水厂节能降耗范文

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中图分类号：TE08文献标识码：A文章编号：

随着我国经济的不断发展，我国各地水厂的规模不断扩大，用水量也不断增加。我国各地的水厂基本都对供水系统进行了改造，以降低能源消耗。但是，还有一些水厂在生产的过程中，由于生产工艺、管理等等原因，使水厂的生产效率较低，对能源的损耗较大，使水厂的生产成本居高不下。不断降低生产成本是我国各地水厂快速发展的重要的内在动力，因此，应当不断采取多种有效措施，进一步实现水厂的节能降耗。从而有效降低水厂生产成本，提高水厂的经济效益。

一、当前水厂节能降耗存在的主要问题

1、水厂电能损耗较为严重

首先，是水厂的水泵机组的电能损耗较为严重。目前，在我国的各类水厂中，水泵机组的应用较为普遍。在水厂的生产过程中，水泵机组消耗了大量的电能。由于设备、管理、技术等各种原因，我国水厂的水泵机组效率较低、能耗偏大、成本较高致。使泵站工程水厂的效益难以提高。究其根源，主要是由于供水量增长速度较快，供水管网改造也较快，但是，很多水厂水厂的水泵机组却没有及时进行同步改造，使很多给水厂的水泵工作扬程不断下降，往往都是运行在低效区运行，使水泵的效率难以，造成大量电能的浪费。另外，还有一些水厂加压供水的选泵配置不尽合理，也导致大量的不必要的电能浪费。

其次，是给水处理过程中的电能损耗较为严重。水处理过程中的电能损耗较为严重的主要原因，是由于资金和技术等制约，使我国的很多水厂自动控制技术较为落后，加药及污泥处理工艺不完善，尚未建立起完善的仪表控制和计算机控制系统，难以满足水厂节能降耗的需要。

另外，是水厂的清水池的电能损耗较为严重。水厂的清水池在自来水的生产过程中发挥着重要的作用，具有调节水量、蓄存、进行氯化消毒接触的作用。但是，由于我国的一些自来水厂的设计的缺陷，使很多清水池有效容积不够，无法满足贮存的要求。另外，还有一些水厂在设计清水池时，往往都是从容量方面考虑，很少考虑通过抬高清水池内水位节约能耗，最终造成了清水池的电能损耗较为严重。

2、水厂药耗水平居高不下

首先，是我国水厂矾耗过高。目前我国水厂大多数使用平流沉淀池，导致工艺处理时间较长。同时，加矾量也不够合理。水厂的运行人员需要利用较长的时间，才能了解一定加矾量所对应的滤后水浊度，为了保证水质，水厂的运行人员会提高加矾量，这样就增加了加矾耗。

其次，目前我国大多数水厂采用是液氯消毒，但是，在消毒过程中主要还是水厂的运行人员依赖水厂的运行人员的人工操作，难以有效降低氯耗。同时，对于我国的水厂来说，净水构筑物体积一般都较大，与外界接触面积广，氯气非常容易挥发，也产生了大量不必要的氯气消耗，

二、促进水厂节能降耗的相关对策

1、采取多种措施，不断降低电能损耗

首先，要通过对泵站进行优化，不断降低水厂生产过程中的电能损耗。具体可以采用两种方式。第一，可以考虑进行进行水泵的优选，利用水泵的优选不断提高水厂泵站的运行效率，达到节约电能的目的。可以采用启发式方法、动态规划算法、图解法等水泵优选的方法。通过优选，可以在用水量和供水量发生变化时，使水厂的泵站运行始终保持较优的工作状态，以达到节约电能的目的。

其次，要不断优化水厂泵站的配电方案，不断降低水厂生产过程中的电能损耗。目前，我国大多数水厂的泵站的供电系统主要包括供电系统接线方案、供电容量、供电点、供电电压等。从总体上看，大多数水厂的泵站的供电系统比较落后，因此，有必要对水厂泵站的配电方案进行优化，具体可以从配电网无功补偿方案优化变压器选型、主电动机设计等方面来进行优化。

另外，要优化泵站变配电工程设计，不断降低水厂生产过程中的电能损耗。由于资金不足和技术落后等等方面的原因，目前，我国国内的一些水厂还在采用上个世纪90年代的泵站变配电工程设计，大量是用三角型接线度手动投切装置，在运行过程中的安全性和可靠性较差差。电容器组手动投切也难以起到有效的补偿作用，基本上达不到无功补偿以及节约电能的要求。因此，必须要不断优化泵站变配电工程设计，将手动授切改为自动授切，降低线路的损耗，减少电费的支出，以达到节约电能的目的。

最后，要不断降低电能损耗，必须有效清水池的电能损耗。一方面，我国各地的水厂要不断优化自来水厂清水池的设计，提高清水池有效容积。在设计清水池时，不但要从容量方面考虑，还要考虑通过抬高清水池内水位，达到节约能耗的目的。另一方面，要改进清水池的工作过程。要采用异水位的设计方法，抬高池内水位，使清水池具有水量调蓄和抬高水位双重作用。同时，目前我国很多水厂的清水池的工作过程比较落后，基本上都是采用活性碳吸附、反渗透、离子交换、微滤、电渗析等方法，消耗大量的电能。积极采用新的处理方法，减少能量损耗，降低水厂的生产运营成本。

2、优化生产流程和生产工艺，不断降低药耗

首先，要不断降低矾耗。矾耗是自来水生产过程中的重要消耗之一，目前，我国的很多水厂采用的是手动加矾，在一定的程度上增加了矾耗。因此，可以考虑采用游动电流检测仪进行辅助手动加矾控制，利用游动电流检测仪分析滤后水浊度变化情况，并确定最佳的加矾，不但可以确保为用户提供质量稳定一致的自来水。在相同的滤后水水质下，还可以可以大大降低加矾量。

另外，针对矾耗过高的情况，还可以要求水厂的技术人员与运行人员对原水异常波动以及水处理过程及时进行技术分析，通过分析总结经验教训，提高处理水平，为处理类似情况打下了良好的基础。同时，还要积极对进行培训，不断提高水厂的技术人员与运行人员水处理技能，促进矾耗的不断降低。

其次，要不断水厂生产过程中的氯耗。目前我国大多数水厂采用是液氯消毒，要有效降低氯耗，必须采用其自动加氯系统。由前加氯与后加氯组成自动加氯系统，采用科学的流量比例控制。降低生产过程中的氯耗。必须避免不必要的氯气消耗，可以采用降低首次氯的投加，确保二次氯的投加，不但可以降低氯耗，还可以确保自来水管网持续消毒效果和出厂消毒效果。

参考文献

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自来水企业中水厂的能耗和药耗占自来水的制水成本的30%以上。因此加强水厂生产管理，加大节能降耗技术改造力度，可在实现安全优质供水的前提下降低制水成本，提高自来水企业经济效益。

我公司经过多年的供水生产管理、实践和不断总结，节能降耗措施已从以下几个方面得到实践并取得较好的效果：

一、确定合理的取水扬程确保机泵设备经济高效

运行一般来说，水厂建成投产后可以根据最大取水量、现有净水构筑物标高、河床最低枯水位来校核取水扬程，确定合理的取水扬程。为降低电耗，为此我们确立了专门的节能攻关课题，用水准仪对水厂历史枯水位到净水构筑物的高差进行测量，对反应池的构造和状态进行观察，结果发现取消消能井成了降低整个取水扬程的关键。反应池改造后整个取水扬程会降低，进而降低了电耗。技改后的机组不但节能、机组搭配更合理并节约改造资金万元。

取水泵扬程的确定以满足水泵能从河床抽水至反应池为基础，如果定得过高可能使能耗增大；如果丰水期与枯水期河床水位相差太大也可以让一台机组配备两套叶轮。准确确定取水扬程有利于节能降耗。合理搭配机组，取水泵要降低能耗提高水泵上水率，必须尽可能避免吸水管在同一个吸水井的机组同时开机。如果同时开两台机吸水，井水位下降很快，吸水扬程增大，水泵容易产生气蚀将影响水泵的出水流量使耗电率增大。当吸水井容积及吸水井之间的连通管直径小时尤其明显。在生产调度中，掌握每台机组的实际效率，结合实际情况进行开、停机的调度，效率高的水泵机组而将效率低的机组作为备用，并在适当时进行改造以进一步提高水厂的经济调度。

另外，变频调速系统在供水行业已经得到了较为广泛的采用。它不仅能控制供水压力、调节供水量，更重要的是在节能降耗上具有优势。但由于目前投资较高而且变速泵只有在两台或多台并联运行节能效果较好，这可以根据经济技术适当采用。

二、优化净水构筑物提高混凝效果

净水构筑物的形式尤其是反应池的设计参数，对净水效果和矾耗起着关键的作用。不同的反应池有不同的控制指标对其流速的变化、速度梯度及反应池停留时间有不同的要求。控制不合适时有可能影响混凝效果增加矾耗。如有的水厂工程反应池为穿孔旋流反应池，投产后由于池体格数少、流速小，混凝效果差矾耗大。可通过对其数据进行技术测定找出问题所在。在技术改造过程中，在反应池前三格加装隔板，通过严格的核算控制过流截面，改变水的流速和延长水的流程，提高反应池前段的速度、梯度，增大颗粒间的碰撞几率。改造后矾耗比改造前降低了，沉淀池出水浊度降低了。因此优化反应池的控制参数对于提高混凝效果降低矾耗具有重要的意义。

三、控制好余氯量是保证自来水消毒效果的关键

控制好余氯量是保证消毒效果的关键。但加氯量过多不仅浪费，水中的有害的消毒副产物也会随之增加。因此，确定出厂水余氯的原则是杜绝水介疾病的发生，确保饮水卫生，按照细菌数规律来确定余氯。从人体健康和降耗的角度出发，在确保水质的前提下尽可能减少加氯量。一般来说，水余氯过高大多出于保险心理。针对这种情况，我们可以考虑几个方面，如出厂水取样点是否合理。取样点距离过近消毒时间不够，即使余氯高细菌指标有可能也会超标。不定期检验滤后水的细菌和总大肠菌群，评估一次加氯的效果和调整加氯量，原水中氨氮含量高时考虑以总氯来控制水余氯。

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中图分类号：TE08 文献标识码：A 文章编号：

一、引言

供水企业在整个运行过程中，最大的能耗就是用电，而且电力的消耗在供水能源消耗总量上占据95%以上，如何降低耗能，成了亟需解决的关键性问题。节能降耗，既能有效提高供水企业的经济效益，又能减低对社会资源的消耗，所以意义重大。

二、对水泵节能的方法

近年来，由于城市的不断发展和供水量增加，供水管网改造很快。在传统的自来水厂设计中，进行送水泵选型时，首先考虑水泵应满足最不利工况点的要求，即以供水管网的最高时用水量和压力来计算水泵的设计流量和设计扬程。

根据此法选型的水泵满足了最不利工况点的要求，却忽略了对能耗的考虑。在实际运行中，很多给水厂的水泵工作扬程下降，远离高效区运行，大大降低水泵效率，造成电能的大量浪费。水泵的节能改造，主要是通过改变水泵的运行工况点，使水泵始终运行于高效区间内，且运行工况与管网实际所需一致。改变水泵的工况点，通常可通过两条途径来实现：一是调速运行；另一种途径是叶轮切割改造。

