水处理设备节能工艺及选型研究

2019-12-11李长安姜萍萍

节能与环保 2019年7期

文_李长安姜萍萍

1.中交第四航务工程勘察设计院有限公司 2.广州市花都自来水有限公司

1 水处理设备节能工艺要点

1.1 提高水处理设备的运行效率

①使用效能更高的电动机和变压设备，以降低电动机运转和变压过程中的能源消耗；使用更大荷载的电动机以更好地匹配污水处理压力，并对电动机实行变频控制。②优化风机、水泵等高耗能设备，采用导叶进行联合调节；使用自动化控制系统对水处理设备进行控制，充分发挥机组运转效率；定期检查水泵的运行、磨损情况，以便发现问题及时更换，不断提高水泵的运行效率。③在常用设备，如搅拌机上安装电容，提高常用设备的最大功率；有效进行导线保护，适当增加导线横截面，保证电能输送不受到损失；以更多的高压线路替代低压线路。④在曝气池中，使用自动化氧元素检测、控制设备；在水处理系统中安装用电负荷检测器，以避免高峰集中用电而影响设备工作电压；强化水处理附加能源的回收利用，例如，对污水处理过程中产生的废气、余热等进行二次利用，提高资源利用率。

1.2 改进污水处理工艺

使用更先进、节能的处理工艺能够提高污水处理设备的经济性，例如使用短程反硝化脱氮工艺或者厌氧氨化脱氮工艺、能够产生甲烷的厌氧工艺等，并将多种节能效果好的污水处理工艺结合使用，以最大限度地进行节能减耗。

以短程反硝化脱氮工艺为例，使用该工艺后，污水处理过程中可节约供氧量1/4以上，节约40%有机碳源，并且在进行硝化反应时，污泥的产量至少降低24%，使得污水处理的效果及效率大大提高。

1.3 规范设备操作

水处理设备的操作是否符合要求，是影响设备耗能情况的主要原因之一。若不按照设备使用规范进行操作，设备各部件就会出现过度的磨损，不仅会使耗能上升、处理效率下降，还可能导致设备发生故障、缩短使用寿命。相关企业要加强人员技术培训，保证人员合规操作，灵活运用节能技术，提高水处理设备节能性。

2 水处理设备的节能选型

2.1 电动机的节能措施和选型

电动机作为污水处理设备的核心动力，与污水处理的效率直接相关，对电动机进行优化，不仅能够节约能耗，还能有效提高污水处理的工作效率，在同等耗能的情况下处理更大吨位的污水，变相节能。电动机的节能措施主要包括：①通过加强检查或使用自动化控制系统来提高电动机的控制水平，缩短电动机空转时间。②选择适当的电动机。电动机的配置需要根据水处理设备的属性、处理工作强度、水质及处理标准等进行，若电动机的负载率达不到50%，则需要进行电动机功率的调整。③选择适当的工作电压。低压异步电动机具有节能性好、维护方便等优点，因此在实际工作中，低压异步电动机特别适用于供电线路有限、电网容量允许，对负载没有过多要求的情况。若供电线路较长、电网容量限制较大、荷载能力要求较高，则应该选取高压电动机。④强化日常保养工作，保证电动机无故障运行，提高工作效率降低能耗。⑤选择能效高的电动机。有实验显示，高能效的电动机在使用过程中，能够比普通电动机节能30%以上。⑥以星三角混合串接绕组代替定子绕组，减小绕组在工作时的电流，提高电动机的节能性。⑦使用连续调速的运行方式，例如，使用变频调速器或调压调速装置，该方法主要通过改变电动机的电源频率来影响电动机的转速，是当前技术水平下，效果比较理想的节能措施。⑧尽量减小电动机导线的电阻和横截面积，保证其载流量符合要求即可。⑨使用低压电容提高电动机的功率因素，减少电动机做无用功。

