部分能耗都来源于提升泵，如果精细计算提升泵的其他能耗，能源消耗将会大幅增加。目前，提升泵节能减耗的关键在于控制好出水高度，首先要控制连接管道长度，加强其结构的稳定性、紧密性，将能耗降到较低。其次，还要注意提高提升泵的运行效率，从设施上加以改进，实现节能减耗。

1.2　污水预处理

污水预处理是指污水进入正式处理前对污水进行简单处理。污水预处理的主要设备有格栅和沉砂池。两者作用不同，隔栅类似于栅栏，可以对污水中体积较大的物体进行隔离，以防止堵塞污水处理设备，导致其难以正常工作。隔栅在节能减耗环节中可操作性、可提升性都不算太高，但是它的意义重大，隔栅是否能正常工作对后续节能减耗环节能否完成具有较大影响。沉砂池的作用是过滤污水中的泥沙和其他较为细小的颗粒物，它**了后续设备污水处理的效果不同情况下所需要的沉砂池类型也不同，比较常见的有平流式、曝气式。人们需要根据具体情况来选择，有效过滤污水中的泥沙，使得后续环节有条不紊地进行。平流式沉砂池设备耗能较低，节能降耗效果明显。

1.3　污水处理

污水处理是污水处理厂的主要工艺环节，主要分为两个部分，即好氧处理和厌氧处理。好氧污水处理需要利用曝气系统，曝气系统可以适当优化以实现节能减耗。首先，设备选取和流程设计加准确，选择材料加细致，减少材料损失。其次，微气泡空气控制器材可以对污水处理产生的气泡进行压缩和消蚀，使气泡体积变小，从而增大气体、液体可接触面积，增强反应效果。再次，可以辅助使用曝气系统，将其放置于侧面，通过其产生的气体来形成漩涡，这也可以加强气体与液体的接触。对于污水处理的调节设备，需要采用自动调节，发挥自动调节的准确性和及时性，减少能源浪费。除此之外，合理运用潜水搅拌器也十分必要。

后，需要控制好变频调速风机，使污水处理加有效。污水处理节能减耗需要从大方向把关，严格落实到各个环节，需要全面把关，避免顾此失彼。就国内而言，污水处理相关节能降耗技术还不够成熟，因此具有较好的开发前景，人们要统筹安排，统筹谋划。

1.4　污泥处理

污泥处理消耗能量较多，同时也意味着节能减耗空间很大。污泥处理工艺较为复杂，通常有污泥浓缩、稳定和脱水等。污泥浓缩是指将污泥进行压缩整合，从而实现体积减小、密度增大，实施方法也有很多种，如重力压缩、气浮压缩、离心方式压缩。实践研究发现，重力浓缩的能源消耗比较少，但是耗时较多，浓缩过程会产生磷，因此随着时代的发展，这种工艺逐步被淘汰。离心浓缩成本较高，目前难以大规模推广。当前，气浮浓缩使用范围较广，其操作简单、节能减耗效果较好，运行效率较高。污泥稳定和脱水是指将浓缩后的污泥加以沉淀，然后通过相关设备实现脱水，将浓缩液变为干燥的材料。其间主要采用厌氧处理，使用厌氧菌对水分进行吸收，实现厌氧消化。厌氧处理需要消耗能源来保持温度，同时利用电能来维持搅拌运输。就国内而言，相关技术还不够成熟，因此具有较好的开发前景。污泥处理技术的创新与改革决定着节能减耗的效果，也影响着污水处理厂的发展。

2.1　设备设计使用不合理

提升泵是污水处理的设备，直接影响污水提升效果，污水处理大部分能耗都与提升泵有关，提升泵节能减耗的关键是控制好出水高度。目前，我国部分污水处理厂提升泵出水高度不合理，造成较大的能源浪费，影响后续流程的节能减耗。隔栅能够隔离污水中体积较大的物体，防止污水处理设备堵塞而难以正常工作。沉砂池可以过滤污水中的泥沙，还可以过滤其他较为细小的颗粒物，以便进行后续污水处理。但是，调查发现，部分污水处理厂隔栅空隙较大同时沉砂池沉积严重，导致污水中的大小颗粒物难以清除，终影响后续的污水处理。

