能效管理平台在污水处理厂电气节能中的应用

张培

安科瑞电气股份有限公司 上海嘉定 201800

摘要：废水处理是一项耗能较大的工业，它需要大量的电能、燃料、药剂等，因此，高耗能不但会增加废水的处理费用，而且会导致能源危机的恶化。因此，文章首先对城市污水处理厂能耗的成因进行了探讨，并对其与节能之间的联系进行了深入的探讨，并针对目前国内的污水处理现状，探讨了一些与节能有关的问题，并对此进行了探讨，以达到减少能耗，减少对经济发展的不利影响。

关键词：污水处理；节能降耗；高耗能

0 前言

废水的处理需要大量的能量，因此迫切需要进行节能减排。污水处理厂的能源消耗可分为直接能源和间接能源两类。能耗是废水处理中的常态，也是机械运行的必然产物。能源的消耗有很多种，有直接的，也有间接的。一般采用机械曝气或风鼓曝气，污水提升泵，回流污泥泵，污泥脱水，搅拌推流等。间接耗能主要包括添加碳源、石灰、活性炭、絮凝剂等。从总体上讲，国内污水处理能耗主要集中在污水提水、污水生物处理、污泥处理三个方面。其中，生物处理的能源占到了半数以上，其次是污泥的处理，然后是提水。因此，有必要节约能源。当前，人们从水耗、物耗和能耗三个方面着手，以提高废水的处理效率。

1　城市污水处理厂节能降耗的途径

污水处理耗费大量的能量，特别是污水提升、污水及污泥的处置。同时，许多废水处理装置都需要耗费大量的能量，其中包括泵、鼓风机、回流泵等。在处理废水的过程中，为了保证水资源的循环利用，还必须采用化学药剂进行除磷和废水的杀菌。综合来看，节能降耗的重点是设备的优化和药剂的改进。

1.1排出废水

提升泵是污水提升的重要设备，其品质直接影响到污水的提升效果，提升泵的技术应用前景广阔，在节能降耗上也有一定的发展空间。通过实地调研、查阅相关资料，发现目前我国城市污水处理中的能耗主要来自于提升水泵，若对其其它耗能进行细致的分析，则会造成能耗的巨大增长。当前，提高水泵的节能降耗主要是通过合理的出水量来实现，即通过对管路的长度进行控制，增强结构的稳定性和紧密性，从而达到降低能耗的目的。其次，要重视提升泵的工作效率，改善设备，达到节能降耗的目的。

1.2废水的预处理

废水预处理就是在废水经过简单的处理后，再进行正规的处理。污水预处理装置是采用栅栏、沉淀池等。这两种功能是不一样的，隔断就像是一道篱笆，它能隔绝污水中的大型物体，避免堵塞，使其无法正常工作。隔板在节能降耗方面的可操作性和可提升性并不高，但其重要性却很大，隔板能否正常工作直接关系到整个节电环节的完成。沉沙池主要用于过滤污水中的淤泥和其它微粒，保证后续设备对污水的处理效果的要求也是不同的，平流式和曝气式是最常用的。要按照不同的环境，对废水中的淤泥进行有效的过滤，以保证后续工作的有序进行。平流沉沙池的设备能耗低，具有显著的节能效果。

1.3废水的处置

废水处理是废水处理的重要环节，它包括好氧和厌氧两大类。好氧废水的处理要求采用曝气系统，对曝气系统进行合理的优化，达到节能降耗的目的。首先，对设备的选择和工艺进行了精确的设计，对物料的选用更加精细，降低了物料的损耗。其次，利用微泡气控装置，可压缩、消蚀废水中的气泡，减小气泡的体积，增加气体与液体的接触面积，提高反应效率。另外，还可以利用通风系统，把它放在一侧，利用它所生成的气体形成旋流，这样就能增强气体和液体之间的联系。针对废水处理中的调整装置，应采取自动调整，以达到精确、及时、有效地降低能耗。另外，还需要合理的使用潜水搅拌设备。

为了提高废水的处理效率，必须对变频调速风机进行控制。废水治理的节能降耗必须从整体上进行，并严格执行到各方面，必须做到全方位的检查，以免出现顾此失彼的情况。我国目前的污水治理节能技术还不成熟，发展潜力巨大，必须统筹规划。

