低碳经济下城市排水节能问题探析

刘玲

摘 要：随着全球低碳经济的推进，城市排水系统作为城市基础设施的重要组成部分，也面临着节能减排的压力和机遇。城市排水系统的能耗问题不仅关系到资源利用效率，还关系到环境保护和城市可持续发展。文章旨在探讨低碳经济与城市排水之间的关联，分析城市排水系统的能耗构成，并提出一些低碳排水技术与方法。

关键词：低碳经济 城市排水 雨水管理 技术方法

中图分类号：F205

文献标识码：A

文章编号：1004-4914（2024）05-020-02

在当前全球对气候变化和资源保护越来越关注的背景下，城市排水系统的能源消耗问题引起广泛关注。城市排水不仅涉及废水处理，还与城市规模扩张、气候变化和人口增长等多个因素紧密相连。低碳经济理念逐渐成为城市规划和发展的核心理念之一，因此，深入探讨低碳经济与城市排水之间的联系，以及如何通过创新技术和方法来降低城市排水系统的能耗，对于实现城市可持续发展至关重要。

一、低碳经济与城市排水的关联

低碳经济理念强调降低温室气体排放，减少能源消耗以及推动可持续发展。城市排水系统作为城市基础设施的一部分，与低碳经济密切相关。

（一）资源优化利用

低碳经济鼓励资源的高效利用，特别关注水资源。城市排水系统在实现低碳经济过程中可以发挥关键作用。通过采用先进的废水处理技术，城市可以将废水处理成高质量的再生水，用于各种领域。例如，这些再生水可以用于农业灌溉，减少了对地下水和河流的过度抽取，有助于保护水资源的可持续性[1]。此外，再生水还可以用于工业过程，减少工业用水成本，降低能源消耗。这种资源优化的做法不仅有助于低碳经济目标的实现，还有助于减少对自然资源的压力，提高城市的资源利用效率。

（二）能源效益

城市排水系统的运行涉及大量能源消耗，尤其是在泵站和污水处理厂。低碳经济要求减少碳排放，因此，通过采用高效能源管理技术，可以显著降低排水系统的能耗，减少温室气体排放。例如，智能泵站控制系统可以根据实际需求调整泵的运行，避免不必要的能源浪费。此外，使用能效更高的泵和电机设备可以减少能源消耗。通过优化能源使用，城市可以降低运营成本，提高系统的可持续性，为低碳经济作出积极贡献。

（三）气候适应

城市排水系统需要适应气候变化带来的极端天气情况，如暴雨和洪水。低碳经济的一部分是减少气候变化带来的影响。城市可以通过改进排水系统的设计和管理来更好地处理气候变化引发的排水问题，减少损失和能源浪费。例如，城市可以建立更大容量的雨水蓄滞洪设施，以防止洪水造成严重破坏。此外，实时监测系统可以帮助城市预测极端天气事件。这些措施不仅有助于保护城市免受气候变化的影响，还有助于节约能源和资源。

（四）生态可持续性

低碳经济注重生态系统的保护和恢复。城市排水系统的设计可以整合绿色基础设施，例如湿地和植被，以提高水质净化效果，减少对化学处理的需求，降低对环境的负担。通过利用湿地和植被，可以去除城市废水中的污染物，提供生态系统服务，如建立野生动植物栖息地和风景优美的公共空间等，这些综合性的生态设计不仅有助于改善水质，还有助于城市生态可持续性的实现，符合低碳经济的理念。

（五）社会效益

低碳经济的实践对社会产生积极影响，而改善城市排水系统可以在社会层面产生多方面效益。首先，降低水污染风险有助于改善居民的生活质量，减少水相关疾病的发生;其次，城市排水系统的改进可以减少对水资源的过度使用，从而降低用水成本，对经济有益[2];最后，减少水污染和环境破坏将降低治疗水污染所需的医疗和环境修复成本，为社会创造长期的经济效益。