2.2　缺乏专业操作人员和监管人员

污水处理事关人民群众的生产生活，但是部分污水处理厂缺乏专业人员，导致设备操作不合理。同时，不够专业的操作流程势必会造成能源消耗过度和资源浪费，甚至影响污水处理质量，造成污水外泄，影响人民群众的生产生活。另外，污水处理需要两大监督，一是污水处理厂质检人员监督，二是相关部门抽样检查。但是，由于种种原因，我国检查管理制度还不够健全，导致部分污水处理厂不能按质按量完成污水处理。因此，当前急需建立行之有效的污水处理监督管理审查机制。

3.1　改造节能技术

污水处理设备的改进决定着是否能好地完成节能减耗。具体来说，首先可以从提升泵改进开始，不合理的提升泵往往会造成水泵扬程偏高，从而导致水位大多处于大流量、低扬程、低效区的状态，使得提升泵所耗费的能量远远实际所需能量，造成较大的能源浪费。因此，人们需要改进提升泵的变频技术，使之具操作性和可行性，能自如应对不同水位。其次是倒伞曝气机，该设备主要由主机和叶轮两大部件组成，叶轮是倒伞曝气机的主要部件之一，它决定着整个机器的运作。就目前来说，叶轮的创新改造主要是将倒伞曝气机的螺旋式倒伞改造成翘片式，即用直齿轮代替原先的螺旋式锥齿轮。这样才能适应不断提高的标准，好地处理污水。因此，人们要加强科技创新，提升设备运行效率，实施节能减耗。

3.2　选择关键节能设备

一是泵的选择。泵对于污水处理非常重要，其主要参数是流速和流量，它们既影响实际峰值，也影响后续水量变化，不同泵的基本参数不同。因此，要想推进节能降耗，首先要选择规格合适、参数适宜、质量优良、产品合格的泵，**运行效率，利用较少的能源实现污水处理的较大效益，减少能源浪费。二是控制系统的选择。控制系统影响反馈效果，人们需要选择合理的控制系统，调整控制数据信息。三是电机的选择。污水处理厂的电能消耗主要发生于曝气系统和提升泵。这些设备利用电机来工作，因此人们要合理选择电机，同时要加强对电机的维护和检修。关键部分要严格采用高质量的设备，以减少安全隐患，提高节能降耗效率。

3.3　加强节能降耗管理

污水处理厂要重视内部管理，实施科学化、制度化的管理。一是定期维修相关设备，应配备专门的维修检查人员，定期巡检，经常清洗管道，及时排查异常现象，同时做好记录，尽快解决。二是加强用电管理，污水处理厂耗电量大，因此为了电路安全，应尽量避开用电高峰期。污水处理厂要完善运行体系，及时排除隐患，保证污水处理设施实现良好运行。

3.4　加强监督制度管理

污水处理厂要完善激励机制，提高员工的工作积性，对违规员工进行处罚，**企业管理秩序。此外，还应该加强管理，**污水处理设备平稳运行。污水处理厂应当配备专门的监督管理人员和技术质检人员，监督管理人员要严格管控污水处理设备和材料的采购，杜绝购买劣质设备和材料，配合有关部门例行检查。技术质检人员主要职责是对污水处理流程进行指导和检查，防止出现人工失误，预防安全问题，同时对突发情况进行应急处理。另外，污水处理厂要积鼓励员工参与企业管理，增强内部凝聚力，提高员工积性，实现奖惩分明，优化企业管理秩序，**企业合理运行。

安科瑞电气具备从终端感知、边缘计算到能效管理平台的产品生态体系，AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过在污水厂源、网、荷、储、充的各个关键节点安装保护、监测、分析、治理装置，用于监测污水厂能耗总量和能耗强度，重点监测主要用能设备能效，保护污水厂运行，提高污水厂能效，为污水处理的能效管理提供科学、精细的解决方案。