1.4淤渣处置

污泥的处理不仅需要大量的能源，而且还有很大的节能降耗空间。污泥的处理过程比较复杂，一般有污泥浓缩、稳定和脱水三种。所谓的污泥浓缩，就是通过压缩和集成淤泥，使其体积变小，密度变大，实现的方式有重力压缩、气浮压缩、离心压缩等。实践证明，重力浓缩法能耗低，但时间长，而且在浓缩过程中会产生磷，所以随着时间的推移，该技术逐渐被淘汰。由于离心浓缩的费用比较高，所以在现阶段很难得到广泛的应用。目前，气浮浓缩技术应用广泛，操作简单，节能降耗效果好，操作效率高。污泥的稳定和脱水是将淤渣经沉淀，再经相应的装置进行脱水处理，使其变成干燥物料。其中以厌氧处理为主，利用厌氧菌吸收水分，达到厌氧消化的目的。厌氧化过程在使用电力的情况下，既要消耗能量又要保持温度。在我国，有关技术尚不成熟，发展潜力很大。污泥处理技术的革新和改造直接关系到污水处理厂的节能降耗和污水处理厂的发展。

2　污水处理现状与问题

2.1不合理的设备设计

提升泵是污水处理的核心设备，它直接关系到污水提升的效率，而提高水泵的节能降耗主要取决于提升泵的出水高度。目前，国内一些城市污水处理厂提升泵的出水高度不够合理，导致了大量的能耗损失，并对后续工艺的节能降耗产生了一定的影响。隔板可以将污水中的大体积物质隔开，避免因污水处理设备的阻塞而使其无法正常工作。沉淀池不仅能滤除污水中的淤泥，而且还能过滤其它更细的微粒，用于后续的废水处理。然而，通过调研，发现一些废水处理厂的隔栅间隙很大，沉沙池沉淀量大，使废水中的颗粒很难去除，从而影响到后续的处理。

2.2缺少专门的操作员和管理人员

污水处理与人们的日常生产和生活息息相关，但由于缺少专门的技术人员，造成了设备运行的不合理。同时，如果没有经过专业的运行，必然会导致能耗过高，资源浪费，严重的话，会影响到废水的处理，从而导致废水的泄漏，从而影响到人们的正常生产和生活。此外，污水处理还需要两个方面的监管，一是由污水处理厂的质量检验人员进行监测，二是由有关部门进行取样。然而，由于各种原因，目前国内的污水处理厂监管体系还不完善，致使一些废水处理厂无法按时、按时完成。所以，在我国，亟待建立一套行之有效的污水治理监管与审核机制。

3　节能降耗的有效措施

能否更好地实现节能降耗，取决于废水处理装置的改造。具体而言，可以从提升泵的改造入手，不合理的起升泵常常会使泵扬程过大，致使大部分水位处于大流量、低扬程、低效区，因而提高泵消耗的能量要比实际消耗大，能耗大。为此，必须对变频调速技术进行改造，以提高其可操作性和实用性，并能适应各种水位变化。其次是倒伞式曝气机，它包括两大部分：主机和叶轮，叶轮是倒伞式曝气机的重要组成部分，直接影响到整台机械的运行。目前，对叶轮进行的革新，主要是把倒伞式喷嘴改为翘片型，也就是用直齿形取代原来的螺旋锥齿轮。以满足日益增长的标准和更好的处理废水的要求。为此，必须加大技术创新力度，提高设备的使用效率，实行节能降耗。

3.2关键节能装置的选用

一是选用水泵。水泵在污水处理中起着举足轻重的作用，其主要参数为流速和流速，这两个参数不仅影响到实际的峰值，而且还会影响到后续的水量。所以，要推动节能减排，必须选择合适的规格、合适的参数、优良的质量和合格的产品，以保证其工作效率，以最小的能耗达到最大的效果，并降低能耗。二是选用了相应的控制方式。由于控制系统对反馈的影响较大，因此，必须对控制系统进行合理的选择，并对控制数据进行调整。三是选用电动机。污水处理厂的电力消耗量主要来自于曝气系统和扬水机。由于这些装置都是由电动机驱动的，所以在选用电动机的时候，应加强对电动机的保养和维修。在关键部位，必须严格选用优质的设备，以降低安全风险，提高能源利用率。

3.3强化能源消耗的管理

加强对污水处理厂的管理，加强对污水处理厂的管理，使其科学化、制度化。一是对有关设备进行定期检修，并安排专业的检修人员进行定期巡视，定期清理管线，发现异常情况，并作好记录，尽早处理。二是加强对电力的管理，由于污水处理厂的耗电很大，所以在电力使用高峰时要避免线路的使用。加强对污水处理厂的管理，加强对污水处理厂的安全管理，确保其正常运转。

3.4强化监管体系的管理

污水处理厂要健全激励机制，激发职工的工作热情，惩罚违法人员，维护公司的经营秩序。同时，要加强对废水处理设施的管理，确保其正常运转。污水处理厂应由专业的监理、技术质量检验人员组成，并对污水处理设施、物料的采购进行严格控制，严禁购置质量差的设备、材料，并配合相关部门定期进行检查。技术质量检验人员的主要工作是指导、检验废水的工艺过程，避免人为的错误，防范事故的发生，并及时采取紧急措施。同时，应积极激励职工参与到企业经营中来，加强公司的凝聚力、激励员工的积极性、奖惩、优化公司的经营秩序、保证公司的正常运转。