(一)调速运行

调速运行时通过改变水泵的转速，来改变水泵的运行曲线，使水泵的出水压力与管网实际所需一致，从而达到节能的目的。变频调速是调速技术中最好的一种，它是解决能耗问题的最好方法之一，并得以在国内一些水厂应用，取得了很好的经济效益。根据交流电动机工作原理中的转速关系：

n=60f(I-s)／p

从公式中得出：均匀改变电动机定子绕组的电源频率，就可以平滑地改变电动机的同步转速。又由流体力学可知：

P功率=Q浇量×H压力

流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比，若水泵的效率一定，当要求的调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降，这样就达到了通过调速节能的目的。

举例：一台水泵电机功率为55kW，当转速下降到原转速的4／5时，其耗电量为28.16kW，省电48.8％，当转速下降到原转速的1/2时，其耗电量为6.875kW，省电87.5％。

变频调速其有以下优点:(1)转差率小，转差损失小，效率可高达90%-95%以上;(2)实现平滑的无级调速，精度高，调速范围宽(0--100%)，频率变化范围大((0-50Hz);(3)起动转矩大(可达额定值的1.1倍)，实现软启动减轻启动电流的冲击;(4)提高电网侧功率因数;(5)变频器可采用高速度的16位CPU与专用的大规模集成电路配合，用软件实现V/5自动调整，具有与计算机可编程控制器联机控制的功能，容易实现生产过程的自动控制;(6)安装容易，调试方便，操作简单;(7)不仅适用于水泵，风机类负荷的节能调速，而且也适用于旧设备的改造，对改善工艺条件，提高产品质量都有其明显作用。

变频器调控主要针对装置实际运行负荷偏低、设备负荷过剩较大的情况，变频调速减小流量满足工况需求，节能效果非常明湿。但变频调速设备造价较高，改造投入大，且调速设备的维修技术要求高，因此，变频调速技术在水厂的节能改造中推广尚有一定难度。

(二)叶轮切割改造

切割叶轮是针对装置少数运行不合适的泵进行改造，使其符合运行工况。其原理是根据需要的运行参数，计算切割量，经过切割改变叶轮的外径，使水泵特性曲线按要求发生变化，从而使水泵运行于与管网实际所需一致的高效区间内，达到节能的目的。

根据泵的切割定律：

公式中Q1、H1、Pa1为未切割外径D1时的流量、扬程和轴功率；Q2、H2、Pa2曲切割后外径D2时的流量、扬程和轴功率。

由此可以看出，叶轮切割后，电流降低，泵的轴功率将降低，便达到了节约电力的目的。需要注意的是，切割定律只能用在需要降低流量、扬程和轴功率的场合。同时，叶轮外圆的切割一般不允许超过表规定的数值，以免泵的效率下降过多。叶轮的最大切割量与比转数间的关系见下表：

在和切割前相同流量的情况下泵的扬程降低，同时泵的效率会下降。一般小比转速的泵切割量(要求最大不超过20％)要比大比转速的多。

叶轮切割是改变水泵性能的一种简单易行的方法。目前，大多数自来水厂水泵配置不尽合理，不仅水泵特性曲线不吻合，而且水泵的扬程偏高，水泵难以发挥较高的效率。在工艺要求流量提高，泵的电流总超、跳闸，在扬程够用的情况下，切割泵的叶轮是最简单的方法。因此，叶轮切割改造在水厂的改造中应用较为广泛。

三、对变压器节能的方法

据统计，我国的发电总量的70%左右消耗在电动机上，风机、水泵消耗我国发电总量的40%左右。在自来水行业，变频器上要应用于取水泵房、送水泵房、变压器节能是指随着变压器设计技术和制造工艺的提高，不断生产出更低损耗的变压器，通过设备更新达到节能效果，具体体现为变压器空耗损耗、负载损耗的降低，即效率的提高。变频器除了可以节电，还可以平滑调节取水流量、送水压力，满足制水、供水工艺要求。变压器的主要损耗分为空载时的损耗和负载时的损耗。

(一)降低空载损耗

变压器损耗中的空载损耗，即铁损，主要发生在变压器铁芯叠片内，主要是因交变的磁力线通过铁芯产生磁滞及涡流而带来的损耗。在变压器的损耗中，铁损所占比重很高，而其中的空载损耗更为突出。为降低变压器的空载损耗，目前在设计变压器时采取的主要措施是改变变压器铁心结构和运用新的铁心材料。

1.更新铁心材料。最早用于变压器铁芯的材料是易于磁化和退磁的软熟铁，为了克服磁回路中由周期性磁化所产生的磁阻损失和铁芯由于受交变磁通切割而产生的涡流，变压器铁芯是由铁线束制成，而不是由整块铁构成。制作变压器铁芯的材料经历了由加入少量硅或铝的铁片到用0.35mm厚的硅钢片，再到现在较为先进的非晶态磁性材料，如2605Sc、2605 S2。非晶合金铁芯变压器.具有低噪音、低损耗等特点，其空载损耗仅为常规产品的1/5，且全密封免维护，运行费用极低。

2.改变变压器铁芯结构。叠片式变压器铁心采用全斜无孔不叠上铁扼工艺，卷铁心结构则采用心柱为圆截面或接近圆截面结构。硅钢片用计算机控制下料尺寸，做成圆截面，并且用防渗碳技术对成型铁心进行退火处理工艺，以消除应力。S11是目前推广应用的低损耗变压器。S11型变压器卷铁心改变了传统的叠片式铁心结构。硅钢片连续卷制，铁心无接缝，大大减少了磁阻，空载电流减少了60一80。连续卷绕充分利用了硅钢片的取向性，空载损耗降低20一35。晶合金材质的铁心可采用长方形截面、上轭可打开的结构。

(二)调配变压器运行的最佳负荷率

变压器工作在最佳效率时的负荷率为0.5-0.61，如变压器运行在最佳负荷率以下，其效率随负荷率减小下降很快;从最佳负荷率至额定值，其效率缓慢下降至额定效率。变压器的最佳效率，应根据负荷的具体情况合理地配置变压器，对原配置不合理的变压器进行合理的调配，使变压器尽可能工作在最佳负荷率区间，从而提高变压器的运行效率，进而实现节能的目的。

(三)降低变压器负载时的损耗

除了节约变压器空载时的损耗外，还可通过漏磁走向的控制降低变压器负载时的损耗。可采用新型绕组结构、新型导线。根据不同电压等级的绝缘水平采用新型绕组结构，并选用组合导线，如自粘型换位导线、带油道型换位导线。导线的材质选用无氧铜，并根据漏磁的大小来选择导线的尺寸。此外，通过在绕组上下端和箱壁上加装磁屏蔽结构，防止无效换位等手段可降低变压器负载时的杂散损耗。高温超导变压器用超导线材取代了现有的电磁线(铜导线或铝导线)，不仅能降低变压器的损耗，还可以改善整个电力系统的抗短路性能。

(四)选用节能型变压器

选用节能变乐器可以降低变器空载损耗和负载损耗，提高效率。变压器的效率为输出的有功功率与输入有功率之比。变压器效率为输出的有功功率与输人入有功功率之比的百分数，即:

S2N为二次侧额定容量；COS2为二次侧功率因数，一般取0.8；为负载系数，=I2／I2N；P0为空载损耗；Pf为负载损耗。

由公式可知，变压器负载运行时，空载损耗与无关，为一恒定值，负载损耗与成正比，当=P0／Pf时，值最大，也即为最经济运行点。所以，选用更低损耗的变压器是实现变压器节能的重要途径。

四、结语

自来水厂开展节能降耗和降低运行成本的工作，既是国民经济持续发展的需要，也是面向市场经济的必然举措。水泵和变压器的能耗占了自来水厂能耗(电)的大部分，根据各自来水厂的情况，对水泵采用变频调速器调速运行或进行叶轮切割改造等节能措施，同时，通过各种途径降低变压器的空载能耗和负载能耗，能大幅降低自来水的耗电量，达到节能降耗的效果。此外，我们还需要认识到，自来水厂节能是一个综合性课题，也需要综合的手段来开展节能工作，不断提高能源忧患意识和节能意识，形成讲节约的良好风尚。

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一、自来水制水工艺及自控系统的组成

1、自来水制水工艺。制水工艺过程分别几个步骤，取水-制备与投加药剂-混凝-平流沉淀-过滤沉淀-送水。制水工艺采用最新的深度处理工艺，从而达到最新的国家标准要求。自控仪表设备选取分布式集散控制系统，与先进的计算机控制技术、网络技术相结合，实现整体生产工艺的自动化管理控制，为自来水厂创造更高的生产效率及出水质量。

2、自来水自控系统组成。从整体自动控制系统的多个控制站考虑，可以选择任一个一级控制站作为代表，分析PLC在控制站中硬件和软件的设置。其中，PLC的硬件配置包括扩展型基架和CPU、电源、数字量输入输出、模拟量、通讯五大模块共同构成，其中，CPU和电源模块在左端插槽，其它模块可随意安装。按照实际情况设置基架拨号，通常情况下采取16进制，不过0号主基架拨码例外，必须把统一设置成“off”状态。

二、自来水厂节能降耗中自动化控制系统的应用

1、取水泵站自动化控制系统的设计。取水泵站一共有4台取水泵（其中2台变频泵及2台定速泵，3用1备），主要为整个水厂进行原水的供应，是电量的主要消耗站之一，也是水厂控制电量的关键部位。为保证最大限度降低电耗，需把水泵分为两个组：运行的变频泵设定为变频泵组，另一台变频泵及定速泵设定为定速组。每次运行均至少开启一台变频器，当运行变频泵设定时间到时，且另一变频泵不运行时，将自动切换至另一变频泵。自控系统将根据清水池水位增减相应的水泵。

1.1取水变频泵的频率调整。原水变频泵的运行频率要介于最小和最大频率之间，频率限定值在SCADA系统中设定。PLC记录变频泵停止前的频率，以便于变频泵再次启动后保持之前的频率。

1.2定速泵的启动数量。定速泵的启动数量由变频泵的运行频率决定，为了更好地控制定速泵的数量，需要定义两个限定值：限定值1：启动一台定速泵时变频泵频率，限定值2：停止一台定速泵时变频泵频率。

2、加药加氯系统自动化控制设计

2.1加药系统。加药系统主要节能控制点在于控制药耗。水厂加药系统主要用于控制聚合氯化铝的投加，为保证系统的节能降耗，主要控制在于精确计算氯化铝的投加量。乐从水厂设计3台加药计量泵，计量泵的速度需通过PLC计算并直接通过通信进行速度控制给定。

2.2加氯消毒站程序设计。整个水厂的加氯系统由气源系统，真空加氯系统，压力水供应系统，电气、控制检测仪表系统，氯气泄漏检测及安全防护系统组成。为了掌握加氯是否处在手动或自动加氯状态，在加氯机中引出了加氯机的手动/自动选择信号。

