水處理設(shè)備節(jié)能工藝及選型研究

文_李長安 姜萍萍

1.中交第四航務(wù)工程勘察設(shè)計(jì)院有限公司 2.廣州市花都自來水有限公司

1 水處理設(shè)備節(jié)能工藝要點(diǎn)

1.1 提高水處理設(shè)備的運(yùn)行效率

①使用效能更高的電動機(jī)和變壓設(shè)備，以降低電動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)和變壓過程中的能源消耗；使用更大荷載的電動機(jī)以更好地匹配污水處理壓力，并對電動機(jī)實(shí)行變頻控制。②優(yōu)化風(fēng)機(jī)、水泵等高耗能設(shè)備，采用導(dǎo)葉進(jìn)行聯(lián)合調(diào)節(jié)；使用自動化控制系統(tǒng)對水處理設(shè)備進(jìn)行控制，充分發(fā)揮機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)效率；定期檢查水泵的運(yùn)行、磨損情況，以便發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)更換，不斷提高水泵的運(yùn)行效率。③在常用設(shè)備，如攪拌機(jī)上安裝電容，提高常用設(shè)備的最大功率；有效進(jìn)行導(dǎo)線保護(hù)，適當(dāng)增加導(dǎo)線橫截面，保證電能輸送不受到損失；以更多的高壓線路替代低壓線路。④在曝氣池中，使用自動化氧元素檢測、控制設(shè)備；在水處理系統(tǒng)中安裝用電負(fù)荷檢測器，以避免高峰集中用電而影響設(shè)備工作電壓；強(qiáng)化水處理附加能源的回收利用，例如，對污水處理過程中產(chǎn)生的廢氣、余熱等進(jìn)行二次利用，提高資源利用率。

1.2 改進(jìn)污水處理工藝

使用更先進(jìn)、節(jié)能的處理工藝能夠提高污水處理設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性，例如使用短程反硝化脫氮工藝或者厭氧氨化脫氮工藝、能夠產(chǎn)生甲烷的厭氧工藝等，并將多種節(jié)能效果好的污水處理工藝結(jié)合使用，以最大限度地進(jìn)行節(jié)能減耗。

以短程反硝化脫氮工藝為例，使用該工藝后，污水處理過程中可節(jié)約供氧量1/4以上，節(jié)約40%有機(jī)碳源，并且在進(jìn)行硝化反應(yīng)時(shí)，污泥的產(chǎn)量至少降低24%，使得污水處理的效果及效率大大提高。

1.3 規(guī)范設(shè)備操作

水處理設(shè)備的操作是否符合要求，是影響設(shè)備耗能情況的主要原因之一。若不按照設(shè)備使用規(guī)范進(jìn)行操作，設(shè)備各部件就會出現(xiàn)過度的磨損，不僅會使耗能上升、處理效率下降，還可能導(dǎo)致設(shè)備發(fā)生故障、縮短使用壽命。相關(guān)企業(yè)要加強(qiáng)人員技術(shù)培訓(xùn)，保證人員合規(guī)操作，靈活運(yùn)用節(jié)能技術(shù)，提高水處理設(shè)備節(jié)能性。

2 水處理設(shè)備的節(jié)能選型

2.1 電動機(jī)的節(jié)能措施和選型

電動機(jī)作為污水處理設(shè)備的核心動力，與污水處理的效率直接相關(guān)，對電動機(jī)進(jìn)行優(yōu)化，不僅能夠節(jié)約能耗，還能有效提高污水處理的工作效率，在同等耗能的情況下處理更大噸位的污水，變相節(jié)能。電動機(jī)的節(jié)能措施主要包括：①通過加強(qiáng)檢查或使用自動化控制系統(tǒng)來提高電動機(jī)的控制水平，縮短電動機(jī)空轉(zhuǎn)時(shí)間。②選擇適當(dāng)?shù)碾妱訖C(jī)。電動機(jī)的配置需要根據(jù)水處理設(shè)備的屬性、處理工作強(qiáng)度、水質(zhì)及處理標(biāo)準(zhǔn)等進(jìn)行，若電動機(jī)的負(fù)載率達(dá)不到50%，則需要進(jìn)行電動機(jī)功率的調(diào)整。③選擇適當(dāng)?shù)墓ぷ麟妷骸５蛪寒惒诫妱訖C(jī)具有節(jié)能性好、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，因此在實(shí)際工作中，低壓異步電動機(jī)特別適用于供電線路有限、電網(wǎng)容量允許，對負(fù)載沒有過多要求的情況。若供電線路較長、電網(wǎng)容量限制較大、荷載能力要求較高，則應(yīng)該選取高壓電動機(jī)。④強(qiáng)化日常保養(yǎng)工作，保證電動機(jī)無故障運(yùn)行，提高工作效率降低能耗。⑤選擇能效高的電動機(jī)。有實(shí)驗(yàn)顯示，高能效的電動機(jī)在使用過程中，能夠比普通電動機(jī)節(jié)能30%以上。⑥以星三角混合串接繞組代替定子繞組，減小繞組在工作時(shí)的電流，提高電動機(jī)的節(jié)能性。⑦使用連續(xù)調(diào)速的運(yùn)行方式，例如，使用變頻調(diào)速器或調(diào)壓調(diào)速裝置，該方法主要通過改變電動機(jī)的電源頻率來影響電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，是當(dāng)前技術(shù)水平下，效果比較理想的節(jié)能措施。⑧盡量減小電動機(jī)導(dǎo)線的電阻和橫截面積，保證其載流量符合要求即可。⑨使用低壓電容提高電動機(jī)的功率因素，減少電動機(jī)做無用功。

