污水處理廠電氣設計及節能對策分析

【關鍵詞】污水處理廠；電氣設計；節能

引文

電氣設計在污水處理過程中發揮著舉足輕重的作用，電氣系統能否正常運行關系著污水的處理效率。設計精良的電氣系統不僅可以實現對各大污水處理設備的有效監督，同時還關系著污水處理的最終效果，輔助整個污水處理過程的安全有序進行。此外，合格的電氣設計還能夠為污水處理收集、分析數據，并提供數據分析結果，實現對污水處理過程的遠程監控從而實現資源的合理配置，更好地提高處理效率。然而，電氣系統也存在著顯著的能源消耗弊端，在全球能源危機加劇的情況下，思考如何科學地應用電氣系統實現污水處理的同時降低耗能顯得尤為重要。

一、污水處理廠電氣設計相關概述

（一）污水處理廠污水處理

污水處理是一項綜合的環保工程，旨在有效清除城市和工業區域產生的廢水中的污染物，以確保排放水質符合環保標準。該過程涵蓋物理、化學和生物處理階段，配合先進的電氣設備以實現高效處理效果。首先，通過預處理單元，如格柵和沉淀池，去除大顆粒雜質和沉淀物，為后續處理創造條件。電氣設備在此階段的運行監控和控制起著關鍵作用。接著，化學處理階段使用各種藥劑協同作用，以去除廢水中的溶解性有機物和無機物，同時電氣系統輸配電系統確保化學劑的穩定供應。最后，通過生物處理，利用微生物將有機廢物降解成穩定的無害產物，而電氣控制系統則協調整個生物反應過程。整個過程中，電氣設備的設計和運行保障了污水處理過程的高效性和可靠性，為環保的實現提供了重要支持。[1]。

（二）污水處理廠電氣設計

電氣設計在污水處理廠的污水處理過程中發揮著關鍵作用，極大地影響著污水處理系統的運作效率以及穩定性，因此其組織架構也需具備極強的精密性。電氣設計需要考慮類型、組織布局、組成架構等多個方面。進行選型時，必須充分考慮設備的性能、運作的穩定性等條件。在進行布局時，需要結合設備功能、設備之間的聯系以及整體系統的需要進行設計，在發揮每個設備的功能的同時實現設備利用的最優化，確保空間的利用率等。另外，從組成架構層面來看，電氣系統與多個系統之間聯系密切，在設計時需要充分考慮系統與系統之間的協同性，根據各個系統的功能規劃和完善回路，確保運行的可行性和穩定性。總而言之，污水處理廠中的電氣設計應該在實現良性運轉的同時保障運作的穩定性與靈活性。

二、污水處理廠電氣設計原則

（一）可靠性與穩定性原則

在對污水處理廠進行電氣設計時，需要堅持貫徹可靠性和穩定性這兩個重要原則，這是污水處理廠進行電氣設計時所必須重視的兩個因素。所謂可靠性原則，就是在進行電氣設備選擇時要關注設備的質量以及性能，選擇高質量且更加耐用的設備，從而從材質方面確保在面臨危急情況時也能平穩運作，不妨礙污水處理效率。同時，為了應對處理過程中多種可能的突發情況，需要合理安排備用設備并進行一定的冗余設計，以此防止因某一突發因素而引起的整個污水處理系統的運作中斷。另外，建立起完善的運作系統后，需要對各個設備進行定期的檢修以及保養、維護，防范并有效化解因設備故障而引發的風險。而所謂穩定性，就是利用多種監測技術對系統開展檢查監督，發現并及時處理各項問題，確保電氣系統在不同情況下也能正常運作。綜上，遵循可靠性與穩定性兩個原則能夠有效防范化解污水處理過程中可能存在的多種危機，保障處理系統運作的連續性與高效性。

（二）安全性與合規性原則

在污水處理廠的電氣設計中，安全性與合規性原則是不可忽視的關鍵考量。確保電氣系統符合相關的安全標準和法規，是保障運行人員和設備安全的首要任務。采用符合規定的電氣設備，設計系統時要考慮降低潛在的電氣安全風險，通過合適的防雷和接地措施來確保電氣系統的安全性。合規性原則要求系統設計和運行符合環保法規和標準，避免對環境產生負面影響。通過定期的安全檢查、培訓和設備維護，可確保電氣系統始終處于符合規定的安全和合規狀態，保障運行的可持續性。這一原則的遵循不僅關系到設備和人員的安全，也是對環境和社會責任的一種體現。[2]