（1）前加氯控制设计。前加氯机的控制方式：前加氯的作用主要是防止藻类和破坏胶体，所以前加氯一般根据原水流量按比例投加：加氯机开度控制=源水流量（m3/h）*投加量（kg/km3）/1000，共设置两台前加氯机，一用一备。当使用加氯机故障时，在SCADA上发出警报，并自动切换至另一台备用前加氯机，

（2）后加氯控制设计。后加氯主要作用是保证出厂水中余氯含量，起到清水池及出厂水管道消毒作用。控制方式如下：加氯机开度控制=流量主控制量+余氯控制量流量主控制量=滤后水流量或源水流量（m3/h）*投加量（kg/km3）/1000

（3）余氯控制量根据滤后水余氯高低进行控制，控制范围规定在流量主控制量的±5%。当余氯高于SCADA中设定的余氯值时，每分钟余氯控制量-0.2kg（可以SCADA中设置）当余氯低于SCADA中设定的余氯值时，每分钟余氯控制量+0.2kg（可以SCADA中设置）本工程共设置2台前加氯机，一用一备。当使用加氯机故障时，在SCADA上发出警报，并自动切换至另一台备用前加氯机。

3、沉淀池排泥系统自动化控制设计。沉淀池排泥系统主要由排泥阀、排泥车组成。该环节的节能控制关键点在于排泥过程中合理排水，在污泥排放时尽量减少不必要的排水。

3.1沉淀池排泥阀控制。沉淀池排泥阀周期性排泥：排泥周期可设定；各排泥阀开阀时间可设定。排泥周期可设定：用户可根据原水水质进行排泥周期的设定，合理减少排泥时间。各排泥阀开阀时间可设定：用户可根据平流沉淀池的具体特性，设置各阀门的相应开启时间。

3.2排泥车控制。沉淀池排泥车的过程控制：由于沉淀池长度约100m，长度较长，而按照沉淀池的沉泥规律，从沉淀池的进水到出水，池底所沉积的泥厚度按从多到小逐步递减的规律进行，因此，为了达到排泥车的排泥效果而又减小不必要的排水浪费，排泥车的行走电机可采用变速电机，在沉淀池的进水端采取慢速行走，而在沉淀池的出水端采取快速行走，或排泥车的行走电机为定速电机，排泥车从沉淀池的进水端前行全程1/3，后退至沉淀池进水端，再从进水端排泥至出水端，空车返回。

4、送水泵站自动化控制设计。送水泵房一共有4台清水泵，分别为2台变频泵及2台定速泵组成。正常使用时为3用1备。每次运行均至少开启一台变频器，当运行变频泵设定时间到时，且另一变频泵不运行时，将自动切换至另一变频泵。系统分为两个组：运行的变频泵设定为变频泵组P401A/C，定速泵P401B/D设定为定速组。运行的变频泵的频率根据出厂水压力设定值调整。定速泵启动的个数根据变频泵的频率决定启动台数。

4.1加压变频泵的频率调整。加压变频泵的频率根据SCADA设置的压力值进行PID恒压控制，PLC不断调整变频泵的频率。变频泵的频率及频率阀值以Hz表示。

4.2增加变频泵频率。变频泵频率由用户设定压力值及实际管道压力计决定。PLC通过PID运算调整变频泵频率，当管道压力小于用户设定压力时，变频泵频率将增加。

4.3减少变频泵频率PLC。通过PID运算调整变频泵频率，当管道压力大于用户设定压力时，变频泵频率将减少。

4.4定速泵的启动数量。定速泵的启动数量由变频泵的运行频率决定。为了更好的控制定速泵的数量，需要定义两个限定值：限定值1：增加一台定速泵时变频泵频率；限定值2：停止一台定速泵时变频泵频率

4.5启动一台送水定速泵。当变频泵的频率高于等于限定值1（例如48.5Hz）并且至少有一台定速泵可用时启动一台定速泵。

4.6停止一台送水定速泵。当变频泵的频率低于限定值2（例如35Hz）并且至少有一台定速泵运行时停止一台定速泵。

结束语

自来水生产具有独有的特性，其连续性、不可替代性及不间断性要求自动化控制系统具有较高的可靠性、高速性以及稳定性，必须要选择增强型的处理器。自动化系统在自来水厂中的应用有广泛的发展，可以有效的保证水质，提高自来水厂的处理能力。

参考文献

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一、城市污水处理厂主要的节能降耗途径

1、节约电能的途径

1）污水提升泵

污水提升泵的节能应综合考虑整个提升系统，具体有如下措施：正确科学地选择水泵，使其在高效率下工作；合理利用地形，通过减小污水的提升高度来降低水泵的扬程；变频调速技术的应用：通过变频器调整电机转速，降低水泵提供的扬程使之与实际需要相符合，降低排水单耗，而且变频器还可以控制水泵运行台数，从而节约大量的能源。变频器可设置节能功能，也就是当变频调速使电动机在变频状态下运行时，变频器可以随时搜索电动机最佳工作点，使电动机在任何情况下，电流最小，功率因素和效率趋于最佳工况；削切叶轮：污水提升泵若采用离心式水泵，则其流量、扬程、轴功率和泵轮直径近似有以下规律：流量与泵轮直径比的1次方成正比，扬程与泵轮直径比的2次方成正比，轴功率与泵轮直径比的3次方成正比。因此，可以采用切削泵轮直径的方法，从而降低设计扬程，使水泵工作在最优效率区而达到降低能耗的目的；适当增减提升泵运行台数，对其进行变频调速控制，以适应不同时间、季节的污水量波动，有效降低提升泵能耗。定期对系统进行维护和检修，可减少因渗漏、结垢、机械磨损等原因造成的效率降低，保证提升泵的高效运行。此外，还可以通过采用新型的节能泵，合理调整设备参数，提高泵的运行效率，选择水泵的运行台数等途径实现节能。

2）曝气系统

（1）选择高效率的曝气设备和鼓风设备。鼓风曝气设备主要有微孔气泡、中气泡、大气泡和水力剪切等几种类型。其中，微孔曝气具有气泡微小、比表面积大和氧转移效率高等特点，通过提高氧的传质效率起到节能效果。

（2）通过变频等技术提高鼓风机的运行效率，使曝气设备一直能在较高的状态下稳定运行，起到节能效果，因此，一般多采用离心式鼓风机并辅助变频控制。

（3）曝气量的精确控制。精确曝气控制系统采用生物处理模型计算当前的曝气需要量，并按照该气量进行精确控制，曝气控制系统会连续检测曝气量，及时检测系统中压力的微小变化，控制系统及时进行调整。因此，建立基于生物反应动力学的数学模型，预测不同进水负荷条件下生物处理系统包括需气量在内的状态参数，并通过对示范污水厂的历史运行数据或在线运行数据进行分析处理，确定该污水处理厂生物处理过程的特征参数和补偿参数，并采用仿真和试验的方法，检验这些特征参数的有效性。最后，在综合的环境因素（温度、pH值，MLSS）条件下，经试验确定示范污水厂的水平衡（包含污水负荷）、泥（底物）平衡、气（曝气）平衡过程的稳态值及其扰动特征。

（4）根据溶解氧（DO）浓度调节曝气量。许多污水处理厂的生物反应池会曝气过度，主要原因是缺乏自动调节系统、过度曝气直接导致了能耗的浪费，并会使污泥的沉降性变差，能耗随混合液DO浓度的增大而增大，曝气池中的DO从2mg/L升高到5mg/L，所需要消耗的能量增加了近一倍。最节能的方法是根据降解污水中有机物和硝化所需的最低需氧量进行供氧曝气，并维持稳定的DO浓度。由于进水有机负荷的不稳定，实际运行中，一般下午和傍晚的需氧量要比夜间和早晨的需氧量大，因此维持稳定DO浓度所需的鼓风量也要实时调整。

3）污泥脱水系统

污泥脱水系统主要是将含水率在98%以上的污泥进行减容、减量、稳定以及无害化的处理，污泥处理主要包括浓缩、消化、脱水和干化等过程。目前国内常用的污泥脱水机有带式压滤机、半框压滤机、离心脱水机、螺旋压榨式脱水机，这几种脱水机处理每吨污泥干固体所需能耗有很大的差异，因此在设备选择时应尽量选择脱水效率高且能耗较低的污泥脱水机。其次，污泥脱水过程应尽量减少设备运作和缩短处理时间，根据储泥池内泥量、污泥沉降性能确定脱水机器使用数量和脱水时间。

2、节约药剂的途径

污水处理厂降低絮凝剂的消耗也是节能降耗的重点。我国现有水处理药剂生产厂家230家，品种100多个，总产量近20万t，在选择絮凝剂是不仅要考虑其单价，还应考虑药剂的高效性，以使其减量化，应用能最大限度的降低污泥的含水率并提高污泥的脱水性能的絮凝剂，这样既可节省药剂用量又能提高混凝效果，从而使污水处理厂的运行费用大幅降低。

节约絮凝剂的途径主要有：使用脱水效率更高的、可以生物降解的、不会造成二次污染的天然高分子改性絮凝剂包括淀粉、纤维素、多糖类和蛋白质等类别的衍生物等代替传统的聚丙烯酰胺絮凝剂；精确投加药剂，避免不必要的浪费：通过试验确定高分子絮凝剂以及混凝剂配制药液浓度、投加量，使絮凝剂发挥最佳的絮凝及混凝效果，减少药剂的投加量；要求药液投加设备计量准确，减少误差。

3、节约自来水耗的途径

中水回用是节约自来水耗的主要途径。城市污水处理厂建立中水回用系统，使中水用于厂内污泥脱水的反冲洗用水、清洗车间用水、风机冷却水、绿化用水等，由此大幅度的减少自来水的消耗，实现污水的资源化，降低污水处理成本。

4、建立完善的管理机制

通过加强管理节能降耗的措施主要有：通过对污水处理各个工段的能耗进行分析，明确不同处理单元的能量需求，挖掘各控制环节的节能降耗潜力，提高能耗管理水平，精确控制城市污水处理厂的运行；加强对设备设施及药剂的管理：建立岗位责任制，设备设施责任制，定期分析设备设施的运行情况，使其达到经济运行的效果。加强对药剂的贮存管理，严防雨淋、暴晒，避免对药剂的浪费；建立激励机制：制定科学的考核、控制指标和激励制度，全体员工积极参与，职责明细，奖罚分明，使员工自觉培养节能降耗的习惯，实现企业与个人的双赢。

二、废弃物的资源化

1、能源的利用

污泥厌氧消化池所产生的沼气能完全燃烧，而且保存运输比较方便，是一种清洁燃料，国内的北京高碑店污水厂和天津市纪庄子污水厂的污泥厌氧消化处理系统产生的沼气就是用于沼气搅拌和发电，沼气发动机的热水作为消化污泥加热的热源。沼气发电在美国、德国、日本等国家也得到了极大的利用，它实现了污泥减量化、稳定化、无害化和资源化的统一，是一种优良的节能技术。

2、污泥的综合利用

在城市污水处理过程中会产生大量的剩余污泥，为防止环境受到二次污染，必须科学考虑污泥的处理和处置问题。目前常用的污泥处置方法有填埋、农用、焚烧、制造建材等，但是污泥填埋没有真正解决污泥问题，污泥没有被利用，还可能造成二次污染，不能算是资源化利用的方式。为此，许多研究者尝试把污泥直接用于建材，或利用污泥焚烧后的残渣制造建材。

