污水處理廠能耗分析與節(jié)能

污水處理廠能耗分析與節(jié)能

1污水處理廠能耗污水處理廠的能源消耗主要包括水電、燃料和藥物等潛在能源，其中電耗占總能耗的60%90%。由于工藝和管理的不同，具體的能耗分布也不同（見表1）。根據(jù)資料分析不難得出以下結(jié)論:①污水處理電耗占全廠總電耗的50%～80%,污泥處理僅占15%～40%,可見污水處理是處理廠耗電大戶,自然也就是節(jié)能重點。其中又以提升泵、風(fēng)機為重中之重。②表1列出4個污水廠均為老廠,無污泥脫水等工藝,處理單位污水耗電量約0.262kW·h/m3,從表面上看與日本全國平均0.260kW·h/m3相近,比美國0.20kW·h/m3稍高。但仔細分析就會發(fā)現(xiàn):日本沉砂池普遍有洗砂、通風(fēng)、脫臭等,約耗電0.01kW·h/m3;美、日兩國普遍對出水進行消毒處理,該項電耗約0.002kW·h/m3;美、日兩國對污泥都進行消化、脫水、焚燒處理,美國還進行氣浮處理,約耗電0.05～0.1kW·h/m3,而回收的能源均未計算在內(nèi)。另外,美、日兩國自控設(shè)備比我們多,照明空調(diào)等耗電也比我們多不少?？梢娎蠌S節(jié)能問題十分突出,潛力巨大。2污水廠節(jié)能方案提升泵的電耗一般占全廠電耗的10%～20%,是污水廠的節(jié)能重點。提升泵的節(jié)能首先應(yīng)從設(shè)計入手,進行節(jié)能設(shè)計;對于已投產(chǎn)的污水廠,仍能通過加強管理或更換部分設(shè)備進行節(jié)能。2.1減少水泵,減輕保護從泵的有效功率NU=γQH可以看出當γ、Q一定時,NU與H呈正比,因此降低泵揚程節(jié)能效果顯著。如天津東郊污水廠總水位差4.5m,小于紀莊子污水廠的6m,僅此一項每年即可節(jié)電100×104kW·h。然而,目前進行污水廠設(shè)計時,水頭損失估算普遍偏高,導(dǎo)致泵揚程計算值偏高。在日本一般污水廠總水位差僅2.0m左右,可見我們的差距還很大。降低泵揚程可采取以下措施:①總體布置要緊湊。連接管路要短而直,盡量減小水頭損失。②改非淹沒堰為淹沒堰,落差可由35～40cm減少到10cm。③日本總水位差小的關(guān)鍵在于初沉池、曝氣池、二沉池均采用方形平流式,三池為一體,首尾相連,水流通暢,從而最大限度地減小了水頭損失。雖然造價比輻流式要高一些,但其差價很快可以從節(jié)電效益得到補償。平流式沉淀池在我國應(yīng)用較少,主要原因是刮泥設(shè)備不過關(guān),近年來環(huán)保設(shè)備技術(shù)水平有了長足進步,所以平流式沉淀池應(yīng)用前景廣闊。2.2速運轉(zhuǎn)時間不合理污水廠進水量往往隨時間、季節(jié)波動,如果按目前通行的以最大流量作為選泵依據(jù),水泵全速運轉(zhuǎn)時間將不超過10%,大部分時間都無法高效運轉(zhuǎn),造成能源浪費。由軸功率N=NU/η1(η1為泵運行效率)可以看出,一定流量揚程下NU是一定的,而泵的軸功率直接由η1決定,所以應(yīng)選擇合適調(diào)控方式,合理確定泵流量,以保證泵始終高效運轉(zhuǎn)。2.2.1轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速曲線目前國外大型污水廠普遍采用轉(zhuǎn)速加臺數(shù)控制方法,定速泵按平均流量選擇,定速運轉(zhuǎn)以滿足基本流量的要求;調(diào)速泵變速運轉(zhuǎn)以適應(yīng)流量的變化,流量出現(xiàn)較大波動時以增減運轉(zhuǎn)臺數(shù)作為補充。但是由于泵的特性曲線高效段范圍不是很大,這就決定了對于調(diào)速泵也不可能將流量調(diào)到任意小,而仍能保持高效。四種調(diào)速方法效率—轉(zhuǎn)速關(guān)系如圖1。2.2.2其他調(diào)整方法除調(diào)速外還有一些流量調(diào)節(jié)方式,不需添置設(shè)備,只需加強管理,就可很快收到可觀效益。機構(gòu)調(diào)整主要指水量出現(xiàn)大的波動時關(guān)閉或開啟出水閘,這樣雖然會增大水頭損失,但因N—Q曲線為上升曲線,所以還是有一定節(jié)能作用的?？s短運行時間,進行節(jié)能一般可以很簡單地采用隨進水量增減臺數(shù)的方法進行,通過縮短運行時間達到節(jié)能目的。這一點在各廠都已采用,但要注意對于大型水泵,因為啟動電流很大,所以應(yīng)盡量避免頻繁啟動。葉輪更換控制離心式水泵都配有一系列直徑的葉輪,可簡單地通過更換葉輪使水泵適應(yīng)低于額定流量的流量。