（三）維護友好性原則

在污水處理廠的電氣設計中，維護友好性原則至關重要。該原則強調設計電氣系統時應考慮到維護的方便性，以降低維護成本、減少停機時間，提高系統的可維護性。通過合理布局設備、明確標識關鍵部件和建立便捷的維護通道，確保維護人員能夠迅速、安全地進行設備檢修和維護工作。選擇易于獲取的零部件，采用模塊化設計，以便更換和升級設備時能夠迅速操作，從而降低維護的復雜度。維護友好性的設計理念不僅有助于提高系統的可靠性，還在整個運行周期內降低了維護的難度，使污水處理廠能夠更為高效地維持其電氣系統的正常運行。

三、電氣設計在污水處理廠中的關鍵作用

（一）環保效益

電氣設計在污水處理過程中發揮著多種重要作用，尤其在幫助污水處理廠實現節能減排，提高環保效益方面的成效顯著。將先進的電氣設計應用于污水處理過程中，不僅能夠幫助污水處理廠提高處理效率，縮短處理時間，減少能源浪費，還能有效減少有害氣體與有毒物質的排放。例如，對泵站的電機系統進行完善和優化，選用高品質的電機設備，可以同時實現高效與節能的處理目標，從而有效避免了資源浪費與破壞環境的問題，為企業可持續發展做出了貢獻。

（二）資源節約與經濟性

在電氣設計中引入節能措施，不僅有助于減少電力消耗，還能夠減輕設備負荷，延長設備壽命，提高運行效率。通過采用智能化的電氣系統，實現設備自動調節、優化運行策略，不僅能夠降低運行成本，還能減少能源浪費。這對于降低運維成本、提高設施整體經濟性具有重要意義，為污水處理廠的可持續運行提供了穩固的經濟支持。

（三）應對能源危機

隨著社會的發展，能源資源日益緊缺，電力供應的可持續性成為亟待解決的問題。通過對污水處理廠的電氣系統進行優化設計，可以降低其對電力的依賴程度，同時采用可再生能源、蓄能技術等手段，提高電氣設備的能源使用效率。這不僅能夠緩解電力供應壓力，還有助于推動清潔能源的發展，為整個社會的可持續發展做出貢獻。

四、污水處理廠電氣設計及節能的相關建議

（一）合理配置變壓器

變壓器有兩種常見有功損耗，一是負載損耗，這種損耗是個常數，并不會因為變壓器負載的不同情況而發生不同變化，但另一種是空載損耗會伴隨著負荷電流的不同而發生變化，空載損耗的損耗程度同負荷電流呈現正相關的狀態。流經變壓器的電流與變壓器的電阻都與空載損耗密切相關，其中損耗大小同電阻負載率平方成正比[3]。因此，在實際操作中選擇變壓器時，應當優先選擇銅芯變壓器，從而實現損耗的最小化。設計變壓器負荷時，必須將變壓器的負荷率降到80％以下。在污水處理廠內設置變壓器時，應該在設計階段就確定合適的位置，并考慮設置兩臺或以上的變壓器，以適應實際的負載需求，并確保損耗的合理控制。

（二）降低線路電纜損耗

大規模地鋪設電纜會導致出現能耗較大的問題。因為電纜本身存在固定電阻，產生的電阻與鋪設的電纜長度呈現正相關關系，鋪設電纜越長，產生的電阻越大，從而增加電壓損失。因此，思考如何降低電纜產生的損耗也是電氣設計工作中的關鍵所在。實際操作中，要正確選擇高低壓配電房的位置，盡量縮短鋪設電纜的長度，配電房與負荷中心的直線距離應當盡可能縮小。與此同時，關于優化電纜橋架和電纜溝設計，必須充分考慮能耗與鋪設長度之間的正相關關系，應當采用直線鋪設的方法，同時縮小電纜的截面面積，嚴格控制因長度而產生的能源損耗。不僅如此，對于電纜材料也應該慎重選擇，污水處理廠開始運作后，土地和水質會隨之發生變化，電纜長期處于堿性環境下容易被腐蝕，因此，必須嚴格測試銅制材料的抗腐蝕性。開展污水處理工作時，為了降低大功率設備，如鼓風機、臭氧發生器的耗損，在設計初期，應當盡可能將配電房選址定在大功率設備間前后。