结语

城市污水处理厂的节能降耗是一项综合性工作，涉及到工艺、设备、过程控制、管理、人员的操作水平等，从设计、设备选型、运行管理控制、维修、升级改造等每个环节进行分析资源的消耗及节能潜力，以降低污水处理成本，减小用电量及其他原材料的消耗。

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中图分类号：TK01 文献标识码:A

1.概述

污水处理是一个世界性的难题，近年来，随着全球经济的迅速发展，污水处理厂的规模越来越大，因此产生能耗问题也越来越严峻。据统计，处理活性污泥的系统中，其运行成本但能耗成本就占到总成本的30% ~ 80%。美国有官方数据表明：城镇的污水处理厂所耗费的电能占全国总用电量的3%。其还有数据预测，由于人口的不断增长与污物处理的标准越来越高，在未来的15~20年内，污水处理厂的能耗成本将增加20%以上。我国目前经济发展迅速，城镇化进程不断推进，全国大部分的城镇都增加了污水设施，在提升了污水处理率的同时，能耗率也随之上升。在未来的几年，为了适应经济发展的需求，同时也响应国家的号召，污水处理的规模将会越来越大，使得全国范围内的电力资源紧缺日益突出。因此，对污水处理厂的能耗管理和节能降耗措施进行研究，达到节能降耗的目标，这对我国的社会稳定与经济发展都存在极其重要的意义。

2.污水处理厂的能耗分析

2.1国外污水处理厂的能耗分析

西方发达国家比较早产生能源危机意识，这是有其历史渊源的。从上个实际70年代开始，西方欧美等发达国家相继爆发了能源危机，这个局面直接导致欧美等国发达国家在20世纪末能源价格开始飙升。鉴于此，在工业领域内最先由美国掀起了节能技术的研究。此后美国一直引领工业节能技术的潮流，包括对污水处理厂的节能技术研究。美国的污水研究人员曾对全国的公共污水处理设备进行了关于单元过程与单元操作的能耗情况的调查，并在做了一次详尽的污水处理设备能耗分析报告。当时这次调查覆盖了几乎全部的城镇污水处理的生物、物理和化学等方式，甚至对建筑物附属的制冷、制暖等设备也进行了调查。在此基础上，也详尽计算了可回收利用的能量。此后，美国另外几位研究人员E.J.Middlebrooks、C.H.Middlebrooks等根据Wesner的研究结果，估算了每个污水处理系统的最小能耗量。最后，在其分析报告中指出，随着经济规模的扩大以及能源价格的提升，每年用于污水处理的能耗开支将大幅度上升，而选择低流量的污水处理工艺将作为节能能源开支的重要的手段。接着，另外两名研究人员Roberts与Hagan通过分析处理100 mgd 较具典型性的活性污泥污所需要的总能量，研究出了污水处理厂能源消耗的结构，并且首次提出对污水处理厂进行节能降耗，需要建立在资源管理与综合平衡利用的基础上，而不仅仅依靠节省能源的技术。

2.2国内污水处理厂的能耗分析

在上个世纪七八十年代经济刚刚复苏的阶段，我国的污水处理规模尚小，随着改革开放的深入，各类型的工厂如雨后春笋，纷纷屹立在神州大地上，不可避免地产生了污水污染问题，随着能源的消耗越老越多，国家不能不考虑对污水处理厂实施节能降耗的措施。但是，因为我国正处于经济发展的上升阶段，一直以来对此问题的重视程度不够，相关的调查研究也较少。当前，我国城镇污水处理厂处理污水普遍采用生物处理工艺。这种工艺以二级处理或者三级处理为主体，处理的内容通常包括污水、污染物的预处理、生化处理及污泥处理三个部分。而消耗的能源主要是燃料、药剂和电能。

通过国内外许多污水处理厂的数据指出，污水的提升泵、污泥处理设备与曝气系统是主要的耗能设备。从事排水工程的工程师羊寿生曾设计了一个试验，对我国典型一级、二级污水处理厂各单元操作过程作了电能耗费估算，污水厂规模按25000m3Pd，二级处理厂的电能耗值为0.266kWhPm3，用处理单位体积污水的耗电量(kWhPm3)表示估算的结果。结果显示，我国城市污水处理厂能耗主要用于污水、污泥的提升，生物处理的供氧，以及污泥处理这几个工艺过程，其中在二级处理工艺中，污水提升泵的用电量在总用电量的10%~20%之间，污泥加热设备的用电量占总用电量的10% ~25%之间，而曝气系统则占总用电量的50%~70%。三者用电量相加，高达总用电量的70%以上。所以，对污水处理厂进行节能降耗，重点在于降低污水提升泵、污泥处理设备以及曝气系统的用电率，借此实现节能降耗的目标。

3.污水处理厂耗能现状分析

随着人民生活水平以及经济水平的提高，国家不断提高污水处理厂的水质，以满足经济生活的需求。现行的污水处理耗能标准达到0.15～0.28（kW・h）/m3污水，全国污水处理的成本开支平均为0.8元/m3，而且这样的成本价格呈现上涨的趋势。相关的部门面对如此高的污水处理成本，正想方设法利用新技术，结合各个地区的特点与各个处理厂的优势，努力探明单元过程的能量需求(energy requirements)，做出污水处理厂的有效运转和管理规划，首先在污水处理厂的规划、设计阶段体现节能目的，然后通过选择污水处理的适合工艺、设别和途径进行节能降耗，国家法律部门加紧制定相关节能减排的规定，对不执行法律法规的个别单位进行严惩警告，切实际落实好污水处理厂的节能降耗工作，以维持国家经济发展的可持续发展过程。

4.污水处理厂节能途径与措施

4.1污水处理厂能量利用审核

传统的污水处理厂进行处理活动时，缺乏利用能量的具体方案和规划，由此造成无节制的能源消耗，甚至能源浪费。针对此问题，相关部门对能量的使用进行审核管理，监督污水处理厂开始提前制定能量利用规划，由管理部门作出审核结果。审核管理不但可以提供使污水处理厂正常运转的数据，还能对污水处理厂的工艺选择以及处理方案有一定的指导性。使用生命周期分析成本的办法，对各单位的组件以及处理系统进行数据分析，并且优化其结构，以此满足降低能耗的要求，节省成本；构建科学的能源利用审核程序和评估标准，用这套程序和标准对各厂的污水处理所需能量进行审核，同时要监督污水处理厂对设备进行维护，对于老旧、存在隐患的设备进行更新换代，对其设备的升级和更换提出建议和方案。通常审核能源利用的程序分为两步：一是研究工程的可行性，包括处理方案的评估；初步的设计方案；项目的工作范围、成本以及财务评价等；二是详细的设计流程，包含施工、试营运、职业培训、运正式行和维护等内容，正常营运一段时间后，依据运行能耗数据检验系统的效率和成本开支。这个审核的过程从工程的预备阶段一直持续到工程运行后的维护、检测阶段，这样可以明确具备节能降耗的单元。

4.2选择恰当的工艺

当前我国城镇的污水处理厂采用最普遍的工艺是：传统的活性污泥法(ASP)、SBR法、AB法、A/O、氧化沟A2/O以及BAF等。在具体选择哪一种工艺时，必须首先对以上这些工艺的特点进行思考，并且结合工程所在地区、气温、地形、电能价格、征地开支、处理厂的规模、出水的达标情况、原来水质情况、对污泥的处置情况等综合思考，然后制定一套技术上有优势、方便管理、成本较低，运行效度高，并且近期利益与远期利益都能兼顾的工艺方案。这样的方案可使污水处理的能耗降到最小值。

一般中小规模的污水处理厂适用SBR法和氧化沟，在节能降耗方面优势较明显；大型的污水处理厂则首选活性污泥法(ASP)，与此同时，还可以根据当地的实际情况，尝试新的节能降耗工艺，例如综合式曝气系统的氧化沟工艺或厌氧处理办法，处于土地资源丰富的中小城镇还可考虑采用人工湿地处理方式，不但管理起来便捷，而且征地费用很低，还可以建构独特的生态景观区，从实际的工程案例来看，是可以达到一定的改善生态环境的作用。目前，我国成功建成的用于污水处理的人工湿地系统，它的成本投入只需要城市常规二级污水处理厂的十分之一，而运营开支为二分之一，甚至更少。例如深圳白泥坑人工湿地处理系统的运行开支只为传统活性污泥法的十分之一。

4.3排放物的资源化实现产出物节能

一般的污水处理厂其产出物为污泥、处理水、残渣等，但是残渣比较少，这方面也比较好处理；而污泥的产出量较大，在处理污泥上则存在一定的问题，其处理的过程和效果对整个污水处理的效果产生极大的影响。通常那些设计水量超过20×104m3/d的大型污水处理厂工程，其污泥的产量也是很大的。针对这种情况，可以采用厌氧消化的办法对污泥集中处理；而对于中小型的污水处理厂，则可采用污泥浓缩脱水一体机进行处理，这样能够降低设备的占地面积，方便管理，有足够的地方储存污泥进行消化。拥有广阔土地，也能够用来让污泥堆肥、干化床和种植植物等，以此来完善低成本的处理系统。浙江某大学的翁焕新教授提出了一种处理污泥的新技术，就是把排出的污泥制造成一种团粒，再依照一定的比例将其与黏土均匀拌合，利用污泥的热值制作轻质节能砖。为了在厌氧消化的过程中产生更多的CH4，尽量对污水中的有机碳实行污泥消化，相比于传统的通过外部能量将有机碳转化为CO2这种方式更节约能源，同时减少曝气环节而降低CO2的排放，实现减排的目标。通常BNR的工艺中，会使用一些反硝化除磷的菌种，这些菌种在进行脱氮除磷的过程中，可抑制消耗化学需氧量，而多出来的化学需氧量将会与污泥一起进行消化，然后转化成CH4；对于污水处理过程中的出水，一般不直接排放，按照城镇的用水需求，将其进行无害化处理，例如重复利用到农业灌溉、工业洗涤、市政工程、建筑工程等方面，这一方面降低了污水的排放率、节省了干净水源；另一方面可以从中产生经济效益，降低污水厂的投资成本，实现可持续发展战略。

4.4采用高效的节能装置

前面提到污水处理厂各个环节的能耗费用相加高达70%以上，所以对设备进行节能降耗改良式势在必行的。污水处理厂的主要耗能设备是污水提升泵、污泥加热设备和曝气系统。其中污水提升泵的用电量在总用电量的10%~20%之间，污泥加热设备的用电量在总用电量的10%~25%之间，而曝气系统则占总用电量的50%~70%。三者用电量相加，高达总用电量的70%以上。所以，对污水处理厂进行节能降耗，重点在于降低污水提升泵、污泥处理设备以及曝气系统的用电率，借此实现节能降耗的目标。

4.4.1污水提升泵的组成设施包括首次提升泵、污泥回流泵、剩余污泥泵、内回流泵和出水提升泵。目前针对节能需求，污水处理厂大多采用从国外进口的高效潜污泵，其工作效率高达80%以上，而且用电量比较低。水泵的有效功率为Ne=rQH，当r、Q一定时，Ne和H成正比，由此看出，降低水泵的扬程可以节能降耗。

