水處理設備節(jié)能工藝及選型研究

文_李長安 姜萍萍

1.中交第四航務工程勘察設計院有限公司 2.廣州市花都自來水有限公司

1 水處理設備節(jié)能工藝要點

1.1 提高水處理設備的運行效率

①使用效能更高的電動機和變壓設備，以降低電動機運轉和變壓過程中的能源消耗；使用更大荷載的電動機以更好地匹配污水處理壓力，并對電動機實行變頻控制。②優(yōu)化風機、水泵等高耗能設備，采用導葉進行聯合調節(jié)；使用自動化控制系統(tǒng)對水處理設備進行控制，充分發(fā)揮機組運轉效率；定期檢查水泵的運行、磨損情況，以便發(fā)現問題及時更換，不斷提高水泵的運行效率。③在常用設備，如攪拌機上安裝電容，提高常用設備的最大功率；有效進行導線保護，適當增加導線橫截面，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、控制設備；在水處理系統(tǒng)中安裝用電負荷檢測器，以避免高峰集中用電而影響設備工作電壓；強化水處理附加能源的回收利用，例如，對污水處理過程中產生的廢氣、余熱等進行二次利用，提高資源利用率。

1.2 改進污水處理工藝

使用更先進、節(jié)能的處理工藝能夠提高污水處理設備的經濟性，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合使用，以最大限度地進行節(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%有機碳源，并且在進行硝化反應時，污泥的產量至少降低24%，使得污水處理的效果及效率大大提高。

1.3 規(guī)范設備操作

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

2 水處理設備的節(jié)能選型

2.1 電動機的節(jié)能措施和選型

電動機作為污水處理設備的核心動力，與污水處理的效率直接相關，對電動機進行優(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。電動機的節(jié)能措施主要包括：①通過加強檢查或使用自動化控制系統(tǒng)來提高電動機的控制水平，縮短電動機空轉時間。②選擇適當的電動機。電動機的配置需要根據水處理設備的屬性、處理工作強度、水質及處理標準等進行，若電動機的負載率達不到50%，則需要進行電動機功率的調整。③選擇適當的工作電壓。低壓異步電動機具有節(jié)能性好、維護方便等優(yōu)點，因此在實際工作中，低壓異步電動機特別適用于供電線路有限、電網容量允許，對負載沒有過多要求的情況。若供電線路較長、電網容量限制較大、荷載能力要求較高，則應該選取高壓電動機。④強化日常保養(yǎng)工作，保證電動機無故障運行，提高工作效率降低能耗。⑤選擇能效高的電動機。有實驗顯示，高能效的電動機在使用過程中，能夠比普通電動機節(jié)能30%以上。⑥以星三角混合串接繞組代替定子繞組，減小繞組在工作時的電流，提高電動機的節(jié)能性。⑦使用連續(xù)調速的運行方式，例如，使用變頻調速器或調壓調速裝置，該方法主要通過改變電動機的電源頻率來影響電動機的轉速，是當前技術水平下，效果比較理想的節(jié)能措施。⑧盡量減小電動機導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的功率因素，減少電動機做無用功。

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功率。電動機的選擇需根據水泵運行的實際需要進行，并替換掉設備系統(tǒng)中電容大的電動機，降低能耗。③降低泵揚程。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算，明確最適合的泵揚程，進水泵靜壓頭值的確認可依照以下公式進行設置：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選擇合理的流量調控方式，保證水泵始終處于高效運轉狀態(tài)。⑤加強對水泵的升級改造。⑥加強水泵的維護保養(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用。

2.3 曝氣設備的節(jié)能措施和選型

①水處理設備中的曝氣設備應選擇防堵性能強、效率高、空隙小的型號。②若使用活性泥污法進行水處理，曝氣設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曝氣池可設計成橫向環(huán)流混合型，并在池底均勻布置擴散裝置，提高曝氣池的充氧效果。④曝氣設備中的氧氣量要隨著處理的水質、水量變化而進行調節(jié)。使用自動化控制系統(tǒng)能更好地對曝氣設備的供氧量進行調節(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行調節(jié)，以找出曝氣設備和鼓風機最佳運行時的水面高度。⑥使用阻力較小的控制閥、空氣管線。⑦加強曝氣設備的養(yǎng)護工作，防止設備發(fā)生堵塞、不出氣等問題。

2.4 鼓風機的節(jié)能措施和選型

常用的鼓風機有離心式鼓風機和羅茨式鼓風機兩種，提高鼓風機節(jié)能性可使用以下幾種措施：①使用高效能的離心式鼓風機。這種鼓風機允許進行變頻驅動，且使用聯合導葉，節(jié)能效果大幅度上升。目前，空氣懸浮鼓風機、磁懸浮鼓風機的使用越來越頻繁，相比于傳統(tǒng)鼓風機，其節(jié)能效果更優(yōu)。②改善鼓風機運行環(huán)境。通過降低鼓風機入口處的壓差、管網壓力、進氣溫度等方式，為鼓風機創(chuàng)造更高效的運行環(huán)境，減少運行耗能。③對鼓風機進行變頻調節(jié)，當流量波動幅度較大時，該種方法的節(jié)能效果更顯著。④鼓風機進風口的過濾部件口徑大小要適中，防止由于口徑過小導致進風受阻。⑤對鼓風機的葉片長度、材質等進行優(yōu)化，降低葉片運行中產生的阻力。⑥若流量變化不大，可選用使用導葉進行調節(jié)的鼓風機，以擴大出口恒定壓力下，風力的調節(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污水處理設備系統(tǒng)中的重要組成部分之一，提高污泥處理裝置的節(jié)能性有利于整個設備系統(tǒng)節(jié)能工作的開展。例如，某單位新研發(fā)的污泥處理設備，在爐體上設置進風口和出風口，在爐體內形成熱風循環(huán)系統(tǒng)。充分利用污泥燃燒本身產生的熱量，進行爐體預熱、熱力供應等工作，大大減少了對外部熱風的需求，污泥處理裝置在運行中的能耗顯著降低。

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

3 案例分析

某污水處理廠進行水處理設備節(jié)能升級工作，該單位原有負荷10kW以上的水處理設備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。現為該18臺水處理設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變頻器進行改造，并使用較為簡捷的電位器輸入給定頻率的方式進行變頻器控制。升級改造后，該單位水處理設備的流量以及流量等都更加穩(wěn)定，且運行過程中產生的噪音和振動明顯降低，以往常發(fā)生的水泵堵塞現象也得到了有效的解決，大大減輕了水處理設備后期維修保養(yǎng)的工作壓力。

改造后，該廠原有污水處理系統(tǒng)在以同樣標準處理等量污水時，時間比之前節(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元來計算，該廠每年能夠減少13.6萬元的電費支出，節(jié)能效果非常明顯。

4 結語

隨著我國環(huán)保事業(yè)的進一步發(fā)展，污水處理任務日益增加，其本身的能耗問題要求對水處理設備進行節(jié)能升級，在不斷提高污水處理效率的同時，節(jié)約設備本身的能耗，這樣才能將污水處理的總效用發(fā)揮到最大，真正實現節(jié)能環(huán)保的目標，不斷提高我國污水治理水平。