电气自动化技术在污水处理厂节能中的应用及发展趋势

摘要：电气自动化技术已广泛应用于工业生产，拥有广阔的发展前景。基于此，分析电气自动化技术在污水处理厂节能中的应用及发展趋势。研究表明，智能控制技术能够提升设备运行效率并减少能耗；数据驱动决策有助于优化运营策略；通过应用节能环保技术，能有效降低碳足迹；国际合作与标准化能够促进技术交流和资源共享，共同推动污水处理行业向更高效、智能和环保的方向发展。

关键词：电气自动化技术；污水处理厂；发展趋势

中图分类号：X703 文献标识码：A 文章编号：1008-9500（2024）12-0-0374

Application and Development Trend of Electrical Automation Technology in Energy Conservation of Sewage Treatment Plants

YAO Qingyuan

（Beijing Waldes Water Technology Co.， Ltd.， Beijing 102308， China）

Abstract： Electrical automation technology has been widely applied in industrial production and has broad development prospects. Based on this， analyze the application and development trend of electrical automation technology in energy conservation of sewage treatment plants. Research has shown that intelligent control technology can improve equipment operating efficiency and reduce energy consumption; data driven decision-making helps optimize operational strategies; by applying energy-saving and environmental protection technologies， carbon footprint can be effectively reduced; international cooperation and standardization can promote technological exchange and resource sharing， jointly promoting the development of the sewage treatment industry towards higher efficiency， intelligence， and environmental protection.

Keywords： electrical automation technology; sewage treatment plant; development trend

随着全球水资源日益紧缺和水污染问题的加剧，污水处理厂的运行效率和能耗水平备受关注。传统工艺面临高能耗和运行成本等挑战，如何提升能源利用效率成为当前的研究重点。电气自动化技术具有精准控制、高效管理和远程监控等优势，在污水处理领域展现出广阔的应用前景。基于此，探讨电气自动化技术在节能中的应用价值和未来趋势，并提出改进建议，为推动污水处理行业的可持续发展提供参考。

1 电气自动化技术概述

电气自动化技术融合了电子、计算机和信息技术，通过自动化控制实现设备的智能化管理，具有广泛适用性和高可靠性。在污水处理领域，应用可编程逻辑控制器（Programmable Logic Controller，PLC）、无线网络等技术，实现设备的实时监控与精确控制，提升了系统的稳定性与效率。电气自动化系统由控制系统、传感器、中央监控系统、无线网络及工业以太网组成，支持智能运行、远程控制和一体化管理。

2 电气自动化技术在污水处理厂节能中的具体应用

2.1 控制技术的应用

电气自动化控制技术在污水处理厂的应用聚焦于工艺过程的精准调控[1]。PLC作为核心技术，实现了污水处理各环节的自动化控制，提升了系统运行效率与稳定性。该技术能够实时采集数据并精确调控设备，确保生产过程稳定。在曝气池中，PLC根据溶解氧浓度调节鼓风机风量，达到节能效果。通过优化算法，PLC能够智能管理整体工艺流程，减少能源浪费，推动污水处理厂向高效、绿色方向发展。

2.2 无线网络的应用

无线网络在污水处理厂中的应用显著增强了数据采集与传输效能。依托无线传感器网络（Wireless Sensor Network，WSN），能够实时监测pH值、溶解氧、温度等水质参数，并将数据高效传输至中央控制系统。无线网络支持远程监控和故障诊断，能够及时识别问题，避免生产中断，确保系统稳定。

2.3 数字仪表与现场总线技术的应用

数字仪表与现场总线技术的融合，大幅推进了污水处理厂的自动化进程。数字仪表能够实时显示和记录关键参数，并通过现场总线高速传输数据，确保信息精准。该技术提升了系统的传输效率、互操作性和资源共享能力。通过实时监测进水流量，系统智能调节加药量，减少药剂浪费，提升资源利用率和经济效益，推动污水处理厂向高效、智能化运营转型。

2.4 工业以太网的应用

工业以太网在污水处理厂的应用大幅提升了通信效率和数据传输能力。它实现了设备间高速数据交换，融合了工业网络与信息网络，支持集中管理和远程监控[2]。通过将实时数据传输至中央控制系统，操作人员可快速掌握设备状态并处理异常。工业以太网还支持高级数据分析与故障诊断，缩短故障定位与修复时间，保障生产的连续性和稳定性，推动污水处理厂向智能化、高效化发展。

2.5 加氯、加氨与加药控制

在污水处理中，加氯、加氨及加药控制至关重要，精准调控能提升处理效率并减少药剂浪费。加氯用于水体消毒，确保氯含量达标，保障水质安全；加氨则通过在线监测自动调节pH值，维持酸碱平衡。混凝剂、絮凝剂等药剂的投加依托高精度流量计和变频器，实现精细操控。复合控制系统通过动态调整药剂投加量，优化处理效果并降低药剂消耗。此策略不仅提升污水处理效率，还降低运行成本，实现节能。

