污水處理廠電氣節能技術研究

王杰亭 戴金峰

摘要：降低電能消耗是污水處理廠成本控制的關鍵要素，大量的污水凈化處理需要電氣設備不停運轉工作，因此電能消耗巨大。將變頻技術運用到鼓風機和進水泵的控制當中，可以有效降低污水廠的電能消耗，降低運營成本。鑒于此，文章對污水處理廠的節能技術進行了研究。

關鍵詞：污水處理廠；電氣節能技術；節能降耗；成本控制；電氣設備 文獻標識碼：A

中圖分類號：X703 文章編號：1009-2374（2016）18-0079-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.039

污水處理（Sewage Treatment，Wastewater Treatment）主要是指為了使工業或人們日常生活所生產的污水，為達到某一水體或者再次使用的水質要求，對其進行凈化的過程。伴隨著城市的快速發展，人們日常生活和工作產生的污水越來越多，污水廠的污水凈化工作量明顯增加，與此同時凈化系統能源消耗就成為污水處理廠成本控制的關鍵問題。因此，電氣節能技術對于污水的影響較大，本文主要介紹的是變頻技術在污水處理廠的應用，并介紹了相關的電氣節能技術與方案。

1 污水處理廠電氣節能技術的評價

污水處理廠在城市發展中具有重要作用，伴隨著經濟的快速發展，人們生活水平日益提高，日常生活和工作中產生的污水、廢水越來越多，污水處理的規模也隨之提升，這在一定程度上增加了處理廠的能源消耗，就我國目前污水處理廠的現狀來分析，電氣節能技術仍然處在較低水平，設備的能源消耗較大，嚴重制約了污水廠的生產效益。就目前污水處理廠的現狀來分析，部分廠區污水處理設備的節能降耗措施并不完善，整個污水處理工藝水平不高，更重要的是一些早期建造的污水處理廠，設備工藝老化嚴重，節能降耗措施配套不嚴密，而且對于污水凈化方面也起不到良好的質量保證。例如：多數污水處理廠采用DY2000帶式脫水機，該設備的過濾段為全封閉結構，在混合液進入到絮凝反應器的過程中，感應器內部采用階梯下落的方式進行混合，混合反應的過程較為劇烈，而且絮凝劑和污泥反應十分迅速，反應形成的絮凝塊在重力的作用下掉落，當離子交換膜兩側濃度不同的溶液接觸時，必然會發生電解質離子，從高濃度側向低濃度側擴散滲析，同時又有水從低濃度側向高濃度側的自然擴散滲透。再加上這些設備大都屬于能耗高、自動化程度低、維修率高的設備，一些處理廠每處理萬噸污水耗電量高達2000多度，這在一定程度上增加了污水處理廠的運營成本。

2 污水處理廠能耗分析

2.1 我國污水處理廠能耗現狀

調查得知，我國能源消耗一直居高不下，同時能耗方面也嚴重影響了污水處理廠的運行成本。以江蘇省南通市污水處理廠為例，該污水處理廠主要對市區部分工業及居民、餐飲、市政等單位的水物資進行處理，總覆蓋面積約63.7km2。設計污水處理能力約為12～16萬m3/日，達到國家一級A排放標準。從污水處理設備工藝方面進行分析，污水處理設備總裝機容量可以達到1585kW，工作容量為1180kW，計算負荷為876.31kW，其中曝氣池以及離心式鼓風機的運行功率最大，對整個廠區的運行成本影響較大。鼓風機和進水泵都是污水處理廠的核心設備，如果在沒有采用變頻器技術優化的情況下，全天候運行的耗電量，占全部處理設備功率的72%。

在曝氣池鼓風機中引入變頻器自動調節系統，可以有效利用曝氣池中溶解氧量作為控制信號，實現對鼓風機的自動調節控制。具體原理為在曝氣池中裝設氧氣濃度傳感器，對池中氧氣溶解量進行實時監控，然后傳感器將采集到的信號傳遞給變頻器，變頻器根據氧氣的不同濃度來控制鼓風機的實際進風量。正常狀態下，鼓風機的風門完全開放，進風量則由變頻器進行控制。