（三）合理選擇電氣控制設備

在污水處理廠進行處理時，需要合理選擇電氣控制設備的配置，以確保其科學性和高效性。目前我國污水處理廠主要采用兩種設備布置方案：

第一種方案是將電氣控制設備安置在污水處理廠的控制箱中。這種方式安裝簡便快捷，位置可根據控制室的位置靈活調整。在控制室內，可以根據實際情況靈活布置控制器和繼電器的，為后期維修和檢查提供了便利。然而，這種設置會導致較多的線路集中在控制室中，使得自動控制系統調試復雜化，并增加了后期維修工作量。

第二種方案是將所有控制設備集中到統一地點，通常選擇較大的變電所和配電間。雖然這種方式能夠簡化設備管理和控制，使自動控制系統運行更加簡便快捷，并方便后期維修和檢查，但設備的集中也帶來了風險，一旦控制設備發生故障，整個污水處理廠的工作將陷入癱瘓狀態。

由于污水處理廠內部環境惡劣，將設備集中管理可減少電纜鋪設問題，并由專人進行管理，只需進行災害預防安全檢查和維修工作即可，有助于有效減少設備損壞問題，提高污水處理效率和安全性[4]。由此，綜合考慮兩種方式的優缺點，第二種設置方式更符合污水處理廠的要求。

（四）優化供電系統無功補償

供電系統無功補償主要包括分散補償和集中補償。分散補償的特點是：首先，工廠采用分散補償的方式，僅將一部專用的電容器與用電設備并聯就可以完成，無需額外的安裝保護設備；其次，采用分散補償的方法可以有效地提升其功率，更好的保護線路；再次，與集中補償的方法相比更加的經濟環保；最后，當污水處理廠存在低壓線路時，可以對其末端電壓的波動進行控制，進而提高其電路的功率。使用分散補償的方法，雖然對于配電線路的保護效果較為明顯，但是不能夠減少對于變壓器的損傷。而采用集中補償的方法，可以實時地根據污水處理廠的實際負荷狀態進行調整，進而既保證了對于配電線路的保護，也有效地降低了變壓器的銅損。對于污水處理廠容易出現的問題而言，因為其日常負荷的情況比較集中，因此采用低壓配電集中補償的無功補償方法更為有效。

（五）有效降低照明電能損耗

污水處理廠的照明主要包括在廠區內外以及車間室內等場所，其電能消耗占比也比較大。因此照明燈具的選擇尤為重要，可以選擇控光性能以及直射光透比例較高的燈具，除此之外還需要選擇性能更加穩定，功率損耗更低的照明設備。同時，還要將智能控制系統與室外照明系統相結合，在不同的時段以及區域進行智能控制，對于室外相鄰燈具之間設置不同的控制開關，操作人員能夠根據其實際的需要進行操作使用，進而降低照明電能的損耗。

（六）完善諧波處理相關工作

污水處理廠中具有極其繁瑣和復雜的電氣系統，由于存在較多的非線性線路，因此系統中諧波狀況會頻繁出現。工廠的工作人員在對諧波狀況進行處理時，可以借助接線的方法，在變壓器的相應點上進行連接，另外可以安裝有源濾波器或是無源濾波器，進而使整個電氣系統能夠具備有效的抵抗諧波的能力，即使不能夠完全的消除諧波，也能夠減少其對于電氣系統的運轉的影響，進而使整體電氣系統的能源消耗減少。

結語

水污染對于水文環境以及土壤和空氣都產生影響，不利于生態平衡的建立。因此建設生活污水處理廠符合構建生態平衡及環境友好型社會的需要，而保證工廠的電氣設計的科學性以及合理性，是促使污水處理廠更加長久有效運行的重要舉措，進而促進環境和能源的可持續發展。