具体通过降低水泵扬程进行节能降耗的办法有：（1）根据污水处理厂设计规模的工程量明确提水泵的类型和数量，而且质量上要选择流量和扬程都要达到安全生产标准的。这种高效的潜污泵相比普通的离心泵，更便于安装，而且因为比普通离心泵少了辅助启动的设备和吸水竹，总耗能也较之低很多。（2）科学设置液位控制。由于提水泵的耗电量与其扬程是成正比的，也就是说，扬程高，耗电量也大。因此科学合理地设置液位，尽可能利用竹网的高水位，就能减扬程，实现泵站节能。

4.4.2在出水处理的设备中，曝气池是厂区内最大的耗能物，要在此环节实现节能降耗，关键要选用氧转移率相对较高的曝气装置。进口的硅橡胶管膜式微孔曝气器长度为750mm，出气量为8m3/(m.h)，氧利用率为23%，输氧动力效率2.5=3.5kg/ (kW.h)。与传统曝气器比较，这种新型的曝气器具备氧利用率高、布气均匀、动力效率高以及寿命长等优势，能够极大地降低了能耗。

4.4.3传统的多级低速离心鼓风机效率大概在60%，而进口的单级高速离心鼓风机效率大都在80%以上，由此看来，选用进口单级的高速离心鼓风机要比传统的多级低速离心鼓风机更节能。而且进口的单级高速离心鼓风机可以根据好氧池中混合液溶解氧浓度的变化，自动调节进风日导向叶片角度，从而改变出风量的大小，利于节能。

4.4.4对曝气设备的供氧量进行自动调节。通过鼓风机对系统进行自动控制，由溶解氧探测仪对空气电动蝶阀自行调节，借此控制鼓风机的风量。风量得到控制，好氧的出水DO就可控制在2.0mg/的水平。一般认为自动DO控制是控制曝气系统运行的最好措施，因为它能解决曝气过少或者过度的问题，这样就能对曝气设备的能耗量进行控制。通常采用自动控制的曝气设备可以节能超过25%。

4.5无害高效的药剂实现原料节能

在众多的水处理药剂中，例如杀菌剂、凝聚剂、缓蚀剂、消泡剂、阻垢剂、脱色剂、清洗剂以及絮凝剂等，大部分都是化学方法合成的有机高分子体。目前我国生产水处理药剂的厂家有230家，品种超过100个，平均年总产量达20万吨。在选择药剂的品种和用量时，要根据所要处理污水、污染物的浓度、酸碱值、性质、温度以及杂质等因素而定，与此同时，还要考虑到药剂的高效性、经济成本及其使用时是否会产生二次污染等，力求用最经济的价值获取最高效的效益。比如在使用胶体颗粒处理污水时，混合利用有机混凝剂和无机混凝剂，该药剂并用模式能够将污泥的含水量降到最低，还能提升污泥的脱水性能，这样不但能节约药剂用量，还能提高混凝的效果，同时其投入成本大大降低；调整污泥性能的过程中，可考虑加入PAM和氯化物，但是要注意会不会产生二次污染现象。因为PAM在使用时，会产生聚合单体丙烯酰胺，这是一种强致癌物。运用氯化物去除磷，虽然效率很高可是，需要投入比较高的费用，还会在池子和管道设备生成硬状结垢，给后面的处理工作带来不便，增加了人工费用和设备费用，与节能降耗目标不相符。虽然当前我国污水处理厂使用的有机絮凝剂与无机凝聚剂都是比较经济又便捷的材料，但在处理污水的过程中，存在着耗能高的问题。专门针对节能目的研究的生物絮凝剂，弥补了传统药剂的缺陷。

结语

综上所述，我国污水处理厂的节能降耗工作取得一定的进展，但是在该领域内，最大程度地节能降耗目标尚未能达到，还需要相关专业人员进一步研究，努力的重点方向如下：化工热力学、生物热力学、及能源工程学与污水处理领域基础学科，建构一个较完善的研究体系，从根本上解决水处理能量研究滞后于实践活动的问题，获取科学的、可靠的处理工艺能耗能效的分析评价方法，推动各类研究成果的全面应用。

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中图分类号：x505文献标识码：A文章编号：

城市污水处理厂是解决城市水污染问题最有效和最重要的措施，由于许多城市污水处理厂在建设过程中重点考虑了处理工艺的稳定性及工程投资等问题，而忽视了运行成本，造成处理厂建成后运营成本过高而不能正常运行。因此，对污水处理厂设计和运行管理进行优化，对降低费用、节约处理成本十分必要。

1、污水处理厂的能耗分析

目前，城市污水处理厂大多采用以生物处理工艺为主的二级或三级处理，通常包括预处理、生化处理和污泥的处理处置3部分。污水处理厂的能源消耗包括电、燃料及药剂等方面的消耗。国内外众多污水厂能耗分析表明，污水提升泵、曝气系统和污泥加热设备是主要的能耗设备。对于一般的二级处理工艺而言，提升泵的耗电量占全厂用电的10%～20%，曝气系统占50%～70%，污泥处置（消化、脱水）占10%～25%，三者的能耗综合占直接能耗的70%以上。因此污水处理厂的节能重点在于提高提升泵、曝气系统和污泥处理的用电效率，减少能耗。

2、节能降耗措施

2.1 工艺节能

（1）合理选择设计参数

将现状已投产运行的污水处理厂进水水质与现场排水水质资料对比分析，提出合理的污水进水设计参数，避免取值过高，使构筑物及设备过大，造成能源浪费。

（2）采用合理的处理工艺

采用合理的处理工艺是污水处理厂节能的重要环节。项目所选工艺流程经应过多方案比选，选用污水处理效果好，节约能源的工艺、技术。目前，城市污水处理厂常用的生物处理工艺有传统活性污泥法（ASP）、AB法、A/O、A2/O、经典SBR及其改进工艺（如CASS和ICEAS）、氧化沟、BAF等，其工艺比较见表1。

表1 主要生化处理工艺比较表

污水处理厂在设计时除考虑不同工艺各自特点的同时，还要结合项目所在地的气温、地形、电价、征地费用及项目自身的情况、原水水质情况、出水达标要求、污泥处置情况等进行综合考虑，选取技术上合理、经济上合算、易于管理、运行可靠，且有利于近、远期结合的工艺方案，使能耗最低。

（3）污泥处理系统的节能

污泥处理系统包括污泥的脱水和污泥的稳定。目前污泥脱水设备有真空过滤机、板框压滤机、带式压滤机和离心机。前两者需要投加无机絮凝剂，通常为铁盐、石灰或铝盐；后两者主要用有机高分子絮凝剂。真空过滤机运行稳定可靠、脱水泥饼性状好、管理方便，但耗电量大；板框压滤机间歇工作，操作简单，泥饼量最少，但生产率低；离心机适用于难脱水的污泥，不散发臭气，但由于转速高，设备磨损大；带式压滤机生产率高，运行稳定，可连续运转，耗电最低。因此脱水设备应综合考虑污泥处置方法、污泥性质、处理厂规模等，从而实现节能。

（4）节约药耗

污水厂常用的药剂主要是PAC、PAM等絮凝剂。在加药系统中采用高精度的计量仪表和投加设备。加药系统均采用复合环控制方式。絮凝剂投加量先根据流量进行比例投加，再通过FCD、出水浊度检测的反馈信号对其进行调节，以达到最佳投加量。采用复合环控制系统能使水厂的加药量始终处于最佳值。

（5）其余节能措施

污水厂平面布置应严格控制处理工艺流程的总水头损失，以降低进水的提高度，达到节能目的。

对处理构筑物进行合理的分组，在非满负荷的条件下，可用两组或三组并联运行，减少了各段之间的水头损失，达到节能的目的。

2.2 设备节能

（1）提升泵的节能

提升泵的电耗一般占全厂电耗的10％～20％，是污水厂的节能重点。提升泵的节能首先应从设计入手，进行节能设计；污水厂投产后，通过加强管理或更换部分设备进行节能。

1）精确计算水头损失，合理确定泵扬程

从泵的有效功率NU=γQH，可以看出当γ、Q 一定时，NU与H 呈正比，因此降低泵扬程节能效果显著。

工程设计时为降低水泵扬程可采取以下措施：总体布置紧凑，连接管路短而直，尽量减小水头损失。

2）流量调节方式

污水厂进水量往往随时间、季节波动，由轴功率N=NU/η1 (η1为泵运行效率)可以看出，一定流量扬程下NU 是一定的，而泵的轴功率直接由η1 决定，所以应选择合适调控方式，合理确定泵流量，以保证泵始终高效运转。另外可通过设置多台水泵和变频调速措施使水泵长期运行在高效段范围内。

（2） 曝气系统的节能

鼓风曝气系统电耗一般占全厂电耗的50％～70％，是全厂节能的关键。最根本的节能措施就是减小风量，而减小风量必须提高扩散装置效率，降低污水对氧的需求。

1）改进布置方式

传统的曝气池，曝气管是单边布置形成旋流，过去认为这种方式有利于保持真正推流，另外可以减小风量，但经过多年实践与研究发现，这种方式不如全面曝气效果好。全面曝气可使整个池内均匀产生小旋涡，形成局部混合，同时可将小气泡吸至1/3 到2/3 深处，提高充氧效率。

2）采用微孔曝气器

微孔曝气器可以减小气泡尺寸，增大表面积，因而转移速度高，节约风量。天津东郊污水厂和纪庄子污水厂均采用微孔全面曝气，比穿孔管节电20％以上。

3）风量控制节能

选择风机时，都要在计算需气量基础上加上一个足够大的安全系数，以满足最大负荷时的需要。所以在日常负荷下一般都要适当减小风量，负荷低时更应如此，这不仅是节能的需要，也是防止过曝气、保证处理效果的要求。而进行风量控制是曝气系统效果最显著的节能方法。根据已有工程运行经验，采用DO 控制风量可节电10％～30％。

（3）其他措施

1）按照国家有关技术政策要求，采用高效节能设备，特别是部分关键工序采用数控设备及专用设备，以提高工效，节约能源并保证产品质量。

2）应用变频技术使电机运行状态由轻载转变为接近新条件下的额定负荷量，使效率和功率因数提高，从而达到节能的目的，变频技术节电率可达21%。

3）加强设备、电气维修保养，使设备在最佳状态先运行。

4）加强维修、操作人员的培训，力求全面掌握设备的使用、操作性能，通过提高设备的使用效率，达到节能的效果。

3 节能发展趋势

污水厂的节能减排是一项综合性工作，设计到工艺、设备及其它诸多环节。因此，污水厂的节能技术应从工艺设计、设备选型、运行管理等各个环节入手，处处树立节能意识，不断开发研究节能新工艺；设计人员应加强学习，提高自身水平；污水厂要建立能耗绩效的管理评价体系，在实践中总结节能经验，同时借鉴国外先进管理经验，提高污水处理厂的运行管理水平，使污水处理技术由高能耗向低能、高效的方向发展。

参考文献：

[1]高旭，龙腾锐，郭劲松.城市污水处理能耗能效研究进展[J].重庆大学学报：自然科学版，2002,25（6）:143-148.