3 电气自动化技术在污水处理厂节能中应用的关键问题

3.1 电能损耗问题

目前，污水处理厂运营面临严峻的电能损耗挑战。为应对此问题，需采取综合策略：第一，优化设备设计，引入高效电机与变压器，减少内部能量耗散；第二，材料革新，选用低电阻材质降低线路损耗；第三，技术升级，实施高压传输，提升传输效率；第四，智能调控，融合变频与监控技术实现设备动态优化运行，从而有效减少电能损失，降低运营成本，促进资源高效利用[3-5]。

3.2 无功功率问题

无功功率虽不直接做功，但对稳定电网电压和传输电能至关重要。在污水处理厂，电机和变压器产生的无功电流会增加电能损耗，导致电压波动、设备寿命缩短和维护成本上升。采用静止无功补偿器（Static Var Compensator，SVC）和静止无功发生器（Static Var Generator，SVG）等无功功率补偿技术可实时调控无功功率，提升功率因数，减少能量损失。智能电气自动化系统通过实时监测与调节无功功率，确保电力系统稳定运行。

3.3 变压器问题

在变压器运行过程中，能量损耗主要由铁损与铜损构成。铁损源自磁滞与涡流效应，受材料与设计制约，加剧电能消耗与变压器发热，缩短使用寿命；铜损则随负载电流增大而增加，同样导致电能浪费与变压器过热。为降低此损耗，一般采取以下策略：第一，优化设计，选用高品质硅钢片与高导电材料降低磁滞与电阻损耗；第二，应用高效变压器，显著提升能效；第三，实施智能化管理，通过实时监控与动态调整操作参数，如智能控制系统在轻载时自动降档运行，以匹配电网负载需求，实现能效最大化。

3.4 谐波问题

非线性负载，如变频器、计算机设备和发光二极管（Light-Emitting Diode，LED）照明会产生高频谐波，导致线路损耗、设备过热，并干扰通信，影响电网稳定。为应对谐波问题，可使用谐波滤波器。谐波滤波器通过并联或串联方式滤除高次谐波，提升电能质量。智能化系统通过实时监测和动态调整，进一步提高谐波治理效率。

4 电气自动化技术在污水处理厂节能中的发展趋势

随着电气自动化技术的不断进步，其在污水处理厂节能中的应用也在不断拓展和完善。未来的发展趋势将更加注重智能化、数据驱动、节能环保、国际合作及标准化。

4.1 智能化

智能化与自适应系统在污水处理厂的应用标志着行业发展的前沿趋势。通过信息技术与处理工艺的融合，这些系统利用实时数据分析和自主决策，实现最大化处理效率和最小化资源消耗[6-9]。智能控制技术集成了高精度传感器和先进算法，能够提升设备运行效率并减少能耗。自适应调节机制则根据污水流量和水质参数，动态调整曝气和药剂投加量，确保处理工艺始终高效运行。机器学习和人工智能的引入使系统能够预测故障并进行预防性维护，减少停机时间和维护成本，逐步构建高效、可持续的污水处理生态系统。

4.2 数据驱动决策

数据驱动决策是污水处理厂实现精细化管理的关键，能够优化运营策略。利用大数据和人工智能技术，系统可基于实时数据做出优化决策，提升设备性能和效率。通过分析进水流量、水质、设备能耗等数据，系统可自动调整运行参数，优化处理效果并提前预警潜在问题，减少故障发生[10-11]。预测性维护技术通过持续监测设备状态，预测故障并安排计划性维护，减少突发停机，降低维修成本并提高可靠性。数据分析还能优化加药量、曝气量等工艺参数，确保水质达标并降低能耗，提升整体运营效率。

4.3 节能环保

应用节能环保技术，能有效降低碳足迹。例如，为减少资源依赖和碳足迹，污水处理厂可通过厌氧消化技术将污泥转化为沼气，用于发电或供暖，实现能源回收；利用太阳能、风能等可再生能源，可为污水处理厂提供清洁电力；污泥经处理后可作为肥料，实现资源循环利用。这些措施不仅可以节约资源，还降低了运营成本。

4.4 国际合作和标准化

随着全球化的推进，国际合作和标准化在污水处理领域发挥着重要作用。国际合作能够促进技术交流和资源共享，推动技术进步。污水处理厂通过引进国外的先进技术和设备，借鉴成功的管理经验，可优化运营模式，提升技术水平。加强国际合作还能推动人才交流，提升技术人员的素质。标准化通过统一技术标准和规范，确保设备互联互通，提升系统性能和可靠性，降低维护成本。例如，统一通信协议可实现不同设备间的数据互通。建立共享平台能够促进信息和资源共享，提升管理水平，并为决策提供数据支持。通过共享平台，污水处理厂能更好地应对技术挑战，提升运行效率。

5 结论

电气自动化技术在污水处理厂节能中的应用展现了显著的优势和发展潜力。智能化控制、数据驱动决策以及国际合作与标准化不仅能提升污水处理效率，还能大幅降低能耗和运营成本，推动污水处理行业向更加高效、智能和环保的方向发展。

参考文献

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作者简介：姚清圆（1987—），男，江苏苏州人，一级建造师。研究方向：电气自动化。