图1 AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

4.1　**供电可靠性

对污水厂配电系统中35kV、10kV电压等级配置微机保护装置及多功能仪表进行保护和监控，对0.4kV配置多功能计量仪表，用于监测各回路的电气参数和用能情况，可实时监控高低压供配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、ATS/STS、UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。

污水厂存在大量的非线性负载，通过监测其配电系统的谐波畸变、电压波动、闪变和容忍度指标分析其电能质量，并配置对应的电能质量治理措施进一步提高供电可靠性。

图2  AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台主接线图

 

4.2　电能质量监测与治理

 

监测污水厂配电系统的谐波畸变、电压波动、闪变和容忍度指标分析其电能质量，监测配置电能质量治理装置**稳定生产。

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图3 电能质量监测图

显示有源滤波和无功补偿装置运行情况，包括补偿电流、负荷电流，电网电压，IGBT上下桥臂温度等。

 

图4  补偿滤波监测图

 

4.3　建立能源计量体系

AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过搭建计量体系，采集污水处理厂能源数据，显示污水处理厂的能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助其分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域帮助其了解各工艺环节能源消耗量，并且可细化到楼层、车间、产线、班组、工序，计算产品单耗、单位面积能耗或万元产值能耗，从而计算出能耗总量和单位能耗。

图5  能源流向图

 

 

4.4　数据集抄并实时计量

AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台提供自定义时间抄表功能，可以在任意时间，任意地点，完成对企业的三级计量体系数据阅览，减少了人工投入。同时各类保护、仪表主动定时上传数据，保证了能源时效性，为其节能降耗，提供了基础数据支撑。

图6   数据集抄报表

 

4.5　优化能源结构

AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台支持接入分布式光伏电站以及风力发电站，为企业提供分布式电站运行监测和发电日/月/年/累计收益和减排分析，支持自发自用、余电上网。在储能环节，平台接入BMS和PCS数据，支持充放电配置策略，并对电池管理系统提供实时预警，根据其负荷特点，削峰填谷，充分使用新能源，降低污水厂碳排放。

图7 分布式光伏电站监测运维

4.6　 提升主要用能设备能效

污水处理厂中有着大量的电机、水泵，其中污水提升泵和鼓风曝气能耗占据了工艺能耗中的大多数，平台针对这些工艺设备进行监测分析，工艺之间横向比较，寻找具调控潜力的用电设备、工艺单元，帮助用户发现其能效提升空间并提供解决方案，找到较好的运行区域，显著降低能源消耗

图8 管网图和能效监测

4.7　报警及时推送

平台提供能源报警功能，一旦发现跑冒滴漏，能源消耗异常，电参量异常等情况，能提供多种方式的报警，包括但不限于邮件、短信、钉钉推送等。

图9 报警记录与管理

4.8　加强运维管理

加强巡视维护工作，及时发现或消除设备隐患，提高供电可靠性。配置重要设备包括变压器、电气柜、高压电缆、空调主机、水泵、鼓风机等设备信息，配置二维码，快速在移动端获取设备信息、设备维修历史记录以及解决问题的常用办法。

图10 设备运维档案

 

4.9　典型硬件

污水处理事关广大人民群众的健康与安全，而节能降耗则是推进我国社会经济实现持续发展的保证。污水处理的节能降耗综合性强、工作难度高，涉及的工艺、设备、过程控制和管理较为复杂。因此，人们要从设计、设备选型、运行管理控制、维护改造等环节入手，积推广和应用节能降耗技术，保证污水处理质量。

 

1  张志峰 . 污水处理节能降耗问答 [M]. 北京：工业出版社，2011.

2  杨　岳，狄　倩 . 城市污水处理厂的能耗分析及节能降耗措施研究 [J]. 绿色科技，2013，（5）：202-204.

3  曾庆平 . 污水处理厂节能减排策略 [J]. 中国科技纵横，2013，（6）：19.

4  安科瑞企业微电网设计应用手册.2020.06版

5  敖伊敏，庞小平，梁宏宇. 浅谈污水处理节能降耗途径