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中图分类号：TP206 文献标识码： A

引言

节能降耗作为工业建设的重要目标之一，城市污水处理厂节能降耗的手段非常大，基本上包括：优化城市排污工艺设计、提升污水处理管路设计水平、优化污水处理设备选型、提升污水处理日常管理水平等。本文结合城市污水处理情况，分析了城市污水处理厂节能减排的措施。

一、城市污水处理厂工艺的选用

城市污水处理厂处理工艺的选择，是污水处理厂的主要工作之一，也是城市污水处理厂节能降耗的重要环节。因此，在城市污水处理厂日常管理的过程中，由于废水可生化的特点较为明显，为了更好的降低城市污水处理的费用，大部分使用的是生物处理的方法。而针对不同的污水、不同的处理程度要求，除了使用传统的曝气池工艺之外，可以供使用的污水处理工艺是非常多的。常用的有：第一种：氧化沟工艺，这一污水处理工艺所需的设备简单、便与管理，不需要二次沉淀池，在二十世纪九十年代中后期这一工艺应用较多。但是与传统的曝气池工艺相比较，曝气设备的能耗水平相对较高。第二种：sbr工艺，这一污水处理工艺占地面积小，自动化控制水平高，模块式扩建前景好，但是污水处理设备的闲置率比较高。在城市污水处理要求不断提升的背景下，这一工艺水平得到了更多的推广，污水处理的水质高于一级a标准，但是此污水处理设备的维护费用和日常能耗水平较高。

二、城市污水处理能耗分析

污水处理的能量是推动生物反应与污水处理厂正常运转的必要条件，根据能耗产生的不同标准可以划分为不同的能耗构成。其中直接能耗主要包括鼓风曝气或机械曝气电机所消耗的电能，回流污泥泵、污水提升泵等消耗的电能，污泥消化投加的热能，污泥脱水所消耗的电能，搅拌推流过程中机械消耗的电能等；而间接能耗则主要是指一些物料消耗，如活性炭、絮凝剂、石灰、外加碳源等耗材生产所需的能量。当前我国大多数污水处理中，污水的提水能耗占到总能耗的 10% -20% ，污水生物处理的能耗占到总能耗的 50% -70% ， 污泥的处理能耗占总能耗的 10% -25%左右，这三者的能耗约占总能耗的七成以上[3]。因此，污水处理的节能减排主要从能耗、物耗和水耗等三个部分采取合理有效的节能降耗措施。

三、污水处理厂节能降耗对策

1、节能技术改造

对现有设备及时改造可以有效降低能耗。首先是对提升泵的变频改造。很多污水处理厂在对污水提升泵的选型设计时往往考虑的是最大扬程、最大流量等不利因素情形下的水泵参数，这样容易导致选择的水泵扬程偏高，运行时有多处于低扬程、大流量、低效区的情绪，造成了能耗的极大浪费。因此，要及时对提升泵的变频电机的改造，根据集水池中的水位变化特点，对其污水泵进行变频节能改造。其次改造倒伞曝气机。曝气机的动力效率主要体现在主机及叶轮这两大关键部件上，叶轮作为倒伞曝气机的主要做功部件，其结构是否合理将会对整个曝气机的动力效率产生较大影响，因此，可以将立式倒伞曝气机中的倒伞由原先的螺旋式改造成翘片式，原先的螺旋式锥齿轮改造成直齿轮的构造器件。当然，随着近年来国家对排水标准的要求越来越高，要做好污水处理过程中产生的剩余污泥中释放出的磷，可以选择增设快速浓缩池等措施，使得污泥浓度在进入脱水机前就得到提高，进而实现脱水效率的成倍提升。

2、曝气设施的节能途径

在我国现存的城市污水处理厂中，占绝对比重的是 A2O 活性污泥法：通过好氧微生物降解污水中有机物方式，达到脱氮除磷的目的。但为使污水里微生物和有机物达到最高程度接触，需消耗大量能源向污水中供氧，从而使内曝气系统成为城市污水处理中的耗能大户。一方面，在曝气设备选择上，要综合考虑供氧能力与曝气效率的内在关系。从曝气系统的设计方面来看，曝气设备的设计思路与污水提升泵设计存在同一问题，一般来讲污水厂是按照时高峰或者日高峰的供氧能力来设定曝气系统。然而该高峰期持续时间短，出现频率低，如果内有良好的调节控制设备就会造成浪费。所以，通过试验精确分析曝气系统的各项参数，合理控制设备同时运转台数、采用变频调速技术来控制溶解氧，保持曝气量，可以更大程度的节能。另一方面，结合氧传递规律，改进反应器的结构，调整反应器的分布位置。曝气池的形状由于设计的不同而存在差异，且各曝气池中所存微生物的反应规律也各有差别，所以曝气系统中扩散头应按照微生物的反应规律进行科学布局，从而达成降低能耗的效果。

3、节能减排管理措施

加强日常管理，可以为污水处理厂节能降耗提供科学化的运行方式。首先是做到对相关设备的定期维修，经常清洗管道，对于泵吸压力突然增大以及水头或吸程逐渐升高或降低时都需要引起重视，及时查明原因。其次是做好负荷管理与水量调度，错开用电高峰，降低峰值负荷；再次是优化运行体系。污水处理厂的主要节能降耗措施之一是要做到运行的合理优化，做到对系统部件进行及时更换，并对更换后所产生的能耗影响进行分析，选择一种合理的优化运行方案。最后是建立完善的激励机制。加大节约意识的宣传力度，鼓励全员参与，制定科学完善的能耗考核指标，做到奖惩分明，充分发挥激励机制的积极效益，实现企业和个人双赢。

4、城市污水处理厂总图的优化与设计

城市污水处理厂的进水管高程、处理厂最终尾水排放水位一般是前期规划给定的。在城市污水处理厂设计的过程中不能随意的变更。因此，为了更好的降低城市污水提升高程，需要在设计的时候按照排放点水位高程作为基准，最终排放构筑物内的水面高程在满足处理厂尾水排放需要就可以。并且要设法降低工艺线内的水头损失，城市污水处理厂总图的布置要既要紧凑，也要顺畅，最大程度上降低管道输送的长度与迂回次数。城市污水处理厂构筑物间大部分是通过渠道连接的方式。最大程度上减少跌水。在城市污水处理厂水头损失计算的时候要准确有效，按照之前积累的经验使用科学的安全余量。城市污水处理厂的日处理规模基本都大于万立方米每天，如果能降低一米的提升高度，那么可以实现每天电耗降低几万kw・h，这一节能效果是非常明显的。

结束语

我国城市规模的不断扩大、城市人口的不断增加、城市经济的快速发展，给城市本体带来了巨大的压力。城市污水问题已经成为一个亟待解决的问题，而能否解决城市污水处理流程的能耗问题，已经成为决定污水处理厂预期效果能否达成的至要因素。所以，对我国当前城市污水处理厂进行能耗分析，能源分配研究，发挥城市污水处理厂的节能潜力，提高其社会效益和经济效益，不仅保障城市污水处理厂正常运转的重要举措，同时也有利于生态环境的保护和能源压力的缓解。在城市污水处理厂的日常运作中，要致力于节能技术的创新，设备的运行的优化，加强管理，不懈努力，最大限度地实现污水的资源化和再利用，使城市污水处理由高耗向节能方向不断前行，最终切实实现其社会效益。

参考文献

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随着我国污水处理能力的增加，能耗问题逐渐凸显，如何降低能耗成为污水厂面临的重要问题。随着污水处理理念的持续更新，污水处理技术也在不断升级改造，遂对城镇污水处理厂降耗节能技术的研究进展作具体探讨。

一、我国城镇污水处理现状

早期，污水处理厂面积占用率较大，增加造价和运行费用，因此如何在空间和时间上进行合理的设计，克服传统污水处理工艺流程复杂的弊端，成为了污水处理技术设计的关键因素。

住建部《关于2016年第一季度全国城镇污水处理设施建设和运行情况的通报》显示，到2016年3月底，我国累计建成城镇污水处理厂3910座，污水处理能力达1.67亿m3/日，其中城市建成并运行的污水处理厂共计2210座，污水处理能力为1.37亿m3/日，1574个县城中，有92.4%的县城建有污水处理厂，建成运行的污水处理厂有1700座，污水处理能力为0.20亿m3/日。

二、我国城市污水厂节能降耗研究进展

（一）污水处理工艺改良

1.好氧生物处理技术

在众多的好氧生物处理技术中，工艺的比较、选用及其节能效果往往取决于污水处理厂的规模和出水的标准。能耗最低的当属于生物滤池，生物膜法是兼性生物处理过程，有机污染物的部分降解是在厌氧条件下完成的，降低了生物代谢所需要的氧量，也就降低了电耗（能源）。

2.反硝化除磷技术

由于以NO-2为电子受体进行反硝化除磷，可以与短程硝化相结合，能进一步降低能耗，近年有关以NO-2为电子受体的反硝化除磷研究开始受到关注。但如何通过驯化增强反硝化除磷菌对亚硝酸盐毒性的适应性，提高反硝化除磷的速率并在工程规模上得到应用是国内外研究的重点。以硝酸盐为电子受体的DPR，国外已有报道，但有关常温下的短程硝化、以亚硝酸盐为电子受体的DPR以及与SSND技术相耦合的工艺及其机理方面的研究国内外尚未有报道。

3.高氮消化液短程硝化及厌氧氨化技术

现有的生化处理工艺将污泥消化液回流与原水一并处理，大大增加了污水处理的氮负荷，导致脱氮除磷效率难以提高。对于低C/N的污泥消化液而言，有机碳源的严重缺乏是其脱氮效率无法提高的屏障，而外加有机碳源会大幅度的增加污水脱氮的费用。为了解决上述问题，现已开发出污泥消化液短程硝化与厌氧氨氧化组合脱氮新技术，即首先实现城市污水处理厂消化液中高浓度NH3-N的短程硝化反应，而后再实现ANAMMOX反应，最终实现经济高效的污泥消化液自养脱氮。

（二）泵的节能处理

提升水泵优化与智能控制。提升水泵的优化措施主要包括：改工频泵为部分变频泵作为调速泵；所有提升泵都是变频泵；多级动态液位控制策略的技术。在运行管理过程中应避免频繁启动进水泵，不仅可以节能也能减少对后续处理单元的冲击。当流量计显示水粟瞬时流量明显减少时，为保证处理水量应启动另一台水泵工作。尽量保证污水泵在高水位运行，运行时尽量保持在高效区间内。当污水处理量减少时，可累积污水待夜间进行间断污水处理；当污水处理量充足时，则不宜采用。

（三）曝气系统优化

曝气设备的供氧设计规模越接均需氧量，曝气系统的总能效就越高，选择合适的曙气系统规模是曝气系统节能降耗的第一步。随着污水在生物曝气阶段的流动，污水中的污染物质不断降低，采用“渐减曝气”的措施，便可达到良好的节能效果；另外，由于工艺的不同，曝气池池形的不同，池中微生物反应规律也不相同，所以按微生物反应规律来布置曝气扩散装置也会起到节能的效果。选择高效率的曝气设备。曝气方式主要有鼓风曝气和机械曝气两种方式。根据处理工艺的不同，选择合适的曝气方式和动力效率高、氧气利用率或充氧能力高的曝气设备，可达到节能效果。