2.2 水泵的節(jié)能措施和選型

①使用高能效水泵，減少污水輸送過程中的能耗。高效能水泵具有更高的工作效率，且泵軸功率和額定功率比較低，因此具備明顯的節(jié)能效果。以IS-80-200型水泵為例，該種水泵的工作效率在80%左右，比傳統(tǒng)水泵的效率高至少11%，使用該水泵的水處理設(shè)備，每臺每年最高可節(jié)約電能14823kWh。②選取合適的水泵電動機(jī)功率。電動機(jī)的選擇需根據(jù)水泵運(yùn)行的實(shí)際需要進(jìn)行，并替換掉設(shè)備系統(tǒng)中電容大的電動機(jī)，降低能耗。③降低泵揚(yáng)程。一是使管線的布置更加緊密，保證管線布置距離短且走向直，減少水頭損失。二是通過對水頭損失的正確計(jì)算，明確最適合的泵揚(yáng)程，進(jìn)水泵靜壓頭值的確認(rèn)可依照以下公式進(jìn)行設(shè)置：靜壓頭=提升高度-水池高水位高度，這樣能夠降低水處理設(shè)備10%的能耗。三是將非淹沒堰改成淹沒堰，落差由40cm降低為10cm。④選擇合理的流量調(diào)控方式，保證水泵始終處于高效運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。⑤加強(qiáng)對水泵的升級改造。⑥加強(qiáng)水泵的維護(hù)保養(yǎng)。此外，還可選用飛力N型水泵，該型號水泵具備優(yōu)秀的防堵能力，能夠有效減少后期維修費(fèi)用。

2.3 曝氣設(shè)備的節(jié)能措施和選型

①水處理設(shè)備中的曝氣設(shè)備應(yīng)選擇防堵性能強(qiáng)、效率高、空隙小的型號。②若使用活性泥污法進(jìn)行水處理，曝氣設(shè)備可布置成漸減曝氣，保證氣量與微生物的需氧量相匹配，這一布置方式的水池處理效果較好，且節(jié)能作用明顯。③曝氣池可設(shè)計(jì)成橫向環(huán)流混合型，并在池底均勻布置擴(kuò)散裝置，提高曝氣池的充氧效果。④曝氣設(shè)備中的氧氣量要隨著處理的水質(zhì)、水量變化而進(jìn)行調(diào)節(jié)。使用自動化控制系統(tǒng)能更好地對曝氣設(shè)備的供氧量進(jìn)行調(diào)節(jié)，幫助提高曝氣池的節(jié)能效果。⑤對曝氣池中水面高度進(jìn)行調(diào)節(jié)，以找出曝氣設(shè)備和鼓風(fēng)機(jī)最佳運(yùn)行時(shí)的水面高度。⑥使用阻力較小的控制閥、空氣管線。⑦加強(qiáng)曝氣設(shè)備的養(yǎng)護(hù)工作，防止設(shè)備發(fā)生堵塞、不出氣等問題。