2.2 水泵的节能措施和选型

①使用高能效水泵，减少污水输送过程中的能耗。高效能水泵具有更高的工作效率，且泵轴功率和额定功率比较低，因此具备明显的节能效果。以IS-80-200型水泵为例，该种水泵的工作效率在80%左右，比传统水泵的效率高至少11%，使用该水泵的水处理设备，每台每年最高可节约电能14823kWh。②选取合适的水泵电动机功率。电动机的选择需根据水泵运行的实际需要进行，并替换掉设备系统中电容大的电动机，降低能耗。③降低泵扬程。一是使管线的布置更加紧密，保证管线布置距离短且走向直，减少水头损失。二是通过对水头损失的正确计算，明确最适合的泵扬程，进水泵静压头值的确认可依照以下公式进行设置：静压头=提升高度-水池高水位高度，这样能够降低水处理设备10%的能耗。三是将非淹没堰改成淹没堰，落差由40cm降低为10cm。④选择合理的流量调控方式，保证水泵始终处于高效运转状态。⑤加强对水泵的升级改造。⑥加强水泵的维护保养。此外，还可选用飞力N型水泵，该型号水泵具备优秀的防堵能力，能够有效减少后期维修费用。

2.3 曝气设备的节能措施和选型

①水处理设备中的曝气设备应选择防堵性能强、效率高、空隙小的型号。②若使用活性泥污法进行水处理，曝气设备可布置成渐减曝气，保证气量与微生物的需氧量相匹配，这一布置方式的水池处理效果较好，且节能作用明显。③曝气池可设计成横向环流混合型，并在池底均匀布置扩散装置，提高曝气池的充氧效果。④曝气设备中的氧气量要随着处理的水质、水量变化而进行调节。使用自动化控制系统能更好地对曝气设备的供氧量进行调节，帮助提高曝气池的节能效果。⑤对曝气池中水面高度进行调节，以找出曝气设备和鼓风机最佳运行时的水面高度。⑥使用阻力较小的控制阀、空气管线。⑦加强曝气设备的养护工作，防止设备发生堵塞、不出气等问题。

2.4 鼓风机的节能措施和选型

常用的鼓风机有离心式鼓风机和罗茨式鼓风机两种，提高鼓风机节能性可使用以下几种措施：①使用高效能的离心式鼓风机。这种鼓风机允许进行变频驱动，且使用联合导叶，节能效果大幅度上升。目前，空气悬浮鼓风机、磁悬浮鼓风机的使用越来越频繁，相比于传统鼓风机，其节能效果更优。②改善鼓风机运行环境。通过降低鼓风机入口处的压差、管网压力、进气温度等方式，为鼓风机创造更高效的运行环境，减少运行耗能。③对鼓风机进行变频调节，当流量波动幅度较大时，该种方法的节能效果更显著。④鼓风机进风口的过滤部件口径大小要适中，防止由于口径过小导致进风受阻。⑤对鼓风机的叶片长度、材质等进行优化，降低叶片运行中产生的阻力。⑥若流量变化不大，可选用使用导叶进行调节的鼓风机，以扩大出口恒定压力下，风力的调节范围，保证水处理过程中稳定供氧，节约电能。

2.5 污泥处理装置的节能措施和选型

污泥处理装置也是整个污水处理设备系统中的重要组成部分之一，提高污泥处理装置的节能性有利于整个设备系统节能工作的开展。例如，某单位新研发的污泥处理设备，在炉体上设置进风口和出风口，在炉体内形成热风循环系统。充分利用污泥燃烧本身产生的热量，进行炉体预热、热力供应等工作，大大减少了对外部热风的需求，污泥处理装置在运行中的能耗显著降低。

以上设备选型方案及优化措施均能在节约能耗的基础之上，有效提高整个污水处理系统的运行质量和运行效率，显著提升整个设备系统的工作性能，使得污水处理设备从多方面节约能耗。

3 案例分析

某污水处理厂进行水处理设备节能升级工作，该单位原有负荷10kW以上的水处理设备18台，都未安装变频器。改造前，该单位处理每吨污水需消耗电能0.6kWh。现为该18台水处理设备的水泵安装变频器，其中污泥回流泵使用富士P11S系列FRN11P11S-4CX变频器进行改造，并使用较为简捷的电位器输入给定频率的方式进行变频器控制。升级改造后，该单位水处理设备的流量以及流量等都更加稳定，且运行过程中产生的噪音和振动明显降低，以往常发生的水泵堵塞现象也得到了有效的解决，大大减轻了水处理设备后期维修保养的工作压力。

改造后，该厂原有污水处理系统在以同样标准处理等量污水时，时间比之前节约近15%，处理系统的工作效率明显提高。此外处理每吨污水的能耗不到0.3kWh，与之前相比，每年能够节约电能22.6万kWh。若按照每单位0.6元来计算，该厂每年能够减少13.6万元的电费支出，节能效果非常明显。