污水處理廠電氣設(shè)計及節(jié)能對策分析

【關(guān)鍵詞】污水處理廠；電氣設(shè)計；節(jié)能

引文

電氣設(shè)計在污水處理過程中發(fā)揮著舉足輕重的作用，電氣系統(tǒng)能否正常運(yùn)行關(guān)系著污水的處理效率。設(shè)計精良的電氣系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)對各大污水處理設(shè)備的有效監(jiān)督，同時還關(guān)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(jìn)行。此外，合格的電氣設(shè)計還能夠為污水處理收集、分析數(shù)據(jù)，并提供數(shù)據(jù)分析結(jié)果，實現(xiàn)對污水處理過程的遠(yuǎn)程監(jiān)控從而實現(xiàn)資源的合理配置，更好地提高處理效率。然而，電氣系統(tǒng)也存在著顯著的能源消耗弊端，在全球能源危機(jī)加劇的情況下，思考如何科學(xué)地應(yīng)用電氣系統(tǒng)實現(xiàn)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(shè)計相關(guān)概述

（一）污水處理廠污水處理

污水處理是一項綜合的環(huán)保工程，旨在有效清除城市和工業(yè)區(qū)域產(chǎn)生的廢水中的污染物，以確保排放水質(zhì)符合環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)。該過程涵蓋物理、化學(xué)和生物處理階段，配合先進(jìn)的電氣設(shè)備以實現(xiàn)高效處理效果。首先，通過預(yù)處理單元，如格柵和沉淀池，去除大顆粒雜質(zhì)和沉淀物，為后續(xù)處理創(chuàng)造條件。電氣設(shè)備在此階段的運(yùn)行監(jiān)控和控制起著關(guān)鍵作用。接著，化學(xué)處理階段使用各種藥劑協(xié)同作用，以去除廢水中的溶解性有機(jī)物和無機(jī)物，同時電氣系統(tǒng)輸配電系統(tǒng)確?；瘜W(xué)劑的穩(wěn)定供應(yīng)。最后，通過生物處理，利用微生物將有機(jī)廢物降解成穩(wěn)定的無害產(chǎn)物，而電氣控制系統(tǒng)則協(xié)調(diào)整個生物反應(yīng)過程。整個過程中，電氣設(shè)備的設(shè)計和運(yùn)行保障了污水處理過程的高效性和可靠性，為環(huán)保的實現(xiàn)提供了重要支持。[1]。

（二）污水處理廠電氣設(shè)計

電氣設(shè)計在污水處理廠的污水處理過程中發(fā)揮著關(guān)鍵作用，極大地影響著污水處理系統(tǒng)的運(yùn)作效率以及穩(wěn)定性，因此其組織架構(gòu)也需具備極強(qiáng)的精密性。電氣設(shè)計需要考慮類型、組織布局、組成架構(gòu)等多個方面。進(jìn)行選型時，必須充分考慮設(shè)備的性能、運(yùn)作的穩(wěn)定性等條件。在進(jìn)行布局時，需要結(jié)合設(shè)備功能、設(shè)備之間的聯(lián)系以及整體系統(tǒng)的需要進(jìn)行設(shè)計，在發(fā)揮每個設(shè)備的功能的同時實現(xiàn)設(shè)備利用的最優(yōu)化，確保空間的利用率等。另外，從組成架構(gòu)層面來看，電氣系統(tǒng)與多個系統(tǒng)之間聯(lián)系密切，在設(shè)計時需要充分考慮系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的協(xié)同性，根據(jù)各個系統(tǒng)的功能規(guī)劃和完善回路，確保運(yùn)行的可行性和穩(wěn)定性?？偠灾?，污水處理廠中的電氣設(shè)計應(yīng)該在實現(xiàn)良性運(yùn)轉(zhuǎn)的同時保障運(yùn)作的穩(wěn)定性與靈活性。