另外,在確認流量為恒定低流量后,還可以采用切削葉輪的方法。2.3采用高效電機節(jié)能泵系統(tǒng)電耗W=tNU/(η1η2η3)式中η2、η3——傳動效率和電機效率t——運行時間因此可從η2、η3入手,采用高效電機進行節(jié)能。高效電機沒有一個準確定義,一般效率比常規(guī)電機高2%～8%,雖然提高幅度不大,但因為污水泵大多為大功率、24h運轉(zhuǎn),所以即便只提高1%,節(jié)能效果也是很明顯的。當然高效電機價格比普通電機高15%～60%,所以采用該方法應(yīng)進行經(jīng)濟校核,看是否能在使用期內(nèi)由節(jié)電效益收回投資。3做好節(jié)能工程,提高全廠節(jié)能能力鼓風(fēng)曝氣系統(tǒng)電耗一般占全廠電耗的40%～50%,是全廠節(jié)能的關(guān)鍵。最根本的節(jié)能措施就是減小風(fēng)量,而減小風(fēng)量必須提高擴散裝置效率,降低污泥對氧的需求。3.1擴散裝置3.1.1全面曝氣傳流式傳統(tǒng)的曝氣池,曝氣管是單邊布置形成旋流,過去認為這種方式有利于保持真正推流,另外可以減小風(fēng)量,但經(jīng)過多年實踐與研究發(fā)現(xiàn),這種方式不如全面曝氣效果好。全面曝氣可使整個池內(nèi)均勻產(chǎn)生小旋渦,形成局部混合,同時可將小氣泡吸至1/3到2/3深處,提高充氧效率,見表2。3.1.2解決孔管表面質(zhì)量對比選微孔曝氣器可以減小氣泡尺寸,增大表面積,因而轉(zhuǎn)移速度高,節(jié)約風(fēng)量。天津東郊污水廠和紀莊子污水廠均采用微孔全面曝氣,比穿孔管節(jié)電20%以上。英國有報道采用微孔曝氣每去除1kgBOD可節(jié)約風(fēng)量25%,電力18%。日本的情況如表3所示。美國對一大批老式穿孔曝氣進行了改造,效果顯著。如美國的Hartford在224640m3/d的污水廠采用微孔曝氣,實際氧利用率從穿孔管4.4%提高到了10.0%,總投資600000美元,每年節(jié)約電費200000美元,不計清洗費用,3年即可收回投資。3.2風(fēng)機風(fēng)力與電耗選擇風(fēng)機時,都要在計算需氣量基礎(chǔ)上加上一個足夠大的安全系數(shù),以滿足最大負荷時的需要。所以在日常負荷下一般都要適當減小風(fēng)量,負荷低時更應(yīng)如此,這不僅是節(jié)能的需要,也是防止過曝氣、保證處理效果的要求。而進行風(fēng)量控制是曝氣系統(tǒng)效果最顯著的節(jié)能方法,據(jù)EPA對美國12個處理設(shè)施的調(diào)查結(jié)果顯示,以DO為指標控制風(fēng)量時可節(jié)電33%。圖2反映了風(fēng)機風(fēng)量與電耗的關(guān)系,圖中電耗指每小時的耗電量?？梢?電耗隨風(fēng)量變化很大,因此進行風(fēng)量控制節(jié)能效果顯著,而且功率越大效果越明顯,當然風(fēng)量并不是可以任意減小,它將受到許多因素的影響。3.2.1自動進行控制長期觀測進水水質(zhì)、水量,掌握其變化特性,再由經(jīng)驗確定風(fēng)量與時間的關(guān)系,并設(shè)定程序,自動進行控制。該方法簡便易行,但當水質(zhì)水量出現(xiàn)很大波動時,應(yīng)與其他方法配合使用。3.2.2根據(jù)給排水比例，控制單元超載該方法也比較簡單,按一定氣水比,根據(jù)進水量調(diào)節(jié)風(fēng)量即可。但該方法最易受水質(zhì)波動的影響,處理效果不穩(wěn)定。3.2.3生理功能曝氣池DO是一個重要運行參數(shù),理論上達0.3mg/L就不影響微生物的生理功能,但考慮到水質(zhì)水量的波動,一般保證入口處0.5～1.0mg/L,出口2～3mg/L即可。如天津東郊污水處理廠采用溶解氧PLC自動控制風(fēng)量,可節(jié)省氣量10%;日本有報道DO控制風(fēng)量可節(jié)電10%～30%。3.3風(fēng)機泵的控制方式由于各種風(fēng)量控制方式最終都要由調(diào)節(jié)風(fēng)機來實現(xiàn),所以與水泵相似,風(fēng)機也存在風(fēng)量調(diào)節(jié)問題,也就同樣存在高效運轉(zhuǎn)問題。目前城市污水廠一般都采用高速離心風(fēng)機,其原理與離心泵相似,所以原則上泵調(diào)節(jié)流量的方式同樣適用于風(fēng)機。另外,泵的調(diào)速方式也適用于風(fēng)機,雖然需要一