摘要：污水處理廠泵站與曝氣系統的污水節能途徑

關鍵詞：能耗分析 流量調節 曝氣系統 節能途徑

1 能耗分析

　　城市污水處理廠消耗的能源主要包括電、燃料及藥劑等潛在能源，處理廠泵其中電耗占總能耗的站曝60％～90％，具體電耗分布情況因工藝和管理水平的氣系不同而有差異(見表1)。

　　根據資料分析不難得出以下結論：
　　① 污水處理電耗占全廠總電耗的統的途徑50％～80％，污泥處理僅占15％～40％，污水可見污水處理是處理廠泵處理廠耗電大戶，自然也就是站曝節能重點。其中又以提升泵、氣系風機為重中之重。統的途徑
　　② 表1列出4個污水廠均為老廠，污水無污泥脫水等工藝，處理廠泵處理單位污水耗電量約0.262 kW·h/m³，站曝從表面上看與日本全國平均0.260 kW·h/m³相近，氣系比美國0.20 kW·h/m³稍高。統的途徑但仔細分析就會發現：日本沉砂池普遍有洗砂、通風、脫臭等，約耗電0.01 kW·h/m³；美、日兩國普遍對出水進行消毒處理，該項電耗約0.002 kW·h/m3；美、日兩國對污泥都進行消化、脫水、焚燒處理，美國還進行氣浮處理，約耗電0.05～0.1 kW·h/m³，而回收的能源均未計算在內。另外，美、日兩國自控設備比我們多，照明空調等耗電也比我們多不少。可見老廠節能問題十分突出，潛力巨大。

2 提升泵的節能

　　提升泵的電耗一般占全廠電耗的10％～20％，是污水廠的節能重點。提升泵的節能首先應從設計入手，進行節能設計；對于已投產的污水廠，仍能通過加強管理或更換部分設備進行節能。
2.1 精確計算水頭損失，合理確定泵揚程
　　從泵的有效功率N_U=γQH可以看出當γ、Q一定時，N_U與H呈正比，因此降低泵揚程節能效果顯著。如天津東郊污水廠總水位差4.5m，小于紀莊子污水廠的6 m，僅此一項每年即可節電100×10.4kW·h。然而，目前進行污水廠設計時，水頭損失估算普遍偏高，導致泵揚程計算值偏高。在日本一般污水廠總水位差僅2.0 m左右，可見我們的差距還很大。
降低泵揚程可采取以下措施：
　　① 總體布置要緊湊。連接管路要短而直，盡量減小水頭損失。
　　② 改非淹沒堰為淹沒堰^［1］，落差可由35～40cm減少到10cm。
　　③ 日本總水位差小的關鍵在于初沉池、曝氣池、二沉池均采用方形平流式，三池為一體，首尾相連，水流通暢，從而最大限度地減小了水頭損失。雖然造價比輻流式要高一些，但其差價很快可以從節電效益得到補償。平流式沉淀池在我國應用較少，主要原因是刮泥設備不過關，近年來環保設備技術水平有了長足進步，所以平流式沉淀池應用前景廣闊。
2.2 流量調節方式
　　污水廠進水量往往隨時間、季節波動，如果按目前通行的以最大流量作為選泵依據，水泵全速運轉時間將不超過10％^［2］，大部分時間都無法高效運轉，造成能源浪費。
　　由軸功率N=N_U/η₁(η₁為泵運行效率)可以看出，一定流量揚程下N_U是一定的，而泵的軸功率直接由η₁決定，所以應選擇合適調控方式，合理確定泵流量，以保證泵始終高效運轉。
2.2.1 轉速加臺數控制方式
　　目前國外大型污水廠普遍采用轉速加臺數控制方法，定速泵按平均流量選擇，定速運轉以滿足基本流量的要求；調速泵變速運轉以適應流量的變化，流量出現較大波動時以增減運轉臺數作為補充。但是由于泵的特性曲線高效段范圍不是很大，這就決定了對于調速泵也不可能將流量調到任意小，而仍能保持高效。四種調速方法效率-轉速關系如圖1。

2.2.2 其它調節方式
　　除調速外還有一些流量調節方式，不需添置設備，只需加強管理，就可很快收到可觀效益。
　　① 機構調節
　　主要指水量出現大的波動時關閉或開啟出水閘，這樣雖然會增大水頭損失，但因N-Q曲線為上升曲線，所以還是有一定節能作用的。
　　② 運行方式調節
　　一般可以很簡單地采用隨進水量增減臺數的方法進行，通過縮短運行時間達到節能目的。這一點在各廠都已采用，但要注意對于大型水泵，因為啟動電流很大，所以應盡量避免頻繁啟動。
　　③ 調整改造
　　離心式水泵都配有一系列直徑的葉輪，可簡單地通過更換葉輪使水泵適應低于額定流量的流量。另外，在確認流量為恒定低流量后，還可以采用切削葉輪的方法。
2.3 選用高效電機及傳動裝置
　　泵系統電耗　W=t N_U/(η₁η₂η₃)
　　　　　　　　式中 η₂、η₃--傳動效率和電機效率
　　　　　　　　　　t --- 運行時間
　　因此可從η₂、η₃入手，采用高效電機進行節能。
　　高效電機沒有一個準確定義，一般效率比常規電機高2％～8％，雖然提高幅度不大，但因為污水泵大多為大功率、24h運轉，所以即便只提高1％,節能效果也是很明顯的。
　　當然高效電機價格比普通電機高15％～60％，所以采用該方法應進行經濟校核，看是否能在使用期內由節電效益收回投資。