二、城市排水能耗分析

（一）城市排水系统的能耗构成

1.泵站能耗。泵站在城市排水系统中起到关键的作用，它们负责将废水从低洼地区输送到污水处理厂或其他处理设施。泵站的能耗主要包括电力消耗，用于驱动泵和相关设备。泵站的运行能耗受到泵的功率、运行时间和排水量的影响。较大的城市通常需要更多的泵站以应对排水需求，这会导致更高的泵站能耗。

2.污水处理厂的能源消耗。污水处理厂是城市排水系统中另一个能耗较大的组成部分。能源主要用于废水处理过程，包括搅拌、曝气、固液分离和消毒等。能源消耗与废水的处理量、处理工艺的复杂性以及废水的水质有关。城市排水系统规模越大，废水处理厂的处理能力和能源需求就越高。

（二）能耗因素影响分析

1.人口增长。人口增长是城市排水系统能耗的重要因素之一。随着城市人口的增加，排水需求也随之增加，这意味着更多的废水需要处理。因此，人口增长会导致泵站和污水处理厂的运行时间延长，能耗增加。城市需要采取有效措施来适应人口增长，以减少能源消耗。

2.气候变化。气候变化对城市排水系统的能耗产生重要影响。一方面，气温升高可能导致暴雨和洪水事件的增加，这会增加泵站的运行频率和污水处理厂的负荷，从而增加能源消耗;另一方面，干旱和气温升高也可能导致城市需要更多的水资源，进一步增加了排水系统的压力[3]。因此，气候变化的影响需要在排水系统的规划和管理中得到充分考虑。

3.城市规模扩张。城市规模的扩张直接影响了城市排水系统的能源消耗。随着城市的扩张，新的建筑和区域需要接入排水系统，这可能需要扩建泵站和污水处理厂，以满足增加的排水需求。这不仅需要额外的投资，还会增加运行和维护成本，导致能源消耗的增加。因此，在城市规划和发展过程中，应该考虑如何提高排水系统的能源效率，以应对规模扩张带来的挑战。

三、低碳排水技术与方法

（一）高效泵站设计

1.智能控制系统。智能控制系统在城市泵站设计与运营中扮演着关键的角色。这一技术的核心在于其高度精确的监测和控制功能，通过实时获取排水需求并对泵站运行状态进行智能化调整，实现能源的智能管理。在实际应用中，智能控制系统能够确保泵站仅在必要的情况下启动运行，有效避免能源资源的不必要浪费。这意味着，系统会根据实时情况，自动控制泵站的启停和运行模式，使其与城市排水需求同步。此外，系统还具备检测功能，可以及时发现泵站性能问题和设备故障，以便采取及时的维护措施，提高泵站的可靠性和运行效率。

例如，某城市由于降雨时间长，排水需求增大。在过去，泵站运行通常基于预定的时间表，这意味着泵站可能在排水需求较低的时候仍然运行，造成了能源的浪费。同时，由于泵站设备的监测不足，性能问题和故障可能会在未被察觉的情况下持续存在，导致额外的能源消耗和高昂的维护成本。为了解决这些问题，城市决定引入智能控制系统。该系统安装了传感器，能够实时监测雨水量、排水需求和泵站设备的状态。当降雨量增加或排水需求上升时，系统自动启动泵站，并根据需求调整泵站的运行速度。这意味着在低需求时，泵站可以降低功率，减少电能消耗。此外，智能控制系统还能及时检测到设备性能问题，如过载或泵的异常振动，立即向维护团队发出警报，以便采取必要的维修措施，减少能源浪费和维护成本。通过引入智能控制系统，该城市取得显著的成果，能源浪费大幅减少，电力费用降低，碳排放量减少。此外，泵站的可靠性和稳定性得到改善，降低了维护成本。这个案例突出了智能控制系统在提高城市排水系统能源效率和可维护性方面的重要性，为低碳排水管理提供有力支持。