2.2 污水處理廠能耗分析和節能技術的意義

針對我國目前污水處理廠能源消耗現狀，借鑒西方發達國家的成熟經驗，開展污水處理系統的節能降耗技術，引入變頻控制系統并且對大功率污水處理設備進行能效測試及建立系統完善的能源節約技術規范，尤其對改善曝氣池鼓風機等大功率匹配狀況和系統調節方式，提高污水處理系統自動調節性能和系統效率十分必要，項目研究后，形成的成果具有重要的推廣和應用價值。通過變頻器調節，污水處理設備啟動時所需電流幅度有效降低，避免了啟動電動機過程中對電網造成的沖擊。降低能耗的同時還能確保設備運行的平穩性，延長設備使用壽命。利用變頻調節形成的封閉系統，提高自動化控制水平，降低人工操作，運行可靠無需人員留守，據統計，以南通市2014年企業職工每月平均工資4381元計算，每年單人人力成本可節約開支52572元，有效節約人力成本及資源。

2.3 污水處理廠能耗分析和節能技術的發展趨勢

變頻器是現代智能控制系統的重要組成部分，它主要應用了計算機技術與微電子技術，通過改變電機工作電源頻率方式來控制交流電動機的電力控制設備。變頻器的主要構造包括整流、濾波、逆變、制動單元、驅動單元以及檢測單元微處理單元幾個部分。其中變頻器靠內部IGBT的開斷，調整輸出電源的電壓和頻率，在污水處理系統中，變頻器可以根據曝氣池內傳感器接收的信號來控制鼓風機電機的實際需要的電源電壓，達到智能調控、節約能耗的最終目的。此外，變頻器還具備眾多保護功能，例如過流、過壓、過載保護等。隨著工業自動化程度的不斷提高，變頻器也得到了非常廣泛的應用。

3 污水處理廠電氣節能技術途徑

3.1 鼓風機的優化措施

在優化過程中，給每臺鼓風機配備ACS800變頻調節器，配合PLC智能控制器形成閉合時封閉系統。本處理廠具有四個反應池，每兩個反應池為一個功能單元，每個單元配有一臺鼓風機。鼓風機在反應池的運行過程中，可以根據池中的溶解氧量調整鼓風機的轉速和工作時間。在PLC自動控制器的作用下，鼓風機可根據溶解氧值進行PID調節，確保以最少的電能滿足溶解氧需求。

3.2 進水泵系統的優化

在進水泵坑內共設置三臺進水泵，為節省投資，三臺水泵用一臺變頻器進行調節，一臺用變頻器帶動運轉，一臺停止或者工頻運轉，另一臺作為備用。采用超聲波水位傳感器對集水池水位進行檢測，傳感器傳出的電流信號作為變頻器的控制信號，經過運算處理后控制水泵運行的頻率和開關，確保水泵組抽水量隨著水位變化而自動調節，從而有效降低能源消耗。

3.3 優化污水處理工藝

伴隨著城市污水年產量的不斷增多，污水處理廠對于先進設備以及先進技術的需求量越來越大，通過對傳統設備和技術的優化升級也是降低污水處理廠能耗的有效方式。例如：在污水處理廠建設初期，解決好廠區雨污排水系統，從源頭上降低柵渣量，確保污水量過大時有足夠的分流分壓途徑，對于進入到污水處理系統的漂浮物要及時的清理，最大限度地延長潛水泵的使用壽命；要充分利用電網的峰谷平計價規則，合理調整工藝及大功率設備運行時間；還可以對現有的設備進行升級改造，提升污水入槽時的準確度，采用現場監控設備對污水處理的全過程進行實時監控，從而提升污水處理廠的工作質量。通過電氣節能技術的改造，該工程在投入運行后，年處理污水可以達到5332.82萬噸，共計耗電量為715.46萬kW/h，平均每噸污水處理用電量為

0.165kW/h，同比沒有采用變頻調速技術的污水處理廠每噸水用電量為0.22kW/h，可以節約25%的能源消耗量，以此計算，年耗電量可以節約89.43kW/h，如果按照每千瓦時0.8元的電價計算，預計每年可以節約71.55萬元電費，由此可見，節能降耗效果顯著。

4 結語

綜上所述，污水處理廠是城市建設的重要組成部分，為人們的日常生活和工作提供必要的水源，但與此同時城市快速發展給污水處理廠也帶來了沉重的能源負擔。為了緩解能源危機對污水處理廠帶來的影響，本文引入了變頻節能技術對鼓風機和進水泵進行改造，以達到節約能源、安全生產的目的。通過變頻技術對電動機進行調速，實現了設備的自動化操作，而且處理水質也有了明顯提升，設備的抗干擾能力也有所增強，延長設備的使用壽命。

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作者簡介：王杰亭（1986-），男，山東煙臺人，光大水務（淄博）有限公司初級工程師，研究方向：電氣自動化。

（責任編輯：王 波）