污水處理廠電耗分析和節(jié)能措施

文_王劼 沈陽(yáng)振興環(huán)保有限公司

污水處理廠屬于高能耗企業(yè)，特別是一些小型污水處理廠能耗更高。如何保證在出水水質(zhì)達(dá)標(biāo)的前提下降低成本、節(jié)能降耗，成為當(dāng)前污水處理領(lǐng)域的熱點(diǎn)和今后的發(fā)展方向。

本文以沈陽(yáng)市某小型污水處理廠工程實(shí)例，對(duì)不同水質(zhì)和不同溫度下，各污水處理單元的能耗進(jìn)行分析研究，以期對(duì)我國(guó)城鎮(zhèn)污水處理廠的節(jié)能降耗提供參數(shù)指導(dǎo)和技術(shù)支持。

1 污水處理廠概況

某污水處理廠總處理能力為50000m3/d，其中一期工程為25000m3/d，出水水質(zhì)執(zhí)行《城鎮(zhèn)污水處理廠污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》（GB18918-2002）一級(jí)A排放標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)進(jìn)出水水質(zhì)和實(shí)際進(jìn)出水水質(zhì)見(jiàn)表1。

表1 設(shè)計(jì)進(jìn)出水和實(shí)際進(jìn)出水指標(biāo)（mg/L）

污水處理采用A2O處理工藝，具體工藝流程見(jiàn)圖1。

2 污水處理能耗分析

污水處理耗電單元主要包括預(yù)處理及一級(jí)處理區(qū)（粗格柵、細(xì)格柵、提升泵、沉砂池、氣提機(jī)、離心鼓風(fēng)機(jī)）、生化二級(jí)處理區(qū)（鼓風(fēng)機(jī)、回流泵、剩余泵及二沉池刮泥機(jī)）、污泥處理區(qū)（離心機(jī)、泥泵等）。各單元用電設(shè)備電耗見(jiàn)表2。

從表2中可以看出，生化處理單元的電耗最高，占69%，這是因?yàn)樯幚碇杏泄娘L(fēng)機(jī)、內(nèi)外回流泵有許多大功率設(shè)備，其中鼓風(fēng)機(jī)不僅功率最大，而且24h常年運(yùn)轉(zhuǎn)。其次是預(yù)處理單元，能耗占21%，其中的原因是因?yàn)轭A(yù)處理單元中有提升泵、小風(fēng)機(jī)等相對(duì)功率較大的設(shè)備，且常年連續(xù)運(yùn)行。

3 節(jié)能措施

3.1 進(jìn)水提升泵節(jié)能措施

格柵采用回轉(zhuǎn)式，一般的運(yùn)行方式是連續(xù)運(yùn)行。根據(jù)小規(guī)模水廠進(jìn)水水質(zhì)水量情況，調(diào)整運(yùn)行方式，采用間歇續(xù)運(yùn)行。在進(jìn)水水量較小時(shí)，采取停4h，運(yùn)行15min的方式運(yùn)行，從而節(jié)約能耗。

3.2 進(jìn)水提升泵節(jié)能措施

進(jìn)水泵采用潛水泵，共4臺(tái)（2用1備）,滿(mǎn)負(fù)荷運(yùn)行時(shí)為2臺(tái)。1#、2#提升泵額定功率 45kW，3#、4#額定功率15kW。我們對(duì)提升泵的啟動(dòng)方式做了改造，采用軟啟動(dòng)開(kāi)啟，這樣可降低啟動(dòng)時(shí)過(guò)大電流所消耗的電力，同時(shí)運(yùn)行時(shí)盡量控制泵房高液位，降低揚(yáng)程，節(jié)省能源。

3.3 鼓風(fēng)機(jī)節(jié)能措施

鼓風(fēng)機(jī)共4臺(tái)，額定功率為90 kW，日均運(yùn)行電流為130A左右。為實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，根據(jù)水廠規(guī)模小，水量波動(dòng)較大的特點(diǎn)，在晚上12點(diǎn)到凌晨5點(diǎn)之間水量最小時(shí)，開(kāi)啟1臺(tái)風(fēng)機(jī)運(yùn)行；當(dāng)雨天水量較大時(shí)，開(kāi)啟2臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行。由于風(fēng)機(jī)是主要的耗電設(shè)備，采取這種根據(jù)來(lái)水水質(zhì)水量的變化開(kāi)啟風(fēng)機(jī)的臺(tái)數(shù)，節(jié)約電能非常顯著。

3.4 回流泵節(jié)能措施

污水廠共設(shè)外回流泵3臺(tái)，功率11kW，內(nèi)回流泵4臺(tái)，功率4.5kW。目前所采取的回流方式為：內(nèi)回流由好氧段全部回流至缺氧段， 外回流由回流泵房全面回流至厭氧段。在運(yùn)行中根據(jù)生化池各段化驗(yàn)數(shù)據(jù)，決定回流泵開(kāi)啟數(shù)量。當(dāng)夏季硝酸鹽氮濃度低時(shí)，開(kāi)啟1臺(tái)內(nèi)回流泵；當(dāng)冬季硝酸鹽氮濃度較高時(shí)，開(kāi)啟2臺(tái)或3臺(tái)內(nèi)回流泵，節(jié)省很多電能。