二、污水處理廠電氣設(shè)計原則

（一）可靠性與穩(wěn)定性原則

在對污水處理廠進(jìn)行電氣設(shè)計時，需要堅持貫徹可靠性和穩(wěn)定性這兩個重要原則，這是污水處理廠進(jìn)行電氣設(shè)計時所必須重視的兩個因素。所謂可靠性原則，就是在進(jìn)行電氣設(shè)備選擇時要關(guān)注設(shè)備的質(zhì)量以及性能，選擇高質(zhì)量且更加耐用的設(shè)備，從而從材質(zhì)方面確保在面臨危急情況時也能平穩(wěn)運(yùn)作，不妨礙污水處理效率。同時，為了應(yīng)對處理過程中多種可能的突發(fā)情況，需要合理安排備用設(shè)備并進(jìn)行一定的冗余設(shè)計，以此防止因某一突發(fā)因素而引起的整個污水處理系統(tǒng)的運(yùn)作中斷。另外，建立起完善的運(yùn)作系統(tǒng)后，需要對各個設(shè)備進(jìn)行定期的檢修以及保養(yǎng)、維護(hù)，防范并有效化解因設(shè)備故障而引發(fā)的風(fēng)險。而所謂穩(wěn)定性，就是利用多種監(jiān)測技術(shù)對系統(tǒng)開展檢查監(jiān)督，發(fā)現(xiàn)并及時處理各項問題，確保電氣系統(tǒng)在不同情況下也能正常運(yùn)作。綜上，遵循可靠性與穩(wěn)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(jī)，保障處理系統(tǒng)運(yùn)作的連續(xù)性與高效性。

（二）安全性與合規(guī)性原則

在污水處理廠的電氣設(shè)計中，安全性與合規(guī)性原則是不可忽視的關(guān)鍵考量。確保電氣系統(tǒng)符合相關(guān)的安全標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)，是保障運(yùn)行人員和設(shè)備安全的首要任務(wù)。采用符合規(guī)定的電氣設(shè)備，設(shè)計系統(tǒng)時要考慮降低潛在的電氣安全風(fēng)險，通過合適的防雷和接地措施來確保電氣系統(tǒng)的安全性。合規(guī)性原則要求系統(tǒng)設(shè)計和運(yùn)行符合環(huán)保法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，避免對環(huán)境產(chǎn)生負(fù)面影響。通過定期的安全檢查、培訓(xùn)和設(shè)備維護(hù)，可確保電氣系統(tǒng)始終處于符合規(guī)定的安全和合規(guī)狀態(tài)，保障運(yùn)行的可持續(xù)性。這一原則的遵循不僅關(guān)系到設(shè)備和人員的安全，也是對環(huán)境和社會責(zé)任的一種體現(xiàn)。[2]

（三）維護(hù)友好性原則

在污水處理廠的電氣設(shè)計中，維護(hù)友好性原則至關(guān)重要。該原則強(qiáng)調(diào)設(shè)計電氣系統(tǒng)時應(yīng)考慮到維護(hù)的方便性，以降低維護(hù)成本、減少停機(jī)時間，提高系統(tǒng)的可維護(hù)性。通過合理布局設(shè)備、明確標(biāo)識關(guān)鍵部件和建立便捷的維護(hù)通道，確保維護(hù)人員能夠迅速、安全地進(jìn)行設(shè)備檢修和維護(hù)工作。選擇易于獲取的零部件，采用模塊化設(shè)計，以便更換和升級設(shè)備時能夠迅速操作，從而降低維護(hù)的復(fù)雜度。維護(hù)友好性的設(shè)計理念不僅有助于提高系統(tǒng)的可靠性，還在整個運(yùn)行周期內(nèi)降低了維護(hù)的難度，使污水處理廠能夠更為高效地維持其電氣系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

三、電氣設(shè)計在污水處理廠中的關(guān)鍵作用

（一）環(huán)保效益

電氣設(shè)計在污水處理過程中發(fā)揮著多種重要作用，尤其在幫助污水處理廠實現(xiàn)節(jié)能減排，提高環(huán)保效益方面的成效顯著。將先進(jìn)的電氣設(shè)計應(yīng)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(fèi)，還能有效減少有害氣體與有毒物質(zhì)的排放。例如，對泵站的電機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行完善和優(yōu)化，選用高品質(zhì)的電機(jī)設(shè)備，可以同時實現(xiàn)高效與節(jié)能的處理目標(biāo)，從而有效避免了資源浪費(fèi)與破壞環(huán)境的問題，為企業(yè)可持續(xù)發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