（四）污泥处理节能技术

目前，污泥的处理是通过浓缩、脱水、消化等技术来有效降低污泥的含水率，经浓缩后污泥含水率通常有97%以上，经机械脱水可以使含水率达到75%左右，便于后续的污泥处置和运输。

（五）污泥的处置和利用

污泥系统节能减排的最终目标是将污泥中的能量尽可能的资源化利用，实现能量最低限度损失，污泥处置节能措施主要有污泥农用、污泥堆肥、作建筑材料等。

1.污泥农用技术

污泥中含有大量的有机物，营养物质以及各种促进植物生长的微量元素如N、P、Fe、Mg、Ca等，能够改善土壤的物理结构，增进土壤的肥力。污泥农用就是利用这些有机成分起到土壤改良剂的作用。但是污水处理厂的污泥堆肥质量需要严格控制，合理施用。

2.污泥堆肥技术

污泥堆肥技g是无害化、减容化、稳定化的一种综合污泥处置技术。污泥堆肥也是污泥农用的延续，其主要思路是在温暖潮湿的环境中利用一些微生物群落进行有机物的分解。污泥处理后被当作肥料用于园艺和农业，但污泥堆肥要求一定的场地，且处理时间较长。

3.污泥作为建筑材料

将处理过后的污泥用做建筑材料也是污泥处置的可行方案之一。这种处置方法不仅投入较少、还有可观的经济回收且不会对环境造成再次污染。污泥可用于制作灰渣水泥、混凝土，污泥砖以及生化纤维板等等。

三、结语

污水处理厂的节能降耗受诸多因素的制约，应该从设计初期工艺选择、设备选型、污泥处理及处置方式等方面多加考虑，以此作为节能降耗的基础，工艺运行过程中，根据本厂水量、水质等实际情况，制定可行的节能降耗措施及相应的奖惩制度，做好设备的维护保养及大修计划，并采取相应措施保证严格落实到位，做到全面控制，严格管理以最大可能实现节约成本，做到了这些，污水处理厂的节能降耗效果才能真正的达到。

参考文献：

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1 节能降耗管理

节能降耗的首要任务是分析在污水处理厂中的哪些设备、哪些工序是高能耗的？是否可以通过科学的手段减少能耗。因此在节能降耗的同时要明确不同的处理单元对能耗（主要是电能）的需求，同时也要建立一个完整的节能降耗评估体系，这样才能更深入的分析高能耗的原因及探索节能降耗的新途径。

2 泵系统途径节能降耗

在中小型污水处理厂中，经常会出现这样的现象，污水处理厂的水泵会因为工作使用的时间不同，有时候会导致水泵的工作效率大大降低，这种事故发生的原因是因为使用的时间变化的巨大，使水泵的内部设计偏离原始的设计。所以，中小型污水处理厂对于水泵节能的研究是具有极大的经济效应。中小型污水处理厂使用的水泵通常有潜污泵和轴流泵，对于这两种水泵而言，通常就可以采用改变水泵内部的电机运转的速度改变来使水泵的运转效率。然而，市场上除了上面提到的几种水泵之外，还有一些中小型污水厂的设备没有得到及时的更新，仍然采用的是比较落后的水泵，针对这种现象，为了得到节能降耗的目的，可以采用市场上流行的水泵，使用新型的节能水泵，或者根据情况使用合理的泵的数目，新的变频变速技术也值得推广。

2.1 变频变速技术

由于不同时段的污水流量不同，有的时段大，有的时段流量少，如果统一设置水泵运行参数，容易导致发生在流量低的时候也是高能耗运转的情况，而随着现代社会的发展，变频技术也越来越应用在不同的领域，相关资料显示，变频变速技术应用在污水处理厂中也收获了很大的效果，使用变频调速设备的污水处理厂，虽然在前期投资新的设备，固定资产投资有所增加，但在后期运营过程中回报较大。这种新的技术不仅使整个污水处理厂的设备在使用上得到更好的匹配，同时又提高了水泵的运行效率，另一方面，由于变频调速技术的特点，因此具有很好的保护作用，避免了很多突发事故的发生。如云南某污水处理厂规模2万吨/天，提升泵房水泵在未安装变频器之前，每吨污水提升需要的电耗为0.15度，变频器调试运行后每吨污水提升的电耗仅为0.11度，节能效率达到26.7%。

2.2 新泵替老泵

很多中小型污水处理厂之所以运营成本高，很大的一部分原因是因为使用的是旧式的老水泵，这种老式水泵能耗大，效率低，用新式节能水泵代替老式水泵，对于成本的降低，效果是明显的。现在的新型水泵不仅在效率上胜过以前的老式水泵，同时更省电，而且新式节能水泵在后期的维护管理费用上也很少，采用新式节能水泵，对于中小型污水处理厂而言是长期的选择。

2.3 水泵其他的节能方法

很多污水处理厂误认为多台水泵会减少成本，这是错误的观念，在污水处理上，有很多不明确的客观因素存在，要根据不同的情况来应对。对已一定量的污水，可以采用一台水泵，也可以采用多台水泵共同工作来处理，这两种情况下，两台共同工作可能成本高一点，但节约时间，几台小型功率的水泵有时候更适合中小型污水处理厂。在污水处理厂运行的过程中，另外当水泵的扬程比较小的时候，这时候开启水泵也能有效的节能。在设计上为了达到节能的效果，通常会采用大泵与小泵相结合的方式。

3 曝气系统节能

对于一座污水处理厂来说，曝气系统尤为的重要，如果能够让曝气系统得到更好的改善的话，这是最好的节能方式，因此对于中小型污水处理厂而言，改善曝气系统是节能降耗的重要方面，下面是几种改善曝气系统的方法。

3.1 使用微孔曝气器

如果想提高氧的使用，通常有几种方法，把气泡的比表面积增大；让气泡在池内出现的时间更长。一般情况下，采用的增大小泡比表面积的方法。据相关资料显示，采用微孔曝气器会比普通的曝气器重更具有效率。

3.2 合理的布置曝气器

目前，在一些技术落后的污水处理厂，仍然采用的是把曝气器安装在水底，但根据最新的研究发现，传统的曝气器布置方法不够科学，传统的安装方法并不能使池中的氧气分散均匀，传统的布置方法有可能导致氧在不同时段的浓度不同，这种情况往往就会使资源极大的浪费，这是不可能达到节能降耗的目的的，因此合理的安装曝气器的位置是节能降耗的重要手段之一。研究发现，最合理的位置在池子进水口得地方多布置，出口的地方呈减少分布。在需要大量氧气的地方增加氧气的浓度，让池内的细菌快速的繁殖从而达到污水的快速净化，需要氧气少地方尽量的减少氧气的输入，这样的安排会更加的合理，相比传统的方法，效率会大大的提高，同时又达到了节能降耗的目的。

3.3 溶解氧量的控制

污水的水质情况并不是一成不变，因此不同情况下，需要的溶氧量会不同。当溶氧量很低的时候，不利于细菌的生长繁殖，细菌的净化能力下降，不能很好的处理掉出水中的有机物，因此这种既浪费了资源又没有达到净化的目的是要坚决避免的，为了解决这种情况，通常是充入的氧气略微的高于所需要的溶氧量，但是并不是充入的越多越好，一方面是因为造成了资源的浪费，另一方面是因为溶氧量的过高会使一些固体的沉降性能受到影响。所以溶氧量的合理控制是非常重要的，通常采用的是一种测定池内溶氧量的仪器来根据情况来适时控制溶氧量。

3.4 对鼓风机采用变频技术

对鼓风机采用变频技术的原理及方法参见文章2.1。

4 结束语

对已中小型污水处理厂而言，能够利用科学的手段来降低处理污水的运营成本是很关键的。现代的技术发展日新月异，这篇文章从多个角度来分析了如何达到节能降耗的目的，从节能降耗的源头上提高了一些可行性的建议，相信在未来会有越来越多的新的节能降耗的方法技术。

参考文献

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中图分类号：TE08 文献标识码：A

1 引言

目前，我国的污水处理厂所采用的主要处理方法有活性污泥法和生物膜法，这两种方法都是利用生物来进行生物处理，为了保证处理效果，微生物能发挥发最佳的处理作用，就要为生物处理池提供适宜的溶解氧（DO），所以污水处理厂的曝气系统是必不可少的，也是占整个污水处理厂总能耗一半以上的能耗大户，所占比例一般超过60%[1]。由此可见研究如何降低污水处理厂曝气系统能耗的意义是多么的重大。

2 现有污水处理厂曝气系统能耗的分析

2.1从生物处理工艺方面分析

在污水处理中必须对曝气系统进行控制，要对气量的大小，曝气的时间长短进行控制，以为污水处理工艺的曝气池后往往会有二沉池，如果曝气时曝气量过小，在后续工艺中的二沉池就可能出现因缺氧而造成污泥的腐化，池底厌氧产生大量气体，使池底的污泥上浮。如果曝气时间过长，就会导致曝气量过大，曝气池能就会发生过高的硝化作用，这样就会有大量的硝酸盐进入沉淀池，再由反硝化细菌的作用在沉淀池产生大量的N2，致使池底污泥上浮。处理效果降低，能耗增加。

曝气量的分布是否均匀也影响曝气效果。一般污水处理工艺会在曝气池底均匀分布曝气装置，但如果有部分曝气头堵塞，就会大致发生堵塞的位置曝气量少，其他没有堵塞的位置相应的曝气量就增大；有事也会存在某些位置的曝气头损坏，造成损坏位置曝气量剧增，其他位置曝气量大大减少。这些情况都会造成生物反应池能曝气不均匀，处理效果降低，造成曝气系统的能耗损失。

2.2从行业现状方面分析

对已经建成并运行的污水处理厂进行调查，发现自动化程度较低，能耗较高。在很多水厂存在设计与实际投产运行的自动化要求不符，或在运行一阶段后，把部分自动装置改成手动，特别是曝气系统，半自动半手动。总结其原因有以下几点：

自动化技术未能与工艺设计相结合。由于我国我国污水处理起步较晚，早先的自动化系统都是引进国外的技术，即使现在部分产品我国已经有成熟产品，但自动化软件编程工程师一般都不是专业的污水处理行业的，大部分都是化工。冶金行业的自动化工程师，所以对无视处理工艺了解不深，不能完全达到污水处理工艺进行编程设计，大多数是套用自己所熟悉的本行业的一些技术及参数，这样就导致所用的自动化系统与污水处理工艺并不完全相符，造成处理效果不理想。

运行维护时自动化系统操作培训不到位。很多厂家调试运行时对污水处理厂的运行人员的培训不到位，只培训一些基本的操作，运行人员不能从理论上深入的研究和了解控制系统，或污水处理厂的运行人员更换频繁，致使部分培训内容丢失，使自动化操作达不到运行要求。

