城鎮污水處理廠電耗與節能措施分析

收稿日期：2023-11-26

作者簡介：李莉（1987—），女，山東煙臺人，工程師。研究方向：市政污水廠與水廠電氣工程。

摘要：城鎮污水處理廠耗電環節多，能耗大。以某城鎮污水處理廠為例，本文對耗電單元進行電耗分析，然后提出節能措施。該污水處理廠的污水處理工藝流程為市政污水→預處理→調節池→厭氧-缺氧-好氧（A2O）反應池→二沉池→絮凝反應沉淀→濾池→消毒池→出水。結果表明，該污水處理廠的主要耗電設備為鼓風機和水泵。因此，要以鼓風機、提升泵和回流泵為重點，采取相應節能措施，從而達到良好的節能效果。

關鍵詞：城鎮污水處理廠；電耗；節能措施

中圖分類號：X703 文獻標識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）01-0-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2024.054

Analysis of electricity consumption and energy-saving measures in urban sewage treatment plants

LI Li

（Shandong Urban Construction Design Institute， Jinan 250101， China）

Abstract： Urban sewage treatment plants consume a lot of electricity and energy. Taking a sewage treatment plant in a certain town as an example， this paper analyzes the electricity consumption of power consuming units and proposes energy-saving measures. The sewage treatment process of this sewage treatment plant is municipal sewage → pre-treatment → regulating tank → anaerobic-anoxic-oxic （A2O） reaction tank → secondary sedimentation tank → flocculation reaction sedimentation → filter tank → disinfection tank → effluent. The results indicate that the main power consuming equipment of the sewage treatment plant is the blower and water pump. Therefore， it is necessary to focus on the blower， lifting pump， and reflux pump， and take corresponding energy-saving measures to achieve good energy-saving effects.

Keywords： urban sewage treatment plants; electricity consumption; energy-saving measures

污水處理廠屬于能耗非常高的企業，其主要消耗的資源是電能和藥劑，其中電耗占總能耗的60%～90%。污水處理廠的高能耗會使其運行成本升高，同時也不符合國家節能減排方針。因此，如何在出水水質良好的條件下降低能耗，引起大家的廣泛關注[1]。本文以某城鎮污水處理廠為例，對其耗電單元進行能耗分析，然后提出節能措施，這對污水處理廠的節能減排有積極意義[2]。

1 污水處理廠概況

該城鎮近期污水產生量為0.3萬m3/d。根據該城鎮的未來建設情況、排放污水的最大流量以及當地財政情況，最終確定污水處理廠設計處理規模為

0.4萬m3/d。污水處理廠會將處理后的污水排入當地湖泊，出水水質應滿足《城鎮污水處理廠污染物排放標準》（GB 18918—2002）的一級A標準。污水處理廠設計出水水質如表1所示。主要監測指標有化學需氧量（COD）、五日生化需氧量（BOD5）、懸浮物（SS）、總氮（TN）、氨氮和總磷（TP）。

根據工程設計方案，確定污水、污泥處理工藝流程。污水處理工藝為市政污水→預處理→調節池→厭氧-缺氧-好氧（A2O）反應池→二沉池→絮凝反應沉淀池→濾池→消毒池→出水。生化池剩余污泥需要進行深度處理。污泥處理工藝為絮凝沉淀池→污泥濃縮池→高壓隔膜壓濾機→泥餅外運填埋處理。

2 污水處理廠能耗分析

污水處理廠耗電單元主要包括預處理及一級處理區（機械粗格柵、進水泵房、鑄鐵方閘門、潛水排污泵、電動葫蘆、機械細格柵、水平螺旋輸送機、空氣壓縮機、旋流除砂機、砂水分離器、提升泵、沉砂池）、生化池（水下攪拌器、水下推進器、潛水泵、電動蝶閥、吸刮泥機、吸泥回流泵、內回流泵）、污泥處理區（空壓機、高壓隔膜壓濾機、軸流風機、污泥壓榨進料泵、清洗水泵、壓榨水泵、污泥濃縮機、高壓隔膜壓濾機等），還有鼓風機、單梁懸掛起重機、自動加藥裝置、計量泵、空氣控制柜、空壓機和冷干機等設備。通過對各單元進行單獨分析，其電耗占比如圖1所示。