（二）資源節(jié)約與經(jīng)濟(jì)性

在電氣設(shè)計中引入節(jié)能措施，不僅有助于減少電力消耗，還能夠減輕設(shè)備負(fù)荷，延長設(shè)備壽命，提高運(yùn)行效率。通過采用智能化的電氣系統(tǒng)，實現(xiàn)設(shè)備自動調(diào)節(jié)、優(yōu)化運(yùn)行策略，不僅能夠降低運(yùn)行成本，還能減少能源浪費(fèi)。這對于降低運(yùn)維成本、提高設(shè)施整體經(jīng)濟(jì)性具有重要意義，為污水處理廠的可持續(xù)運(yùn)行提供了穩(wěn)固的經(jīng)濟(jì)支持。

（三）應(yīng)對能源危機(jī)

隨著社會的發(fā)展，能源資源日益緊缺，電力供應(yīng)的可持續(xù)性成為亟待解決的問題。通過對污水處理廠的電氣系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)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(shù)等手段，提高電氣設(shè)備的能源使用效率。這不僅能夠緩解電力供應(yīng)壓力，還有助于推動清潔能源的發(fā)展，為整個社會的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

四、污水處理廠電氣設(shè)計及節(jié)能的相關(guān)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(fù)載損耗，這種損耗是個常數(shù)，并不會因為變壓器負(fù)載的不同情況而發(fā)生不同變化，但另一種是空載損耗會伴隨著負(fù)荷電流的不同而發(fā)生變化，空載損耗的損耗程度同負(fù)荷電流呈現(xiàn)正相關(guān)的狀態(tài)。流經(jīng)變壓器的電流與變壓器的電阻都與空載損耗密切相關(guān)，其中損耗大小同電阻負(fù)載率平方成正比[3]。因此，在實際操作中選擇變壓器時，應(yīng)當(dāng)優(yōu)先選擇銅芯變壓器，從而實現(xiàn)損耗的最小化。設(shè)計變壓器負(fù)荷時，必須將變壓器的負(fù)荷率降到80％以下。在污水處理廠內(nèi)設(shè)置變壓器時，應(yīng)該在設(shè)計階段就確定合適的位置，并考慮設(shè)置兩臺或以上的變壓器，以適應(yīng)實際的負(fù)載需求，并確保損耗的合理控制。

（二）降低線路電纜損耗

大規(guī)模地鋪設(shè)電纜會導(dǎo)致出現(xiàn)能耗較大的問題。因為電纜本身存在固定電阻，產(chǎn)生的電阻與鋪設(shè)的電纜長度呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，鋪設(shè)電纜越長，產(chǎn)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(chǎn)生的損耗也是電氣設(shè)計工作中的關(guān)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(shè)電纜的長度，配電房與負(fù)荷中心的直線距離應(yīng)當(dāng)盡可能縮小。與此同時，關(guān)于優(yōu)化電纜橋架和電纜溝設(shè)計，必須充分考慮能耗與鋪設(shè)長度之間的正相關(guān)關(guān)系，應(yīng)當(dāng)采用直線鋪設(shè)的方法，同時縮小電纜的截面面積，嚴(yán)格控制因長度而產(chǎn)生的能源損耗。不僅如此，對于電纜材料也應(yīng)該慎重選擇，污水處理廠開始運(yùn)作后，土地和水質(zhì)會隨之發(fā)生變化，電纜長期處于堿性環(huán)境下容易被腐蝕，因此，必須嚴(yán)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(shè)備，如鼓風(fēng)機(jī)、臭氧發(fā)生器的耗損，在設(shè)計初期，應(yīng)當(dāng)盡可能將配電房選址定在大功率設(shè)備間前后。