运行经验利用不足。因为污水处理厂在长期的运作中，会有规律可循，但污水处理厂的运行和管理人员往往不注意总结这些经验，致使其他相同规模的水厂在建设中利用不上这些经验。

2.3从计算建模方面分析

污水处理曝气量的计算非常繁琐，在对曝气池中溶解氧（DO）的控制时，自动系统的参数都是根据水厂的水质和季节不同进行不断的调整。从理论方面来看，污水的生物处理时非线性的，具有随机性、多变性及滞后性的特征，所建立的模型都是有条件和现有的经验所确定的参数，所以通过建模也不能准确的调节溶解氧（DO）,这样就造成了风机出口阀门的频繁开闭，降低设备寿命，能耗的增大。

3 污水处理厂曝气系统的节能分析

好样生物处理的曝气过程是个非常重要的过程，处理出水的水质的好坏，直接受曝气池内溶解氧（DO）的多少和污水混合程度的影响。曝气有充氧和搅动、混合的作用。常用的生物反应池内的曝气系统是由鼓风机、管道及曝气装置组成[2]。所以实现曝气系统的节能就要从这几方面组成着手。

3.1曝气装置的选择

选择曝气装置应遵循系列原则：

为了节能效果好 ，应选用氧利用率较高的曝气装置；

应选择不易堵塞，便于维护，故障易于排除的曝气装置；

应选择结构简单，工程造价较低的曝气装置。

现在常用的曝气装置时微孔爆气器，其主要有盘式微孔爆气器和管式微孔爆气器，盘式微孔爆气器分为橡胶膜和陶瓷。盘式曝气器以其低廉的价格首先被广泛采用，但在应用过程中其易老化、易堵塞、使用寿命短等缺点就暴露出来了，所以技术更为先进的管式曝气器就被当下设计人员广泛选用。通过应用对比，管式曝气器要比盘式曝气器的氧利用率高20%，可以降低能耗20%左右[3]。随着技术的进步，要选用更先进的曝气器，这样才能真正实现能耗的降低。

3.2曝气装置的分布

曝气池内微生物降解污水中的有机物的工程，包含微生物自身生长的过程，微生物经历对数期、衰减期及内源呼吸期。同时曝气池能的溶解氧（DO）也随之变化，符合曲线（见图1），通过曲线可以看出曝气池能的曝气装置应该按照推流式进行分布，沿池长方向，污染物浓度减低，所需曝气量递减，这样分布就避免了沿池长末端的曝气量的浪费，达到节能的作用[4]。

活性污泥的增殖曲线

3.3曝气量的控制

我们在计算曝气量的时候，曝气池不按平均需氧量计算，这样就会造成曝气池进口端有机污染物含量高的位置曝气量不够，曝气池出口端的有机污染物含量低的位置曝气量过多，造成能耗的浪费，出水也不合格。所以在曝气池内布置曝气管时，要根据每段的曝气量合理的选用曝气管，如曝气池进口端选用φ63的UPVC管道，在中间端选用φ53的UPVC管道，在出口端选用φ32的UPVC管道。这样就避免了曝气量的浪费。

3.4鼓风机的选择

鼓风机是目前应用最广的曝气风机，所以合理的选用风机，也是节能的关键，鼓风机的出口一般会有挡板、逆止阀、调节阀等，阀门和管道管件过多会造成能耗。由于曝气池内的曝气量和曝气时间是变化的，所以曝气风机出口的阀门就处于频繁的调节状态，随着科技的进步，一种采用变频器改变电机转速的变频分风机慢慢的得到大多数人得认同，通过曝气量的大小改变曝气风机电机的转速，这样就避免了传统机械运行方式的能耗的损失。

4 结论

综上所述，造成曝气系统能耗的原因有很多，节能方面我们主要从曝气装置的选择、分布、曝气量的控制及鼓风机选择这几个方面进行系统的论述，选用管式曝气器代替盘式曝气器，曝气装置选用沿池长方向渐疏的布置方式，严格控制曝气量，在满足工艺对风量及风压的要求下选用变频风机，来有效的降低污水处理厂曝气系统的能耗。

污水处理厂的曝气系统的节能，不是一天两天就能实现的，是需要做好长期作战的准备的，要想实现污水处理厂曝气系统的真正节能，就要从污水处理厂的最初设计着手，从建设前的设计阶段就完善设计，选用合理的工艺和设备，并在运行时加强管理，发现有落后的工艺或设备，就马上进行的改造，这样才能不断的降低污水处理厂的能耗，真正的为国家倡导的“节能减排”贡献力量。

参考文献

[1]林荣忱，李金河.污水处理厂泵站与曝气系统的节能途径[J].中国给排水.1999.15（1）.

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在进行污水处理技术方面我国处于落后状态，而且在进行污水处理过程中存在着耗电量大的问题，所以与先进国家相比，我国在污水处理上还存在着很大的节能空间，无论是曝气设备还是污水污泥设备，都具有较大的节能潜力，目前普通存在着能耗过高的问题，所以当前污水处理成本偏高，而且使能源消耗过度，不利于能源的可持续利用，另一方面也加强了环境的污染，这与当前我国建立节约型社会的宗旨相违背，所以需要在污水处理过程中，实现节能降耗，从而推动建设资源节约型社会的进程，实现社会的可持续发展。

1 节能技术改造

1.1 增设快速浓缩池

随着我国对排水标准的不同提升，目前不仅需要对出水COD进行控制，同时还要控制NH3-N、TP等，而且一些浓缩池所剩余的部分污泥还会释放磷，所以针对这种情况，目前在一些新建的污泥处理厂内，则不再进行浓缩池的设置，这就为后期污水处理的成本增加埋下了伏笔。因为这势必会在污泥脱水时电耗增加，而且药耗量也会上升。所以针对于剩余污泥在浓缩池内停留时释放磷的问题，则需要在利用向污泥内添加絮凝剂来解决，而且这些絮凝剂也不需要再额外购置，其只需将脱水滤液中剩余的部分进行添加即可，这样可以有效的减少污泥在浓缩池内停留的时间，避免了磷的释放，而且也达到了浓缩的效果，这样在污水处理时，其脱水效率也会有较大程度的提高，同时也不用过多的增加药耗，对节约成本起到关键的作用。

1.2 污水提升泵的变频改造

通常在选择污水提升泵时，其都会以最大扬程和最大流量的设计来对水泵的参数进行选择，这就导致使用过程中，水泵则处于低扬程、大流量和低效区的状态下，直接导致耗电量的增加，而且电机极易出现过热的情况。

针对于这个问题，可以通过对水泵的性能曲线进行改变，从而对其效率进行调整，而通过对转速进行调整，可以使水泵趋于高效区内，而且没有能量的损失，运行的效率也处于较高的水平。所以利用变频调速技术对电机进行调速，具有较大的优势，可以说是电机的主流技术之一。对提高电机的效率，降低能耗起到了积极的意义。对于水泵来说，流量Q与转速n成正比，扬程H与转速n的二次方成正比，而轴功率P与转速n的三次方成正比。

利用变频电机的这种节能技术，根据其集水池水位的变化规律，我厂采用智能化节电设备对其污水提升泵进行了变频节能改造。采用多点水位控制、水位探测仪采取多层次水位探测，使水泵电机的转速根据水位高低进行变频调节。设定集水池的水位为H时，变频电机的输出转速为700r/min。对应的变频器频率为45Hz。当进水井水位高于或低于H时，产生一个偏差值？荪H，？荪H增大（为正），变频电机输出的转速升高，泵的流量越大，水位随之下降；反之，？荪H减小（为负）时，变频电机的转速变小，水泵电机的转速降低，进水量持续稳定，节能效果明显。

2 优化工艺运行实现节能

2.1 工艺参数的优化配置

对一个正常运行的活性污泥法污水处理系统而言，其工艺参数主要是污泥浓度（MLSS）、溶解氧（DO），相关联参数主要有进水水量、水质（COD、BOD5、NH3-N）以及其他工艺参数（如污泥回流比R、污泥沉降比SV30、剩余污泥排放量、污泥有机负荷率）等。其中，进水水量和进水水质无法控制，但MLSS和DO是可调控的。相对而言，污泥浓度高，需要的氧气供应量就大，能耗就高；而污泥浓度低，虽然有利于氧气在污泥絮凝体内的传递，使氧利用率提高，能够减少氧气供应量，降低能耗，但出水污染指标较高。

污泥浓度的调控依据主要是污泥负荷率，而污泥负荷率是活性污泥增长率、有机物去除率、氧利用率、污泥的凝聚吸附性能等性能指标的重要影响因素。对有脱氮除磷要求的污水处理厂而言，污泥负荷率一般要求控制在0.15kgBOD5/（kgMLSS.d）以下。但由于进水BOD5检测起来所需时间较长，用BOD5污泥负荷率很难及时指导调控曝气池中的污泥浓度。特别是进水水质较为复杂的污水处理厂，用BOD5污泥负荷率调控工艺运行时更缺乏时效性。

通过长期的运行实践，发现用污泥的COD负荷率控制曝气池内的污泥浓度更便捷，且有一定的指导意义。通过对剩余污泥排放量的控制、回流污泥比的适时调整，将污泥的COD负荷率设定在某个变化区间，在保证出水水质达标的情况下，可以有效降低污水处理的电耗。就我厂而言，当污泥负荷率为0.07-0.1kgCOD/（kgMLSS.d）时，曝气池中的氧气供应量较设计供氧量可降低10-20%，甚至更多。氧气供应量的减少可以直接降低鼓风机的能耗。

2.2 错峰运行

目前我国各电力企业对于污水处理厂所采用的电价计费方式为大工业电价，由于大工业电价计费方式分为峰段、平段、尖段和谷段四个不同的时段，而且每个时段计价的金额都有较大差异，其中平段的计价金额与居民用电价格基本相同，谷段的计价金额则低于居用正常电价的百分之五十左右，其他两个阶段则高于居民电价的百分之五十以上，这就需要污水处理厂在生产过程中，需要科学的进行调度，针对各时段来进行生产运行的安排，从而有效的达到节约电费的目的。由于污泥脱水段耗电量大，所以需要充分的利用谷段的时间来安排运行，会取得非常好的节约电费的效果。

3 建立激励机制

任何工艺流程和运行模式都离不开人这个主要生产要素，人是生产过程中的主要因素，所以在污水处理程序中，不论应用多好的运行模式，无论其工艺控制有多高的水平，但如果没有一线工人的细心操作，那么提高污水处理效率和质量则是空谈。所以需要充分的发挥一线工人的主观能动性，调动起员工的工作积极性和主动性，从而确保污水处理运行的优质、高效。这就需要制定科学合理的激励机制，如再制定科学的能耗考核指标、药剂考核指标、水量水质关联考核指标、总费用控制指标，全员参与，职责明细，节约分成奖励，超标适量处罚。在这些科学合理的激励制度下，可以有效的调动起员工的工作热情，使员工的收益提高，使其价值得以充分的体现出来，利用经济杠杆的作用，使员工时刻牢记节能降耗，从而在工作中慢慢养成习惯，为企业经济效益的实现奠定良好的基础，而且个人收益也得以增加，可谓实现了双赢的局面。

4 结束语