從圖1可知，污水處理廠的主要耗電設備是鼓風機與水泵。一是格柵、進水泵房、沉砂池等處理單元，水泵耗電量占該處理單元的72.46%，鼓風機耗電量占該處理單元的7.95%；二是污泥濃縮池、生化池等處理單元，水泵耗電量占該處理單元的47.63%；三是消毒池、污泥脫水機房等處理單元，鼓風機耗電量占該處理單元的32.93%，水泵耗電量占該處理單元的58.52%；四是鼓風機房、加藥間、濾池、空壓機房等處理單元，鼓風機耗電量占該處理單元的90.72%。對污水處理廠的所有鼓風機和水泵進行耗電量分析，結果如圖2所示。

3 節能措施

污水處理廠要重點關注鼓風機和水泵的節能措施，從而實現節能減排目標。

3.1 鼓風機節能措施

鼓風機的耗電量占整個污水處理廠耗電量的50.46%，在污水處理廠中，鼓風機為第一大耗電設備。為了降低能耗，污水處理廠在建設初期就應該選擇經濟節能的曝氣裝置，同時要根據設計數據來控制曝氣時間和曝氣量。污水處理廠的設計需氧量通常是以最高日最高時的需氧量來計算的，它比實際需氧量大得多。所以，曝氣系統就會頻繁降低或提高曝氣量，這會嚴重增加鼓風機的能耗，甚至會降低鼓風機的使用壽命。溶解氧檢測儀是一種精度非常高的溶解氧檢測儀器，將該儀器安裝在好氧池中，通過儀器的自動檢測來控制鼓風機的運轉頻率，調整曝氣量，達到節能降耗的目的[3]。

該城鎮污水處理廠共有3臺鼓風機，額定功率為90 kW。鼓風機是最大的耗電單元，根據水量來調整鼓風機運行數量，節約電能非常顯著。該城鎮污水處理廠采用進口設備固定硅橡膠微孔曝氣管，該系統產生的氣泡在水中的停留時間是傳統固定方式的3倍，因而氧轉移效率高，動力消耗低。

3.2 水泵節能措施

3.2.1 提升泵節能措施

水泵耗電量占整個污水處理廠耗電量的31.91%，

在污水處理廠中，水泵為第二大耗電設備。在設計污水處理廠時，估算的壓力水頭損失會導致廠房標高偏大，間接影響水泵選型。為了正確地選擇泵頭，避免機械能的浪費，設計必須結合地形，利用水力學計算總水位差。另外，高程設計盡可能使用良好的設備來進行輸水口和輸水管道的連接，減少水頭損失，降低能源消耗。在選擇水泵時，固定頻率泵和變頻泵可以聯合運行，以更好地適應水流量的變化。污水處理廠的污水流量會根據時間的改變而頻繁變動。及時調整變頻泵的工作頻率，確保水泵高效工作[4]。

3.2.2 回流泵節能措施

當總氮降低的壓力不大時，可以減少內回流泵的工作頻率和開啟的數量，內回流比可以從2.0降低到1.5左右。但是，污水處理廠目前采用的回流泵是固定頻率泵，不能調整運轉頻率。之后可以通過技術改造升級為變頻泵。可根據總氮和硝酸氮濃度，調整變頻泵的頻率和啟動次數，減少耗電量。該城鎮污水處理廠有2臺4.4 kW的外回流泵和2臺5 kW的內回流泵。回流泵的開啟數量是根據生化池各部分的試驗數據來確定的。以不同氮濃度來控制泵的開啟數量，可以大大節省電能[5]。

4 結語

城鎮污水處理廠工藝流程復雜，耗電單元多，年耗電量大。經各單元電耗占比分析，該污水處理廠的主要耗電設備為鼓風機和水泵（提升泵和回流泵）。污水處理廠要結合具體情況，采取相應節能措施，實現節能減排。

參考文獻

1 張金梅，鄭 兵，廖 耿，等.德陽市某污水處理廠能耗分析及節能降耗措施研究[J].綠色科技，2019（24）：120-123.

2 李文英，黃廷林，李 辰.某BOT污水處理廠的電耗分析與控制[J].中國給水排水，2012（10）：99-101.

3 王 劼.污水處理廠電耗分析和節能措施[J].節能與環保，2019（7）：50-51.

4 李 永.污水處理廠電耗分析與控制[J].環境科技，2008（5）：54-56.

5 楊淦翔，萬 莉，王 航，等.污水處理廠能耗分析及節能降耗的措施與應用[J].資源節約與環保，2021（10）：12-14.