3.5 設(shè)備運(yùn)行方式節(jié)能措施

在確保生化池正常供氧量的基礎(chǔ)上，降低鼓風(fēng)機(jī)電流。通過(guò)實(shí)地觀察發(fā)現(xiàn)，鼓風(fēng)機(jī)的運(yùn)行電流越低時(shí)，消耗的電量越少，經(jīng)過(guò)計(jì)算每降低1A電流時(shí)，日耗電量減少約40～50kWh。在運(yùn)行時(shí)，要求當(dāng)班人員密切關(guān)注進(jìn)水水質(zhì)和水量情況，在保證曝氣生化池正常需氧量的基礎(chǔ)上降低電流，從而降低鼓風(fēng)機(jī)耗電量，避免過(guò)度曝氣。同時(shí)根據(jù)氣溫變化開(kāi)啟缺氧段曝氣設(shè)備。在A2O工藝設(shè)計(jì)時(shí)，為了方便工藝調(diào)整，缺氧段設(shè)計(jì)并安裝了部分曝氣裝置，可根據(jù)氣溫及水質(zhì)變化，決定該區(qū)域是否開(kāi)啟。在夏季氣溫較高時(shí)，關(guān)閉該區(qū)域曝氣裝置，以減少用電量。

3.6 自動(dòng)化控制節(jié)能措施

在水廠建設(shè)之時(shí)，即建立了較為完備的自動(dòng)控制系統(tǒng)。設(shè)備的開(kāi)始即可以根據(jù)需要依靠人工手動(dòng)啟閉，也可以設(shè)置成微機(jī)自動(dòng)啟動(dòng)。中控系統(tǒng)可對(duì)全廠風(fēng)機(jī)、提升泵、回流泵、攪拌器等主要設(shè)備進(jìn)行控制。同時(shí)對(duì)水質(zhì)水量、溶解氧、污泥濃度、進(jìn)出水水質(zhì)等多項(xiàng)主要數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)并與設(shè)備聯(lián)動(dòng)。通過(guò)這些自控系統(tǒng)，并對(duì)其中有些設(shè)備運(yùn)行方式進(jìn)行優(yōu)化，部分設(shè)備由原手動(dòng)調(diào)整，調(diào)整為自動(dòng)化控制，如回流泵、剩余污泥泵實(shí)施液位控制，格柵實(shí)現(xiàn)時(shí)間控制，風(fēng)機(jī)依據(jù)DO值進(jìn)行控制等，通過(guò)各種手段減少設(shè)備運(yùn)行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)節(jié)能的目的。

3.7 其他節(jié)能措施

現(xiàn)場(chǎng)其它供暖設(shè)施，如電暖氣、熱風(fēng)幕、空調(diào)等設(shè)備，出臺(tái)使用規(guī)定，要求根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)溫度進(jìn)行啟停，以達(dá)到節(jié)能目的。

4 水廠運(yùn)行電耗分析

4.1 水質(zhì)不同，能耗不同

2017年平均電耗0.36kWh， 2018年平均電耗0.31kWh。其中的原因可能有以下兩點(diǎn)：首先進(jìn)水水質(zhì)不同，進(jìn)水水質(zhì)受地區(qū)工業(yè)生產(chǎn)排水影響，水質(zhì)波動(dòng)較為頻繁。其次，在2018年，我們采取了一些節(jié)能降耗的措施同時(shí)人為加大了一些控制措施，所以，2018年的電耗比2017年要低。

4.2 溫度不同，噸水電耗不同

在冬季，地處城郊的小型水廠因受匯水區(qū)域及地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的限制，水溫較低。2018年污水廠2月最低水溫為9.6℃，平均溫度10.7℃。溫度低微生物活性降低，為保證出水達(dá)標(biāo)，通過(guò)工藝調(diào)整及設(shè)備臺(tái)時(shí)調(diào)整，相應(yīng)增加供氣量，增加了鼓風(fēng)機(jī)耗電量；且冬季供暖采用污水源熱泵供暖，運(yùn)行電耗每天約為945kWh，因此，冬季噸水電耗增加，低溫運(yùn)行的單位電耗在0.33～0.41kWh/m3。而春夏秋季，來(lái)水溫度相對(duì)升高，夏季達(dá)到最高，2018年污水廠8月最高溫度為23℃。溫度高，酶的活性增大，微生物活性加強(qiáng)，凈化污水的能力也提高，同時(shí)夏季空調(diào)降溫的電量低于冬季采暖的電量，因此，非低溫情況運(yùn)行的單位電耗在0.24～0.35kWh/m3。

5 結(jié)語(yǔ)

城鎮(zhèn)污水處理廠的能耗問(wèn)題是當(dāng)前污水處理廠運(yùn)行的一個(gè)突出問(wèn)題，其中污水提升泵、鼓風(fēng)曝氣、離心機(jī)脫水等大功率機(jī)械設(shè)備所消耗的電能又占絕大部分。在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，要根據(jù)進(jìn)水水質(zhì)的變化和季節(jié)溫度的變化，結(jié)合污水處理廠現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備工藝的具體情況，適時(shí)采取不同的節(jié)能措施，從而實(shí)現(xiàn)污水處理廠的節(jié)能和減排的目的。