（三）合理選擇電氣控制設(shè)備

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

第一種方案是將電氣控制設(shè)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(jù)控制室的位置靈活調(diào)整。在控制室內(nèi)，可以根據(jù)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(shè)置會導(dǎo)致較多的線路集中在控制室中，使得自動控制系統(tǒng)調(diào)試復(fù)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(shè)備集中到統(tǒng)一地點(diǎn)，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(shè)備管理和控制，使自動控制系統(tǒng)運(yùn)行更加簡便快捷，并方便后期維修和檢查，但設(shè)備的集中也帶來了風(fēng)險，一旦控制設(shè)備發(fā)生故障，整個污水處理廠的工作將陷入癱瘓狀態(tài)。

由于污水處理廠內(nèi)部環(huán)境惡劣，將設(shè)備集中管理可減少電纜鋪設(shè)問題，并由專人進(jìn)行管理，只需進(jìn)行災(zāi)害預(yù)防安全檢查和維修工作即可，有助于有效減少設(shè)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(yōu)缺點(diǎn)，第二種設(shè)置方式更符合污水處理廠的要求。

（四）優(yōu)化供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償

供電系統(tǒng)無功補(bǔ)償主要包括分散補(bǔ)償和集中補(bǔ)償。分散補(bǔ)償?shù)奶攸c(diǎn)是：首先，工廠采用分散補(bǔ)償?shù)姆绞?，僅將一部專用的電容器與用電設(shè)備并聯(lián)就可以完成，無需額外的安裝保護(hù)設(shè)備；其次，采用分散補(bǔ)償?shù)姆椒梢杂行У靥嵘涔β?，更好的保護(hù)線路；再次，與集中補(bǔ)償?shù)姆椒ㄏ啾雀拥慕?jīng)濟(jì)環(huán)保；最后，當(dāng)污水處理廠存在低壓線路時，可以對其末端電壓的波動進(jìn)行控制，進(jìn)而提高其電路的功率。使用分散補(bǔ)償?shù)姆椒?，雖然對于配電線路的保護(hù)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(bǔ)償?shù)姆椒?，可以實時地根據(jù)污水處理廠的實際負(fù)荷狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)而既保證了對于配電線路的保護(hù)，也有效地降低了變壓器的銅損。對于污水處理廠容易出現(xiàn)的問題而言，因為其日常負(fù)荷的情況比較集中，因此采用低壓配電集中補(bǔ)償?shù)臒o功補(bǔ)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(qū)內(nèi)外以及車間室內(nèi)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(wěn)定，功率損耗更低的照明設(shè)備。同時，還要將智能控制系統(tǒng)與室外照明系統(tǒng)相結(jié)合，在不同的時段以及區(qū)域進(jìn)行智能控制，對于室外相鄰燈具之間設(shè)置不同的控制開關(guān)，操作人員能夠根據(jù)其實際的需要進(jìn)行操作使用，進(jìn)而降低照明電能的損耗。

（六）完善諧波處理相關(guān)工作

污水處理廠中具有極其繁瑣和復(fù)雜的電氣系統(tǒng)，由于存在較多的非線性線路，因此系統(tǒng)中諧波狀況會頻繁出現(xiàn)。工廠的工作人員在對諧波狀況進(jìn)行處理時，可以借助接線的方法，在變壓器的相應(yīng)點(diǎn)上進(jìn)行連接，另外可以安裝有源濾波器或是無源濾波器，進(jìn)而使整個電氣系統(tǒng)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(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)的影響，進(jìn)而使整體電氣系統(tǒng)的能源消耗減少。

結(jié)語

水污染對于水文環(huán)境以及土壤和空氣都產(chǎn)生影響，不利于生態(tài)平衡的建立。因此建設(shè)生活污水處理廠符合構(gòu)建生態(tài)平衡及環(huán)境友好型社會的需要，而保證工廠的電氣設(shè)計的科學(xué)性以及合理性，是促使污水處理廠更加長久有效運(yùn)行的重要舉措，進(jìn)而促進(jìn)環(huán)境和能源的可持續(xù)發(fā)展。