4　能效管理解决方案--AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台

安科瑞电气具备从终端感知、边缘计算到能效管理平台的产品生态体系，AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过在污水厂源、网、荷、储、充的各个关键节点安装保护、监测、分析、治理装置，用于监测污水厂能耗总量和能耗强度，重点监测主要用能设备能效，保护污水厂运行安全可靠，提高污水厂能效，为污水处理的能效管理提供科学、精细的解决方案。

4.1　保障供电可靠性

针对污水处理厂配电网35 kV、10 kV电压等级，采用微机保护装置及多功能仪表，对0.4 kV配设多功能仪表进行保护与监视，0.4 kV配设多功能仪表，对各回路的电气参数及耗能状况进行实时监测，并可对高压配、配电系统开关柜、变压器微机保护测控装置、发电机控制柜、 ATS/STS、 UPS，包括遥控、遥信、遥测、遥调、事故报警及记录等。

污水处理厂是一个具有非线性负荷的大型企业，通过对其配电网进行谐波畸变、电压波动、闪变和容忍度等指标的监控，并采取相应的控制措施，以进一步改善其供电可靠性。

4.2　电能质量监测与治理

对污水处理厂配电网进行电网的谐波畸变、电压波动、闪变及容限等监测，对其进行电能质量监控，确保电网安全运行。

介绍了有源滤波器及无功补偿设备的工作状态，包括补偿电流、负载电流、电网电压、 IGBT上桥臂的温度等。

4.3　建立能源计量体系

AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台通过搭建计量体系，采集污水处理厂能源数据，显示污水处理厂的能源流向和能源损耗，通过能源流向图帮助其分析能源消耗去向，找出能源消耗异常区域帮助其了解各工艺环节能源消耗量，并且可细化到楼层、车间、产线、班组、工序，计算产品单耗、单位面积能耗或万元产值能耗，从而计算出能耗总量和单位能耗。

4.4　数据集抄并实时计量

AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台提供自定义时间抄表功能，可以在任意时间，任意地点，完成对企业的三级计量体系数据阅览，减少了人工投入。同时各类保护、仪表主动定时上传数据，保证了能源时效性，为其节能降耗，提供了基础数据支撑。

4.5　优化能源结构

AcrelEMS-SW智慧水务能效管理平台支持接入分布式光伏电站以及风力发电站，为企业提供分布式电站运行监测和发电日/月/年/累计收益和减排分析，支持自发自用、余电上网。在储能环节，平台接入BMS和PCS数据，支持充放电配置策略，并对电池管理系统提供实时预警，根据其负荷特点，削峰填谷，充分使用新能源，降低污水厂碳排放。

4.6　 提升主要用能设备能效

在污水处理厂中，电机和水泵的数量很多，其中，污水提升泵和鼓风曝气是工艺能耗的主要来源，通过对工艺设备的监控和分析，通过对各工艺设备进行横向对比，找出具有调节潜能的设备、工艺单元，从而为用户找出节能提升的空间，为客户提供最佳的操作场所，减少能源消耗。

4.7　报警及时推送

平台提供能源报警功能，一旦发现跑冒滴漏，能源消耗异常，电参量异常等情况，能提供多种方式的报警，包括但不限于邮件、短信、钉钉推送等。

4.8　加强运维管理

加强巡视维护工作，及时发现或消除设备隐患，提高供电可靠性。配置重要设备包括变压器、电气柜、高压电缆、空调主机、水泵、鼓风机等设备信息，配置二维码，快速在移动端获取设备信息、设备维修历史记录以及解决问题的常用办法。

5　结论

污水处理是关系到广大人民身体健康和生命安全的重要保障，节约能源是推动社会和经济可持续发展的重要保障。废水治理具有综合性强、工作难度大、工艺设备复杂、过程控制和管理复杂等特点。为此，必须从设计、设备选型、运行管理控制、维修改造等方面大力推广和应用节能技术，以确保污水处理的质量。

参考文献

1 张志峰 . 污水处理节能降耗问答 [M]. 北京：化工工业出版社，2011.

2 杨岳，狄倩 . 城市污水处理厂的能耗分析及节能降耗措施研究 [J]. 绿色科技，2013，（5）：202-204.

3 曾庆平 . 污水处理厂节能减排策略 [J]. 中国科技纵横，2013，（6）：19.

4 安科瑞企业微电网设计应用手册.2020.06版

5 敖伊敏，庞小平，梁宏宇. 浅谈污水处理节能降耗途径

作者简介

张培，男，现任职于安科瑞电气股份有限公司。