污水处理厂电气节能技术研究

王杰亭 戴金峰

摘要：降低电能消耗是污水处理厂成本控制的关键要素，大量的污水净化处理需要电气设备不停运转工作，因此电能消耗巨大。将变频技术运用到鼓风机和进水泵的控制当中，可以有效降低污水厂的电能消耗，降低运营成本。鉴于此，文章对污水处理厂的节能技术进行了研究。

关键词：污水处理厂；电气节能技术；节能降耗；成本控制；电气设备 文献标识码：A

中图分类号：X703 文章编号：1009-2374（2016）18-0079-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.18.039

污水处理（Sewage Treatment，Wastewater Treatment）主要是指为了使工业或人们日常生活所生产的污水，为达到某一水体或者再次使用的水质要求，对其进行净化的过程。伴随着城市的快速发展，人们日常生活和工作产生的污水越来越多，污水厂的污水净化工作量明显增加，与此同时净化系统能源消耗就成为污水处理厂成本控制的关键问题。因此，电气节能技术对于污水的影响较大，本文主要介绍的是变频技术在污水处理厂的应用，并介绍了相关的电气节能技术与方案。

1 污水处理厂电气节能技术的评价

污水处理厂在城市发展中具有重要作用，伴随着经济的快速发展，人们生活水平日益提高，日常生活和工作中产生的污水、废水越来越多，污水处理的规模也随之提升，这在一定程度上增加了处理厂的能源消耗，就我国目前污水处理厂的现状来分析，电气节能技术仍然处在较低水平，设备的能源消耗较大，严重制约了污水厂的生产效益。就目前污水处理厂的现状来分析，部分厂区污水处理设备的节能降耗措施并不完善，整个污水处理工艺水平不高，更重要的是一些早期建造的污水处理厂，设备工艺老化严重，节能降耗措施配套不严密，而且对于污水净化方面也起不到良好的质量保证。例如：多数污水处理厂采用DY2000带式脱水机，该设备的过滤段为全封闭结构，在混合液进入到絮凝反应器的过程中，感应器内部采用阶梯下落的方式进行混合，混合反应的过程较为剧烈，而且絮凝剂和污泥反应十分迅速，反应形成的絮凝块在重力的作用下掉落，当离子交换膜两侧浓度不同的溶液接触时，必然会发生电解质离子，从高浓度侧向低浓度侧扩散渗析，同时又有水从低浓度侧向高浓度侧的自然扩散渗透。再加上这些设备大都属于能耗高、自动化程度低、维修率高的设备，一些处理厂每处理万吨污水耗电量高达2000多度，这在一定程度上增加了污水处理厂的运营成本。

2 污水处理厂能耗分析

2.1 我国污水处理厂能耗现状

调查得知，我国能源消耗一直居高不下，同时能耗方面也严重影响了污水处理厂的运行成本。以江苏省南通市污水处理厂为例，该污水处理厂主要对市区部分工业及居民、餐饮、市政等单位的水物资进行处理，总覆盖面积约63.7km2。设计污水处理能力约为12～16万m3/日，达到国家一级A排放标准。从污水处理设备工艺方面进行分析，污水处理设备总装机容量可以达到1585kW，工作容量为1180kW，计算负荷为876.31kW，其中曝气池以及离心式鼓风机的运行功率最大，对整个厂区的运行成本影响较大。鼓风机和进水泵都是污水处理厂的核心设备，如果在没有采用变频器技术优化的情况下，全天候运行的耗电量，占全部处理设备功率的72%。

在曝气池鼓风机中引入变频器自动调节系统，可以有效利用曝气池中溶解氧量作为控制信号，实现对鼓风机的自动调节控制。具体原理为在曝气池中装设氧气浓度传感器，对池中氧气溶解量进行实时监控，然后传感器将采集到的信号传递给变频器，变频器根据氧气的不同浓度来控制鼓风机的实际进风量。正常状态下，鼓风机的风门完全开放，进风量则由变频器进行控制。