2.4 鼓風(fēng)機(jī)的節(jié)能措施和選型

常用的鼓風(fēng)機(jī)有離心式鼓風(fēng)機(jī)和羅茨式鼓風(fēng)機(jī)兩種，提高鼓風(fēng)機(jī)節(jié)能性可使用以下幾種措施：①使用高效能的離心式鼓風(fēng)機(jī)。這種鼓風(fēng)機(jī)允許進(jìn)行變頻驅(qū)動，且使用聯(lián)合導(dǎo)葉，節(jié)能效果大幅度上升。目前，空氣懸浮鼓風(fēng)機(jī)、磁懸浮鼓風(fēng)機(jī)的使用越來越頻繁，相比于傳統(tǒng)鼓風(fēng)機(jī)，其節(jié)能效果更優(yōu)。②改善鼓風(fēng)機(jī)運(yùn)行環(huán)境。通過降低鼓風(fēng)機(jī)入口處的壓差、管網(wǎng)壓力、進(jìn)氣溫度等方式，為鼓風(fēng)機(jī)創(chuàng)造更高效的運(yùn)行環(huán)境，減少運(yùn)行耗能。③對鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行變頻調(diào)節(jié)，當(dāng)流量波動幅度較大時(shí)，該種方法的節(jié)能效果更顯著。④鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)風(fēng)口的過濾部件口徑大小要適中，防止由于口徑過小導(dǎo)致進(jìn)風(fēng)受阻。⑤對鼓風(fēng)機(jī)的葉片長度、材質(zhì)等進(jìn)行優(yōu)化，降低葉片運(yùn)行中產(chǎn)生的阻力。⑥若流量變化不大，可選用使用導(dǎo)葉進(jìn)行調(diào)節(jié)的鼓風(fēng)機(jī)，以擴(kuò)大出口恒定壓力下，風(fēng)力的調(diào)節(jié)范圍，保證水處理過程中穩(wěn)定供氧，節(jié)約電能。

2.5 污泥處理裝置的節(jié)能措施和選型

污泥處理裝置也是整個(gè)污水處理設(shè)備系統(tǒng)中的重要組成部分之一，提高污泥處理裝置的節(jié)能性有利于整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)節(jié)能工作的開展。例如，某單位新研發(fā)的污泥處理設(shè)備，在爐體上設(shè)置進(jìn)風(fēng)口和出風(fēng)口，在爐體內(nèi)形成熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)。充分利用污泥燃燒本身產(chǎn)生的熱量，進(jìn)行爐體預(yù)熱、熱力供應(yīng)等工作，大大減少了對外部熱風(fēng)的需求，污泥處理裝置在運(yùn)行中的能耗顯著降低。

以上設(shè)備選型方案及優(yōu)化措施均能在節(jié)約能耗的基礎(chǔ)之上，有效提高整個(gè)污水處理系統(tǒng)的運(yùn)行質(zhì)量和運(yùn)行效率，顯著提升整個(gè)設(shè)備系統(tǒng)的工作性能，使得污水處理設(shè)備從多方面節(jié)約能耗。

3 案例分析

某污水處理廠進(jìn)行水處理設(shè)備節(jié)能升級工作，該單位原有負(fù)荷10kW以上的水處理設(shè)備18臺，都未安裝變頻器。改造前，該單位處理每噸污水需消耗電能0.6kWh。現(xiàn)為該18臺水處理設(shè)備的水泵安裝變頻器，其中污泥回流泵使用富士P11S系列FRN11P11S-4CX變頻器進(jìn)行改造，并使用較為簡捷的電位器輸入給定頻率的方式進(jìn)行變頻器控制。升級改造后，該單位水處理設(shè)備的流量以及流量等都更加穩(wěn)定，且運(yùn)行過程中產(chǎn)生的噪音和振動明顯降低，以往常發(fā)生的水泵堵塞現(xiàn)象也得到了有效的解決，大大減輕了水處理設(shè)備后期維修保養(yǎng)的工作壓力。

改造后，該廠原有污水處理系統(tǒng)在以同樣標(biāo)準(zhǔn)處理等量污水時(shí)，時(shí)間比之前節(jié)約近15%，處理系統(tǒng)的工作效率明顯提高。此外處理每噸污水的能耗不到0.3kWh，與之前相比，每年能夠節(jié)約電能22.6萬kWh。若按照每單位0.6元來計(jì)算，該廠每年能夠減少13.6萬元的電費(fèi)支出，節(jié)能效果非常明顯。

4 結(jié)語

隨著我國環(huán)保事業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，污水處理任務(wù)日益增加，其本身的能耗問題要求對水處理設(shè)備進(jìn)行節(jié)能升級，在不斷提高污水處理效率的同時(shí)，節(jié)約設(shè)備本身的能耗，這樣才能將污水處理的總效用發(fā)揮到最大，真正實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的目標(biāo)，不斷提高我國污水治理水平。