2.节能泵的应用。采用高效、低耗能的泵设备，能够显著减少泵站的电力消耗。这些节能泵通常具备可调速功能，允许根据实际需求灵活调整泵站的运行速度，从而在减小排水系统能源浪费方面发挥了积极作用。此外，泵站设计与选型的过程中，应结合具体的排水需求，以确保最佳性能和能源效率的实现。这包括泵站的规模、功率和工作模式等方面的精心设计，使得泵站在满足城市排水需求的同时，尽量减少能源消耗。因此，节能泵的广泛使用不仅减轻了泵站对电能资源的依赖，还为实现更为环保和可持续的城市排水管理目标贡献了力量。

例如，一个大型城市拥有多个污水泵站分布在不同区域。在过去，这些泵站使用传统的泵设备，其功率一直保持在最大值，无论是否存在高峰排水需求。这种情况导致了大量的电能浪费，尤其是在夜间或低需求期间。为了解决这个问题，城市决定升级泵站并引入高效的节能泵设备。这些新型泵具备可调速功能，能够根据实际需求智能地调节运行速度[4]。在高需求时，它们可以全功率运行，确保排水系统能够满足城市需求。在低需求时，这些泵可以自动降低功率，以匹配实际排水需求，从而显著减少电力消耗。这种智能节能泵技术使得城市能够更加高效地利用电能资源，最大限度地降低电力费用。此外，泵站的升级还包括对泵站规模和工作模式的优化。通过更精确的泵站设计和选型，城市确保了每个泵站都能够在满足排水需求的同时实现最小化能源消耗。这意味着泵站的功率和流量匹配更为紧密，不再出现不必要的过度耗能。

（二）污水处理工艺创新

1.生物处理技术。生物处理技术是一种低碳排水处理方法，它利用微生物降解和去除废水中的有机物和污染物。与传统的化学处理方法相比，生物处理技术通常能够显著降低能源消耗和化学品使用量。此外，生物处理过程中产生的生物气体（如甲烷），可作为一部分能源回收。因此，生物处理技术在低碳排水中具有重要地位。

2.能源回收与再利用。在污水处理过程中，能源回收是降低能耗的关键。例如，污水处理厂可以收集和利用产生的生物气体来发电或供暖，从而减少外部能源需求。此外，废水中的有机物可以通过适当处理转化为生物燃料或肥料，以减少废物产生。能源回收与再利用有助于提高污水处理厂的能源效率，降低碳排放。

（三）雨水管理与治理

1.绿色基础设施。绿色基础设施包括绿色屋顶、湿地、雨水花园等，它们有助于雨水的自然排放和净化。通过引入绿色基础设施，城市可以减少雨水径流，降低雨水排放到污水处理系统的需求，从而减少排水系统的能耗。此外，绿色基础设施还提供了生态系统服务，改善城市环境质量。

2.雨水收集系统。雨水收集系统可以将雨水收集起来并用于灌溉、冲洗、甚至饮用水供应。这减少了对淡水资源的需求，并降低排水系统的负荷。通过合理设计和管理雨水收集系统，城市可以实现能源和水资源的节约，促进低碳排水。

四、结语

总之，低碳排水管理在城市发展和环境可持续性方面具有重要意义。通过智能控制系统和节能泵等技术的应用，城市排水系统能够高效利用能源资源，减少能源浪费，降低碳排放，从而为低碳经济和环保目标作出积极贡献。这些技术的发展不仅有助于改善城市的生态环境，还有助于提高社会效益，降低排水系统的运营成本。因此，低碳排水管理不仅是一种环保行动，也是城市可持续发展的关键步骤，应受到广泛关注和支持。我们需要不断探索和应用创新技术，共同努力建设更为环保、智能和可持续的城市排水系统，为未来的城市生活创造更美好的前景。

参考文献：

[1] 宋涛.城市排水系统节能优化控制研究[J].节能与环保，2023（04）：49-52.

[2] 王志明.城市排水系统低品位热能利用方式研究[D].北京建筑大学，2017.

[3] 侯淑芳.城市排水系统节能优化控制[D].上海交通大学，2016.

[4] 何杨.城市排水管网水力学模型新方法及泵站节能技术研究[D].杭州电子科技大学，2011.

（作者单位：南平市延平区公用事业服务中心 福建南平 353000）

（责编：赵毅）