2.2 污水处理厂能耗分析和节能技术的意义

针对我国目前污水处理厂能源消耗现状，借鉴西方发达国家的成熟经验，开展污水处理系统的节能降耗技术，引入变频控制系统并且对大功率污水处理设备进行能效测试及建立系统完善的能源节约技术规范，尤其对改善曝气池鼓风机等大功率匹配状况和系统调节方式，提高污水处理系统自动调节性能和系统效率十分必要，项目研究后，形成的成果具有重要的推广和应用价值。通过变频器调节，污水处理设备启动时所需电流幅度有效降低，避免了启动电动机过程中对电网造成的冲击。降低能耗的同时还能确保设备运行的平稳性，延长设备使用寿命。利用变频调节形成的封闭系统，提高自动化控制水平，降低人工操作，运行可靠无需人员留守，据统计，以南通市2014年企业职工每月平均工资4381元计算，每年单人人力成本可节约开支52572元，有效节约人力成本及资源。

2.3 污水处理厂能耗分析和节能技术的发展趋势

变频器是现代智能控制系统的重要组成部分，它主要应用了计算机技术与微电子技术，通过改变电机工作电源频率方式来控制交流电动机的电力控制设备。变频器的主要构造包括整流、滤波、逆变、制动单元、驱动单元以及检测单元微处理单元几个部分。其中变频器靠内部IGBT的开断，调整输出电源的电压和频率，在污水处理系统中，变频器可以根据曝气池内传感器接收的信号来控制鼓风机电机的实际需要的电源电压，达到智能调控、节约能耗的最终目的。此外，变频器还具备众多保护功能，例如过流、过压、过载保护等。随着工业自动化程度的不断提高，变频器也得到了非常广泛的应用。

3 污水处理厂电气节能技术途径

3.1 鼓风机的优化措施

在优化过程中，给每台鼓风机配备ACS800变频调节器，配合PLC智能控制器形成闭合时封闭系统。本处理厂具有四个反应池，每两个反应池为一个功能单元，每个单元配有一台鼓风机。鼓风机在反應池的运行过程中，可以根据池中的溶解氧量调整鼓风机的转速和工作时间。在PLC自动控制器的作用下，鼓风机可根据溶解氧值进行PID调节，确保以最少的电能满足溶解氧需求。

3.2 进水泵系统的优化

在进水泵坑内共设置三台进水泵，为节省投资，三台水泵用一台变频器进行调节，一台用变频器带动运转，一台停止或者工频运转，另一台作为备用。采用超声波水位传感器对集水池水位进行检测，传感器传出的电流信号作为变频器的控制信号，经过运算处理后控制水泵运行的频率和开关，确保水泵组抽水量随着水位变化而自動调节，从而有效降低能源消耗。

3.3 优化污水处理工艺

伴随着城市污水年产量的不断增多，污水处理厂对于先进设备以及先进技术的需求量越来越大，通过对传统设备和技术的优化升级也是降低污水处理厂能耗的有效方式。例如：在污水处理厂建设初期，解决好厂区雨污排水系统，从源头上降低栅渣量，确保污水量过大时有足够的分流分压途径，对于进入到污水处理系统的漂浮物要及时的清理，最大限度地延长潜水泵的使用寿命；要充分利用电网的峰谷平计价规则，合理调整工艺及大功率设备运行时间；还可以对现有的设备进行升级改造，提升污水入槽时的准确度，采用现场监控设备对污水处理的全过程进行实时监控，从而提升污水处理厂的工作质量。通过电气节能技术的改造，该工程在投入运行后，年处理污水可以达到5332.82万吨，共计耗电量为715.46万kW/h，平均每吨污水处理用电量为

0.165kW/h，同比没有采用变频调速技术的污水处理厂每吨水用电量为0.22kW/h，可以节约25%的能源消耗量，以此计算，年耗电量可以节约89.43kW/h，如果按照每千瓦时0.8元的电价计算，预计每年可以节约71.55万元电费，由此可见，节能降耗效果显著。

4 结语

综上所述，污水处理厂是城市建设的重要组成部分，为人们的日常生活和工作提供必要的水源，但与此同时城市快速发展给污水处理厂也带来了沉重的能源负担。为了缓解能源危机对污水处理厂带来的影响，本文引入了变频节能技术对鼓风机和进水泵进行改造，以达到节约能源、安全生产的目的。通过变频技术对电动机进行调速，实现了设备的自动化操作，而且处理水质也有了明显提升，设备的抗干扰能力也有所增强，延长设备的使用寿命。

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作者简介：王杰亭（1986-），男，山东烟台人，光大水务（淄博）有限公司初级工程师，研究方向：电气自动化。

（责任编辑：王 波）