摘要：污水处理厂泵站与曝气系统的节能途径
关键词：能耗分析 流量调节 曝气系统 节能途径
1 能耗分析
城市厂消耗的能源主要包括电、燃料及药剂等潜在能源，其中电耗占总能耗的60％～90％，具体电耗分布情况因工艺和管理水平的不同而有差异(见表1)。
表1 部分城市污水厂电耗情况| 厂名 | 规模(104m3/d) | 处理等级 | 电耗(kW·h/m3) | 备注 |
| 上海西区污水厂 | 1.2 | 2 | 0.218 | 无消化 |
| 上海曹杨污水厂 | 2.0 | 2 | 0.232 |
| 上海东区污水厂 | 4.5~5.0 | 2 | 0.335 |
| 太原北郊污水厂 | 1.4 | 2 | 0.255 | 有消化 |
根据资料分析不难得出以下结论：
① 电耗占全厂总电耗的50％～80％，污泥处理仅占15％～40％，可见是处理厂耗电大户，自然也就是节能重点。其中又以提升泵、风机为重中之重。
② 表1列出4个污水厂均为老厂，无污泥脱水等工艺，处理单位污水耗电量约0.262 kW·h/m3，从表面上看与日本全国平均0.260 kW·h/m3 相近，比美国0.20 kW·h/m3稍高。但仔细分析就会发现：日本沉砂池普遍有洗砂、通风、脱臭等，约耗电0.01 kW·h/m3；美、日两国普遍对出水进行消毒处理，该项电耗约0.002 kW·h/m3；美、日两国对污泥都进行消化、脱水、焚烧处理，美国还进行处理，约耗电0.05～0.1 kW·h/m3，而回收的能源均未计算在内。另外，美、日两国自控设备比我们多，照明空调等耗电也比我们多不少。可见老厂节能问题十分突出，潜力巨大。
2 提升泵的节能
提升泵的电耗一般占全厂电耗的10％～20％，是污水厂的节能重点。提升泵的节能首先应从设计入手，进行节能设计；对于已投产的污水厂，仍能通过加强管理或更换部分设备进行节能。
2.1 精确计算水头损失，合理确定泵扬程
从泵的有效功率NU=γQH可以看出当γ、Q一定时，NU与H呈正比，因此降低泵扬程节能效果显著。如天津东郊污水厂总水位差4.5m，小于纪庄子污水厂的6 m，仅此一项每年即可节电100×10.4kW·h。然而，目前进行污水厂设计时，水头损失估算普遍偏高，导致泵扬程计算值偏高。在日本一般污水厂总水位差仅2.0 m左右，可见我们的差距还很大。
降低泵扬程可采取以下措施：
① 总体布置要紧凑。连接管路要短而直，尽量减小水头损失。
② 改非淹没堰为淹没堰［1］，落差可由35～40cm减少到10cm。
③ 日本总水位差小的关键在于初沉池、池、二沉池均采用方形平流式，三池为一体，首尾相连，水流通畅，从而最大限度地减小了水头损失。虽然造价比辐流式要高一些，但其差价很快可以从节电效益得到补偿。平流式沉淀池在我国应用较少，主要原因是刮泥设备不过关，近年来环保设备技术水平有了长足进步，所以平流式沉淀池应用前景广阔。
2.2 流量调节方式
污水厂进水量往往随时间、季节波动，如果按目前通行的以最大流量作为选泵依据，水泵全速运转时间将不超过10％［2］，大部分时间都无法高效运转，造成能源浪费。
由轴功率N=NU/η1(η1为泵运行效率)可以看出，一定流量扬程下NU是一定的，而泵的轴功率直接由η1决定，所以应选择合适调控方式，合理确定泵流量，以保证泵始终高效运转。
2.2.1 转速加台数控制方式
目前国外大型污水厂普遍采用转速加台数控制方法，定速泵按平均流量选择，定速运转以满足基本流量的要求；调速泵变速运转以适应流量的变化，流量出现较大波动时以增减运转台数作为补充。但是由于泵的特性曲线高效段范围不是很大，这就决定了对于调速泵也不可能将流量调到任意小，而仍能保持高效。四种调速方法效率-转速关系如图1。
2.2.2 其它调节方式
除调速外还有一些流量调节方式，不需添置设备，只需加强管理，就可很快收到可观效益。
① 机构调节
主要指水量出现大的波动时关闭或开启出水闸，这样虽然会增大水头损失，但因N-Q曲线为上升曲线，所以还是有一定节能作用的。
② 运行方式调节
一般可以很简单地采用随进水量增减台数的方法进行，通过缩短运行时间达到节能目的。这一点在各厂都已采用，但要注意对于大型水泵，因为启动电流很大，所以应尽量避免频繁启动。
③ 调整改造
离心式水泵都配有一系列直径的叶轮，可简单地通过更换叶轮使水泵适应低于额定流量的流量。另外，在确认流量为恒定低流量后，还可以采用切削叶轮的方法。
2.3 选用高效电机及传动装置
泵系统电耗 W=t NU/(η1η2η3)
式中 η2、η3--传动效率和电机效率
t --- 运行时间
因此可从η2、η3入手，采用高效电机进行节能。
高效电机没有一个准确定义，一般效率比常规电机高2％～8％，虽然提高幅度不大，但因为污水泵大多为大功率、24h运转，所以即便只提高1％,节能效果也是很明显的。
当然高效电机价格比普通电机高15％～60％，所以采用该方法应进行经济校核，看是否能在使用期内由节电效益收回投资。
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